JPH085798A

JPH085798A - Ｘ線顕微鏡

Info

Publication number: JPH085798A
Application number: JP6132946A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sugizaki; 克己杉崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】光学的に焦点合わせされた観察位置に基づい
て、その観察位置に、Ｘ線による焦点を合わせることが
できるＸ線顕微鏡を提供する。【構成】試料１２を収容する試料容器４と、Ｘ線光学系
１００および可視光光学系２００と、試料容器４の位置
を測定する測定手段と、測定手段からの測定結果を受け
入れて、可視光光学系２００により焦点が合わせられた
観察位置に対応するＸ線による観察位置を算出する演算
手段２３と、試料容器４を変位させる試料ステージ２４
と、演算手段２３の演算結果に基づいて、試料ステージ
２４の動作を制御する制御装置２３ａと、試料ステージ
２４の動作についての操作および特定の合焦位置の決定
に関する操作を受け付ける入力装置２３ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定対象である試料
のＸ線拡大像を得るＸ線顕微鏡に係り、特に、光学的観
察手段を併せもつＸ線顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、急速に進歩している医学や生物学
の分野では、通常の可視光（波長λ＝約４００ｎｍ〜８
００ｎｍ）を用いる顕微鏡よりも分解能が高く、しかも
生きた試料（以下、生物試料という）、例えば、細胞、
バクテリア、精子、染色体、ミトコンドリア、べん毛な
ども鮮明に観察することの出来る高解像度顕微鏡を要求
する声が日増しに高まっている。

【０００３】その理由は、従来の高解像度電子顕微鏡で
は、このような生物試料を前処理なしでは見ることが出
来なかったからである。そこで、このような生物試料を
前処理をすることなく、生きたままの状態での観察を可
能とするために、可視光に代えて波長λ＝２〜５ｎｍの
軟Ｘ線を用いるＸ線顕微鏡が検討され、具体的にも開発
されつつある。

【０００４】従来のＸ線顕微鏡は、例えば、図５に示す
ように、光学系を備えている。すなわち、従来技術のＸ
線顕微鏡においては、Ｘ線発生器１から出射したＸ線
は、Ｘ線照明光学系３で集光されて、試料カプセル４に
照射する。そして、試料カプセル４を透過したＸ線は、
Ｘ線拡大光学系５により、試料のＸ線像をＸ線撮像装置
７上に結像させる。Ｘ線発生器１からＸ線撮像装置７ま
での光路長は、例えば、２ｍ程度である。

【０００５】上記の構成は、通常、真空容器６内に収容
され、その真空容器６は、排気装置２により、真空に保
持される。

【０００６】このような構成を基本とする従来のＸ線顕
微鏡に用いられる軟Ｘ線の波長領域では、Ｘ線の物質に
よる吸収は、Ｘ線の波長、物質の原子番号などによっ
て、図６に示すように変化する。一般には、Ｘ線の波長
が長いほど吸収されやすく、物質の原子番号が大きいほ
ど吸収されやすい。特に、２．３〜４．４ｎｍのＸ線波
長域では、酸素を含んだ水は、蛋白質などの炭素を含ん
だ有機物に比べて透過率が大きい。

【０００７】つまり、この波長域では、水と蛋白質との
間の吸収率の違いが大きいため、これらの成分の比によ
りコントラストがつき、染色することなく、水中に置か
れている細胞構造を、明確に見分けることができる。こ
の波長域は、水の窓（WaterWindow）と呼ばれ、生物試
料の観察に用いられる顕微鏡にとって、非常に有用な波
長領域である。

【０００８】以上説明したように、Ｘ線顕微鏡は、２〜
５ｎｍのＸ線を使用すれば、生物も高分解能、無染色で
みられるなど、様々な特徴を有している。

【０００９】一方、観察する場合に用いられるＸ線のフ
ォトンエネルギーは、可視光のフォトンエネルギーに比
べて１桁以上大きい。このため、顕微鏡としては高分解
能を得られる半面、１フォトン当たりエネルギーが大き
いので、試料にダメージを与えやすい。

【００１０】ところが、従来の顕微鏡の観察方法では、
生物試料にＸ線を照射しながら、観察したい部分を探し
ている。これは、生物試料にとっては、Ｘ線照射損傷の
原因となり望ましくない。

【００１１】そこで、観察したい部分を予めＸ線顕微鏡
の視野のなかに持ってくるために、Ｘ線顕微鏡の光軸上
に、可視光の光学的観察手段（光学顕微鏡）を同時に配
置し、光学的観察手段によって予備観察する方法及び装
置が、特開平４−３４６１００号公報において提案さ
れ、また、実際に行なわれている。

【００１２】この方法および装置では、光学的観察手段
の視野、焦点位置などを、予めＸ線顕微鏡のそれに合わ
せ、または、対応させておく。さらに、光学的観察手段
からＸ線による観察手段へ切り替えると、光学的観察さ
れていた領域が、Ｘ線でも、そのまま観察できる構成と
なっている。

【００１３】このため、生物試料の観察したい部分を決
定するまでに、照射するＸ線を最低限とすることが可能
となり、その結果、観察する時間が短くすることが可能
となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記例のＸ線
顕微鏡の構成においては、以下のような問題点が指摘さ
れている。

【００１５】Ｘ線顕微鏡の分解能δと、焦点深度ＤＯＦ
は、使用するＸ線の波長とＸ線対物レンズのＮＡで、以
下の関係式により決まる。

【００１６】 δ＝０．６１λ／ＮＡ …………………………………………………（１）ＤＯＦ＝２λ／ＮＡ² …………………………………………………（２）例えば、Ｘ線対物レンズのＮＡを０．１、Ｘ線の波長を
３ｎｍとすると、上記（１）、（２）式より、δは、
０．００９μｍ、ＤＯＦは、０．６μｍとなる。

【００１７】すなわち、高分解能のＸ線顕微鏡は、焦点
深度も浅く、焦点のずれが像に大きく影響する。このた
め、このようなＸ線顕微鏡においては、焦点合わせを正
確に行なうことが非常に重要であり、その調整には時間
がかかる事が多い。

【００１８】上記のような従来のＸ線顕微鏡では、その
ような焦点合わせの間に、生物等の試料へ照射されるＸ
線の量をできるだけ減少させるために、Ｘ線顕微鏡に光
学的観察手段を設けておき、Ｘ線による観察に先立ち、
その光学的観察手段により、試料の位置決め、焦点合わ
せを行うことが行われている。

【００１９】ところが、水中の生物試料を光学的観察手
段によって観察しようとする場合、可視光での屈折率
は、水、生物試料とも、１よりも大きい。例えば、水中
にその試料があり、その試料容器の表面から１０μｍの
深さに観察したい試料があるとする。ここで、Ｌが可視
光での光学的距離とすると、ｎＬは１０μｍで、水の屈
折率ｎは約１．３３であるので、Ｌ＝１０μｍ／１．３
３＝７．５μｍとなる。これは、光学的観察手段による
と、その試料が７．５μｍの深さに見えることを意味す
る。その結果、光学的観察手段により試料に焦点を合わ
せても、実際の試料の位置よりも浅い位置に焦点が合
う。

【００２０】一方、Ｘ線による観察においては、水も含
めほとんどの物質で、屈折率はほとんど１とみなせる。
このため、上記と同じ配置の試料は、Ｘ線顕微鏡で見る
と、実際の深さと同じ１０μｍの深さの位置に見える。
つまり、Ｘ線による焦点位置と光学的観察手段によるそ
れは、深さ方向に２．５μｍずれている。

【００２１】また、光学的観察手段のＤＯＦは、ＮＡ＝
０．９５、λ＝５００ｎｍとすると、１．１μｍであ
る。このＤＯＦ値は、Ｘ線顕微鏡のものとほぼ同じであ
る。

【００２２】すなわち、従来技術のように、Ｘ線の観察
に先立ち、観察したい試料に対して、光学的観察手段に
より焦点位置を合わせておいたとしても、可視光とＸ線
の屈折率の差のため、結局は、Ｘ線による観察のために
焦点を合わせ直さねばならないという問題点がある。ま
た、その結果、焦点合わせのために、試料にＸ線を照射
することになり、試料に損傷を与えてしまうという問題
点もある。

【００２３】本発明は、可視光光学系とＸ線光学系とを
備えるＸ線顕微鏡において、可視光光学系により合焦さ
れ特定された試料の観察すべき位置に基づいて、Ｘ線光
学系による焦点を、該観察すべき位置に合わせることが
できるＸ線顕微鏡を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、試料容器内
に収容された試料のＸ線像を得るＸ線光学系と、該試料
の可視光像を得る可視光光学系とを備えるＸ線顕微鏡に
おいて、Ｘ線光学系および可視光光学系の、少なくとも
それぞれの光軸方向に沿って、試料容器を変位させる試
料容器変位機構と、予め定めた測定用の原点から、可視
光光学系で合焦された試料の観察すべき位置までの、可
視光線での光学的距離を測定する可視光観察位置測定手
段と、測定された該可視光での光学的距離と、予め求め
られている、試料容器内での、該可視光線と観察に用い
られるＸ線とに対する屈折率の相対的な関係とから、該
原点から該観測すべき位置までの該Ｘ線での光学的距離
を算出するＸ線観察位置算出手段と、該算出結果に基づ
いて、試料容器変位機構を制御して、Ｘ線光学系による
焦点位置が該観察すべき位置と一致するように試料容器
を変位させる制御手段とを有することを特徴とするＸ線
顕微鏡により達成される。

【００２５】

【作用】本発明によるＸ線顕微鏡が、どのような作用に
より上記目的を達成するか、図２を用いて説明する。

【００２６】Ｘ線顕微鏡で細胞などの生物試料を観察す
るときは、観察に用いるＸ線と可視光とに対して透明な
部材、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄で構成されるＸ線透過窓１０
ａ、１０ｂを有する試料容器４に、図２（ａ）に示すよ
うに、細胞などの生物試料１２をはさんで行なう。ま
た、試料容器４内には生物試料１２を保持する媒体１
１、例えば、水が充填されている。

【００２７】上述したように、観察に用いるＸ線は放射
線損傷を発生させ、当然観察しようとしている生物試料
１２にも有害であるので、Ｘ線による観察時は、Ｘ線照
射量をできるだけ少なくし、損傷を最小限に押さえた状
態で観察するのが望ましい。

【００２８】そこで、本発明においては、Ｘ線による観
察手段であるＸ線光学系のＸ線光軸と、同軸上に光軸を
配置可能な光学的観察手段である可視光光学系により、
観察したい領域を予め特定し、Ｘ線光学系の視野の中に
持ってくることを行なっている。

【００２９】しかし、上述したように、光学的観察手段
で見たい部分に焦点を合わせても、その焦点位置は、試
料容器４内部へ入射し、媒体１１における可視光線の屈
折のために、試料１２のＸ線による焦点位置とは違った
位置となる。

【００３０】上記の可視光による観察で得られる焦点位
置と、Ｘ線による焦点位置とのずれは、以下のような関
係を有する。

【００３１】例えば、図２（ｂ）に示すように、試料容
器４のＸ線透過窓１０ａの位置をＷ、光学的観察手段で
焦点合わせをして得られる試料１２の観察位置をＳ１、
観察に用いられる可視光に対する、試料容器４内に充填
されている媒体１１の屈折率をｎ１、実際の試料の観察
位置をＳとすると、観察に用いられる可視光の、試料容
器４内における屈折のため、以下の関係式が成り立つ。
なお、観察に用いられる可視光線は、図下方から入射し
ているものとする。

【００３２】Ｓ−Ｗ＝ｎ１（Ｓ１−Ｗ） …………………………………………（３）ここで、Ｗ、Ｓ１、Ｓは、試料容器４よりも、観察に用
いられる可視光の発生源側における所定位置に位置する
原点から、光軸方向に沿って測定されるものとする。

【００３３】また、図２（ａ）に示すように、上記試料
１２の観察位置Ｓに対応する、Ｘ線観察による焦点合わ
せをして得られる、試料１２の観察位置をＳ２、観察に
用いられるＸ線に対する媒体１１の屈折率をｎ２とする
と、以下の関係式が成り立つ。

【００３４】Ｓ−Ｗ＝ｎ２（Ｓ２−Ｗ） …………………………………………（４）ここで、Ｘ線に対する媒体１１の屈折率は、どんな物質
でもほぼ１であり、Ｘ線による観察で焦点を合わせるべ
き観察位置Ｓ２は、実際の観察位置Ｓとみなして良い。

【００３５】従って、（３）および（４）式から、Ｘ線
透過窓１０ａの位置Ｗと、可視光による観察位置Ｓ１
と、可視光に対する屈折率ｎ１とを知ることができれ
ば、実際に試料の観察位置Ｓ、すなわち、Ｘ線観察で焦
点を合わせるべき観察位置Ｓ２が算出できる。

【００３６】または、Ｘ線透過窓１０ａの位置Ｗを基準
点として、位置Ｗから可視光による観察位置Ｓ１までの
距離、すなわち、試料容器４内における可視光での光学
的距離と、可視光に対する屈折率ｎ１とを知ることがで
きれば、位置ＷからＸ線による観察位置Ｓ２（≒Ｓ）ま
での距離、すなわち、試料容器４内におけるＸ線での光
学的距離が求められる。

【００３７】具体的には、まず、予め定めた測定用の原
点から、可視光観察位置測定手段により、試料１２の観
察すべき位置までの、可視光での光学的距離を測定す
る。ここで、光学的距離とは、具体的には、上記測定用
の原点から試料容器４上の基準点、例えば、Ｘ線透過窓
１０ａ上の点までの距離分と、該基準点から観察すべき
位置までの、試料容器４内における光学的距離分とに分
けることができる。ところが、上記原点から基準点まで
の光学的距離分は、真空中に位置するので、Ｘ線および
可視光線に対する屈折率の変化はない。従って、試料容
器４内における光学的距離だけを考慮する。

【００３８】可視光光学系において、合焦させる位置を
変えるには、例えば、操作者が操作受付手段に対して変
位量に対応する操作を行い、その操作に対応して、制御
手段は、試料容器変位機構の動作を制御して、試料容器
４を変位させ、可視光光学系における合焦位置を変化さ
せる。

【００３９】また、操作受付手段は、例えば、操作者に
よる合焦位置の決定に関する操作を受け付け、それに対
応して、可視光観察位置測定手段は、操作者により特定
された試料の観察すべき位置を知ることができる。この
ような構成によれば、例えば、以下のようにして、可視
光での光学的距離を測定することができる。

【００４０】すなわち、Ｘ線透過窓１０ａ上の所定の基
準点へ、可視光光学系により焦点を合わせ、次に、試料
１２の観察すべき位置Ｓ１へ可視光光学系により焦点を
合わせる。この動作に伴い変位する試料容器４の、可視
光光学系の光軸上の変位量を検出することで、試料容器
４内における可視光での光学的距離を測定する。

【００４１】測定された可視光での光学的距離に基づい
て、Ｘ線観察位置算出手段は、観察に用いられるＸ線で
の光学的距離を算出する。この算出では、例えば、試料
容器内での、Ｘ線および可視光線に対する屈折率の相対
的な関係が用いられる。ここで、上記で説明したよう
な、試料容器４内に充填されている媒体１１の屈折率ｎ
１は、予め測定しておくのが望ましいが、水中試料の場
合、水の屈折率１．３３で代用しても良い。

【００４２】最後に、可視光光学系からＸ線光学系へ、
観察手段を切り換えると共に、制御手段は、得られたＸ
線での試料容器４内における光学的距離と、可視光での
上記測定用の原点から試料容器上の基準点までの距離と
に基づいて、試料容器変位機構を制御して、Ｘ線光学系
で焦点を合わせるべき位置Ｓ（Ｓ２）へ、試料容器を持
ってくる。

【００４３】この状態で、Ｘ線により撮像すれば、可視
光光学系により特定された観察すべき位置に焦点が合
い、良好なＸ線像を撮ることができる。従って、焦点を
合わせ直すために、試料１２に余分にＸ線を照射しなけ
ればならないという問題点が本発明により克服される。

【００４４】

【実施例】本発明によるＸ線顕微鏡の第１の実施例を、
図１及び図７を用いて説明する。

【００４５】本実施例のＸ線顕微鏡は、図１に示すよう
に、試料１２と媒体１１とを収容する試料容器４と、試
料１２を観察するための、Ｘ線光学系１００および可視
光光学系２００と、試料容器４の位置を測定する測定手
段４００と、測定手段４００からの測定結果を受け入れ
て、可視光光学系２００により焦点が合わせられ、特定
された観察位置Ｓ１（図２参照）に対応する観察位置Ｓ
２を算出する演算手段２３とを有する。

【００４６】本実施例は、さらに、試料容器４を支持す
ると共に、その位置をＸ線の光軸３００方向および該軸
３００と直交する平面内で変位させる試料ステージ２４
と、演算手段２３で得られた結果に基づいて、試料ステ
ージ２４の動作を制御する制御装置２３ａと、焦点合わ
せ動作に関する試料ステージ２４の動作量についての操
作、および、特定の合焦位置の決定に関する操作を受け
付ける入力装置２３ｂとを有する。

【００４７】ここで、特定の合焦位置とは、操作者が観
察を行う際に、焦点を合わせたいと希望する位置、すな
わち、特定しようとする位置のことである。本実施例に
おいては、操作者の観察において焦点合わせされ、試料
１２の観察すべき位置（Ｓ１に相当）、および、上記で
説明した可視光での光学的距離の基準点（Ｗに相当）と
して決定された位置のことを示す。

【００４８】本実施例は、さらに、図７に示すように、
Ｘ線光学系１００および可視光光学系２００を互いに切
り換える切り換え手段４０１と、Ｘ線光学系１００、可
視光光学系２００、試料ステージ２４、および、試料容
器４を少なくとも収容する真空容器６と、真空容器６内
を真空にしてその状態を保持するための排気装置２と、
各光学系１００、２００で得られた試料の像を表示する
表示装置８とを有する。

【００４９】制御装置２３ａは、入力装置２３ｂを介し
て入力される焦点合わせに関する指令に対応して試料ス
テージ２４の動作を制御する。また、演算手段２３によ
り求められたＸ線による観察位置Ｓ２に基づいて、可視
光光学系２００により特定された試料１２の観察位置
に、Ｘ線光学系１００による焦点が合うように試料容器
４が位置するように、試料ステージ２４の動作を制御す
る。また、制御装置２３ａは、外部からの指令に基づ
き、切り換え手段４０１を制御して、観察に用いる光学
系を切り換える。

【００５０】ここで、制御装置２３ａおよび演算手段２
３は、例えば、ＣＰＵおよびメモリを備えるコンピュー
タにより実現される。また、入力装置２３ｂには、キー
パッド、または、キーボードを用いることができる。

【００５１】切り換え手段４０１は、例えば、光軸３０
０と直交する軸方向へ動く移動部材と、それを駆動する
アクチュエータとを有する。該手段４０１の移動部材上
には、２つの光学系１００、２００において対応する光
学素子、例えば、Ｘ線拡大系５と可視光拡大レンズ２７
とがその移動方向に沿って並べて搭載されている。

【００５２】この構成によれば、入力される切り換え指
令に従い、移動部材を光軸３００と直交方向へ変位させ
ることで、２つの光学系の光学素子単位の切り換えが可
能となり、これをすべての光学素子に対して適用するこ
とで、可視光光学系２００とＸ線光学系１００との切り
換えが可能となる。

【００５３】Ｘ線光学系１００および可視光光学系２０
０は、全体としては、互いの視野および焦点位置が一致
または対応する状態で、切り換え手段４０１により、切
り換え可能に配置されている。

【００５４】Ｘ線光学系１００は、Ｘ線を発生するＸ線
発生器１と、発生されたＸ線を予め定めた焦点位置へ集
光するＸ線照明系３と、焦点位置を通過して広がってい
くＸ線照明光を集光して、その焦点位置に位置する試料
１２の部位のＸ線像を所定位置へ結像させるＸ線拡大光
学系５と、結像されたＸ線像を受け入れ画像信号へ変換
するＸ線撮像装置７とを有する。

【００５５】可視光光学系２００は、可視光を発生する
可視光光源２５と、発生された可視光を予め定めた焦点
位置へ集光する可視光照明系レンズ２６と、焦点位置を
通過して広がっていく可視光照明光を集光して、その焦
点位置に位置する試料１２の部位の可視光像を所定位置
へ結像させる可視光対物レンズ２７と、結像された可視
光像を受け入れ画像信号へ変換する可視光撮像装置２８
とを有する。

【００５６】演算手段２３は、上記作用の欄で説明した
ように、（３）および（４）式より、測定手段４００に
より測定された、試料容器４の位置Ｗから可視光による
観察位置Ｓ１までの距離と、予め入力設定しておいた屈
折率ｎ１とを用いることで、可視光光学系２００および
Ｘ線光学系１００による焦点位置の補正を行い、上記位
置ＷからＸ線による観察位置Ｓ２までの距離を算出す
る。

【００５７】試料ステージ２４には、試料容器４を保持
する変位部材と、その変位部材を所定のＸＹＺ軸方向へ
変位させるアクチュエータとを有する。さらに、試料ス
テージ２４には、観察に用いる可視光およびＸ線を通過
させるための孔２４ａが設けられており、各照明光学系
３または２６により集光された可視光およびＸ線が、試
料容器４へ直接照射される構成となっている。

【００５８】本実施例において、測定手段４００は、操
作者により入力装置２３ｂを介して特定される試料容器
４上の基準点および試料の観察すべき位置の決定に関す
る操作指令を受け入れる。測定手段４００は、さらに、
この操作指令に基づいて、可視光光学系２００による観
察時における、試料容器４のＸ線透過窓１０ｂ（位置Ｗ
に相当）と、試料１２の観察しようとする部位の位置
（観察位置Ｓ１）とを特定し、それら２つの位置間での
移動に伴う、試料容器４の変位距離を、試料容器４内に
おける光学的距離として測定する。

【００５９】本実施例においては、図１に示されるよう
に、Ｘ線および可視光線は、図の下方から照射され、試
料容器４は、そのＸ線透過窓１０ａが試料ステージ２４
と接するように配置されている。このため、本実施例の
ような構成では、上記作用の欄で説明したように、Ｘ線
透過窓１０ａの位置を検出するのは難しい。そこで、本
実施例では、測定手段４００によりＸ線透過窓１０ｂの
位置を測定し、その位置と、予め計測して求めておいた
２つの透過窓１０ａ、１０ｂ間の距離とを用いて、演算
手段２３により、位置Ｗを求めるものとする。

【００６０】測定手段４００は、具体的には、光てこ式
の変位測定機構であり、並行性のよい、例えば、レーザ
光をＸ線透過窓１０ｂの所定位置へ照射するレーザ光発
生源２１と、該発生源２１および該透過窓１０ｂと所定
の相対位置関係を有するように配置され、該透過窓１０
ｂにより反射されたレーザ光を検出すると共に、該透過
窓１０ｂの位置変位に伴い変化する検出位置を測定す
る、例えば、一次元のラインＣＣＤを備える位置検出器
２２とを有する。

【００６１】この測定手段４００によれば、試料容器４
および試料ステージ２４や、その回りに配置されるＸ線
光学系１００、または、可視光光学系２００に物理的に
干渉せずに、試料容器４の位置およびその変位が測定で
きる。

【００６２】本実施例の作用について説明する。

【００６３】本実施例では、最初、可視光による試料１
２の観察すべき位置の特定を行う。具体的には、操作者
の指令に基づき、制御装置２３ａおよび切り換え手段４
０１により、観察に用いる光学系を可視光光学系２００
へ切り換える。さらに、操作者の指令に従い、試料ステ
ージ２４の位置を、入力装置２３ｂおよび制御装置２３
ａを介して制御する。

【００６４】操作者は、可視光光学系２００における焦
点が、試料容器４のＸ線透過窓１０ｂ上に合うように、
試料ステージ２４を変位させて、試料容器４の位置を調
整する。さらに、操作者は、該透過窓１０ｂ上の所定の
位置に焦点が合った時点で、その位置を試料容器４上の
基準点とするための、所定の操作を入力装置２３ｂに対
して行う。

【００６５】入力装置２３ｂは、この操作に対応して、
試料容器４上の基準点の決定を示す信号を測定手段４０
０へ出力する。測定手段４００は、これを受け入れて、
その時点での、試料容器４のＸ線透過窓１０ｂの位置
を、測定用の原点が設定されている所定の測定座標系に
より測定する。ここで測定される位置とは、いわゆる、
絶対位置であり、測定用の原点から試料容器４上に設け
られた基準点までの光学的距離を示す。

【００６６】次に、操作者は、試料１２の観察したい位
置に焦点を合わせ、その位置を観察すべき位置とするた
めの、所定の操作を入力装置２３ｂに対して行い、入力
装置２３ｂは、この操作に対応して、観察位置の決定を
示す信号を測定手段４００へ出力する。測定手段４００
は、これを受け入れて、その時点での、試料容器４のＸ
線透過窓１０ｂの位置を、上記座標系により測定する。

【００６７】測定手段４００は、このようにして測定さ
れた２つのＸ線透過窓１０ｂの位置から、試料容器４の
変位距離、すなわち、試料容器４内での可視光での光学
的距離を測定する。

【００６８】ここで、測定手段４００が変位距離を測定
する構成としたが、例えば、測定手段４００がＸ線透過
窓１０ｂの２つの測定された位置を演算手段２３へ出力
し、演算手段２３が上記変位距離を算出する構成として
も良い。

【００６９】次に、演算手段２３は、上記のようにして
得られた可視光での光学的距離に基づいて、上記作用の
欄で説明した（３）および（４）式から、Ｘ線での光学
的距離を算出する。

【００７０】この状態で、制御装置２３ａおよび切り換
え手段４０１により、観察に用いる光学系をＸ線光学系
１００に切り替える。ここでの切り換えは、操作者の指
令に基づいて、制御装置２３ａおよび切り換え手段４０
１により行うが、操作者による観察すべき位置の決定が
行われた後に、自動的に、この切り換え動作を行うよう
な構成としても良い。

【００７１】本実施例において、Ｘ線光学系１００の焦
点位置と、可視光光学系２００の焦点位置とは、予め一
致または対応するような構成である。制御装置２３ａ
は、演算手段２３により得られた試料容器４内における
Ｘ線での光学的距離と、測定用の原点から試料容器４上
の基準点までの光学的距離とに基づいて、試料１２の観
察すべき位置へ、Ｘ線光学系の焦点が合うように、試料
ステージ２４の変位動作を制御して、試料容器４の位置
を調整する。

【００７２】この状態でＸ線発生器１から軟Ｘ線を発生
させ、Ｘ線撮像装置７により撮像することで、可視光光
学系２００で特定された観察位置に焦点の合った良好な
Ｘ線像を得ることができる。

【００７３】また、Ｘ線光学系１００および可視光光学
系２００の焦点位置が、一致していない場合でも、予め
それらの焦点位置の相対距離を調べておき、それを用い
て、制御装置２３ａが、試料ステージ２４の変位量を補
正するような構成とすると良い。

【００７４】本実施例によれば、可視光光学系２００に
より特定された観察すべき位置と、試料容器４での屈折
率の相対的な関係とから、該観察すべき位置へ、Ｘ線光
学系１００の焦点を合わせることができる。このため、
Ｘ線光学系１００による観察においての焦点合わせのた
めのＸ線を照射する必要がなくなる。

【００７５】本実施例では、光学系１００および２００
の位置を変えることで、観察に用いる光学系を切り換え
たが、本発明においては、これに限定されるものではな
い。本発明では、試料を２つの光学系で観察できる構成
であれば、それら２つの光学系の配置、および、それら
の切り換え方法は問わず、例えば、試料容器４、試料ス
テージ２４、および、測定手段４００が、２つの光学系
間を移動する構成としても良い。

【００７６】また、本実施例では、可視光での光学的距
離、および、Ｘ線での光学的距離の違いは、試料容器４
内の媒体１１による屈折率の違いによるものとしている
が、厳密に言えば、媒体１１の影響の他に、Ｘ線透過窓
１０ａにおける屈折、および、試料１２内での屈折も影
響する。しかし、Ｘ線透過窓１０ａは非常に薄くするこ
とができ、ほとんど無視することができる。また、Ｘ線
透過窓１０ａの構成部材およびその厚さは、予め知るこ
とができるため、それらを基にして、その影響を予め求
めておき、上記のようにして得られたＸ線による観察位
置Ｓ２を補正するようにしても良い。

【００７７】また、試料１２内での屈折については、媒
体１１の比べ試料１２が物理的に大きくないかぎり、そ
の影響は無視することができる。さらに、試料１２が、
細胞など生物である場合は、その構成成分から考えて、
光学的性質は、媒体１１（例えば、水）と同じであると
仮定することができる。または、試料１２の、観察に用
いられる可視光に対する屈折率を、予め、直接求めてお
き、それを利用するようにしても良い。

【００７８】また、Ｘ線透過窓１０ａおよび試料１２で
の屈折率を考慮するために、予めＸ線透過窓１０ａ、媒
体１１、および、試料１２のすべてを、１つの部材とみ
なして、この部材における可視光に対する等価的屈折率
を求めておき、その屈折率を上記ｎ１の代わりに用いる
ようにしても良い。

【００７９】このような等価的屈折率は、例えば、以下
のようにして求めることができる。すなわち、光源に近
いＸ線透過窓１０ａの上面と、もう一方のＸ線透過窓１
０ｂの試料容器４内に面する上面とに焦点を合わせて、
それらの間の距離を測定する。ここで、この得られた距
離は、可視光による光学的距離であり、試料容器４内部
に試料１２および媒体１１が含まれていれば、Ｘ線透過
窓１０ａ、媒体１１、および、試料１２の影響がすべて
含まれる。また、この距離は、Ｘ線透過窓間の距離であ
り、予め知られている。従って、この実際の距離と、得
られた光学的距離とを比較することで、上記の等価的屈
折率が得られる。

【００８０】本発明を適用したＸ線顕微鏡の第２の実施
例を、図３を用いて説明する。

【００８１】本実施例は、図３に示すように、基本的に
は、上記第１の実施例と同じ構成および作用を備えてい
るが、測定手段の具体的構成だけが異なる。ここで、図
３に示される構成のうち、図１と同じものについては、
同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００８２】本実施例の測定手段は、Ｘ線透過窓１０ｂ
の測定を行う公知の接触式位置センサー３１を有してい
る。このセンサー３１としては、例えば、静電容量型接
触変位計もしくはマイクロセンスと呼ばれるものを用い
ることができる。このセンサー３１は、測定対象物に変
位する部分３１ｂを接触させ、該対象物の変位に伴い変
化する変位部分３１ｂと、変位部分３１ｂに連動してギ
ャップ間隔が変位するコンデンサー（図示せず）とを備
えており、コンデンサーのギャップ間隔が変位すること
によるコンデンサーの容量変化を、変位量に換算して測
定することで、該対象物の変位量を測定するものであ
る。

【００８３】本実施例においては、Ｘ線透過窓１０ｂの
位置を接触式位置センサー３１を用いて測定し、実施例
１と同様にして、可視光光学系２００とＸ線光学系１０
０との焦点位置のずれを補正することで、可視光での光
学的距離をＸ線のそれへ変換して、Ｘ線光学系１００の
焦点が、可視光光学系２００により特定された位置へ合
うようにすることができる。

【００８４】本実施例によれば、測定手段として接触式
位置センサー３１を用いるため、上記第１の実施例の非
接触式の測定手段に比べ、センサー３１の配置が容易で
あり、その後の調整も簡単である。

【００８５】本発明によるＸ線顕微鏡の第３の実施例
を、図４を用いて説明する。

【００８６】本実施例は、基本的には、上記第１の実施
例と同じ構成及び作用を備えるものであるが、試料容器
４および測定手段の具体的構成だけが異なる。図４に、
本実施例における、測定手段、試料容器４、および、試
料ステージ２４の配置例を示す。ここで、図４に示され
る構成のうち、図１と同じものについては、同じ符号を
付し、その説明を省略する。

【００８７】本実施例において、試料容器４は、Ｘ線透
過窓１０ａ、１０ｂを固定するＸ線透過窓容器４１を備
えている。また、試料ステージ２４は、ステージ位置を
測定する、例えば、リニアスケールを備えるステージ位
置測定装置４２を有するものである。

【００８８】本実施例においては、ステージ位置測定装
置４２により試料容器４の位置を測定し、実施例１と同
様にして、可視光光学系２００とＸ線光学系１００との
焦点位置のずれを補正することで、Ｘ線光学系１００の
焦点が、可視光光学系２００により特定された位置へ合
うようにすることができる。

【００８９】本実施例によれば、Ｘ線透過窓１０ｂの位
置を測定する代わりに、試料ステージ２４の変位量を測
定することができるため、測定手段による試料容器４お
よび各光学系１００、２００に対する影響が無くなる。

【００９０】以上の実施例で説明した通り、本発明によ
るＸ線顕微鏡を用いれば、可視光光学系により、Ｘ線で
見たい領域を容易に特定できる。さらに、Ｘ線光学系１
００と可視光光学系２００との屈折率の違いを補正し、
可視光光学系２００からＸ線光学系１００へ切り換えた
際に生じる焦点位置のずれを合わせるために、試料１２
に余分なＸ線を照射せずにすむ。その結果、試料１２の
照射損傷を低減することができ、また、焦点ずれによる
Ｘ線像の劣化を防ぐことができる。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、可視光光学系とＸ線光
学系とを備えるＸ線顕微鏡において、可視光光学系によ
り焦点合わせされ特定された、試料の観察すべき位置に
基づいて、その観察すべき位置に、Ｘ線光学系による焦
点を合わせることができるＸ線顕微鏡を提供することが
できる。

【００９２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の構成の一部を示す
説明図。

【図２】図２（ａ）：本発明による作用を説明する説明
図。図２（ａ）：本発明による作用を説明する説明図。

【図３】本発明による第２の実施例の構成の一部を示す
説明図。

【図４】本発明による第３の実施例の構成の一部を示す
説明図。

【図５】従来のＸ線顕微鏡の構成を示す説明図。

【図６】Ｘ線の物質による吸収を示したグラフ。

【図７】本発明による第１の実施例の構成を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１・・・Ｘ線発生器、２・・・排気装置、３・・・Ｘ線
照明系、４・・・試料容器、５・・・Ｘ線拡大光学系、
６・・・真空容器、７・・・Ｘ線撮像装置、８・・・表
示装置、１０ａ、１０ｂ・・・Ｘ線透過窓、１１・・・
培養液などの溶液媒体、１２・・・生物試料、２１・・
・レーザー発光源、２２・・・位置検出装置、２３・・
・演算手段、２３ａ・・・制御装置、２３ｂ・・・入力
装置、２４・・・試料ステージ、２５・・・可視光光
源、２６・・・可視光照明系、２７・・・可視光対物レ
ンズ、２８・・・可視光撮像装置、３１・・・接触式位
置センサー、４１・・・Ｘ線透過窓容器、４２・・・ス
テージ位置測定装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料容器内に収容された試料のＸ線像を得
るＸ線光学系と、該試料の可視光像を得る可視光光学系
とを備えるＸ線顕微鏡において、Ｘ線光学系および可視光光学系の、少なくともそれぞれ
の光軸方向に沿って、試料容器を変位させる試料容器変
位機構と、予め定めた測定用の原点から、可視光光学系で合焦され
た試料の観察すべき位置までの、可視光線での光学的距
離を測定する可視光観察位置測定手段と、測定された該可視光での光学的距離と、予め求められて
いる、試料容器内での、該可視光線と観察に用いられる
Ｘ線とに対する屈折率の相対的な関係とから、該原点か
ら該観測すべき位置までの該Ｘ線での光学的距離を算出
するＸ線観察位置算出手段と、該算出結果に基づいて、試料容器変位機構を制御して、
Ｘ線光学系による焦点位置が該観察すべき位置と一致す
るように試料容器を変位させる制御手段とを有すること
を特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項２】請求項１において、前記可視光での光学的距離は、前記予め定めた測定用の
原点から前記試料容器上の予め定めた基準点までの距離
と、該基準点から前記観察すべき位置までの距離とから
なり、前記可視光観察位置測定手段は、該基準点へ合焦された
状態での前記試料容器の位置から、前記観察すべき位置
へ合焦された状態での前記試料容器の位置までの、前記
可視光光学系で用いられる可視光線の光軸方向の変位距
離を、該基準点から前記観察すべき位置までの光学的距
離として、測定する試料容器変位距離測定手段を有する
ことを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項３】請求項２において、前記可視光光学系により、予め定めた基準点及び観察す
べき位置へ合焦されているかどうかの決定を外部から受
付け、それを示す信号を前記試料容器変位距離測定手段
へ出力する操作受付手段をさらに有し、前記試料容器変位距離測定手段は、該信号に基づいて、
それらの位置が合焦された状態であることを判断するも
のであることを特徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項４】請求項３において、前記Ｘ線観察位置算出手段は、前記試料容器内での、前
記可視光線に対する屈折率と前記Ｘ線に対する屈折率と
の相対的な関係を用いて、前記可視光での光学的距離
を、前記Ｘ線での光学的距離へ変換することを特徴とす
るＸ線顕微鏡。
【請求項５】請求項４において、前記試料容器は、その内部に前記試料を保持するために
充填されている媒体を有するものであり、前記Ｘ線観察位置算出手段は、予め求められている、該
媒体の前記可視光線に対する屈折率と前記Ｘ線に対する
屈折率との相対的な関係を用いて、前記可視光での光学
的距離を、前記Ｘ線での光学的距離へ変換することを特
徴とするＸ線顕微鏡。
【請求項６】請求項５において、前記試料容器は、前記試料および媒体を真空部分から隔
離し、かつ、観察に用いられるＸ線および可視光線を透
過させる１対の透過窓をさらに有し、前記可視光観察位置測定手段は、該１対の透過窓のうち
の一方の透過窓の、該真空部分に面する表面上の、予め
定めた１点を前記予め定めた基準点とすることを特徴と
するＸ線顕微鏡。