(57)【要約】  既知の単一プローブ走査型Ｘ線顕微鏡では、Ｘ線源により発生されるＸ線のうちから極めて細いＸ線ビームが選択される。この既知の技術には、サンプルを照射するのに役立つ光子が極めて僅かしかないという欠点がある。従って、極めて大型で且つ高価なシンクロトロンのような高輝度Ｘ線源を用いるか、或いは照射時間をきわめて長くする（１００時間）必要がある。本発明によれば、Ｘ線源のＸ線ビーム（４）から格子プレート（６）により選択した放射、つまり主ビーム（４）から選択した複数であるＮ個のプローブ形成Ｘ線ビームをサンプル（１０）に照射することを提案する。この結果、照射時間が１／Ｎに短縮される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型Ｘ線顕微鏡であって、
この顕微鏡により検査すべきサンプルを収容するサンプル配置部と、
Ｘ線ビームから少なくとも１つのＸ線プローブをサンプルの領域に形成する手段と、
サンプルに対して前記Ｘ線プローブを走査する走査手段と、
前記Ｘ線プローブによる照射に応答してサンプルから発せられる放射を検出する検出手段と
を有する走査型Ｘ線顕微鏡において、
この走査型Ｘ線顕微鏡には、前記Ｘ線ビームから複数のＸ線プローブをサンプルの領域に同時に形成する手段が設けられており、前記検出手段が位置感応検出器の形態で構成されていることを特徴とする走査型Ｘ線顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型Ｘ線顕微鏡において、
前記Ｘ線ビームから複数のＸ線プローブを同時に形成する前記手段が、Ｘ線を遮断する材料からなる格子プレートにより形成されており、この格子プレートにはＸ線透過用の格子体が設けれている走査型Ｘ線顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型Ｘ線顕微鏡において、
前記格子プレートが、Ｘ線ビームを発生するＸ線源と、この顕微鏡により検査すべきサンプルとの間に配置されており、前記格子プレートと前記サンプルとの間には、前記格子プレートを前記サンプル上に結像させる中間レンズが配置されている走査型Ｘ線顕微鏡。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型Ｘ線顕微鏡において、
この顕微鏡が走査型発光Ｘ線顕微鏡として構成されている走査型Ｘ線顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型Ｘ線顕微鏡であって、
この顕微鏡により検査すべきサンプルを収容するサンプル配置部と、
Ｘ線ビームから少なくとも１つのＸ線プローブをサンプルの領域に形成する手段と、
サンプルに対して前記Ｘ線プローブを走査する走査手段と、
前記Ｘ線プローブによる照射に応答してサンプルから発せられる放射を検出する検出手段と
を有する走査型Ｘ線顕微鏡に関するものである。
【０００２】
この種のＸ線顕微鏡は、1993年11月に発行された文献“Journal of Microscopy, Vol. 172. Pt 2”の第121〜129頁に開示された論文“Scanning luminescence X-ray microscopy: imaging fluorescence dyes at suboptical resolution”から既知である。この論文には、光学発光を用いたＸ線顕微鏡、即ちいわゆる走査型発光Ｘ線顕微鏡（ＳＬＸＭ）が開示されている。この種の顕微鏡では、Ｘ線源から発せられるＸ線から極めて細いＸ線ビームが選択される。このことにより、サンプルを走査する小さなＸ線プローブが得られる。しかし、この技術には、Ｘ線プローブを得るのに、全体のＸ線ビームから極めて小さな部分を選択しているという主たる欠点がある。この場合、サンプルを充分な強度で照射し得るようにするためには、極めて高い輝度のＸ線源、例えばシンクロトロン放射源が必要となる。このようなＸ線源は研究所の規模で利用し得るものではない。通常のＸ線管を用いた場合には、サンプルの照射に適したＸ線には、単位時間当りかなり少ない数の光子しか含まれないことになる。その結果として、このようなＸ線源を用いると、測定時間が、受け入れ難い程の長さ、例えば１００時間以上となってしまう。
