JPH0676771A - 走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板 - Google Patents
走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板Info
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- JPH0676771A JPH0676771A JP5146311A JP14631193A JPH0676771A JP H0676771 A JPH0676771 A JP H0676771A JP 5146311 A JP5146311 A JP 5146311A JP 14631193 A JP14631193 A JP 14631193A JP H0676771 A JPH0676771 A JP H0676771A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】X線等の電磁波の照射による物体像を、比較的
簡単な構成でありながら極めて高い分解能にて検出し得
る実用的な走査型撮像装置及び撮像方法を得る。 【構成】電磁波の照射に応じて電気的特性の変換を生ず
る撮像板1と、該撮像板に接触して配置される探針10
と、該探針と前記撮像板とを相対的に走査する走査手段
40と、前記探針を前記撮像板に対して所定の微弱力によ
って接触させる付勢手段20と、前記探針により前記撮像
板に生ずる電気的特性の変化を検出する検出手段30と、
前記走査手段の出力と前記検出手段の出力とから前記撮
像板上の電磁波分布情報を表示する表示手段80とを有す
る。そして、本発明の撮像方法は、探針を所定の付勢力
によって接触させるステップと、該探針と該撮像板とを
相対的に走査しつつ前記探針により前記撮像板に生ずる
電気的特性の変化を検出するステップと、前記走査手段
の出力と前記検出手段の出力とから前記撮像板上の電磁
波分布情報を表示するステップとを有する。
簡単な構成でありながら極めて高い分解能にて検出し得
る実用的な走査型撮像装置及び撮像方法を得る。 【構成】電磁波の照射に応じて電気的特性の変換を生ず
る撮像板1と、該撮像板に接触して配置される探針10
と、該探針と前記撮像板とを相対的に走査する走査手段
40と、前記探針を前記撮像板に対して所定の微弱力によ
って接触させる付勢手段20と、前記探針により前記撮像
板に生ずる電気的特性の変化を検出する検出手段30と、
前記走査手段の出力と前記検出手段の出力とから前記撮
像板上の電磁波分布情報を表示する表示手段80とを有す
る。そして、本発明の撮像方法は、探針を所定の付勢力
によって接触させるステップと、該探針と該撮像板とを
相対的に走査しつつ前記探針により前記撮像板に生ずる
電気的特性の変化を検出するステップと、前記走査手段
の出力と前記検出手段の出力とから前記撮像板上の電磁
波分布情報を表示するステップとを有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高分解能が得られる光
学検出装置、特にX線等の電磁波の照射による像を検出
するための装置、及びその方法に関する。
学検出装置、特にX線等の電磁波の照射による像を検出
するための装置、及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常の可視光よりも分解能が高い撮像方
法としてX線を用いる方法があり、X線顕微鏡やX線望
遠鏡などが知られている。例えば、波長が2〜5nmの軟
X線を用いるX線顕微鏡は、可視光(波長が約 400〜80
0nm )を用いるよりも分解能が高く、また生物試料を水
中で生きたまま観察できるため医学や生物光学の分野で
有用である。
法としてX線を用いる方法があり、X線顕微鏡やX線望
遠鏡などが知られている。例えば、波長が2〜5nmの軟
X線を用いるX線顕微鏡は、可視光(波長が約 400〜80
0nm )を用いるよりも分解能が高く、また生物試料を水
中で生きたまま観察できるため医学や生物光学の分野で
有用である。
【0003】このようなX線顕微鏡の場合、その基本的
な構成は、X線発生器、このX線発生器から出射したX
線を集光して試料を照明する集光用光学系、試料を透過
したX線を結像させる結像用光学系、結像用光学系の結
像位置に配置された撮像装置、X線発生器から撮像装置
までの光路を真空にするための真空容器、および該真空
容器内を真空に排気するための排気系からなる。そし
て、前記撮像装置としては、主に写真、レジスト、 MCP
(マイクロチャンネルプレート)に蛍光板を組み合わせ
たもの、CCD 等が用いられていた。
な構成は、X線発生器、このX線発生器から出射したX
線を集光して試料を照明する集光用光学系、試料を透過
したX線を結像させる結像用光学系、結像用光学系の結
像位置に配置された撮像装置、X線発生器から撮像装置
までの光路を真空にするための真空容器、および該真空
容器内を真空に排気するための排気系からなる。そし
て、前記撮像装置としては、主に写真、レジスト、 MCP
(マイクロチャンネルプレート)に蛍光板を組み合わせ
たもの、CCD 等が用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、X線の分解
能に対応した光学検出装置(例えばX線顕微鏡)を得る
ためには、この装置の光学系(結像系)または撮像装置
(受光手段)の両者の分解能を高める必要がある。しか
し、従来撮像装置として使用していた CCDの1画素のサ
イズは約10μmであり、その撮像装置としての分解能は
X線の波長によって得られる分解能よりも低い。同様
に、 MCPと蛍光板とを組み合わせた場合も撮像装置とし
ての分解能はX線よりも低く、光学検出装置としての分
解能は撮像装置の分解能に制約されてしまう。そこで、
光学系の倍率を高くすることが考えられるが、その場
合、X線光学素子の製作が難しいうえに、光学系の構成
