JP3537652B2 - X-ray microscope - Google Patents
X-ray microscopeInfo
- Publication number
- JP3537652B2 JP3537652B2 JP32904397A JP32904397A JP3537652B2 JP 3537652 B2 JP3537652 B2 JP 3537652B2 JP 32904397 A JP32904397 A JP 32904397A JP 32904397 A JP32904397 A JP 32904397A JP 3537652 B2 JP3537652 B2 JP 3537652B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- mirror
- pinhole
- ultraviolet light
- microscope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、X線顕微
鏡に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】従来より、X線顕微鏡におい
て用いられている光学素子としては、たとえば、斜入射
光学系、シュワルツシルド光学系などが知られている。
たとえば図1は、ウォルター型の反射光学系を例示した
ものである。この図1のウォルター型反射光学系は、斜
入射光学系の一種であり、その反射面での全反射を利用
することにより、反射面に関してすれすれの角度、すな
わち斜入射領域の入射角度で入射されたX線を反射させ
るものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical element used in an X-ray microscope, for example, a grazing incidence optical system and a Schwarzschild optical system are known.
For example, FIG. 1 illustrates a Walter reflection optical system. The Walter-type reflection optical system shown in FIG. 1 is a kind of oblique incidence optical system. By utilizing total reflection on the reflection surface, the light is incident at a slight angle with respect to the reflection surface, that is, at an incident angle of the oblique incidence region. X-rays are reflected.
【0003】また、図2は、回折を利用したフレネルゾ
ーンプレートを例示したものであり、図3は、シュワル
ツシルド光学系を例示したものである。この図3に例示
したシュワルツシルド光学系は、2枚の球面鏡に多層膜
がコートされてなる直入射型であり、多層膜により人工
格子が形成され、この人工格子による回折を利用してX
線を反射させる。FIG. 2 exemplifies a Fresnel zone plate utilizing diffraction, and FIG. 3 exemplifies a Schwarzschild optical system. The Schwarzschild optical system illustrated in FIG. 3 is a direct-incidence type in which a multilayer film is coated on two spherical mirrors, and an artificial lattice is formed by the multilayer film.
Reflect lines.
【0004】ところで、最近では、軟X線が、生態試料
に与えるダメージが少ないという特性を有しているため
に、生態を高解像度且つ無染色で観測でき得る生物顕微
鏡への応用が期待されている。とりわけ、波長帯域がλ
=43.7Å〜23.6ÅであるX線が用いられる場合
では、炭素のX線吸収率が高く、且つ水分子に対するX
線の透過率も高いので、このような波長帯域のX線を生
物顕微鏡に応用すれば、水中においても主な構成原子が
炭素であるタンパク質の透過顕微像を良好なコントラス
トで観察することができるようになる。[0004] Recently, soft X-rays have the property of causing less damage to ecological samples, and are expected to be applied to biological microscopes that can observe ecology with high resolution and without staining. I have. In particular, the wavelength band is λ
= 43.7 ° to 23.6 ° is used, the X-ray absorption of carbon is high, and X
Since the transmittance of rays is high, if X-rays in such a wavelength band are applied to a biological microscope, a transmission microscopic image of a protein whose main constituent atoms are carbon can be observed with good contrast even in water. Become like
【0005】一方、λ=43.7Å〜23.6Å以外の
波長帯域のX線を用いてタンパク質の顕微像を得ようと
する試みも行われてきており、様々な方法が提案されて
いる。ここで、それらの方法の一つについて、図4から
図7を用いて説明する。図4(a)〜(f)および図5
(a)〜(d)は、各々、炭素原子がX線を吸収した時
の電子の状態および遷移の様子を例示したものである。On the other hand, attempts have been made to obtain microscopic images of proteins using X-rays in a wavelength band other than λ = 43.7 ° to 23.6 °, and various methods have been proposed. Here, one of those methods will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (f) and FIG.
(A) to (d) respectively exemplify the state of electrons and the state of transition when a carbon atom absorbs X-rays.
【0006】図4(a)は、基底状態の炭素原子の電子
配置を例示しており、1S軌道、2S軌道、2P軌道そ
れぞれに2個ずつ電子Eが存在している。この基底状態
にX線が入射されると、図4(b)に例示したように1
S軌道の電子が励起されて電離し、炭素原子は1S軌道
に空孔を残す。これを第一遷移という。しかし、この第
一遷移状態は図4(c)にも例示したようにエネルギー
的に非常に不安定なため、図4(d)に例示したように
2P軌道の電子が1S軌道に遷移して安定状態となる。
これを第二遷移という。さらに、この炭素がタンパク質
等の分子の構成要素であれば、図4(e)に例示したよ
うに2P軌道に空孔が生じることとなるので、炭素原子
は、図4(f)に例示したように、周囲の構成元素等か
ら電子を捕獲し、初期の基底状態に戻る。これを第三遷
移という。FIG. 4A exemplifies the electron configuration of a carbon atom in the ground state, and two electrons E exist in each of the 1S orbit, the 2S orbit, and the 2P orbit. When X-rays are incident on this ground state, as shown in FIG.
The electrons in the S orbital are excited and ionized, and the carbon atoms leave vacancies in the 1S orbital. This is called a first transition. However, since the first transition state is extremely unstable in energy as illustrated in FIG. 4C, the electrons in the 2P orbit transition to the 1S orbit as illustrated in FIG. 4D. It will be in a stable state.
This is called a second transition. Furthermore, if this carbon is a constituent of a molecule such as a protein, a vacancy is generated in the 2P orbit as illustrated in FIG. 4 (e). Therefore, the carbon atom is illustrated in FIG. 4 (f). As described above, electrons are captured from surrounding constituent elements and the like, and return to the initial ground state. This is called a third transition.