【０００３】
本発明の目的は、像を形成するために必要な測定時間を著しく短縮した上述した種類の走査型Ｘ線顕微鏡を提供することにある。この目的のために、本発明による走査型Ｘ線顕微鏡は、この走査型Ｘ線顕微鏡に、Ｘ線ビームから複数のＸ線プローブをサンプルの領域に同時に形成する手段を設け、前記検出手段を位置感応検出器の形態で構成することを特徴とする。
【０００４】
本発明によれば、測定時間は、サンプルを同時に照射するＸ線プローブの数で除した程度の時間にまで短縮される。この際、サンプルの種々の位置で同時に放射が発生することになるため、各点から発せられる放射を個別に検出するための位置感応検出器が必要になる。
【０００５】
本発明の一例においては、Ｘ線ビームから複数のＸ線プローブを同時に形成する手段を、Ｘ線を遮断する材料からなる格子プレートにより形成し、この格子プレートにＸ線透過用の孔の格子を設ける。この例では、Ｘ線プローブの間隔を変えることなく、すなわち所望の距離に亘って格子プレートを移動させることにより、Ｘ線プローブの走査を行うことができる。
【０００６】
本発明の他の例では、格子プレートを、Ｘ線ビームを発生するＸ線源と、この顕微鏡により検査するサンプルとの間に配置し、また、この格子プレートとサンプルとの間には格子プレートをサンプル上に結像させる中間レンズを配置する。この例は、極めて小さいＸ線プローブを形成する場合に特に有利である。この場合（極めて小さい）孔におけるＸ線の回折により鮮鋭度が欠如することにより、プローブが著しく拡大され、これにより解像度が減少してしまうおそれがある。これを防止するために、格子プレートをサンプルから極めて短い距離（１マイクロメートル程度）に配置する必要がある。このことは、実際的な適用に当たっては好ましいものではなく、しばしば完全に不可能となる。中間レンズを用いることにより、格子プレートをサンプルからかなり離れた距離に配置しうるようになる。
【０００７】
本発明による走査型Ｘ線顕微鏡の好ましい例では、これを走査型発光Ｘ線顕微鏡として構成する。顕微鏡技術を成功させるには、サンプルの形態に加えてサンプル組織の機能をも明確にし得るようにすることが重要である。一般的に、機能についての検査は、タンパク質又は巨大分子組織に選択的に付着する蛍光分子マーカに依存したものとなる。走査型発光Ｘ線顕微鏡（ＳＬＸＭ）は、光学蛍光をＸ線顕微鏡により高解像度で結像させ得るものであることが知られている。サンプルは、小さいＸ線スポットにより走査され、このようにして発生した光学蛍光は、開口数の高い顕微鏡対物レンズにより捕捉され感応検出器上に結像される。このようなＳＬＸＭの有用性は、Ｘ線による励起に対して安定な蛍光分子マーカの入手可能性にも依存する。現在ではこのようなマーカは市販されている。単一プローブＸ線顕微鏡に卓上形Ｘ線源を用いた場合に測定時間が受け入れ難いほどの長時間となってしまうという前述の重大な欠点は、本発明のＳＬＸＭにより解消される。
【０００８】
本発明を図面を参照して以下に詳細に説明する。図面において対応する構成素子は同一の参照番号により示されている。