が大型化して装置自体も大型化してしまう。
能に対応した光学検出装置(例えばX線顕微鏡)を得る
ためには、この装置の光学系(結像系)または撮像装置
(受光手段)の両者の分解能を高める必要がある。しか
し、従来撮像装置として使用していた CCDの1画素のサ
イズは約10μmであり、その撮像装置としての分解能は
X線の波長によって得られる分解能よりも低い。同様
に、 MCPと蛍光板とを組み合わせた場合も撮像装置とし
ての分解能はX線よりも低く、光学検出装置としての分
解能は撮像装置の分解能に制約されてしまう。そこで、
光学系の倍率を高くすることが考えられるが、その場
合、X線光学素子の製作が難しいうえに、光学系の構成
が大型化して装置自体も大型化してしまう。
【0005】一方、撮像装置として写真やレジストを用
いる方法は、分解能はある程度得ることができるが、撮
像する度に真空容器から取り出して現像する必要があり
作業が煩雑な上に時間を要する。このような問題を解決
する方法として、X線照射により生ずる光電子を導伝性
探針によりトンネル現象を利用して検出し、探針を2次
元走査することによって、X線による2次元像を得る手
法が、例えば特開平4−152289号公報により提案
されている。この装置では、X線照射量に比例して増大
する光電子の分布を、トンネル現象により探針を流れる
電流量として検出することにより、X線照射量の分布を
検出する。このため、理論的には極めて高い分解能でX
線像を画像化し、2次元X線検出器を構成することがで
きる。
いる方法は、分解能はある程度得ることができるが、撮
像する度に真空容器から取り出して現像する必要があり
作業が煩雑な上に時間を要する。このような問題を解決
する方法として、X線照射により生ずる光電子を導伝性
探針によりトンネル現象を利用して検出し、探針を2次
元走査することによって、X線による2次元像を得る手
法が、例えば特開平4−152289号公報により提案
されている。この装置では、X線照射量に比例して増大
する光電子の分布を、トンネル現象により探針を流れる
電流量として検出することにより、X線照射量の分布を
検出する。このため、理論的には極めて高い分解能でX
線像を画像化し、2次元X線検出器を構成することがで
きる。
【0006】しかしながら、この装置においては探針を
被検面に対して近接距離で走査することが必要であり、
検出情報としての電流量が、探針と光電面との距離にも
依存するため、検出される電流量の変化がX線照射量の
分布によるものか、探針と光電面との距離変化によるも
のかを分離することができない。従って、探針と光電面
との距離の変動がそのまま測定の誤差を生ずるため、実
用上において高い分解能を保つことは困難であった。
被検面に対して近接距離で走査することが必要であり、
検出情報としての電流量が、探針と光電面との距離にも
依存するため、検出される電流量の変化がX線照射量の
分布によるものか、探針と光電面との距離変化によるも
のかを分離することができない。従って、探針と光電面
との距離の変動がそのまま測定の誤差を生ずるため、実
用上において高い分解能を保つことは困難であった。
【0007】そこで本発明の目的は、上述の如き問題点
を解決し、X線等の電磁波の照射による物体像を、比較
的簡単な構成でありながら、ナノメータオーダーでの極
めて高い分解能にて検出し得る実用的な走査型撮像装置
及び撮像方法を提供することにある。
を解決し、X線等の電磁波の照射による物体像を、比較
的簡単な構成でありながら、ナノメータオーダーでの極
めて高い分解能にて検出し得る実用的な走査型撮像装置
及び撮像方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による走査型撮像
装置は、図1の概略構成図に示す如く、電磁波の照射に
応じて電気的特性の変化を生ずる撮像板1と、該撮像板
に接触して配置される探針10と、該探針と前記撮像板と
を相対的に走査する走査手段40と、前記探針を前記撮像
板に対して所定の微弱力によって接触させる付勢手段20
と、前記探針により前記撮像板に生ずる電気的特性の変
化を検出する検出手段30と、前記走査手段の出力と前記
検出手段の出力とから前記撮像板上の電磁波分布情報を
表示する表示手段80とを有するものである。
装置は、図1の概略構成図に示す如く、電磁波の照射に
応じて電気的特性の変化を生ずる撮像板1と、該撮像板
に接触して配置される探針10と、該探針と前記撮像板と
を相対的に走査する走査手段40と、前記探針を前記撮像
板に対して所定の微弱力によって接触させる付勢手段20
と、前記探針により前記撮像板に生ずる電気的特性の変
化を検出する検出手段30と、前記走査手段の出力と前記
検出手段の出力とから前記撮像板上の電磁波分布情報を
表示する表示手段80とを有するものである。
【0009】そして、本発明による撮像方法は、電磁波
の照射に応じて電気的特性の変化を生ずる撮像板上に、
探針を所定の付勢力によって接触させるステップと、該
探針と該撮像板とを相対的に走査しつつ前記探針により
前記撮像板に生ずる電気的特性の変化を検出するステッ
プと、前記走査手段の出力と前記検出手段の出力とから
前記撮像板上の電磁波分布情報を表示するステップとを
有するものである。
の照射に応じて電気的特性の変化を生ずる撮像板上に、
探針を所定の付勢力によって接触させるステップと、該
探針と該撮像板とを相対的に走査しつつ前記探針により
前記撮像板に生ずる電気的特性の変化を検出するステッ
プと、前記走査手段の出力と前記検出手段の出力とから
前記撮像板上の電磁波分布情報を表示するステップとを
有するものである。
【0010】
【作用】上記のごとき構成により、探針は撮像面に対し
て常に一定の付勢力によって接触しつつ走査されるた
め、従来の如き探針の撮像面との距離の変動による検出
情報の変動をきたす恐れがなく、常に安定した検出を行
うことができる。図1に示すとおり、電磁波としてのX
線源100 からのX線により被検試料101が照射され、試