【0007】通常、X線顕微鏡を利用したタンパク質の
透過顕微像の観察は、X線を照射した際の第一遷移によ
るエネルギー吸収を利用して行われる。この場合には、
X線の波長が炭素の吸収端より短い波長でなければ、X
線はタンパク質に吸収されず透過像のコントラストが悪
くなってしまう。しかし、上述した電子の遷移過程を逆
にして考察すると、入射すべきX線の波長が炭素の吸収
端より長い波長であっても、コントラストに優れた顕微
像を観察することが可能である。Usually, observation of a transmission microscopic image of a protein using an X-ray microscope is performed by utilizing energy absorption by a first transition when X-rays are irradiated. In this case,
If the wavelength of X-rays is not shorter than the absorption edge of carbon, X
The line is not absorbed by the protein, and the contrast of the transmitted image is deteriorated. However, when the electron transition process described above is considered in reverse, even if the wavelength of the X-ray to be incident is longer than the absorption edge of carbon, a microscopic image with excellent contrast can be observed.
【0008】すなわち、図5(a)に例示した基底状態
の炭素原子の電子配置において、まず、図5(b)に例
示したように、紫外光を照射することにより基底状態の
2P軌道の電子を電離または励起させ、2P軌道に空孔
をつくる。これは第三遷移の逆過程である。さらに、図
5(c)に例示したように、この状態においてX線によ
り1S軌道の電子2を2P軌道の空孔に励起させる。こ
れは第二遷移の逆過程である。この遷移は、炭素の吸収
端よりも低い光子エネルギー、すなわち炭素の吸収端よ
りも長い波長のX線により実現できる。この状態は、図
5(d)に例示したように、前述した第一遷移によって
基底状態より直接1S軌道の電子が電離された状態と同
じである。That is, in the electron configuration of the carbon atom in the ground state illustrated in FIG. 5A, first, as illustrated in FIG. Is ionized or excited to form a hole in the 2P orbital. This is the reverse process of the third transition. Further, as illustrated in FIG. 5C, in this state, electrons 2 in 1S orbital are excited into vacancies in 2P orbital by X-rays. This is the reverse process of the second transition. This transition can be realized by an X-ray having a lower photon energy than the absorption edge of carbon, that is, a wavelength longer than the absorption edge of carbon. This state is the same as the state in which electrons in the 1S orbit are directly ionized from the ground state by the above-described first transition, as illustrated in FIG. 5D.
【0009】この方法において、2P軌道の電子を電離
させるために必要なエネルギーは、約5eV(200n
m)程度であり、電離させる手段として紫外レーザー光
等が利用できる。また、1S軌道の電子を2P軌道に励
起するために必要なエネルギーは、第一遷移によって励
起させる時よりも約10eV〜20eV程度低くなる。
図6は、この様子を例示したものであり、通常の吸収に
よる電子の電離、すなわち第一遷移に対し、第二遷移の
逆過程の方が若干低いエネルギーで生ずることがわか
る。タンパク質の炭素原子の場合、第二遷移の逆過程に
よる吸収波長は、ほぼ43Å〜65Åの範囲になる。In this method, the energy required to ionize the electrons in the 2P orbit is about 5 eV (200 n
m), and ultraviolet laser light or the like can be used as a means for ionizing. Also, the energy required to excite electrons in the 1S orbital into the 2P orbital is lower by about 10 eV to 20 eV than when excited by the first transition.
FIG. 6 illustrates this state, and it can be seen that the ionization of electrons due to normal absorption, that is, the reverse process of the second transition occurs at a slightly lower energy than the first transition. In the case of a protein carbon atom, the absorption wavelength due to the reverse process of the second transition is approximately in the range of 43 ° to 65 °.
【0010】図7は、このような方法を利用したX線顕
微鏡の構成を例示したものである。この図7に例示した
従来のX線顕微鏡では、サンプル(33)とX線対物レ
ンズ(35)との間にX線フィルター(34)が設けら
れている。このX線フィルター(34)はBe等の薄膜
でできており、波長帯域43Å〜65Åの入射光に対し
ては高い透過率を有し、且つ紫外光領域の入射光に対し
ては高い反射率を有している。そして、第二遷移の逆過
程に対応する光子エネルギーのX線および第三遷移の逆
過程に対応する光子エネルギーに調整された紫外レーザ
ー光を、それぞれ、X線光源(31)および紫外光源
(38)により放射し、X線コンデンサーレンズ(3
2)および集光レンズ(37)を介してサンプル(3
3)に同時に照射することにより、特定のタンパク質の
炭素原子のみを電離させることが可能となり、検出器
(36)を用いてサンプル(33)の透過顕微像を得る
ことができる。FIG. 7 illustrates the configuration of an X-ray microscope utilizing such a method. In the conventional X-ray microscope illustrated in FIG. 7, an X-ray filter (34) is provided between the sample (33) and the X-ray objective lens (35). The X-ray filter (34) is made of a thin film of Be or the like, has a high transmittance for incident light in a wavelength band of 43 ° to 65 °, and has a high reflectance for incident light in an ultraviolet region. have. Then, the X-ray of the photon energy corresponding to the reverse process of the second transition and the ultraviolet laser light adjusted to the photon energy of the reverse process of the third transition are respectively supplied to the X-ray light source (31) and the ultraviolet light source (38). ), And the X-ray condenser lens (3
2) and the sample (3) through the condenser lens (37).
By simultaneously irradiating 3), only the carbon atoms of the specific protein can be ionized, and a transmission microscopic image of the sample (33) can be obtained using the detector (36).
【0011】しかしながら、このような従来の紫外光ア
シストによるX線顕微鏡では、紫外光を同時に導入させ
る技術において以下のような問題点があった。すなわ
ち、たとえば45度傾いて配置された薄膜ミラーによっ
て、観察試料の背面側より紫外光を照射するとともに、
表面側からX線光を照射する場合では、X線を透過し、
且つ紫外光を十分な反射率で反射することのできる45
度の薄膜ミラーが不可欠であるが、X線領域で高い透過
率を有し、且つ紫外領域で高い反射率を有する薄膜ミラ
ーは、その膜厚が0.1μm程度である必要があり、こ
のように極めて薄い薄膜を精度良く製造することは極め
て困難であるといった問題があった。However, such a conventional X-ray microscope using ultraviolet light assist has the following problems in a technique for simultaneously introducing ultraviolet light. That is, for example, ultraviolet light is irradiated from the back side of the observation sample by a thin film mirror arranged at an angle of 45 degrees,
When irradiating X-ray light from the front side, it transmits X-rays,
45 capable of reflecting ultraviolet light with sufficient reflectance
Although a thin film mirror having a high degree of transmittance is indispensable, a thin film mirror having a high transmittance in the X-ray region and a high reflectance in the ultraviolet region needs to have a film thickness of about 0.1 μm. However, there is a problem that it is extremely difficult to accurately manufacture an extremely thin thin film.
【0012】また、困難ではあるが、たとえばシリコン
基板上にアルミをコートして、その背面より異方性エッ
チングを施すことによりフリースタンディングの薄膜ミ
ラーを製造することはできるが、このように製造された
アルミ薄膜は大変薄いために応力の不均一性から綺麗な
鏡面とはならず、観察試料への効果的な紫外光の照射が
不可能である。Although it is difficult, it is possible to manufacture a free-standing thin-film mirror by, for example, coating aluminum on a silicon substrate and performing anisotropic etching from the back surface thereof. Since the thin aluminum film is very thin, it does not have a beautiful mirror surface due to non-uniformity of stress, and it is impossible to effectively irradiate an observation sample with ultraviolet light.
【0013】さらにまた、たとえば観察試料を顕微鏡光
軸に対して45度傾けて配置し、その試料の表面側から
紫外光およびX線を同時に照射する場合では、観察試料
が顕微鏡光軸に対して45度傾いているために、撮影し
た画像が歪んでしまい、この歪んだ画像を画像処理によ
って補正しなければならないといった問題があった。そ
こで、この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされた
ものであり、従来技術の問題点を解消し、紫外光を容易
に導入することができ、高精度な観察試料の顕微像を得
ることのできる、製造も容易な、新しい紫外光アシスト
のX線顕微鏡を提供することを目的としている。Furthermore, for example, when the observation sample is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the microscope and the sample is irradiated with ultraviolet light and X-rays simultaneously from the surface side of the sample, the observation sample is placed with respect to the optical axis of the microscope. Since the camera is tilted by 45 degrees, the captured image is distorted, and there is a problem that the distorted image must be corrected by image processing. Therefore, the present invention has been made in view of the circumstances described above, and solves the problems of the related art, can easily introduce ultraviolet light, and obtains a high-precision microscopic image of an observation sample. It is an object of the present invention to provide a new ultraviolet light assisted X-ray microscope that can be manufactured and is easy to manufacture.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、X線および紫外光を観察
試料に照射して観察試料の顕微像を得るX線顕微鏡にお
いて、ピンホール付ミラーによってX線および紫外光が
同一光学軸上に通されて観察試料の同一領域に照射され
るようになっており、このピンホール付きミラーは、鏡
面研磨されたシリコン基板とこのシリコン基板に異方性
エッチングによって形成されたX線を通すピンホールと
シリコン基板の表面にアルミニュームがコートされて形
成された紫外光を反射する反射層とを有していることを
特徴とするX線顕微鏡(請求項1)を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The claimed invention is as to solve the above problems, there is provided an X-ray microscope for obtaining a microscopic image of the observation sample is irradiated with X-rays and ultraviolet light to the observation specimen, pinholes X-ray and ultraviolet light by the urging mirror being adapted to be irradiated in the same region of the observation specimen saw is passed through on the same optical axis, a mirror with the pinhole mirror
Surface polished silicon substrate and anisotropic silicon substrate
A pinhole for passing X-rays formed by etching
Formed with aluminum coated on the surface of the silicon substrate
An X-ray microscope (Claim 1), comprising: a formed reflective layer for reflecting ultraviolet light .
【0015】また、この出願の発明は、上記のX線顕微
鏡において、ピンホール付ミラーが、X線光源と顕微像
検出器との間において、X線および紫外光を同一光学軸
上に通して、観察試料の同一領域に照射する位置に備え
られていること(請求項2)や、ピンホール付ミラー
が、観察試料と顕微像検出器との間において、紫外光を
観察試料にその背面から照射する位置に備えられている
こと(請求項3)や、ピンホール付ミラーが、そのピン
ホールが顕微鏡光軸上に位置し、且つ顕微鏡光軸に対し
て任意角度傾くように備えられていること(請求項4)
や、フレネルゾーンプレートが、ピンホール付ミラーと
観察試料との間に備えられていること(請求項5)も提
供する。[0015] The invention of this application, in the above X-ray microscope, with a mirror pinhole is, between the X-ray source and the microscopic image detector, the X-ray and ultraviolet light through the same optical axis , it is provided in a position to irradiate the same region of the observation sample and (claim 2), with a mirror pinholes, between the observation sample and the microscopic image detector, from the back to the observation sample with ultraviolet light The mirror is provided at a position for irradiation (claim 3 ), and the mirror with a pinhole is provided such that the pinhole is located on the optical axis of the microscope and inclined at an arbitrary angle with respect to the optical axis of the microscope. (Claim 4 )
And, full Les panel zone plate, that is provided between the pin with a mirror hole with the observation sample (claim 5) also Hisage <br/> provided.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】この発明のX線顕微鏡は、上記の
通り、ピンホール付ミラーによって、紫外光およびX線
が同一光学軸上に通されて観察試料の同一領域に照射さ
れ、観察試料の顕微像を得るようにしたものである。図
8は、この発明のX線顕微鏡の基本概念を例示したもの
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As described above, an X-ray microscope according to the present invention uses a mirror with a pinhole to pass ultraviolet light and X-rays on the same optical axis to irradiate the same region of an observation sample. Is obtained. FIG. 8 illustrates the basic concept of the X-ray microscope of the present invention.
【0017】たとえばこの図8に示したX線顕微鏡で
は、微小なピンホール(21)が形成されているピンホ
ール付ミラー(2)は、X線光源(1)と観察試料
(5)との間において、顕微鏡光軸に対して45°傾け
て、そのピンホール(21)がX線光源(1)の近傍に
おいて光軸上に位置するように備えられている。X線光
源(1)からのX線は、ピンホール付ミラー(2)のピ
ンホール(21)を通過したもののみが反射対物型コン
デンサーレンズ(3)に入射して、観察試料(5)面上
における任意の領域に集光される。一方、紫外光は、顕
微鏡光軸に直交する方向から、焦点距離の長い紫外光集
光レンズ(4)を介してピンホール付ミラー(2)に入
射して、X線と同じ光軸上を通って、X線が集光した観
察試料(5)面上の領域と同じ領域に集光される。この
ようにX線と紫外光とを同一光軸上を通して同一試料領
域に集光することができるのは、以下の理由によるもの
である。For example, in the X-ray microscope shown in FIG. 8, a mirror (2) with a pinhole having a fine pinhole (21) is provided between the X-ray light source (1) and the observation sample (5). The pinhole (21) is provided at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the microscope so that the pinhole (21) is located on the optical axis near the X-ray light source (1). As for the X-rays from the X-ray light source (1), only those that have passed through the pinhole (21) of the mirror (2) with the pinhole enter the reflection objective condenser lens (3), and the surface of the observation sample (5). The light is focused on an arbitrary area on the upper side. On the other hand, the ultraviolet light is incident on the mirror with pinhole (2) from the direction perpendicular to the optical axis of the microscope via the ultraviolet light condensing lens (4) having a long focal length, and travels on the same optical axis as the X-ray. As a result, the X-rays are focused on the same area as the focused area on the observation sample (5). The reason why X-rays and ultraviolet light can be focused on the same sample area through the same optical axis is as follows.
【0018】(A)利用するX線の発散立体角が小さい
ためにピンホール(21)を極めて小さくすることがで
きるので、紫外光はピンホール付ミラー(2)によって
ほとんど反射され、よって利用されない紫外光の量が極
めて小さい。
(B)ピンホール付ミラー(2)の厚さを極めて薄くす
ることができるため、X線光源(1)から発生したX線
がピンホール付ミラー(2)の縁で蹴られなくなる。(A) Since the pinhole (21) can be made extremely small because the divergent solid angle of the X-ray used is small, the ultraviolet light is almost reflected by the mirror with pinhole (2) and is not used. The amount of ultraviolet light is extremely small. (B) Since the thickness of the mirror with pinhole (2) can be made extremely thin, X-rays generated from the X-ray light source (1) will not be kicked by the edge of the mirror with pinhole (2).
【0019】(C)紫外光は、ピンホール付ミラー
(2)から近い距離に配設された紫外光集光レンズ
(4)によってファーフィールドで観察試料(5)面上
に集光されるため、回折効果によってビーム形状のピン
ホール(21)の開口部が完全に塞がれて、ほぼガウシ
アンに近いビーム形状を持つこととなり、十分な強度で
観察試料(5)を照明することができる。(C) The ultraviolet light is focused on the observation sample (5) surface in the far field by the ultraviolet light focusing lens (4) arranged at a short distance from the mirror with pinhole (2). The opening of the pinhole (21) having a beam shape is completely closed by the diffraction effect, and the beam shape becomes almost Gaussian, so that the observation sample (5) can be illuminated with sufficient intensity.
【0020】図8に示した例では、その光源が発散光源
である場合に対応したものであるが、発散光源以外であ
って、たとえばSOR(シンクロトロン放射)光源など
のような強力な白色X線光源が備えられている場合に
は、図9に例示したように、フレネルゾーンプレート
(7)がピンホール付ミラー(2)と観察試料(5)と
の間に設けられていることが好ましい。The example shown in FIG. 8 corresponds to the case where the light source is a divergent light source. However, other than the divergent light source, a strong white X such as an SOR (synchrotron radiation) light source is used. When a line light source is provided, it is preferable that the Fresnel zone plate (7) is provided between the mirror with pinhole (2) and the observation sample (5) as illustrated in FIG. .
【0021】この図9に例示したX線顕微鏡では、X線
光源としてSOR光源(6)が備えられており、このS
OR光源(6)から放射されるX線はほぼ平行ビームで
あり、その直径もせいぜい1mm程度であるため、ピン
ホール付ミラー(2)は、フレネルゾーンプレート
(7)に紫外光が直接当たらない程度にそのフレネルゾ
ーンプレート(7)にできるだけ近づけて設置されてい
る。フレネルゾーンプレート(7)は、その径が約10
0μm程度と非常に小さいものであり、SOR光源
(6)からのほぼ平行ビームであるX線をX線波長に応
じた焦点距離に集光する。なお、ピンホール付ミラー
(2)のピンホール(21)の径はフレネルゾーンプレ
ート(7)の有効径にできるだけ近い大きさを有してい
る。The X-ray microscope illustrated in FIG. 9 is provided with an SOR light source (6) as an X-ray light source.
Since the X-rays emitted from the OR light source (6) are substantially parallel beams and have a diameter of at most about 1 mm, the mirror with pinhole (2) does not directly hit the Fresnel zone plate (7) with ultraviolet light. It is installed as close as possible to the Fresnel zone plate (7). The diameter of the Fresnel zone plate (7) is about 10
X-rays, which are extremely small, about 0 μm, and are substantially parallel beams from the SOR light source (6) are focused at a focal length corresponding to the X-ray wavelength. The diameter of the pinhole (21) of the mirror with pinhole (2) is as close as possible to the effective diameter of the Fresnel zone plate (7).
【0022】そして、紫外光は、顕微鏡光軸に直交する
方向から、できるだけ大きいNAを持って観察試料
(5)上に照射されるので、図1のX線顕微鏡と同様
に、回折効果によりビーム形状のピンホール(21)の
開口部が完全に塞がれて、ほぼガウシアンに近いビーム
形状で、十分な強度を持って観察試料(5)を照射する
ことができるようになる。Then, since the ultraviolet light is irradiated onto the observation sample (5) with a NA as large as possible from a direction perpendicular to the optical axis of the microscope, the beam is irradiated by the diffraction effect similarly to the X-ray microscope of FIG. The opening of the shaped pinhole (21) is completely closed, so that the observation sample (5) can be irradiated with a sufficient intensity with a beam shape substantially similar to Gaussian.
【0023】以上のように、ピンホール付ミラーが備え
られていることにより、紫外光およびX線を同じ光学軸
上に通して、観察試料を直入射で照射できるので、解像
度の劣化やフォトンフラックスの低下を避けることがで
き、また、加工の難しいフリースタンィングのミラーを
用いる必要がなくなり、複雑な画像処理も不要となる。As described above, the provision of the mirror with the pinhole allows ultraviolet light and X-rays to pass through the same optical axis and irradiate the observation sample with direct incidence, thereby deteriorating the resolution and the photon flux. In addition, it is not necessary to use a free-standing mirror which is difficult to process, and complicated image processing is not required.
【0024】なお、ピンホール付ミラー(2)は、X線
および紫外光を同一光学軸上に通して観察試料(5)の
同一領域に照射することができれば、たとえば、観察試
料(5)と顕微像検出器との間において、紫外光を観察
試料(5)にその背面から照射する位置に備えられてい
てもよい。以下、添付した図面に沿って実施例を示し、
この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。If the mirror (2) with pinhole can irradiate the same region of the observation sample (5) with the X-ray and ultraviolet light passing through the same optical axis, for example, The ultraviolet light may be provided between the microscopic image detector and the microscopic image detector at a position where the observation sample (5) is irradiated with ultraviolet light from the back surface. Hereinafter, examples are shown along the attached drawings,
Embodiments of the present invention will be described in more detail.
【0025】[0025]
【実施例】図10は、この発明の一実施例であるX線顕
微鏡の要部構成を例示したものである。この図10に例
示したX線顕微鏡では、紫外光発生源およびX線発生源
としてNd:YAGレーザー(8)が備えられ、このN
d:YAGレーザー(8)の出力側にはX線用集光レン
ズ(9)およびX線用光学窓(11)と、紫外光用集光
レンズ(10)および紫外光用光学窓(12)とが配設
されている。光学系が収容される真空容器(19)内に
おいては、レーザープラズマ回転ターゲット(13)お
よび微小なピンホール(21)を有するピンホール付ミ
ラー(2)がそれぞれ、X線用光学窓(11)および紫
外光用光学窓(12)に対向する位置において、互いに
近接して備えられており、さらに、X線コンデンサーレ
ンズとしての斜入射型コンデンサーミラー(14)、観
察試料(5)、X線対物レンズとしてのフレネルゾーン
プレート(7)および紫外光除去フィルタ(15)と、
顕微像検出器系を構成するマイクロチャンネルプレート
(16)、蛍光板(17)および固体撮像素子(18)
とが配設されている。FIG. 10 illustrates an essential configuration of an X-ray microscope according to an embodiment of the present invention. The X-ray microscope illustrated in FIG. 10 includes an Nd: YAG laser (8) as an ultraviolet light source and an X-ray source.
d: At the output side of the YAG laser (8), a condenser lens for X-rays (9) and an optical window for X-rays (11), a condenser lens for ultraviolet light (10) and an optical window for ultraviolet light (12) And are arranged. In a vacuum vessel (19) in which an optical system is accommodated, a laser plasma rotating target (13) and a pinhole mirror (2) having a minute pinhole (21) are each provided with an X-ray optical window (11). And an oblique incidence condenser mirror (14) as an X-ray condenser lens, an observation sample (5), an X-ray objective A Fresnel zone plate (7) as a lens and an ultraviolet light removing filter (15);
Microchannel plate (16), fluorescent plate (17), and solid-state imaging device (18) constituting a microscopic image detector system
And are arranged.
【0026】このような構造を有するこの発明のX線顕
微鏡において、Nd:YAGレーザー(8)は、2倍高
調波(=532nm)および4倍高調波(=266n
m)を発生する。2倍高調波は、X線用集光レンズ
(9)およびX線用光学窓(11)を介して真空容器
(19)内に導入され、レーザープラズマ回転ターゲッ
ト(13)に集光される。そして集光された2倍高調波
によってレーザープラズマ回転ターゲット(13)が励
起されてX線が発生する。発生したX線は、ピンホール
付ミラー(2)のピンホール(21)を通過し、斜入射
型コンデンサーミラー(14)、たとえばウォルター型
光学系、によって観察試料(5)面上に集光される。In the X-ray microscope of the present invention having such a structure, the Nd: YAG laser (8) uses the second harmonic (= 532 nm) and the fourth harmonic (= 266n).
m). The second harmonic is introduced into the vacuum vessel (19) via the X-ray condenser lens (9) and the X-ray optical window (11), and is focused on the laser plasma rotating target (13). Then, the laser plasma rotating target (13) is excited by the collected second harmonic, and X-rays are generated. The generated X-rays pass through the pinhole (21) of the mirror with pinhole (2), and are condensed on the surface of the observation sample (5) by a grazing incidence type condenser mirror (14), for example, a Walter type optical system. You.
【0027】一方、4倍高調波は、アシスト用の紫外光
として用いられ、その紫外光は、紫外光用集光レンズ
(10)および紫外光用光学窓(12)を介して真空容
器(19)内に導入され、ピンホール付ミラー(2)に
入射し、このピンホール付ミラー(2)により反射され
て、斜入射型コンデンサーミラー(14)の中央開口部
を通過して、X線が集光された領域と同じ観察試料
(5)面上における領域に集光される。On the other hand, the fourth harmonic is used as ultraviolet light for assisting, and the ultraviolet light is passed through a condenser lens for ultraviolet light (10) and an optical window for ultraviolet light (12) to form a vacuum container (19). ), Enters the mirror with pinhole (2), is reflected by the mirror with pinhole (2), passes through the central opening of the oblique incidence type condenser mirror (14), and X-rays The light is focused on the same region on the surface of the observation sample (5) as the focused region.
【0028】4倍高調波の波長では、DNAの構成要素
である核酸塩基やアミノ酸のベンゼン基のπ軌道電子を
効果的に励起することができる。よって、たとえば、フ
レネルゾーンプレート(7)で波長4.4nmのX線を
マイクロチャンネルプレート(16)上に結像すると、
マイクロチャンネルプレート(16)からの光電子によ
って蛍光板(17)が励起され、DNAの構成要素であ
る核酸塩基やアミノ酸のベンゼン基の像が形成される。
そして、この像は、固体撮像素子(18)によってリア
ルタイムに撮影される。ここで、紫外光除去フィルター
(15)は、得られる像の画質が劣化してしまうのを防
ぐために、紫外光の迷光を固体撮像素子(18)に入射
しないように除去する。At the wavelength of the fourth harmonic, it is possible to effectively excite the π-orbital electron of the benzene group of the nucleic acid base or amino acid which is a constituent element of DNA. Therefore, for example, when an X-ray having a wavelength of 4.4 nm is imaged on the microchannel plate (16) by the Fresnel zone plate (7),
The fluorescent plate (17) is excited by photoelectrons from the microchannel plate (16), and an image of a benzene group of a nucleic acid base or amino acid which is a component of DNA is formed.
Then, this image is photographed in real time by the solid-state imaging device (18). Here, the ultraviolet light removal filter (15) removes stray ultraviolet light so as not to enter the solid-state imaging device (18) in order to prevent the image quality of the obtained image from deteriorating.
【0029】図11(a)(b)は、各々、この発明の
X線顕微鏡におけるピンホール付ミラーを例示した正面
図および側断面図である。この図11に例示したよう
に、この発明のX線顕微鏡において備えられるピンホー
ル付ミラー(2)では、たとえば、そのミラー基板とし
て鏡面研磨されたシリコン基板(22)が用いられ、こ
のシリコン基板(22)に異方性エッチングによってピ
ンホール(21)が形成されている。シリコン基板(1
1)の表面には、たとえば可視光および紫外光領域の広
い範囲で高い反射率を持つアルミニュームがコートされ
て反射層(23)が形成されている。シリコン基板(1
1)の厚さは、たとえば約500〜600μmであり、
極めて薄く、且つ高反射率を有するミラーである。ま
た、ピンホール(21)は、たとえば縦=1.0mm、
横=1.4mmの寸法を有している。もちろん、反射層
を形成するためにコートされる物質は、アルミニューム
に限定されるのではなく、アシストする紫外光の波長に
おいて高い反射率を有するものであれば何でもよい。FIGS. 11A and 11B are a front view and a side sectional view, respectively, illustrating a mirror with a pinhole in the X-ray microscope of the present invention. As exemplified in FIG. 11, in the mirror (2) with a pinhole provided in the X-ray microscope of the present invention, for example, a mirror-polished silicon substrate (22) is used as the mirror substrate, and the silicon substrate ( 22), a pinhole (21) is formed by anisotropic etching. Silicon substrate (1
The surface of 1) is coated with, for example, aluminum having a high reflectivity over a wide range of visible light and ultraviolet light to form a reflection layer (23). Silicon substrate (1
The thickness of 1) is, for example, about 500 to 600 μm,
The mirror is extremely thin and has high reflectivity. The pinhole (21) has, for example, a length of 1.0 mm,
It has a dimension of width = 1.4 mm. Of course, the material to be coated to form the reflective layer is not limited to aluminum, but may be any material having a high reflectance at the wavelength of the assisting ultraviolet light.
【0030】なお、この発明のX線顕微鏡では、X線光
源としては、上記したシンクロトロン放射光源以外に
も、レーザープラズマ光源またはX線菅が備えられてい
てもよく、また、X線コンデンサーレンズとしてはゾー
ンプレート、X線対物レンズとしてはゾーンプレートま
たはシュワルツシルド型光学系が設けられていてもよ
い。In the X-ray microscope of the present invention, a laser plasma light source or an X-ray tube may be provided as the X-ray light source in addition to the above-mentioned synchrotron radiation light source. As an X-ray objective lens, a zone plate or a Schwarzschild type optical system may be provided.
【0031】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。Of course, the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various embodiments are possible in detail.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、X線および紫外光を同じ光学軸上を通して、観察
試料の同一領域を直入射で照明することができ、高解像
度の優れた顕微像を容易に得ることのできる、製造も容
易である、新しいX線顕微鏡が提供される。As described above in detail, according to the present invention, the same region of an observation sample can be illuminated by direct incidence of X-rays and ultraviolet light on the same optical axis, and an excellent high-resolution microscopic image can be obtained. A new X-ray microscope is provided which is easy to obtain and easy to manufacture.
【図1】ウォルター型反射光学系の基本構成を例示した
図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a Walter reflection optical system.
【図2】フレネルゾーンプレートの基本構成を例示した
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a basic configuration of a Fresnel zone plate.
【図3】直入射型のシュワルツシルド光学系の基本構成
を例示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a basic configuration of a direct incidence type Schwarzschild optical system.
【図4】(a)〜(f)は、各々、炭素原子がX線を吸
収した時の電子の各遷移状態を例示した図である。FIGS. 4A to 4F are diagrams respectively exemplifying transition states of electrons when a carbon atom absorbs X-rays.
【図5】(a)〜(d)は、各々、炭素原子がX線を吸
収した時の電子の別の各遷移状態を例示した図である。FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating other transition states of electrons when a carbon atom absorbs X-rays, respectively.
【図6】炭素原子の2P軌道の電子が遷移するために要
するエネルギーを比較例示した図である。FIG. 6 is a diagram comparing and exemplifying energy required for transition of electrons in a 2P orbit of a carbon atom.
【図7】従来のX線顕微鏡の一例を示した要部構成図で
ある。FIG. 7 is a main part configuration diagram showing an example of a conventional X-ray microscope.
【図8】この発明のX線顕微鏡の基本概念を例示した図
である。FIG. 8 is a diagram illustrating the basic concept of the X-ray microscope of the present invention.
【図9】この発明のX線顕微鏡の基本概念の別の例を示
した図である。FIG. 9 is a diagram showing another example of the basic concept of the X-ray microscope of the present invention.
【図10】この発明の一実施例であるX線顕微鏡を例示
した要部構成図である。FIG. 10 is a main part configuration diagram illustrating an X-ray microscope according to an embodiment of the present invention;
【図11】(a)(b)は、各々、この発明のX線顕微
鏡におけるピンホール付ミラーを例示した正面図および
側断面図である。FIGS. 11A and 11B are a front view and a side sectional view, respectively, illustrating a mirror with a pinhole in the X-ray microscope of the present invention.
1 X線光源 2 ピンホール付ミラー 21 ピンホール 22 シリコン基板 23 アルミニューム 3 反射対物型コンデンサーレンズ 4 紫外光集光レンズ 5 観察試料 6 SOR光源 7 フレネルゾーンプレート 8 Nd:YAGレーザー 9 X線用集光レンズ 10 紫外光用集光レンズ 11 X線用光学窓 12 紫外光用光学窓 13 レーザープラズマ回転ターゲット 14 斜入射型コンデンサーミラー 15 紫外光除去フィルター 16 マイクロチャンネルプレート 17 蛍光板 18 固体撮像素子 19 真空容器 31 X線光源 32 X線コンデンサーレンズ 33 サンプル 34 X線フィルター 35 X線対物レンズ 36 検出器 37 集光レンズ 38 紫外光源 1 X-ray light source 2 Mirror with pinhole 21 Pinhole 22 Silicon substrate 23 Aluminum 3 Reflective objective condenser lens 4 Ultraviolet light focusing lens 5 Observation sample 6 SOR light source 7 Fresnel zone plate 8 Nd: YAG laser 9 X-ray focusing lens 10 Condensing lens for ultraviolet light 11 Optical window for X-ray 12 Optical window for ultraviolet light 13 Laser Plasma Rotary Target 14. Grazing incidence condenser mirror 15 UV light removal filter 16 micro channel plate 17 fluorescent screen 18 Solid-state image sensor 19 Vacuum container 31 X-ray light source 32 X-ray condenser lens 33 samples 34 X-ray filter 35 X-ray objective lens 36 detector 37 Condensing lens 38 Ultraviolet light source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−194500(JP,A) 特開 平5−224000(JP,A) 特開 平6−230200(JP,A) 特開 平3−207000(JP,A) 特開 平9−297198(JP,A) 特開 平8−62398(JP,A) 特開 平8−248198(JP,A) 特開 平6−74879(JP,A) 特開 平5−72400(JP,A) 実公 昭41−14257(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21K 7/00 G01N 23/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-6-194500 (JP, A) JP-A-5-224000 (JP, A) JP-A-6-230200 (JP, A) JP-A-3-230 207000 (JP, A) JP-A-9-297198 (JP, A) JP-A-8-62398 (JP, A) JP-A-8-248198 (JP, A) JP-A-6-74879 (JP, A) JP-A-5-72400 (JP, A) Jiko 41-14257 (JP, Y1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G21K 7/00 G01N 23/04
Claims (5)
観察試料の顕微像を得るX線顕微鏡において、ピンホー
ル付ミラーによってX線および紫外光が同一光学軸上に
通されて観察試料の同一領域に照射されるようになって
おり、このピンホール付きミラーは、鏡面研磨されたシ
リコン基板とこのシリコン基板に異方性エッチングによ
って形成されたX線を通すピンホールとシリコン基板の
表面にアルミニュームがコートされて形成された紫外光
を反射する反射層とを有していることを特徴とするX線
顕微鏡。1. A X-ray and ultraviolet light is irradiated to the observation sample to obtain a microscopic image of the observation specimen X-ray microscope, X-rays and ultraviolet light by the mirror with pinholes is passed on the same optical axis watch adapted to be irradiated in the same region of the observation sample
This mirror with a pinhole is a mirror-polished
Anisotropic etching on the silicon substrate and the silicon substrate
Of the silicon substrate and the pinhole through which the X-ray passes
Ultraviolet light formed by coating aluminum on the surface
An X-ray microscope comprising: a reflection layer that reflects light.
像検出器との間において、X線および紫外光を同一光学
軸上に通して、観察試料の同一領域に照射する位置に備
えられている請求項1のX線顕微鏡。2. A mirror with a pinhole, comprising: an X-ray light source;
X-ray and ultraviolet light are the same optical between the image detector
Through the axis to illuminate the same area of the observation sample
Gill is not that X-ray microscope of claim 1.
像検出器との間において、紫外光を観察試料にその背面
から照射する位置に備えられている請求項1または2の
X線顕微鏡。3. A mirror with a pinhole is provided between an observation sample and a microscopic image detector, for applying ultraviolet light to the observation sample on the back side thereof.
The X-ray microscope according to claim 1, wherein the X-ray microscope is provided at a position where the light is irradiated from above .
が顕微鏡光軸上に位置し、且つ顕微鏡光軸に対して任意
角度傾くように備えられている請求項1ないし3のいず
れかのX線顕微鏡。4. The mirror with a pinhole is provided with a pinhole.
Is located on the microscope optical axis and is arbitrary with respect to the microscope optical axis.
The X-ray microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the X-ray microscope is provided to be inclined at an angle .
付ミラーと観察試料との間に備えられている請求項1な
いし4のいずれかのX線顕微鏡。 5. The method according to claim 1, wherein the Fresnel zone plate has a pinhole.
The X-ray microscope according to any one of claims 1 to 4, wherein the X-ray microscope is provided between the attached mirror and the observation sample .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904397A JP3537652B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | X-ray microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904397A JP3537652B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | X-ray microscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160500A JPH11160500A (en) | 1999-06-18 |
| JP3537652B2 true JP3537652B2 (en) | 2004-06-14 |
Family
ID=18216978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32904397A Expired - Fee Related JP3537652B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | X-ray microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537652B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025151383A1 (en) * | 2024-01-08 | 2025-07-17 | Sigray, Inc. | X-ray analysis system with focused x-ray beam and non-x-ray microscope |
| WO2025155719A1 (en) | 2024-01-18 | 2025-07-24 | Sigray, Inc. | Sequential array of x-ray imaging detectors |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2775949B2 (en) * | 1990-01-10 | 1998-07-16 | 株式会社ニコン | X-ray optical element holding frame |
| JPH05224000A (en) * | 1992-02-10 | 1993-09-03 | Olympus Optical Co Ltd | X-ray microscope |
| JPH0572400A (en) * | 1991-09-17 | 1993-03-26 | Olympus Optical Co Ltd | X-ray microscope |
| JPH0674879A (en) * | 1992-08-27 | 1994-03-18 | Olympus Optical Co Ltd | Specimen container for x-ray microscope |
| JPH06230200A (en) * | 1992-12-07 | 1994-08-19 | Olympus Optical Co Ltd | Sofy x-ray microscope |
| JPH06194500A (en) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Olympus Optical Co Ltd | X-ray microscope |
| JPH0862398A (en) * | 1994-08-24 | 1996-03-08 | Nikon Corp | X-ray detector |
| JPH08248198A (en) * | 1995-03-13 | 1996-09-27 | Nikon Corp | Method for producing silicon oxide membrane |
| JPH09297198A (en) * | 1996-05-08 | 1997-11-18 | Nikon Corp | X-ray filter |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32904397A patent/JP3537652B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11160500A (en) | 1999-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5177774A (en) | Reflection soft X-ray microscope and method | |
| JP4374735B2 (en) | Reflective soft X-ray microscope, mask inspection apparatus, and reflective mask manufacturing method | |
| US7119953B2 (en) | Phase contrast microscope for short wavelength radiation and imaging method | |
| US5216699A (en) | X-ray microscope | |
| JP5139077B2 (en) | Single-wavelength stimulated emission controlled microscopy | |
| JP3537652B2 (en) | X-ray microscope | |
| JP4220170B2 (en) | X-ray image magnifier | |
| Horikawa et al. | A compact Schwarzschild soft X‐ray microscope with a laser‐produced plasma source | |
| JPH11281597A (en) | Photoelectron spectrometer and surface analysis method | |
| US20250298231A1 (en) | Apparatus and method for confocal observation of a sample | |
| JP3317541B2 (en) | X-ray microscope | |
| JPH06194500A (en) | X-ray microscope | |
| JP2001066399A (en) | Multilayer reflection mirror and exposure device, or analyzer. | |
| JPH08146200A (en) | X-ray phase contrast microscope | |
| JP2003075600A (en) | X-ray image expansion apparatus | |
| JPH1020099A (en) | Scanning confocal X-ray microscope | |
| Trail et al. | First images from the Stanford tabletop scanning soft x-ray microscope | |
| JP3650154B2 (en) | Laser plasma light source | |
| JPH07167994A (en) | X-ray optical system | |
| Aristov et al. | New generation of diffraction optical elements to focus “hard” x-ray radiation | |
| JPH0572400A (en) | X-ray microscope | |
| JP3368643B2 (en) | Photoelectron spectrometer | |
| JPH085579A (en) | Micro area X-ray irradiation device | |
| Suckewer et al. | Reflection soft X-ray microscope and method | |
| JPH09297198A (en) | X-ray filter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20031210 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040317 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |