JPH0572400A - X線顕微鏡 - Google Patents
X線顕微鏡Info
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- JPH0572400A JPH0572400A JP23628891A JP23628891A JPH0572400A JP H0572400 A JPH0572400 A JP H0572400A JP 23628891 A JP23628891 A JP 23628891A JP 23628891 A JP23628891 A JP 23628891A JP H0572400 A JPH0572400 A JP H0572400A
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高品質の顕微像で生体観察ができ得、而も
作製する際の設計や材料の選択に有利なX線顕微鏡シス
テムを提供する。 【構成】 X線光路中に、43.7Åから65Åの波
長に対し透過性のあるX線フィルター9と、100nm
より長い波長の紫外光を該X線フィルター9に反射させ
てサンプル3に照射するための紫外光源7を設ける。
作製する際の設計や材料の選択に有利なX線顕微鏡シス
テムを提供する。 【構成】 X線光路中に、43.7Åから65Åの波
長に対し透過性のあるX線フィルター9と、100nm
より長い波長の紫外光を該X線フィルター9に反射させ
てサンプル3に照射するための紫外光源7を設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、X線光源やX線光学素子の研究開
発が進み、その応用システムの一つとして、X線顕微鏡
が提案されている。図8乃至図10に示すように、X線
顕微鏡に用いられる光学素子には様々のタイプがある。
図8は、ウォルター型の反射光学系を示している(図
中、反射面は実線部分のみである)。これは、反射面に
X線を大きな入射角で入射し、この面での全反射を利用
してX線を反射させるもので、斜入射光学系と呼ばれる
ものの一種である。図9は、回折を利用したフレネルゾ
ーンプレートである。図10は、2枚の球面鏡に多層膜
をコートした直入射型のシュワルツシルド光学系であ
る。この光学系では、多層膜が人工格子を形成しこの格
子による回折を利用してX線を反射させている。
発が進み、その応用システムの一つとして、X線顕微鏡
が提案されている。図8乃至図10に示すように、X線
顕微鏡に用いられる光学素子には様々のタイプがある。
図8は、ウォルター型の反射光学系を示している(図
中、反射面は実線部分のみである)。これは、反射面に
X線を大きな入射角で入射し、この面での全反射を利用
してX線を反射させるもので、斜入射光学系と呼ばれる
ものの一種である。図9は、回折を利用したフレネルゾ
ーンプレートである。図10は、2枚の球面鏡に多層膜
をコートした直入射型のシュワルツシルド光学系であ
る。この光学系では、多層膜が人工格子を形成しこの格
子による回折を利用してX線を反射させている。
【0003】又、最近では、軟X線は生体試料に与える
ダメージが少ないという特性を利用して、生体を高解像
度且つ無染色で観察でき得る生物顕微鏡への応用も注目
されている。とりわけ、X線の波長λがλ=43.7Å
〜23.6Åの波長帯域においては、炭素のX線吸収率
が高く而も、水分子に対するX線の透過率も高いので、
これを生物顕微鏡に応用すれば、水中でも主な構成原子
が炭素であるタンパク質の透過顕微像が良好なコントラ
ストで観察可能となる。従って、各研究機関では、この
波長帯域において高精度で利用され得るX線多層膜鏡や
フィルター等の光学素子,光源,検出器等の研究開発が
行われている。
ダメージが少ないという特性を利用して、生体を高解像
度且つ無染色で観察でき得る生物顕微鏡への応用も注目
されている。とりわけ、X線の波長λがλ=43.7Å
〜23.6Åの波長帯域においては、炭素のX線吸収率
が高く而も、水分子に対するX線の透過率も高いので、
これを生物顕微鏡に応用すれば、水中でも主な構成原子
が炭素であるタンパク質の透過顕微像が良好なコントラ
ストで観察可能となる。従って、各研究機関では、この
波長帯域において高精度で利用され得るX線多層膜鏡や
フィルター等の光学素子,光源,検出器等の研究開発が
行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記したλ
=43.7Å〜23.6Åの波長帯域においては、X線
顕微鏡として利用し得る十分な精度を実現・保証した光
学素子の作製が困難であるといった問題がある。一般
に、高い反射率を有する多層膜反射鏡を設計する場合、
できる限り屈折率の差の大きい2種類の物質を交互に堆
積して多層膜を形成する必要がある。しかし、この波長
帯域では、殆どの物質の屈折率が1に近く、屈折率差の
大きい2種類の物質を選択することは困難である。又、
Ni(ニッケル)とSc(スカンジウム)を交互に積層
するタイプ(Ni/Sc)、NiとTi(チタン)を交
互に積層するタイプ(Ni/Ti)等反射率が多少大き
く見込める材料も提案されているが、これらは蒸着する
際に結晶化し易いため均一な製膜が難しく、更に、現在
の製膜技術において、λ=44Å〜20Åの波長帯域の
直入射鏡は、多層膜の1周期(積層する2つの物質の組
の厚さ)が20Å以下とならざるを得ず、多層膜自体の
作製が困難である。又更に、このλ=43.7Å〜2
3.6Åの波長帯域は、炭素のX線に対する吸収率が高
いので、有機材料をフィルターとして用いることが出来
ず、フィルター材料の選択の幅が狭いという問題もあ
る。従って、実用上の精度が保証されたX線顕微鏡の設
計は難しく、材料の選択においても充分な検討が必要で
ある。
=43.7Å〜23.6Åの波長帯域においては、X線
顕微鏡として利用し得る十分な精度を実現・保証した光
学素子の作製が困難であるといった問題がある。一般