料101 を透過したX線が撮像板1に到達し、撮像板上に
電気的特性の変化を生ずる。撮像板1上に形成された電
磁波としてのX線照射により得られる像が、撮像板に接
触して設けられた探針10を通して電気的特性検出手段30
により電気特性の変化として検出される。探針10は付勢
手段20により所定の微弱な付勢力によって撮像板1の表
面上に接触されつつ、走査手段40により撮像板1上を2
次元的に走査し、電気的特性変化の検出手段30からの信
号に基づいて撮像板1上のX線像が表示手段80上に二次
元像として表示される。
て常に一定の付勢力によって接触しつつ走査されるた
め、従来の如き探針の撮像面との距離の変動による検出
情報の変動をきたす恐れがなく、常に安定した検出を行
うことができる。図1に示すとおり、電磁波としてのX
線源100 からのX線により被検試料101が照射され、試
料101 を透過したX線が撮像板1に到達し、撮像板上に
電気的特性の変化を生ずる。撮像板1上に形成された電
磁波としてのX線照射により得られる像が、撮像板に接
触して設けられた探針10を通して電気的特性検出手段30
により電気特性の変化として検出される。探針10は付勢
手段20により所定の微弱な付勢力によって撮像板1の表
面上に接触されつつ、走査手段40により撮像板1上を2
次元的に走査し、電気的特性変化の検出手段30からの信
号に基づいて撮像板1上のX線像が表示手段80上に二次
元像として表示される。
【0011】これら装置全体は制御手段70によって統括
制御され、撮像板1上の像の2次元検出とX線源100 に
よる試料101 の照射との連動関係も制御手段70によって
制御される。そして、被検試料101 を載置するステージ
102 の走査手段110 の駆動制御も制御手段70によって行
うことが好ましい。撮像板としては、電磁波が照射され
ると光電子を放出する変換層、前記光電子を蓄積する非
電導性物質からなる電荷蓄積層、および前記変換層と電
荷蓄積層との間に設けられた絶縁層とを有する構成が有
効である。電磁波が照射されると光電子を放出する変換
層に負の電圧をかけ、該放出された光電子を蓄積する非
電導性物質からなる蓄積層を正に帯電させた状態で前記
変換層に所望の画像の情報を含んだ電磁波を照射し、該
電磁波の照射によって放出された前記光電子を蓄積層に
蓄積させて電荷分布を形成させ、前記蓄積層に形成され
た電荷分布を測定することで前記画像の情報を読み出す
ことが可能である。
制御され、撮像板1上の像の2次元検出とX線源100 に
よる試料101 の照射との連動関係も制御手段70によって
制御される。そして、被検試料101 を載置するステージ
102 の走査手段110 の駆動制御も制御手段70によって行
うことが好ましい。撮像板としては、電磁波が照射され
ると光電子を放出する変換層、前記光電子を蓄積する非
電導性物質からなる電荷蓄積層、および前記変換層と電
荷蓄積層との間に設けられた絶縁層とを有する構成が有
効である。電磁波が照射されると光電子を放出する変換
層に負の電圧をかけ、該放出された光電子を蓄積する非
電導性物質からなる蓄積層を正に帯電させた状態で前記
変換層に所望の画像の情報を含んだ電磁波を照射し、該
電磁波の照射によって放出された前記光電子を蓄積層に
蓄積させて電荷分布を形成させ、前記蓄積層に形成され
た電荷分布を測定することで前記画像の情報を読み出す
ことが可能である。
【0012】具体的検出においては、X線(電磁波)の
強度分布を撮像板の電荷蓄積層の電荷分布に変換し、こ
の電荷分布を読み出すことにより画像を得るものであ
る。前記X線顕微鏡等においては、試料を透過したX線
は該試料を透過した部分により透過後の強度が異なる。
従って、試料透過後のX線を変換層に照射すると、この
変換層は照射されたX線の電磁波量(強度)に応じた量
の光電子を放出し、放出された光電子は電荷蓄積層に捕
捉されてこの蓄積層に蓄積する。その結果、蓄積層には
蓄積された光電子によってX線の電磁波量に応じた電荷
が2次元に分布することになる。従って、この電荷分布
を読み出すことで、この分布をX線により得られた画像
とすることができる。
強度分布を撮像板の電荷蓄積層の電荷分布に変換し、こ
の電荷分布を読み出すことにより画像を得るものであ
る。前記X線顕微鏡等においては、試料を透過したX線
は該試料を透過した部分により透過後の強度が異なる。
従って、試料透過後のX線を変換層に照射すると、この
変換層は照射されたX線の電磁波量(強度)に応じた量
の光電子を放出し、放出された光電子は電荷蓄積層に捕
捉されてこの蓄積層に蓄積する。その結果、蓄積層には
蓄積された光電子によってX線の電磁波量に応じた電荷
が2次元に分布することになる。従って、この電荷分布
を読み出すことで、この分布をX線により得られた画像
とすることができる。
【0013】電荷分布による測定原理は次のとおりであ
る。探針に正、変換層に負の所定の電圧をかけると、変
換層の蓄積層側において探針付近に空乏層を生ずる。こ
の空乏層の厚みは、蓄積層の探針近傍のホールの量に依
存する。この空乏層の厚みが異なると、探針と変換層間
の静電容量が異なる。この特性を利用して、蓄積層の電
荷分布を間接的に測定することができるのである。この
ような測定原理に基づき、電荷分布測定手段と前記撮像
板とを相対移動させつつ、測定手段により撮像板の蓄積
層を走査してその電荷分布を測定していく。撮像板の変
換層としては、半導体層(P型シリコンなど)を用いる
ことができる。なお、電荷を安定した状態で蓄積させる
ため、電荷蓄積層は電荷の拡散が小さい非電導性物質か
らなる物質(例えばSiN :シリコンナイトライド)で形
成することが望ましい。
る。探針に正、変換層に負の所定の電圧をかけると、変
換層の蓄積層側において探針付近に空乏層を生ずる。こ
の空乏層の厚みは、蓄積層の探針近傍のホールの量に依
存する。この空乏層の厚みが異なると、探針と変換層間
の静電容量が異なる。この特性を利用して、蓄積層の電
荷分布を間接的に測定することができるのである。この
ような測定原理に基づき、電荷分布測定手段と前記撮像
板とを相対移動させつつ、測定手段により撮像板の蓄積
層を走査してその電荷分布を測定していく。撮像板の変
換層としては、半導体層(P型シリコンなど)を用いる
ことができる。なお、電荷を安定した状態で蓄積させる
ため、電荷蓄積層は電荷の拡散が小さい非電導性物質か
らなる物質(例えばSiN :シリコンナイトライド)で形
成することが望ましい。
【0014】上記のごとき本発明の撮像板は、画像情報
(電荷分布)を消去することで何回も使用することがで
きる他、真空中での撮像および読出が可能である。その
ため、高分解能で操作性の優れた撮像装置を提供するこ
とができる。以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(電荷分布)を消去することで何回も使用することがで
きる他、真空中での撮像および読出が可能である。その
ため、高分解能で操作性の優れた撮像装置を提供するこ
とができる。以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0015】
【実施例】図2は、本発明の撮像板の概略断面を示す図
である。撮像板1は、SiN (シリコンナイトライド)か
らなる電荷蓄積層2、SiO (シリコンオキサイド)から
なる絶縁層3、およびp型Si(シリコン)からなる変換
層4とで形成されている。蓄積層2の厚さは、 100〜 5
00Å、絶縁層3の厚さは、30〜50Åとした。また、変換
層4の厚さは、使用するX線の変換層4での吸収を考慮
して、例えば 0.1μm 以下に設定するようにした。
である。撮像板1は、SiN (シリコンナイトライド)か
らなる電荷蓄積層2、SiO (シリコンオキサイド)から
なる絶縁層3、およびp型Si(シリコン)からなる変換
層4とで形成されている。蓄積層2の厚さは、 100〜 5
00Å、絶縁層3の厚さは、30〜50Åとした。また、変換
層4の厚さは、使用するX線の変換層4での吸収を考慮
して、例えば 0.1μm 以下に設定するようにした。
【0016】以下、撮像の過程について説明する。ま
ず、図2に示すように、撮像前に電荷蓄積層2の電子を
変換層4に移して蓄積層2にホール(空孔)を形成して
おく。この作業(以下、初期化という)は、蓄積層2上
に導電性の探針5を所定の付勢力で接触させ、この探針
5と変換層4との間に印加手段6により電圧(例えば約
40V)を印加しながら蓄積層2の面上を走査することで
行われる。これにより、蓄積層2から変換層4に電子が
移動し、蓄積層2は正に、変換層4は負に帯電した状態
となる。絶縁層3は、電圧が印加されていない時に変換
層4から蓄積層2へ、あるいは蓄積層2から変換層4へ
電子が移動するのを防ぐ役目を果たす。変換層4での負
の電荷は絶縁層3との境界付近にたまる。なお、探針5
は、一旦撮像を行った撮像板の像を消去する時や電荷分
布(静電容量)を測定する時にも使用することができ
る。
ず、図2に示すように、撮像前に電荷蓄積層2の電子を
変換層4に移して蓄積層2にホール(空孔)を形成して
おく。この作業(以下、初期化という)は、蓄積層2上
に導電性の探針5を所定の付勢力で接触させ、この探針
5と変換層4との間に印加手段6により電圧(例えば約
40V)を印加しながら蓄積層2の面上を走査することで
行われる。これにより、蓄積層2から変換層4に電子が
移動し、蓄積層2は正に、変換層4は負に帯電した状態
となる。絶縁層3は、電圧が印加されていない時に変換
層4から蓄積層2へ、あるいは蓄積層2から変換層4へ
電子が移動するのを防ぐ役目を果たす。変換層4での負
の電荷は絶縁層3との境界付近にたまる。なお、探針5
は、一旦撮像を行った撮像板の像を消去する時や電荷分
布(静電容量)を測定する時にも使用することができ
る。
【0017】次に、図3に示すように、変換層4にX線
を照射する。このX線は、例えばX線顕微鏡において
は、試料を透過して結像用光学系により結像されたもの
である。変換層4は、X線が照射されると光電効果によ
り光電子を放出し、図3に示すように、絶縁層3との境
界付近に電荷がたまる。その際、放出する光電子の量
は、照射されたX線の量(強度)に依存する。放出され
た光電子は、正に帯電している蓄積層2に引き寄せられ
るため、分散を抑えられた状態で前記ホールに捕捉され
てこの蓄積層に蓄積される。従って、光電子の蓄積によ
り形成される蓄積層2の電荷分布(つまり、前記ホール
の分布を意味する)は、変換層4に照射されたX線の強
度分布に応じた分布状態となる。つまり、変換層4と蓄
積層2で互いに対応する箇所においては、変換層4のX
線量が多いと蓄積層2においてはホールの数の減少の度
合が大きくなる。一方、変換層4のX線量が少ないと蓄
積層2においてもホールの減少の度合は小さい。その結
果、撮像板1においては、X線の光量が多い箇所ほど蓄
積された電荷が少なくなる。こうして、X線による試料
の像はこのホールの分布に対応した状態で蓄積層2に形
成される。
を照射する。このX線は、例えばX線顕微鏡において
は、試料を透過して結像用光学系により結像されたもの
である。変換層4は、X線が照射されると光電効果によ
り光電子を放出し、図3に示すように、絶縁層3との境
界付近に電荷がたまる。その際、放出する光電子の量
は、照射されたX線の量(強度)に依存する。放出され
た光電子は、正に帯電している蓄積層2に引き寄せられ
るため、分散を抑えられた状態で前記ホールに捕捉され
てこの蓄積層に蓄積される。従って、光電子の蓄積によ
り形成される蓄積層2の電荷分布(つまり、前記ホール
の分布を意味する)は、変換層4に照射されたX線の強
度分布に応じた分布状態となる。つまり、変換層4と蓄
積層2で互いに対応する箇所においては、変換層4のX
線量が多いと蓄積層2においてはホールの数の減少の度
合が大きくなる。一方、変換層4のX線量が少ないと蓄
積層2においてもホールの減少の度合は小さい。その結
果、撮像板1においては、X線の光量が多い箇所ほど蓄
積された電荷が少なくなる。こうして、X線による試料
の像はこのホールの分布に対応した状態で蓄積層2に形
成される。
【0018】像(画像)の読み出しは、図4に示すよう
に蓄積層2の電荷分布を測定することで行われる。この
測定には、蓄積層2の電荷量(静電容量)を局所的に測
定する電荷分布測定手段としての探針10と容量測定器11
とを用い、探針10と撮像板1とを相対的に移動させて、
撮像板1上の二次元像を検出する。図5は、本発明の走
査型撮像装置の一実施例を示す概略構成図である。本実
施例の撮像装置は、板バネ状のカンチレバー21、このレ
バー21の先端に設置された曲率半径の小さな(例えば、
数10nm)先端を有する導電性の探針10、探針10を用いて
撮像板1の蓄積層2における電荷分布を測定する電気特
性検出手段、レバー21の曲がり具合により探針10と撮像
板1(蓄積層2)との接触圧を付加する付勢手段、およ
び撮像板1を載置してXYZ方向に移動可能な移動手段
(XYZステージ)12とで構成されている。カンチレバ
ー21は、探針10と蓄積層2との間に所定の微弱な力(斥
力:10-8〜10-9N 程度)で付勢するように構成されてい
る。
に蓄積層2の電荷分布を測定することで行われる。この
測定には、蓄積層2の電荷量(静電容量)を局所的に測
定する電荷分布測定手段としての探針10と容量測定器11
とを用い、探針10と撮像板1とを相対的に移動させて、
撮像板1上の二次元像を検出する。図5は、本発明の走
査型撮像装置の一実施例を示す概略構成図である。本実
施例の撮像装置は、板バネ状のカンチレバー21、このレ
バー21の先端に設置された曲率半径の小さな(例えば、
数10nm)先端を有する導電性の探針10、探針10を用いて
撮像板1の蓄積層2における電荷分布を測定する電気特
性検出手段、レバー21の曲がり具合により探針10と撮像
板1(蓄積層2)との接触圧を付加する付勢手段、およ
び撮像板1を載置してXYZ方向に移動可能な移動手段
(XYZステージ)12とで構成されている。カンチレバ
ー21は、探針10と蓄積層2との間に所定の微弱な力(斥
力:10-8〜10-9N 程度)で付勢するように構成されてい
る。
【0019】前記電気特性検出手段は、蓄積層2の電荷
量を検出するための容量測定器(キャパシティセンサ)
11で構成されている。移動手段12を所望の方向に駆動制
御すると共に蓄積層2上での探針10の位置(測定箇所)
とその位置での容量測定器11による測定結果とを対応さ
せて蓄積層2の電荷分布を求める制御手段70、および制
御手段70で求めた蓄積層2の電荷分布を試料の像として
表示する表示手段80、とを備えている。容量測定器11
は、撮像板1とは変換層4において接続され、また、探
針10とはレバー21を介して接続されている。さらに、本
実施例では、蓄積層2にホールを形成するために電圧を
印加する初期化電圧印加手段15が設けられており、これ
により撮像前に蓄積層2の電子を変換層4に移して蓄積
層2にホールを形成するようにしている。
量を検出するための容量測定器(キャパシティセンサ)
11で構成されている。移動手段12を所望の方向に駆動制
御すると共に蓄積層2上での探針10の位置(測定箇所)
とその位置での容量測定器11による測定結果とを対応さ
せて蓄積層2の電荷分布を求める制御手段70、および制
御手段70で求めた蓄積層2の電荷分布を試料の像として
表示する表示手段80、とを備えている。容量測定器11
は、撮像板1とは変換層4において接続され、また、探
針10とはレバー21を介して接続されている。さらに、本
実施例では、蓄積層2にホールを形成するために電圧を
印加する初期化電圧印加手段15が設けられており、これ
により撮像前に蓄積層2の電子を変換層4に移して蓄積
層2にホールを形成するようにしている。
【0020】前記付勢手段は、探針10が一定の付勢力で
蓄積層2の表面に接触しつつ、走査できるように制御す
るものである。この付勢手段は、探針10の近傍に設けら
れたカンチレバー21の反射面21aに測定光(レーザ光)
22を照射する光源(図示せず)と、反射面21aで反射し
た測定光22を検出するための光検出手段(例えば、2分
割光検出器)23と、この光検出手段23の出力によりカン
チレバー21のたわみ量を検出してこのたわみ量が一定に
なるよう(光検出器23の出力が一定となるよう)に制御
手段70を介して移動手段12をZ方向に駆動させるZ方向
制御手段24と、で構成されている。この付勢手段にお
ける探針変位測定にはサブナノメートルの分解能を有す
ることが望ましい。このような探針の変位測定系として
は、本実施例で用いたレバー21の反射面21aに測定光22
を照射する構成の他に、反射面21aへの照射光とその反
射光とを干渉させて探針の変位を測定する構成や、レバ
ー21の背面にSTM(走査型トンネル顕微鏡)の探針を
配置してこのSTMの探針とレバー21との間のトンネル
電流を測定して変位を測定する構成等を用いることもで
きる。
蓄積層2の表面に接触しつつ、走査できるように制御す
るものである。この付勢手段は、探針10の近傍に設けら
れたカンチレバー21の反射面21aに測定光(レーザ光)
22を照射する光源(図示せず)と、反射面21aで反射し
た測定光22を検出するための光検出手段(例えば、2分
割光検出器)23と、この光検出手段23の出力によりカン
チレバー21のたわみ量を検出してこのたわみ量が一定に
なるよう(光検出器23の出力が一定となるよう)に制御
手段70を介して移動手段12をZ方向に駆動させるZ方向
制御手段24と、で構成されている。この付勢手段にお
ける探針変位測定にはサブナノメートルの分解能を有す
ることが望ましい。このような探針の変位測定系として
は、本実施例で用いたレバー21の反射面21aに測定光22
を照射する構成の他に、反射面21aへの照射光とその反
射光とを干渉させて探針の変位を測定する構成や、レバ
ー21の背面にSTM(走査型トンネル顕微鏡)の探針を
配置してこのSTMの探針とレバー21との間のトンネル
電流を測定して変位を測定する構成等を用いることもで
きる。
【0021】電荷分布の測定は、制御手段70により移動
手段12を駆動して蓄積層2の表面を探針10でXY方向に
走査することで行われる。測定中は、前記探針変位測定
系によってレバー21のたわみ量が一定になるよう制御さ
れており、探針10は常に一定圧力で蓄積層2の表面に接
触しつつ走査する。容量測定器11は、各測定箇所におけ
る電荷量の大きさの違いを探針10と変換層4との間の静
電容量の違いとして検出し、その結果を制御手段70に出
力する。制御手段70は、容量測定器11から入力した静電
容量の値と、この値が検出された蓄積層2の位置から蓄
積層2の電荷の分布状態を求め表示手段80に出力する。
表示手段80は、制御手段70から送られた電荷分布を前記
X線による試料の像(画像)として表示する。
手段12を駆動して蓄積層2の表面を探針10でXY方向に
走査することで行われる。測定中は、前記探針変位測定
系によってレバー21のたわみ量が一定になるよう制御さ
れており、探針10は常に一定圧力で蓄積層2の表面に接
触しつつ走査する。容量測定器11は、各測定箇所におけ
る電荷量の大きさの違いを探針10と変換層4との間の静
電容量の違いとして検出し、その結果を制御手段70に出
力する。制御手段70は、容量測定器11から入力した静電
容量の値と、この値が検出された蓄積層2の位置から蓄
積層2の電荷の分布状態を求め表示手段80に出力する。
表示手段80は、制御手段70から送られた電荷分布を前記
X線による試料の像(画像)として表示する。
【0022】本実施例で用いた撮像装置は分解能が高い
ため、X線の分解能を損なうことなく撮像できるという
利点がある。この撮像装置は、前述のような蓄積層2に
ホールを形成して撮像板1を初期化したり、撮像板1に
記録された像を消去する際にも使用することができる。
図6は、撮像装置を備えたX線顕微鏡の一例を示す概略
構成図である。図6において、図5と同一機能を有する
構成要件については、同一記号を付してその説明を省略
する。このX線顕微鏡は、X線源51、X線源51から出射
したX線を集光して試料54を照明する集光用光学素子52
と絞り53からなる集光用光学系、試料54を透過したX線
を結像させる結像用光学素子55、および結像用光学素子
55の結像位置に配置された撮像板1とで構成されるX線
光学系と、X線源51から撮像板1までの光路を真空にす
るための真空容器56、および該真空容器56内を真空に排
気するための排気系57とを有している。
ため、X線の分解能を損なうことなく撮像できるという
利点がある。この撮像装置は、前述のような蓄積層2に
ホールを形成して撮像板1を初期化したり、撮像板1に
記録された像を消去する際にも使用することができる。
図6は、撮像装置を備えたX線顕微鏡の一例を示す概略
構成図である。図6において、図5と同一機能を有する
構成要件については、同一記号を付してその説明を省略
する。このX線顕微鏡は、X線源51、X線源51から出射
したX線を集光して試料54を照明する集光用光学素子52
と絞り53からなる集光用光学系、試料54を透過したX線
を結像させる結像用光学素子55、および結像用光学素子
55の結像位置に配置された撮像板1とで構成されるX線
光学系と、X線源51から撮像板1までの光路を真空にす
るための真空容器56、および該真空容器56内を真空に排
気するための排気系57とを有している。
【0023】さらに、撮像板1に記録された試料54の像
を読み出す手段として、撮像板1をXYZ方向に移動さ
せるための移動手段12、先端部に探針10が設置されたカ
ンチレバー21、容量測定手段60、カンチレバー21の反射
面に測定光22を照射する光源61、および探針変位測定手
段62とを備えている。容量測定手段60は、撮像板1の蓄
積層の電荷量を検出するための容量測定器と、前記蓄積
層上での探針10の位置とその位置での前記測定器による
測定結果とを対応させて、蓄積層の電荷分布を試料の像
として表示する表示手段とで構成されている。光源61と
探針変位測定手段62は、探針変位測定系を構成してお
り、探針変位測定手段62はカンチレバー21の反射面で反
射した測定光22を検出するための光検出手段とこの光検
出手段の出力によりカンチレバー21のたわみ量が一定に
なるように移動手段12を駆動するZ方向制御手段とを有
している。
を読み出す手段として、撮像板1をXYZ方向に移動さ
せるための移動手段12、先端部に探針10が設置されたカ
ンチレバー21、容量測定手段60、カンチレバー21の反射
面に測定光22を照射する光源61、および探針変位測定手
段62とを備えている。容量測定手段60は、撮像板1の蓄
積層の電荷量を検出するための容量測定器と、前記蓄積
層上での探針10の位置とその位置での前記測定器による
測定結果とを対応させて、蓄積層の電荷分布を試料の像
として表示する表示手段とで構成されている。光源61と
探針変位測定手段62は、探針変位測定系を構成してお
り、探針変位測定手段62はカンチレバー21の反射面で反
射した測定光22を検出するための光検出手段とこの光検
出手段の出力によりカンチレバー21のたわみ量が一定に
なるように移動手段12を駆動するZ方向制御手段とを有
している。
【0024】このような構成のX線顕微鏡において、撮
像板1を初期化した状態で前記X線光学系により試料54
にX線を照射し、この試料54を透過したX線を撮像板1
上に照射する。試料54の像は、撮像板1に電荷分布とし
て記録されるので、前述のようにこの電荷分布を測定す
ることで試料54の像を観察できる。その際、図6に示す
如く、容量測定手段60を真空容器56の外部に設置して撮
像板1を真空容器56から取り出さずに試料の像を観察す
ることができるが、容量測定手段60を真空容器56内に設
置して、この容器56の外部へ信号を導くようにした方が
容量測定の精度を高めることができる。いずれの場合
も、像の観察のために真空容器56内の真空を解除した
り、容器56内を真空に排気するという作業が不要にな
る。また、撮像板1を容器56に入れたまま記録された像
を消去することができるので、何回も撮像することがで
きる。例えば、試料54を移動させる機構を真空容器56内
に設けることで、試料54の異なる部分を1枚の撮像板で
観察することもできる。ただし、容量測定手段60が有す
る容量測定器は、カンチレバー21から離れた距離に設置
すると測定精度が低下するため、カンチレバー21の近く
に設置することが望ましい。
像板1を初期化した状態で前記X線光学系により試料54
にX線を照射し、この試料54を透過したX線を撮像板1
上に照射する。試料54の像は、撮像板1に電荷分布とし
て記録されるので、前述のようにこの電荷分布を測定す
ることで試料54の像を観察できる。その際、図6に示す
如く、容量測定手段60を真空容器56の外部に設置して撮
像板1を真空容器56から取り出さずに試料の像を観察す
ることができるが、容量測定手段60を真空容器56内に設
置して、この容器56の外部へ信号を導くようにした方が
容量測定の精度を高めることができる。いずれの場合
も、像の観察のために真空容器56内の真空を解除した
り、容器56内を真空に排気するという作業が不要にな
る。また、撮像板1を容器56に入れたまま記録された像
を消去することができるので、何回も撮像することがで
きる。例えば、試料54を移動させる機構を真空容器56内
に設けることで、試料54の異なる部分を1枚の撮像板で
観察することもできる。ただし、容量測定手段60が有す
る容量測定器は、カンチレバー21から離れた距離に設置
すると測定精度が低下するため、カンチレバー21の近く
に設置することが望ましい。
【0025】ところで、実施例で電荷蓄積層として使用
したSiN のホール密度は、1平方nm当たり10個程度であ
るため、原理的には 256階調を26平方nmで実現できるこ
ととなり1画素を5×5nmとすることが可能となる。ま
た、撮像装置の分解能は探針の形状に依存し、数10nm程
度の分解能を達成することができる。この値は、従来使
用していた CCDや MCPよりも高い値である。
したSiN のホール密度は、1平方nm当たり10個程度であ
るため、原理的には 256階調を26平方nmで実現できるこ
ととなり1画素を5×5nmとすることが可能となる。ま
た、撮像装置の分解能は探針の形状に依存し、数10nm程
度の分解能を達成することができる。この値は、従来使
用していた CCDや MCPよりも高い値である。
【0026】尚、上記実施例においては、撮像板上のX
線像がX線照射により生ずる光電子の分布として記録さ
れ、これを静電容量により検出する例であったが、本発
明においてはこれに限られるものではなく、X線照射に
よっ撮像板に生ずる物理的、化学的変化を、撮像板に所
定の微弱な力で接触させた探針を走査させながら、電流
や電圧あるいは誘電率や起電力として計測することによ
り、検出することも可能である。
線像がX線照射により生ずる光電子の分布として記録さ
れ、これを静電容量により検出する例であったが、本発
明においてはこれに限られるものではなく、X線照射に
よっ撮像板に生ずる物理的、化学的変化を、撮像板に所
定の微弱な力で接触させた探針を走査させながら、電流
や電圧あるいは誘電率や起電力として計測することによ
り、検出することも可能である。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、X線等の
電磁波の照射による物体像を、比較的簡単な構成であり
ながら、X線の分解能に対応したナノメータオーダーで
の極めて高分解能にて検出し得る実用的な走査型撮像装
置及び撮像方法が達成できる。また、上記実施例に示し
た如く、本発明による撮像のための操作はすべて真空中
で行うことができ、必要があれば撮像板を大気中に取り
出して保存することや、大気中で撮像装置により電荷分
布を測定することも可能である。さらに、一度使用した
撮像板に記録された像を消去することでこの撮像板を繰
り返し使用することができるため、コスト低減の効果も
奏するものである。
電磁波の照射による物体像を、比較的簡単な構成であり
ながら、X線の分解能に対応したナノメータオーダーで
の極めて高分解能にて検出し得る実用的な走査型撮像装
置及び撮像方法が達成できる。また、上記実施例に示し
た如く、本発明による撮像のための操作はすべて真空中
で行うことができ、必要があれば撮像板を大気中に取り
出して保存することや、大気中で撮像装置により電荷分
布を測定することも可能である。さらに、一度使用した
撮像板に記録された像を消去することでこの撮像板を繰
り返し使用することができるため、コスト低減の効果も
奏するものである。
【0028】尚、本発明の撮像板は、画像を記録するた
めの時間が短いため1秒間に何枚も撮像でき、動画を記
録する手段として使用することも可能である。
めの時間が短いため1秒間に何枚も撮像でき、動画を記
録する手段として使用することも可能である。
【図1】本発明の走査型撮像装置の概略構成図。
【図2】本発明の撮像板の一実施例を示す概略断面図で
あり、探針の配置およびSiN からSiへの電子の移動を示
す説明図。
あり、探針の配置およびSiN からSiへの電子の移動を示
す説明図。
【図3】撮像板でのX線の照射による光電子変換と光電
子のSiからSiN への電子の動きを示す説明図。
子のSiからSiN への電子の動きを示す説明図。
【図4】探針による電荷分布状態の測定状態とこれによ
り得られるパターンを示す概略説明図。
り得られるパターンを示す概略説明図。
【図5】本発明による撮像装置の一実施例を示す概略構
成図。
成図。
【図6】本発明による撮像装置を備えたX線顕微鏡を示
す概略構成図。
す概略構成図。
1 撮像板 2 電荷蓄積層 3 絶縁層 4 変換層 10 探針 11 容量測定器(キャパシティセンサ) 12 移動手段(XYZステージ) 15 初期化電圧印加手段 20 付勢手段 21 カンチレバー 22 測定光(レーザ光) 23 光検出手段 24 Z方向制御手段 30 電気特性検出手段 40 走査手段 60 容量測定手段 62 探針変位測定手段 70 制御手段 80 表示手段
Claims (5)
- 【請求項1】電磁波の照射に応じて電気的特性の変化を
生ずる撮像板と、該撮像板に接触して配置される探針
と、該探針と前記撮像板とを相対的に走査する走査手段
と、前記探針を前記撮像板に対して所定の付勢力によっ
て接触させる付勢手段と、前記探針により前記撮像板に
生ずる電気的特性の変化を検出する検出手段と、前記走
査手段の出力と前記検出手段の出力とから前記撮像板上
の電磁波分布情報を表示する表示手段とを有する走査型
撮像装置。 - 【請求項2】前記撮像板は、電磁波が照射されると光電
子を放出する変換層、前記光電子を蓄積する非電導性物
質からなる電荷蓄積層、および前記変換層と電荷蓄積層
との間に設けられた絶縁層とを有することを特徴とする
請求項1記載の走査型撮像装置。 - 【請求項3】電磁波の照射に応じて電気的特性の変化を
生ずる撮像板上に、探針を所定の付勢力によって接触さ
せるステップと、該探針と該撮像板とを相対的に走査し
つつ前記探針により前記撮像板に生ずる電気的特性の変
化を検出するステップと、前記走査手段の出力と前記検
出手段の出力とから前記撮像板上の電磁波分布情報を表
示するステップとを有することを特徴とする撮像方法。 - 【請求項4】前記撮像板は、電磁波が照射されると光電
子を放出する変換層、前記光電子を蓄積する非電導性物
質からなる電荷蓄積層、および前記変換層と電荷蓄積層
との間に設けられた絶縁層とを有し、前記電気的特性の
変化を検出するステップは、電磁波が照射されると光電
子を放出する変換層を負に帯電させるステップと、該放
出された光電子を蓄積する非電導性物質からなる蓄積層
を正に帯電させた状態で前記変換層に所望の画像の情報
を含んだ電磁波を照射するステップと、該電磁波の照射
によって放出された前記光電子を蓄積層に蓄積させて電
荷分布を形成させるステップと、前記蓄積層に形成され
た電荷分布を測定するステップとを有することを特徴と
する撮像方法。 - 【請求項5】電磁波が照射されると光電子を放出する変
換層、前記光電子を蓄積する非電導性物質からなる電荷
蓄積層、および前記変換層と電荷蓄積層との間に設けら
れた絶縁層とを有することを特徴とする撮像板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5146311A JPH0676771A (ja) | 1992-06-19 | 1993-06-17 | 走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板 |
| US08/359,473 US5464977A (en) | 1993-03-10 | 1994-12-20 | Scanning optical detection apparatus and method, and photoelectric conversion medium applied thereto |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-160530 | 1992-06-19 | ||
| JP16053092 | 1992-06-19 | ||
| JP5146311A JPH0676771A (ja) | 1992-06-19 | 1993-06-17 | 走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676771A true JPH0676771A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=26477206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5146311A Pending JPH0676771A (ja) | 1992-06-19 | 1993-06-17 | 走査型撮像装置及び撮像方法並びにそれに使用する 撮像板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676771A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008077978A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Hitachi Medical Corp | X線管球、x線撮影装置及び真空絶縁機器の帯電計測装置 |
| US8441474B2 (en) | 2008-06-25 | 2013-05-14 | Aristocrat Technologies Australia Pty Limited | Method and system for setting display resolution |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP5146311A patent/JPH0676771A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008077978A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Hitachi Medical Corp | X線管球、x線撮影装置及び真空絶縁機器の帯電計測装置 |
| US8441474B2 (en) | 2008-06-25 | 2013-05-14 | Aristocrat Technologies Australia Pty Limited | Method and system for setting display resolution |
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