図１は、マルチプローブ発光走査型Ｘ線顕微鏡（マルチプローブＳＬＸＭ）の第一の（簡単な）実施例を示す線図である。Ｘ線源２は、この顕微鏡により行う検査の種類に適した波長のＸ線ビーム４を放出する。例えば、生物学的なサンプルを検査する際には２〜５ｎｍの波長が選択される。本発明に特に適した種類のＸ線源は、国際公開パンフレットＷＯ０１／４６９６２の明細書に開示されている。Ｘ線源４から多数のサブビーム（個別に図示しない）が格子プレート６により選択される。サブビームの適した数は、Ｘ線顕微鏡の設計に課された条件に依存するが、代表的には４００程度であり、この場合２０×２０のサブビームの格子プレートを用いる。格子プレート６は、結像用のＸ線レンズ８によりサンプル１０上に結像される。サンプル１０の前方にビーム制限開口１２が配置されており、Ｘ線レンズ８により伝播される不所望な回折次数のものを遮断する。このようなＸ線レンズに関する技術分野において既知のように、この場合、Ｘ線源２の一次回折像がサンプル１０上への投射のために用いられる。全ての他の次数のもの（特にゼロ次、すなわち真直ぐ進行するもので、従って集束されないビーム部分）は除去する必要がある。これらサブビームはサンプル中で蛍光発光により可視光を発生し、この可視光が、ガラスレンズ１４を介して、可視光を感知する例えばＣＣＤアレイの位置感応検出器（図示せず）の上に光ビーム１６として投射される。
【０００９】
Ｘ線レンズ８は、それ自体既知のフレネルゾーンプレートである。このＸ線レンズ８を用いることにより、格子プレート６が、サンプル１０の領域において５０〜１００ｎｍ程度の大きさのＸ線プローブを形成するようになる。例えば、格子プレート６を移動させることにより、Ｎ×Ｎ個のＸ線スポットの格子が、サンプル１０を横切る方向で平行に移動する。これらＸ線スポットの間隔は、隣接している２つのＸ線スポットから生ずる蛍光信号が、ガラスレンズ１４とＣＣＤアレイとにより形成される光学的検出装置により識別され得るように選択する。このようにすることにより、Ｘ線スポットの寸法と等しい解像度を有する蛍光像を検出することができ、「単一プローブ」の走査と比較した場合に測定時間が１／Ｎ2 にまで減少する。格子プレート６の厚さｔは、Ｘ線を完全に吸収する程度の充分な厚さとする必要がある。一方、格子プレート６にあけた孔の大きさにより、サンプル上のＸ線プローブの寸法を決定する。格子プレートの孔の直径をＤとして、間隔をＬとすると、格子プレートは（Ｄ／Ｌ）２に等しい透過度を有するようになる。実際には、Ｄ／Ｌの比率は光学解像度に対するＸ線解像度の比により決定され、このことは、ＤがＬの１／５〜１／１０であることを意味する。この比率は、可視光の波長が約０．５μｍであるのに対し、Ｘ線プローブの大きさが約５０ｎｍであり、前者が後者の１０倍であるという事実に起因するものである。
【００１０】
図１においては、Ｘ線源２の直ぐ後方にＮ×Ｎの格子プレート６が配置されており、この格子プレート６の位置する平面がサンプル上に結像される。ある状況においては、種々の構成部材をこの様に配置するのが好ましくない場合がある。格子プレート６をＸ線源２にできる限り近づけて配置させることは（できる限り多くの量のＸ線を集めるために空間角を大きくするという観点で）望ましいが、汚染を生じるＸ線源を用いた場合には格子プレート６が汚染されることが特に望ましくなく、或いはこの領域に格子プレートの利用し得る空間がないという状況も起こりうる。これらの欠点は図２に示す配置により緩和される。
【００１１】
図２に示す実施例は、格子プレート６をビーム制限開口１２の背後に配置することにより上述した欠点を緩和している。格子プレート６は、もはやＸ線源２の近傍にはないため、Ｘ線源により汚染されることはない。Ｘ線源はＸ線レンズ８によりサンプル１０上に結像され、格子プレートによりＸ線プローブを形成するサブビームに分割するのは、このサンプルの直前で行われる。この配置により上述の欠点は緩和されるが、（特に高解像度の場合に）格子プレートの孔でのＸ線回折が所望の高解像度に悪影響を及ぼすおそれが依然としてある。この欠点は、サンプルから極めて短い距離に格子プレート６を配置することにより解消することができるが、この目的ための空間が得られない場合や、格子プレートとサンプルとの間の距離を、実際的な状況下では実施し得ない程度に短くする必要がある場合がある。後者の観点が実現できない状況では、図３に示す配置を用いることができる。
【００１２】
図３に示す実施例は、回折のために解像度が減少するという上述の欠点を、図２に示す配置で格子プレート６とサンプル１０との間に結像用のＸ線レンズ１８を挿入することにより、緩和するものである。後方のこのＸ線レンズ１８が、格子プレート６をサンプル１０上に結像する。既知のように、格子プレートの孔における回折の影響は、格子プレートをサンプル上に結像すると無視できるほど少なくなる。
【００１３】
図４は、透過型Ｘ線顕微鏡（ＴＸＭ）に容易に転換し得るマルチプローブＳＬＸＭと、マルチプローブＳＬＸＭに容易に転換し得る透過型Ｘ線顕微鏡との実施例を示すものである。図４ＡはＴＸＭを示すものであり、図４ＢはＳＬＸＭを示すものである。図４ＡのＴＸＭにおいて、Ｘ線は前述した国際公開パンフレットＷＯ０１／４６９６２の明細書に開示されているＸ線源により発生される。開口２２により平行になった電子ビームが水の噴流に突き当たり、この中でＸ線が発生することによりＸ線源２が形成される。続いて、このようにして発生したＸ線ビーム４は、コンデンサレンズとして作用するＸ線レンズ８によりわずかに拡大されてサンプル１０上に結像される。Ｘ線源２の代表的な大きさは１０μｍである。サンプル１０の前には、所望の集束次数のビームを通すいわゆる「次数分類開口」１２が配置されている。次数分類開口１２は、入射する集束ビームに対するモノクロメータとしても作用するため、後続のレンズは色収差による解像度の減少を導入しない。その後、対物レンズとして作用するマイクロゾーンプレートの形態のＸ線レンズ２４により、Ｘ線感応式ＣＣＤカメラ上に像が形成される。対物レンズは複合レンズ２６として構成することができ、このことは、代表的には数ミリメートルの大きさのガラスレンズ内に約０．１ｍｍのＸ線ゾーンプレートを組込むことを意味する。代表的な倍率は、５００又は１０００である。装置の開口数を通常の０．０５とし、コンデンサレンズの効率を５％とした場合には、約２×１０5 fot./μｍ2 がサンプル１０上に入射される。この場合、像の形成には約８分かかる。
【００１４】
マルチプローブＳＬＸＭにより像を形成するためには、図４Ｂに示す配置を適用する。Ｘ線源２、サンプル１０及び対物レンズの位置は図４Ａと変わらないが、図４Ｂにおいては光源２の１：１の像が格子プレート６上に形成される。次に、この格子プレート６が、Ｘ線ゾーンプレート２８によりやや拡大された形態でサンプル１０上に結像される。
【００１５】
蛍光により発せられる光を集束するために用いられる対物レンズは、対物ゾーンプレート２４と一体化して複合レンズ２６を形成するようにすることができる。蛍光信号は、追加のミラー３０により光感応式ＣＣＤカメラ（図示せず）上に結像させることができる。
【００１６】
ＣＣＤカメラでは格子の各位置に対し像を形成する必要がある。種々の格子位置に対する像を合成することにより最終的に高解像度の像が得られる。しかし、このようにすることは、それ自体既知の極めて簡単な画像処理工程が要求されるに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、マルチプローブＳＬＸＭの第１の簡単な実施例を示す線図である。
【図２】図２は、マルチプローブＳＬＸＭの第２の実施例を示す線図である。
【図３】図３は、マルチプローブＳＬＸＭの第３の実施例を示す線図である。
【図４】図４は、透過型Ｘ線顕微鏡（ＴＸＭ）に容易に転換し得るマルチプローブＳＬＸＭと、マルチプローブＳＬＸＭに容易に転換し得る透過型Ｘ線顕微鏡との実施例を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月9日(2004.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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