に、高い反射率を有する多層膜反射鏡を設計する場合、
できる限り屈折率の差の大きい2種類の物質を交互に堆
積して多層膜を形成する必要がある。しかし、この波長
帯域では、殆どの物質の屈折率が1に近く、屈折率差の
大きい2種類の物質を選択することは困難である。又、
Ni(ニッケル)とSc(スカンジウム)を交互に積層
するタイプ(Ni/Sc)、NiとTi(チタン)を交
互に積層するタイプ(Ni/Ti)等反射率が多少大き
く見込める材料も提案されているが、これらは蒸着する
際に結晶化し易いため均一な製膜が難しく、更に、現在
の製膜技術において、λ=44Å〜20Åの波長帯域の
直入射鏡は、多層膜の1周期(積層する2つの物質の組
の厚さ)が20Å以下とならざるを得ず、多層膜自体の
作製が困難である。又更に、このλ=43.7Å〜2
3.6Åの波長帯域は、炭素のX線に対する吸収率が高
いので、有機材料をフィルターとして用いることが出来
ず、フィルター材料の選択の幅が狭いという問題もあ
る。従って、実用上の精度が保証されたX線顕微鏡の設
計は難しく、材料の選択においても充分な検討が必要で
ある。
【0005】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、高品質の顕微像で生体観察ができ得、而も作製
する際の設計や材料の選択に有利なX線顕微鏡システム
を提供しようとするものである。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、高品質の顕微像で生体観察ができ得、而も作製
する際の設計や材料の選択に有利なX線顕微鏡システム
を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】現在、λ=4
3.7Å〜23.6Å以外の波長帯域で、コントラスト
が高く且つ選択的に特定のタンパク質分子の顕微像が得
られる方法が提案されている。この方法の原理及び本発
明のX線顕微鏡の手段と作用を、図1乃至図5を用いて
説明する。
3.7Å〜23.6Å以外の波長帯域で、コントラスト
が高く且つ選択的に特定のタンパク質分子の顕微像が得
られる方法が提案されている。この方法の原理及び本発
明のX線顕微鏡の手段と作用を、図1乃至図5を用いて
説明する。
【0007】図1及び図2は、炭素原子がX線を吸収し
たときの、電子の状態及び遷移の様子を示している。図
1(a)は、基底状態の炭素原子の電子配置を示すもの
で、1S軌道,2S軌道,2P軌道に夫々2個ずつ電子
(図中、符号Eで示す)が存在している様子を表してい
る。今、ここにX線を照射したとすると、該X線により
1S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(図1(b)参照。以下、これを第1遷
移という)。しかし、この状態はエネルギー的に非常に
不安定なため(図1(c)参照)、2P軌道の電子が1
S軌道に遷移し、安定状態となる(図1(d)参照。以
下、これを第2遷移という)。更に、この炭素がタンパ
ク質等の分子の構成要素であれば、2P軌道に空孔が生
じているので(図1(e)参照)、炭素原子は周囲の構
成元素等から電子を捕獲し、初期の基底状態に復元する
(図1(f)参照。これを第3遷移という)。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1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、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は悪くなる。
たときの、電子の状態及び遷移の様子を示している。図
1(a)は、基底状態の炭素原子の電子配置を示すもの
で、1S軌道,2S軌道,2P軌道に夫々2個ずつ電子
(図中、符号Eで示す)が存在している様子を表してい
る。今、ここにX線を照射したとすると、該X線により
1S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(図1(b)参照。以下、これを第1遷
移という)。しかし、この状態はエネルギー的に非常に
不安定なため(図1(c)参照)、2P軌道の電子が1
S軌道に遷移し、安定状態となる(図1(d)参照。以
下、これを第2遷移という)。更に、この炭素がタンパ
ク質等の分子の構成要素であれば、2P軌道に空孔が生
じているので(図1(e)参照)、炭素原子は周囲の構
成元素等から電子を捕獲し、初期の基底状態に復元する
(図1(f)参照。これを第3遷移という)。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1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、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は悪くなる。
【0008】しかし、上述した電子の遷移を過程を逆に
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。即ち、図2(a)に示し
た基底状態の炭素原子の電子配置において、先ず、基底
状態の2P軌道の電子を電離させ、2P軌道に空孔をつ
くる(図2(b)参照。これは、第3遷移の逆過程であ
る)。更に、この状態で(図2(c)参照)、X線によ
り1S軌道の電子を2P軌道の空孔に励起する(図2
(d)参照。これは、第2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,換言
すれば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2(d)参照)、前述した第1遷
移により基底状態より直接1S軌道の電子を電離した状
態と全く同じである。
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。即ち、図2(a)に示し
た基底状態の炭素原子の電子配置において、先ず、基底
状態の2P軌道の電子を電離させ、2P軌道に空孔をつ
くる(図2(b)参照。これは、第3遷移の逆過程であ
る)。更に、この状態で(図2(c)参照)、X線によ
り1S軌道の電子を2P軌道の空孔に励起する(図2
(d)参照。これは、第2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,換言
すれば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2(d)参照)、前述した第1遷
移により基底状態より直接1S軌道の電子を電離した状
態と全く同じである。
【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。又、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1遷移によって励起
させるときよりも約10〜20eV程度低くなる。図3
は、この様子を示しており、通常の吸収による電子の電
離,即ち第1遷移に対し、第2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2遷移の逆過程による吸収波長は、ほ
ぼ43〜65Åの範囲になる。
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。又、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1遷移によって励起
させるときよりも約10〜20eV程度低くなる。図3
は、この様子を示しており、通常の吸収による電子の電
離,即ち第1遷移に対し、第2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2遷移の逆過程による吸収波長は、ほ
ぼ43〜65Åの範囲になる。
【0010】この方法については、J.H.Klems
により、以下に示す定量的な優位性が理論的に確認され
ている(J.K.Klems Phys.Rew Vol.43 (1991) 2041〜204
5) 。 (1) 炭素吸収端よりも長い波長のX線を利用できるの
で、光学定数に優れた多層膜鏡を作製出来、且つW(タ
ングステン)/C(炭素)等の製膜が容易な材料を選択
できる。 (2) タンパク質の種類により、2P軌道の電子が電離す
るのに必要なエネルギーが異なるため、紫外レーザー光
等の入射波長を調整することにより、特定のタンパク質
の炭素原子を選択的に電離できる。又、続いて起こる1
S軌道から2P軌道への電子遷移に要するエネルギーも
一義的に決まる。従って、これと同等の光子エネルギー
を持ったX線をプローブとすれば、特定のタンパク質の
透過顕微像が観察できる。又、透過顕微像のコントラス
トも、λ=43.7Å〜23.6Åの波長帯域を利用し
た従来の方法と比較すると1桁以上高くなる。
により、以下に示す定量的な優位性が理論的に確認され
ている(J.K.Klems Phys.Rew Vol.43 (1991) 2041〜204
5) 。 (1) 炭素吸収端よりも長い波長のX線を利用できるの
で、光学定数に優れた多層膜鏡を作製出来、且つW(タ
ングステン)/C(炭素)等の製膜が容易な材料を選択
できる。 (2) タンパク質の種類により、2P軌道の電子が電離す
るのに必要なエネルギーが異なるため、紫外レーザー光
等の入射波長を調整することにより、特定のタンパク質
の炭素原子を選択的に電離できる。又、続いて起こる1
S軌道から2P軌道への電子遷移に要するエネルギーも
一義的に決まる。従って、これと同等の光子エネルギー
を持ったX線をプローブとすれば、特定のタンパク質の
透過顕微像が観察できる。又、透過顕微像のコントラス
トも、λ=43.7Å〜23.6Åの波長帯域を利用し
た従来の方法と比較すると1桁以上高くなる。
【0011】上述した原理をX線顕微鏡に応用すると、
高性能のX線顕微鏡システムを実現することができる。
一般的なX線顕微鏡システムは、図4に示すように、X
線光源より成る光学系1、集光のためのX線コンデンサ
レンズ2、観察すべきサンプル3、X線対物レンズ4、
フィルター5、検出器6より構成されている。対物レン
ズ4は、ゾーンプレートやシュワルツシルド光学系等の
波長分散型タイプとウォルター型のように白色光を集光
する斜入射鏡のタイプの2種類のタイプに分けられる
が、光学系1に白色光源を用いてウォルター型の対物レ
ンズを使用する場合は検出器6に入射する手前の光路上
に分光器を配置する必要がある。又、検出器6は、MC
P(マイクロチャネルプレート),CCD等の撮像素子
が利用されるが、光学系1に白色光源を利用するときは
フィルタ5に、紫外光領域から長い波長の迷光をカット
するためBe(ベリリウム)等の薄膜フィルターを設け
ている。
高性能のX線顕微鏡システムを実現することができる。
一般的なX線顕微鏡システムは、図4に示すように、X
線光源より成る光学系1、集光のためのX線コンデンサ
レンズ2、観察すべきサンプル3、X線対物レンズ4、
フィルター5、検出器6より構成されている。対物レン
ズ4は、ゾーンプレートやシュワルツシルド光学系等の
波長分散型タイプとウォルター型のように白色光を集光
する斜入射鏡のタイプの2種類のタイプに分けられる
が、光学系1に白色光源を用いてウォルター型の対物レ
ンズを使用する場合は検出器6に入射する手前の光路上
に分光器を配置する必要がある。又、検出器6は、MC
P(マイクロチャネルプレート),CCD等の撮像素子
が利用されるが、光学系1に白色光源を利用するときは
フィルタ5に、紫外光領域から長い波長の迷光をカット
するためBe(ベリリウム)等の薄膜フィルターを設け
ている。
【0012】図5は、かかる構成に、前述したJ.H.
Klemsの提案している方法を応用して成る本発明の
X線顕微鏡システムの基本概念図を示している。図5に
おいて、1は光学系、2はX線コンデンサレンズ、3は
タンパク質等より構成されている観察すべきサンプル、
4はX線対物レンズ、6は検出器、7は紫外レーザー光
を出力する紫外光源、8は集光レンズ、9はX線フィル
ターである。基本的な構成は、図4に示したシステムと
同じであるが、本発明のシステムはサンプル3とX線対
物レンズ4の間にX線フィルター9を設けている。この
X線フィルター9は、Be等の薄膜できており、65Å
〜43Åの波長帯域の入射光に対しては高い透過率を有
すると共に、紫外光領域の入射光に対しては高い反射率
を有する特性のものを選択する。従って、サンプル3を
撮像する際に、第2遷移の逆過程に対応する光子エネル
ギーのX線を光学系1より又、第3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紫外
光源7よりサンプル3に同時に照射すれば、特定のタン
パク質の炭素原子のみを電離することが可能となり、検
出器6を介してサンプル3の透過顕微像を得ることがで
きる。而も、X線フィルター9は検出器6において画像
ノイズとなる紫外光領域より長い波長の迷光を反射する
ので、ノイズ成分がカットされた高品質の画像で透過顕
微像を観察することができる。
Klemsの提案している方法を応用して成る本発明の
X線顕微鏡システムの基本概念図を示している。図5に
おいて、1は光学系、2はX線コンデンサレンズ、3は
タンパク質等より構成されている観察すべきサンプル、
4はX線対物レンズ、6は検出器、7は紫外レーザー光
を出力する紫外光源、8は集光レンズ、9はX線フィル
ターである。基本的な構成は、図4に示したシステムと
同じであるが、本発明のシステムはサンプル3とX線対
物レンズ4の間にX線フィルター9を設けている。この
X線フィルター9は、Be等の薄膜できており、65Å
〜43Åの波長帯域の入射光に対しては高い透過率を有
すると共に、紫外光領域の入射光に対しては高い反射率
を有する特性のものを選択する。従って、サンプル3を
撮像する際に、第2遷移の逆過程に対応する光子エネル
ギーのX線を光学系1より又、第3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紫外
光源7よりサンプル3に同時に照射すれば、特定のタン
パク質の炭素原子のみを電離することが可能となり、検
出器6を介してサンプル3の透過顕微像を得ることがで
きる。而も、X線フィルター9は検出器6において画像
ノイズとなる紫外光領域より長い波長の迷光を反射する
ので、ノイズ成分がカットされた高品質の画像で透過顕
微像を観察することができる。
【0013】
【実施例】以下、実施例を図面を参照して説明する。実施例1 図6は、光学系にX線光源の代わりにSOR(放射光)
光源を用いると共に、X線光学素子としてフレネルゾー
ンプレートを利用した場合の実施例を示している。図6
において、11はSOR光源の光学系、12は結晶分光
器、13はタンパク質等より構成されているサンプル、
14はコンデンサーゾーンプレート、15は対物ゾーン
プレート、16はMCPより成る検出器、17は紫外光
源、18は集光レンズ、19はX線フィルターである。
X線フィルター19は、厚さ3000Å程度のBe薄膜
より成りサンプル13と対物ゾーンプレート15の間に
X線顕微鏡の光軸に対して45°の傾きを持って配置さ
れていて、紫外光源17より照射される紫外レーザー光
を該Be薄膜により反射してサンプル13の背面へ照射
するようになっている。又、該Be薄膜は、紫外光領域
から長い波長の入射光に対しては透過率が低いため、画
像ノイズとなる迷光が検出器16に入らないようにする
ための遮蔽作用も成している。
光源を用いると共に、X線光学素子としてフレネルゾー
ンプレートを利用した場合の実施例を示している。図6
において、11はSOR光源の光学系、12は結晶分光
器、13はタンパク質等より構成されているサンプル、
14はコンデンサーゾーンプレート、15は対物ゾーン
プレート、16はMCPより成る検出器、17は紫外光
源、18は集光レンズ、19はX線フィルターである。
X線フィルター19は、厚さ3000Å程度のBe薄膜
より成りサンプル13と対物ゾーンプレート15の間に
X線顕微鏡の光軸に対して45°の傾きを持って配置さ
れていて、紫外光源17より照射される紫外レーザー光
を該Be薄膜により反射してサンプル13の背面へ照射
するようになっている。又、該Be薄膜は、紫外光領域
から長い波長の入射光に対しては透過率が低いため、画
像ノイズとなる迷光が検出器16に入らないようにする
ための遮蔽作用も成している。
【0014】本実施例は、上記の如く構成されているの
で、サンプル13を撮像する際に、第2遷移の逆過程に
対応する光子エネルギーの放射光を光学系11より又、
第3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紫外光源17よりサンプル13に同
時に照射すれば、特定のタンパク質の炭素原子のみを電
離することが出来又、X線フィルター9によりノイズ成
分である迷光はカットされるので、検出器16を介して
サンプル13の透過顕微像を高品質の画像で観察するこ
とができる。
で、サンプル13を撮像する際に、第2遷移の逆過程に
対応する光子エネルギーの放射光を光学系11より又、
第3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紫外光源17よりサンプル13に同
時に照射すれば、特定のタンパク質の炭素原子のみを電
離することが出来又、X線フィルター9によりノイズ成
分である迷光はカットされるので、検出器16を介して
サンプル13の透過顕微像を高品質の画像で観察するこ
とができる。
【0015】実施例2 図7は、光学系としてターゲットにYAGレーザー光を
収束してターゲットの被照射部をプラズマ化し、そこか
らX線を出力するレーザープラズマ光源を用いると共
に、X線コンデンサーレンズにウォルター型ミラー、X
線対物レンズにシュワルツシルド光学系を利用した場合
の実施例を示している。図7において、20はレーザー
プラズマ光源、21はレーザープラズマ光源21よりY
AGレーザー光が入射されてX線を出力するレーザープ
ラズマターゲット、22はウォルター型ミラーのX線コ
ンデンサーレンズ、23はサンプル、24はシュワツシ
ルド光学系のX線対物レンズ、25はKDP結晶、26
はMCPより成る検出器、27はレーザープラズマ光源
21より出力されたYAGレーザー光を分岐するための
ハーフミラー、28はミラー、29はX線フィルター、
30,31は集光レンズである。
収束してターゲットの被照射部をプラズマ化し、そこか
らX線を出力するレーザープラズマ光源を用いると共
に、X線コンデンサーレンズにウォルター型ミラー、X
線対物レンズにシュワルツシルド光学系を利用した場合
の実施例を示している。図7において、20はレーザー
プラズマ光源、21はレーザープラズマ光源21よりY
AGレーザー光が入射されてX線を出力するレーザープ
ラズマターゲット、22はウォルター型ミラーのX線コ
ンデンサーレンズ、23はサンプル、24はシュワツシ
ルド光学系のX線対物レンズ、25はKDP結晶、26
はMCPより成る検出器、27はレーザープラズマ光源
21より出力されたYAGレーザー光を分岐するための
ハーフミラー、28はミラー、29はX線フィルター、
30,31は集光レンズである。
【0016】本実施例の作用は、基本的には前記実施例
1と同様であるが、ターゲット21でX線を発生させる
ためにレーザープラズマ光源20より出力されるYAG
レーザー光の一部を、ハーフミラー27で分岐し、分岐
したレーザー光からKDP結晶25により紫外光波長領
域の2倍の高調波を作り、該高調波をX線フィルター2
9を介して第3遷移の逆過程に対応する光子エネルギー
をサンプル23に射出するようになっているので、紫外
レーザー光を出力するための紫外光源は不要となる。
尚、X線対物レンズ24のシュワツシルド光学系に用い
られる多層膜鏡は、W/Cによるものが優れており、波
長45Åの光学系を直入射で入射する場合、積層数が2
00層のものであれば、約30%の反射率を得ることが
できる。
1と同様であるが、ターゲット21でX線を発生させる
ためにレーザープラズマ光源20より出力されるYAG
レーザー光の一部を、ハーフミラー27で分岐し、分岐
したレーザー光からKDP結晶25により紫外光波長領
域の2倍の高調波を作り、該高調波をX線フィルター2
9を介して第3遷移の逆過程に対応する光子エネルギー
をサンプル23に射出するようになっているので、紫外
レーザー光を出力するための紫外光源は不要となる。
尚、X線対物レンズ24のシュワツシルド光学系に用い
られる多層膜鏡は、W/Cによるものが優れており、波
長45Åの光学系を直入射で入射する場合、積層数が2
00層のものであれば、約30%の反射率を得ることが
できる。
【0017】上述した実施例において、X線フィルター
はサンプルとX線対物レンズの間に配置するよう構成し
たが、勿論この位置に限定されるものではなく、使用さ
れるべき光学素子等の材料により、システムの設計時に
適宜最良の位置に配置すればよい。
はサンプルとX線対物レンズの間に配置するよう構成し
たが、勿論この位置に限定されるものではなく、使用さ
れるべき光学素子等の材料により、システムの設計時に
適宜最良の位置に配置すればよい。
【0018】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、λ=4
3.7Å〜23.6Åより長い波長をX線顕微鏡のプロ
ーブとすることにより、コントラストの高い高品質の透
過顕微像で生体観察ができ得、而もX線顕微鏡システム
を作製する際の設計や材料の選択においても有利であ
る。更に、サンプルを照射するX線と紫外光の波長を選
択することにより、特定のタンパク質の観察・分析がで
きるので、観察時の情報量の多さという点でも優れてい
る。
3.7Å〜23.6Åより長い波長をX線顕微鏡のプロ
ーブとすることにより、コントラストの高い高品質の透
過顕微像で生体観察ができ得、而もX線顕微鏡システム
を作製する際の設計や材料の選択においても有利であ
る。更に、サンプルを照射するX線と紫外光の波長を選
択することにより、特定のタンパク質の観察・分析がで
きるので、観察時の情報量の多さという点でも優れてい
る。
【図1】炭素原子がX線を吸収したときの電子の遷移状
態を示した図である。
態を示した図である。
【図2】本発明に示した原理により、炭素原子の電子が
遷移する状態を示した図である。
遷移する状態を示した図である。
【図3】炭素原子の2P軌道の電子が遷移するのに要す
るエネルギーを本発明の方法による場合と従来の方法に
よる場合との比較を示すグラフである。
るエネルギーを本発明の方法による場合と従来の方法に
よる場合との比較を示すグラフである。
【図4】一般的なX線顕微鏡システムの構成を示す図で
ある。
ある。
【図5】本発明によるX線顕微鏡システムの基本構成を
示す図である。
示す図である。
【図6】本発明によるX線顕微鏡システムの一実施例の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図7】本発明によるX線顕微鏡システムの他の実施例
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図8】ウォルター型の反射光学系の基本構成を示す図
である。
である。
【図9】フレネルゾーンプレートの基本構成を示す図で
ある。
ある。
【図10】直入射型のシュワルツシルド光学系の基本構
成を示す図である。
成を示す図である。
1、11 光学系 2、22 X線コンデンサーレンズ 3、13、23 サンプル 4、24 X線対物レンズ 5 フィルター 6、16、26 検出器 7、17 紫外光源 8、18、30、31 集光レンズ 9、19、29 X線フィルター 12 結晶分光器 14 コンデンサーゾーンプレート 15 対物ゾーンプレート 20 レーザープラズマ光源 21 レーザープラズマターゲット 25 KDP結晶 27 ハーフミラー 28 ミラー
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】この方法については、J.H.Klems
により、以下に示す定量的な優位性が理論的に確認され
ている(J.K.Klems Phys.Rew Vol.43 (1991) 2041〜204
5) 。 (1) 炭素吸収端よりも長い波長のX線を利用できるの
で、多層膜鏡を作製する際、光学定数に優れ且つ製膜が
容易なW(タングステン)/C(炭素)等の実績のある
材料を選択できる。 (2) タンパク質の種類により、2P軌道の電子が電離す
るのに必要なエネルギーが異なるため、紫外レーザー光
等の入射波長を調整することにより、特定のタンパク質
の炭素原子を選択的に電離できる。又、続いて起こる1
S軌道から2P軌道への電子遷移に要するエネルギーも
一義的に決まる。従って、これと同等の光子エネルギー
を持ったX線をプローブとすれば、特定のタンパク質の
透過顕微像が観察できる。又、透過顕微像のコントラス
トも、λ=43.7Å〜23.6Åの波長帯域を利用し
た従来の方法と比較すると1桁以上高くなる。
により、以下に示す定量的な優位性が理論的に確認され
ている(J.K.Klems Phys.Rew Vol.43 (1991) 2041〜204
5) 。 (1) 炭素吸収端よりも長い波長のX線を利用できるの
で、多層膜鏡を作製する際、光学定数に優れ且つ製膜が
容易なW(タングステン)/C(炭素)等の実績のある
材料を選択できる。 (2) タンパク質の種類により、2P軌道の電子が電離す
るのに必要なエネルギーが異なるため、紫外レーザー光
等の入射波長を調整することにより、特定のタンパク質
の炭素原子を選択的に電離できる。又、続いて起こる1
S軌道から2P軌道への電子遷移に要するエネルギーも
一義的に決まる。従って、これと同等の光子エネルギー
を持ったX線をプローブとすれば、特定のタンパク質の
透過顕微像が観察できる。又、透過顕微像のコントラス
トも、λ=43.7Å〜23.6Åの波長帯域を利用し
た従来の方法と比較すると1桁以上高くなる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】上述した原理をX線顕微鏡に応用すると、
高性能のX線顕微鏡システムを実現することができる。
一般的なX線顕微鏡システムは、図4に示すように、X
線光源1、集光のためのX線コンデンサレンズ2、観察
すべきサンプル3、X線対物レンズ4、フィルター5、
検出器6より構成されている。対物レンズ4は、ゾーン
プレートやシュワルツシルド光学系等の波長分散型タイ
プとウォルター型のように白色光を集光する斜入射鏡の
タイプの2種類のタイプに分けられるが、光源1に白色
光源を用いてウォルター型の対物レンズを使用する場合
は検出器6に入射する手前の光路上に分光器を配置する
必要がある。又、検出器6は、MCP(マイクロチャネ
ルプレート),CCD等の撮像素子が利用されるが、光
源1に白色光源を利用するときはフィルタ5に、紫外光
領域から長い波長の迷光をカットするためBe(ベリリ
ウム)等の薄膜フィルターを設けている。
高性能のX線顕微鏡システムを実現することができる。
一般的なX線顕微鏡システムは、図4に示すように、X
線光源1、集光のためのX線コンデンサレンズ2、観察
すべきサンプル3、X線対物レンズ4、フィルター5、
検出器6より構成されている。対物レンズ4は、ゾーン
プレートやシュワルツシルド光学系等の波長分散型タイ
プとウォルター型のように白色光を集光する斜入射鏡の
タイプの2種類のタイプに分けられるが、光源1に白色
光源を用いてウォルター型の対物レンズを使用する場合
は検出器6に入射する手前の光路上に分光器を配置する
必要がある。又、検出器6は、MCP(マイクロチャネ
ルプレート),CCD等の撮像素子が利用されるが、光
源1に白色光源を利用するときはフィルタ5に、紫外光
領域から長い波長の迷光をカットするためBe(ベリリ
ウム)等の薄膜フィルターを設けている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】図5は、かかる構成に、前述したJ.H.
Klemsの提案している方法を応用して成る本発明の
X線顕微鏡システムの基本概念図を示している。図5に
おいて、1は光源、2はX線コンデンサレンズ、3はタ
ンパク質等より構成されている観察すべきサンプル、4
はX線対物レンズ、6は検出器、7は紫外レーザー光を
出力する紫外光源、8は集光レンズ、9はX線フィルタ
ーである。基本的な構成は、図4に示したシステムと同
じであるが、本発明のシステムはサンプル3とX線対物
レンズ4の間にX線フィルター9を設けている。このX
線フィルター9は、Be等の薄膜できており、65Å〜
43Åの波長帯域の入射光に対しては高い透過率を有す
ると共に、紫外光領域の入射光に対しては高い反射率を
有する特性のものを選択する。従って、サンプル3を撮
像する際に、第2遷移の逆過程に対応する光子エネルギ
ーのX線を光源1より又、第3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紫外光源
7よりサンプル3に同時に照射すれば、特定のタンパク
質の炭素原子のみを電離することが可能となり、検出器
6を介してサンプル3の透過顕微像を得ることができ
る。而も、X線フィルター9は検出器6において画像ノ
イズとなる紫外光領域より長い波長の迷光を反射するの
で、ノイズ成分がカットされた高品質の画像で透過顕微
像を観察することができる。
Klemsの提案している方法を応用して成る本発明の
X線顕微鏡システムの基本概念図を示している。図5に
おいて、1は光源、2はX線コンデンサレンズ、3はタ
ンパク質等より構成されている観察すべきサンプル、4
はX線対物レンズ、6は検出器、7は紫外レーザー光を
出力する紫外光源、8は集光レンズ、9はX線フィルタ
ーである。基本的な構成は、図4に示したシステムと同
じであるが、本発明のシステムはサンプル3とX線対物
レンズ4の間にX線フィルター9を設けている。このX
線フィルター9は、Be等の薄膜できており、65Å〜
43Åの波長帯域の入射光に対しては高い透過率を有す
ると共に、紫外光領域の入射光に対しては高い反射率を
有する特性のものを選択する。従って、サンプル3を撮
像する際に、第2遷移の逆過程に対応する光子エネルギ
ーのX線を光源1より又、第3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紫外光源
7よりサンプル3に同時に照射すれば、特定のタンパク
質の炭素原子のみを電離することが可能となり、検出器
6を介してサンプル3の透過顕微像を得ることができ
る。而も、X線フィルター9は検出器6において画像ノ
イズとなる紫外光領域より長い波長の迷光を反射するの
で、ノイズ成分がカットされた高品質の画像で透過顕微
像を観察することができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】
【実施例】以下、実施例を図面を参照して説明する。実施例1 図6は、光源としてSOR(放射光)光源を用いると共
に、X線光学素子としてフレネルゾーンプレートを利用
した場合の実施例を示している。図6において、11は
SOR光源、12は結晶分光器、13はタンパク質等よ
り構成されているサンプル、14はコンデンサーゾーン
プレート、15は対物ゾーンプレート、16はMCPよ
り成る検出器、17は紫外光源、18は集光レンズ、1
9はX線フィルターである。X線フィルター19は、厚
さ3000Å程度のBe薄膜より成りサンプル13と対
物ゾーンプレート15の間にX線顕微鏡の光軸に対して
45°の傾きを持って配置されていて、紫外光源17よ
り照射される紫外レーザー光を該Be薄膜により反射し
てサンプル13の背面へ照射するようになっている。
又、該Be薄膜は、紫外光領域から長い波長の入射光に
対しては透過率が低いため、画像ノイズとなる迷光が検
出器16に入らないようにするための遮蔽作用も成して
いる。
に、X線光学素子としてフレネルゾーンプレートを利用
した場合の実施例を示している。図6において、11は
SOR光源、12は結晶分光器、13はタンパク質等よ
り構成されているサンプル、14はコンデンサーゾーン
プレート、15は対物ゾーンプレート、16はMCPよ
り成る検出器、17は紫外光源、18は集光レンズ、1
9はX線フィルターである。X線フィルター19は、厚
さ3000Å程度のBe薄膜より成りサンプル13と対
物ゾーンプレート15の間にX線顕微鏡の光軸に対して
45°の傾きを持って配置されていて、紫外光源17よ
り照射される紫外レーザー光を該Be薄膜により反射し
てサンプル13の背面へ照射するようになっている。
又、該Be薄膜は、紫外光領域から長い波長の入射光に
対しては透過率が低いため、画像ノイズとなる迷光が検
出器16に入らないようにするための遮蔽作用も成して
いる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】本実施例は、上記の如く構成されているの
で、サンプル13を撮像する際に、第2遷移の逆過程に
対応する光子エネルギーの放射光を光源11より又、第
3遷移の逆過程に対応する光子エネルギーに調整された
紫外レーザー光を紫外光源17よりサンプル13に同時
に照射すれば、特定のタンパク質の炭素原子のみを電離
することが出来又、X線フィルター9によりノイズ成分
である迷光はカットされるので、検出器16を介してサ
ンプル13の透過顕微像を高品質の画像で観察すること
ができる。
で、サンプル13を撮像する際に、第2遷移の逆過程に
対応する光子エネルギーの放射光を光源11より又、第
3遷移の逆過程に対応する光子エネルギーに調整された
紫外レーザー光を紫外光源17よりサンプル13に同時
に照射すれば、特定のタンパク質の炭素原子のみを電離
することが出来又、X線フィルター9によりノイズ成分
である迷光はカットされるので、検出器16を介してサ
ンプル13の透過顕微像を高品質の画像で観察すること
ができる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】実施例2 図7は、光源としてターゲットにYAGレーザー光を収
束してターゲットの被照射部をプラズマ化し、そこから
X線を出力するレーザープラズマ光源を用いると共に、
X線コンデンサーレンズにウォルター型ミラー、X線対
物レンズにシュワルツシルド光学系を利用した場合の実
施例を示している。図7において、20はレーザー光
源、21はレーザー光源20からのYAGレーザー光で
照射されてX線を出力するレーザープラズマターゲッ
ト、22はウォルター型ミラーのX線コンデンサーレン
ズ、23はサンプル、24はシュワツシルド光学系のX
線対物レンズ、25はKDP結晶、26はMCPより成
る検出器、27はレーザー光源20より出力されたYA
Gレーザー光を分岐するためのハーフミラー、28はミ
ラー、29はX線フィルター、30,31は集光レンズ
である。
束してターゲットの被照射部をプラズマ化し、そこから
X線を出力するレーザープラズマ光源を用いると共に、
X線コンデンサーレンズにウォルター型ミラー、X線対
物レンズにシュワルツシルド光学系を利用した場合の実
施例を示している。図7において、20はレーザー光
源、21はレーザー光源20からのYAGレーザー光で
照射されてX線を出力するレーザープラズマターゲッ
ト、22はウォルター型ミラーのX線コンデンサーレン
ズ、23はサンプル、24はシュワツシルド光学系のX
線対物レンズ、25はKDP結晶、26はMCPより成
る検出器、27はレーザー光源20より出力されたYA
Gレーザー光を分岐するためのハーフミラー、28はミ
ラー、29はX線フィルター、30,31は集光レンズ
である。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】本実施例の作用は、基本的には前記実施例
1と同様であるが、ターゲット21でX線を発生させる
ためにレーザー光源20より出力されるYAGレーザー
光の一部を、ハーフミラー27で分岐し、分岐したレー
ザー光からKDP結晶25により紫外光波長領域の2倍
の高調波を作り、該高調波をX線フィルター29を介し
て第3遷移の逆過程に対応する光子エネルギーをサンプ
ル23に射出するようになっているので、紫外レーザー
光を出力するための紫外光源は不要となる。尚、X線対
物レンズ24のシュワツシルド光学系に用いられる多層
膜鏡は、W/Cによるものが優れており、波長45Åの
光学系を直入射で入射する場合、積層数が200層のも
のであれば、約30%の反射率を得ることができる。
1と同様であるが、ターゲット21でX線を発生させる
ためにレーザー光源20より出力されるYAGレーザー
光の一部を、ハーフミラー27で分岐し、分岐したレー
ザー光からKDP結晶25により紫外光波長領域の2倍
の高調波を作り、該高調波をX線フィルター29を介し
て第3遷移の逆過程に対応する光子エネルギーをサンプ
ル23に射出するようになっているので、紫外レーザー
光を出力するための紫外光源は不要となる。尚、X線対
物レンズ24のシュワツシルド光学系に用いられる多層
膜鏡は、W/Cによるものが優れており、波長45Åの
光学系を直入射で入射する場合、積層数が200層のも
のであれば、約30%の反射率を得ることができる。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 1、11 光源 2、22 X線コンデンサーレンズ 3、13、23 サンプル 4、24 X線対物レンズ 5 フィルター 6、16、26 検出器 7、17 紫外光源 8、18、30、31 集光レンズ 9、19、29 X線フィルター 12 結晶分光器 14 コンデンサーゾーンプレート 15 対物ゾーンプレート 20 レーザー光源 21 レーザープラズマターゲット 25 KDP結晶 27 ハーフミラー 28 ミラー ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【図8】
Claims (1)
- 【請求項1】 X線光源より発するX線をサンプルに照
射し、該サンプルを透過したX線から物体像を得るよう
にしたX線顕微鏡において、X線光路中に43.7Åか
ら65Åの波長に対し透過性のあるX線フィルターを設
けると共に、100nmより長い波長の紫外光を上記X
線フィルターにより反射させて上記サンプルに照射する
ための紫外光源を具備したことを特徴とするX線顕微
鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23628891A JPH0572400A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | X線顕微鏡 |
| US07/945,700 US5216699A (en) | 1991-09-17 | 1992-09-16 | X-ray microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23628891A JPH0572400A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | X線顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572400A true JPH0572400A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=16998572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23628891A Withdrawn JPH0572400A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | X線顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0572400A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11160500A (ja) * | 1997-11-28 | 1999-06-18 | Japan Science & Technology Corp | X線顕微鏡 |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP23628891A patent/JPH0572400A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11160500A (ja) * | 1997-11-28 | 1999-06-18 | Japan Science & Technology Corp | X線顕微鏡 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |