(57)【要約】【課題】動的な現象、又はスペクトラルイメージングをごく短時間で効率的、且つ安定的に取得することができ、一度きりしか生じない非反復的な現象の場合や、高価・希少なサンプルの破壊検査においても好適に用いることのできるＸ線撮影方法、Ｘ線撮影装置を提供せんとする。【解決手段】結像光学系４として、結像光学素子４１を設けるとともに、該結像光学素子の下流側に、該結合光学素子の出口４１ｃのうち一部の領域Ｒ１から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面４２を単または複数設け、これにより試料のＸ線像を２以上の位置の検出器５０で得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系として、
結像光学素子を設けるとともに、
該結像光学素子の下流側に、該結合光学素子の出口のうち一部の領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面を、単または複数設け、
これにより試料のＸ線像を２以上の位置で得ることを特徴とする、
Ｘ線撮影方法。
【請求項２】
前記結像光学素子がウォルター型斜入射ミラーである、請求項１記載のＸ線撮影方法。
【請求項３】
前記分離光学面が平面ミラー部である、請求項１又は２記載のＸ線撮影方法。
【請求項４】
前記一部の領域が、前記結像光学素子の出口を、素子中心軸を中心とした周方向に沿って複数の領域に分割した分割領域のうちの一つである、
請求項１〜３の何れか１項に記載のＸ線撮影方法。
【請求項５】
前記分割領域を３つ以上設け、
そのうち２つ以上の分割領域をそれぞれ前記一部の領域として、各領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる、ミラー面が互いに異なる方向を向いた前記を２つ以上設けた、
請求項４記載のＸ線撮影方法。
【請求項６】
照明光学系に、前記一部の領域から出射される光の波長が、他の少なくとも１つの領域からの光の波長とは異なる波長となるように異波長のＸ線を生成する異波長生成部を設け、
これにより前記２以上の位置で同じ試料の異なる波長によるＸ線像を同時に得る、
請求項１〜５の何れか１項に記載のＸ線撮影方法。
【請求項７】
照明光学系に、前記一部の領域から出射される光が、他の少なくとも１つの領域からの光よりも遅延するように時間遅延部を設け、
これにより前記２以上の位置で試料の時間のずれたＸ線像を得る、
請求項１〜５の何れか１項に記載のＸ線撮影方法。
【請求項８】
結像光学系として、
結像光学素子を設けるとともに、
該結像光学素子の下流側に、該結像光学素子の出口のうち一部の領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面を、単または複数設け、
これにより試料のＸ線像を２以上の位置で得ることを特徴とする、
Ｘ線撮影装置。
【請求項９】
前記結像光学素子がウォルター型斜入射ミラーである、請求項８記載のＸ線撮影装置。
【請求項１０】
前記分離光学面が平面ミラー部である、請求項８又は９記載のＸ線撮影装置。
【請求項１１】
前記一部の領域が、前記結像光学素子の出口を、素子中心軸を中心とした周方向に沿って複数の領域に分割した分割領域のうちの一つである、
請求項８〜１０の何れか１項に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１２】
前記分割領域を３つ以上設け、
そのうち２つ以上の分割領域をそれぞれ前記一部の領域として、各領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる、ミラー面が互いに異なる方向を向いた前記分離光学面を２つ以上設けた、
請求項１１記載のＸ線撮影装置。
【請求項１３】
前記２つ以上の分離光学面を外周面若しくは内周面に有する、角錐ミラーまたは角錐台ミラーを中心軸が素子中心軸に一致するように同軸に設けてなる、請求項１２記載のＸ線撮影装置。
【請求項１４】
照明光学系に、前記一部の領域から出射される光の波長が、他の少なくとも１つの領域からの光の波長とは異なる波長となるように異波長のＸ線を生成する異波長生成部を設け、
これにより前記２以上の位置で同じ試料の異なる波長によるＸ線像を同時に得る、
請求項８〜１３の何れか１項に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１５】
前記異波長生成部が、バンドパスフィルタ、または分光器よりなる請求項１４記載のＸ線撮影装置。
【請求項１６】
照明光学系に、前記一部の領域から出射される光が、他の少なくとも１つの領域からの光よりも遅延するように時間遅延光学系を設け、
これにより前記２以上の位置で試料の時間のずれたＸ線像を得る、
請求項８〜１３の何れか１項に記載のＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料科学や生命科学などの分野においてサンプルの形状や性質を調べることのできる、透過型のＸ線顕微鏡として好適なＸ線撮影方法およびＸ線撮影装置に係り、とくに多波長同時Ｘ線撮影や高速Ｘ線撮影が可能なＸ線撮影方法およびＸ線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、新規材料開発における材料評価や、細胞から個体スケールの生命現象の解析などに貢献している。Ｘ線光源の進歩も目覚ましく、大型施設であるＸ線自由電子レーザのような短パルス、高強度かつ制御性の高いＸ線による解析が、一研究室レベルで行うことができるようになってきている。波長１〜１０ｎｍ程度の軟Ｘ線や波長０．０１ｎｍ〜１ｎｍ程度の硬Ｘ線など、波長の短い「Ｘ線」を用いて顕微を行う場合、波長の長い「可視光」を用いる場合に比べて高い空間分解能が得られる。さらに、軟Ｘ線や硬Ｘ線が原子に対して特徴的な吸収-散乱特性をもつことを利用することにおり、原子分布やその電子状態の可視化も可能である。Ｘ線を用いて結像顕微鏡を構成すれば、可視光同様、二次元の像が得られる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図２０は、従来から用いられているＸ線撮影装置１０１（Ｘ線顕微鏡）の概略構成を示す説明図である。符号２０はＸ線源、３は試料、５０は検出器を示し、大きくＸ線源２０および集光光学系１２１よりなる照明光学系１０２と、結像光学系１０４より構成されている。集光光学系１２１を構成する集光素子２２として、たとえば回転楕円体ミラー６０が用いられ、結像光学素子４１としてたとえばウォルター型斜入射ミラー６１が用いられる。Ｘ線領域では可視光用のレンズを用いることはできない。ウォルター型斜入射ミラー６１であるウォルターミラーは全反射を利用した結像素子であり、図に示すように回転双曲面６１０と回転楕円面６１１の二枚のミラーによって構成され、輪帯状の特徴的な形状を持つ。
【０００４】
ところで、このようなＸ線撮影装置を用いて動的な現象、又はあるエネルギーに特異な吸収を示す空間像（スペクトラルイメージング）を取得しようとする場合、従来の手法としては、ポンプ、プローブ法とよばれる繰り返しによる取得や、Ｘ線光源からあるエネルギーを切り出す分光器の切り替えを複数回繰り返すことによる観察が行われている。しかしながら、このような従来の手法では、たとえば一度きりしか生じない非反復的な現象の場合には不可能であり、高価・希少なサンプルの破壊検査には不適であるという問題があった。さらに、計測に多大な時間が要するという研究開発上の致命的な問題や、光源の不安定さによるデータのばらつきといった問題も存在していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、動的な現象、又はスペクトラルイメージングをごく短時間で効率的、且つ安定的に取得することができ、一度きりしか生じない非反復的な現象の場合や、高価・希少なサンプルの破壊検査においても好適に用いることのできるＸ線撮影方法、Ｘ線撮影装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者はかかる現況に鑑み、鋭意検討した結果、波長の短いＸ線の場合、結像光学素子の小さな開口数を用いても、実用的に十分な空間分解能を実現できると想定し、結像光学素子の出口開口を分割して複数の像を得ることを着想した。このように開口を分割すると一つの像を与える開口の大きさが小さくなるため、開口を分割しない場合に比べて得られる像の空間分解能は低下してしまうが、Ｘ線であれば、上記のとおり各像につき十分な空間分解能が得られる可能性がある。
この想定のもと、図８および表１に示すように、結像光学素子として波長４ｎｍの軟Ｘ線の利用を想定したウォルターミラーを設計し、このウォルターミラーにおいて開口を図９のような部分開口に設定した場合の結像分解能を検証した結果、レイリー分解能の基準で１００ｎｍとなり、小さな開口にもかかわらず標準的な可視光顕微鏡の結像分解能を上回っていることが確認できた。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
そして、この開口分割による複数の像を取得（検出）する具体的手法として、本発明者は、結像光学素子の下流側に、上記分割された各出口領域から出射される光を反射して他の領域から出射された光と別の位置に結像させる分離光学面を設けることを考案し、本発明を完成するに至った。分離光学面としては、たとえば平面ミラーを用いることができる。十分平坦に研磨された平面ミラーを用いれば、既存の結像系に対して、波面収差を与えて像を劣化させることもない。これにより、同一試料の同一またはほぼ同一の像を、同時またはほぼ同時に複数取得（検出）することが可能となる。
【００１０】
すなわち本発明は、以下の発明を包含する。
（１）  結像光学系として、結像光学素子を設けるとともに、該結像光学素子の下流側に、該結合光学素子の出口のうち一部の領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面を、単または複数設け、これにより試料のＸ線像を２以上の位置で得ることを特徴とする、Ｘ線撮影方法。
【００１１】
（２）  前記結像光学素子がウォルター型斜入射ミラーである、（１）記載のＸ線撮影方法。
【００１２】
（３）  前記分離光学面が平面ミラー部である、（１）又は（２）記載のＸ線撮影方法。
【００１３】
（４）  前記一部の領域が、前記結像光学素子の出口を、素子中心軸を中心とした周方向に沿って複数の領域に分割した分割領域のうちの一つである、（１）〜（３）のいずれかに記載のＸ線撮影方法。
【００１４】
（５）  前記分割領域を３つ以上設け、そのうち２つ以上の分割領域をそれぞれ前記一部の領域として、各領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる、ミラー面が互いに異なる方向を向いた前記を２つ以上設けた、（４）記載のＸ線撮影方法。
【００１５】
（６）  照明光学系に、前記一部の領域から出射される光の波長が、他の少なくとも１つの領域からの光の波長とは異なる波長となるように異波長のＸ線を生成する異波長生成部を設け、これにより前記２以上の位置で同じ試料の異なる波長によるＸ線像を同時に得る、（１）〜（５）の何れかに記載のＸ線撮影方法。
【００１６】
（７）  照明光学系に、前記一部の領域から出射される光が、他の少なくとも１つの領域からの光よりも遅延するように時間遅延部を設け、これにより前記２以上の位置で試料の時間のずれたＸ線像を得る、（１）〜（５）の何れかに記載のＸ線撮影方法。
【００１７】
（８）  結像光学系として、結像光学素子を設けるとともに、該結像光学素子の下流側に、該結像光学素子の出口のうち一部の領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面を、単または複数設け、これにより試料のＸ線像を２以上の位置で得ることを特徴とする、Ｘ線撮影装置。
【００１８】
（９）  前記結像光学素子がウォルター型斜入射ミラーである、（８）記載のＸ線撮影装置。
【００１９】
（１０）  前記分離光学面が平面ミラー部である、（８）又は（９）記載のＸ線撮影装置。
【００２０】
（１１）  前記一部の領域が、前記結像光学素子の出口を、素子中心軸を中心とした周方向に沿って複数の領域に分割した分割領域のうちの一つである、（８）〜（１０）のいずれかに記載のＸ線撮影装置。
【００２１】
（１２）  前記分割領域を３つ以上設け、そのうち２つ以上の分割領域をそれぞれ前記一部の領域として、各領域から出射された光を反射して他の領域から出射された光とは別の位置に結像させる、ミラー面が互いに異なる方向を向いた前記分離光学面を２つ以上設けた、（１１）記載のＸ線撮影装置。
【００２２】
（１３）  前記２つ以上の分離光学面を外周面若しくは内周面に有する、角錐ミラーまたは角錐台ミラーを中心軸が素子中心軸に一致するように同軸に設けてなる、（１２）記載のＸ線撮影装置。
【００２３】
（１４）  照明光学系に、前記一部の領域から出射される光の波長が、他の少なくとも１つの領域からの光の波長とは異なる波長となるように異波長のＸ線を生成する異波長生成部を設け、これにより前記２以上の位置で同じ試料の異なる波長によるＸ線像を同時に得る、（８）〜（１３）の何れかに記載のＸ線撮影装置。
【００２４】
（１５）  前記異波長生成部が、バンドパスフィルタ、または分光器よりなる（１４）記載のＸ線撮影装置。
【００２５】
（１６）  照明光学系に、前記一部の領域から出射される光が、他の少なくとも１つの領域からの光よりも遅延するように時間遅延光学系を設け、これにより前記２以上の位置で試料の時間のずれたＸ線像を得る、（８）〜（１３）の何れかに記載のＸ線撮影装置。
【発明の効果】
【００２６】
以上にしてなる本願発明に係るＸ線撮影方法およびＸ線撮影装置によれば、動的な現象、又はスペクトラルイメージングをごく短時間で効率的、且つ安定的に取得することができ、Ｘ線領域でのマルチスペクトラルイメージングや高速度イメージングへの道を開く手法として革新的である。特に、一度きりしか生じない非反復的な現象の場合や、高価・希少なサンプルの破壊検査においても好適に用いることができる。このように、本発明は、これまで取得できなかった情報をごく短時間で取得し、基礎研究から製品開発まで幅広く研究開発を加速させることが可能となり、大型なＸ線施設はもちろん、研究室レベルで多様なＸ線解析を行うためのツールとして広く利用されることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明にかかるＸ線撮影装置の代表的な実施形態を示す説明図、（ｃ）、（ｄ）はミラー回転軸に沿った縦方向に分割された部分曲面ミラーで構成された変形例の出口開口を示す説明図。
【図２】平面ミラーで外側に反射させる変形例を示す説明図。
【図３】複数の分離光学面を用いて開口を３つ以上に分割した変形例を示す説明図。
【図４】出口の分割領域をすべて分離光学面により反射させ、素子中心軸上に結像される光を無くすようにした変形例を示す説明図。
【図５】角錐台ミラーを設けた変形例を示す説明図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれマルチスペクトラルイメージングを実現するＸ線撮影装置の例を示す説明図。
【図７】高速度イメージングを実現するＸ線撮影装置の例を示す説明図。
【図８】ウォルターミラーの設計案の一例を示す説明図。
【図９】同じくウォルターミラーの設計案の一例を示す説明図。
【図１０】試料上のある点からの光の伝搬の様子を光線追跡結果に基づいて示した図。
【図１１】試料上のある点からの光の伝搬の様子を光線追跡結果に基づいて示した図。
【図１２】軟Ｘ線を対象とした本発明の実装案を示す説明図。
【図１３】同じく軟Ｘ線を対象とした本発明の他の実装案を示す説明図。
【図１４】試料として設定した元画像を示す図。
【図１５】図１２の実装案において平面ミラーによる反射されて結像した像と反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像を示す図。
【図１６】図１３の実装案において平面ミラーによる反射されて結像した像と反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像を示す図。
【図１７】ウォルターミラーの設計案の他の例を示す説明図。
【図１８】硬Ｘ線を対象とした本発明の実装案を示す説明図。
【図１９】図１８の実装案において平面ミラーによる反射されて結像した像と反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像を示す図。
【図２０】従来のＸ線撮影装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
本発明にかかるＸ線撮影装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、Ｘ線源２０、およびこれを資料３に集光する集光光学系２１を有する照明光学系２と、結像光学素子４１を有する結像光学系４と、検出器５０とを備え、とくに結像光学系４として、結像光学素子４１の下流側に、結像光学素子４１の出口４１ｃのうち一部の領域Ｒ１から出射された光を反射して他の領域Ｒ０１から出射された光とは別の位置に結像させる分離光学面４２を設けるとともに、この分離光学面４２を通じて結像されるＸ線像を検出する検出器５１を設け、これにより試料３のＸ線像を２以上の位置（図１の例では検出器５０、５１の二つの位置）で得ることを特徴とする、透過型のＸ線顕微鏡として好適なＸ線撮影装置である。
【００３０】
従来からのＸ線撮影装置においては、図２０に示すように、結像光学素子４１の出口（開口）から出射されたＸ線は下流遠方の光軸上に一つの像を形成し、該位置に設けられる検出器５０により検出される。これに対し、本発明では、図１に示すように出口４１ｃ開口から出射したＸ線の一部の光路を、開口下流に設置した分離光学面４２によりそらすことで、本来の結像位置（検出器５０の位置）とは別の位置（検出器５１の位置）に像を生成する。各検出器５０、５１で得られる像は、互いに同じ試料の同じタイミングの像である。
【００３１】
このように本発明は、結像光学素子４１の出口４１ｃを領域分割し、同時利用することで一度に複数のＸ線像を取得できるＸ線撮影装置である。これにより同じ試料の同じタイミングのＸ線像を２以上の位置で検出でき、Ｘ線領域でのマルチスペクトラルイメージングや高速度イメージングを実現できる手法として革新的なものである。
【００３２】
Ｘ線源２０としては、軟Ｘ線や硬Ｘ線が好適に用いられる。照明光学系２、集光光学系２１、結像光学素子４１についても、従来からの透過型のＸ線撮影装置（Ｘ線顕微鏡）において公知の光学系を用いることができる。とくに結像光学素子４１については、ウォルター型斜入射ミラー６１が好ましい。ウォルター型斜入射ミラーは他に比べて開口の大きなものを容易に設計できるため、開口分割する本発明に特に適している。フレネルゾーンプレートやAdvanced Kirkpatrick Baezミラーを用いることもできる。
【００３３】
図１（ａ），（ｂ）の代表的なウォルター型斜入射ミラー６１は全周にわたる筒状のウォルターミラーであるが、図中（ｃ）、（ｄ）に示すようにミラー回転軸に沿った縦方向に分割された部分曲面ミラー（半割状のウォルター型斜入射ミラー６１Ａ、より小さく分割されたウォルター型斜入射ミラー６１Ｂ、６１Ｃ）で構成されたものを単または同軸の異なる角度領域に複数配置したものでも勿論よい。
【００３４】
分離光学面４２としては、本例ではウォルター型斜入射ミラー６１の下流側の出口４１ｃの開口領域Ｒ１に対応する位置に、平面ミラー部７を有する平面ミラー７０が配置されている。なお、平面ミラー部に限定されず、回折格子などで構成することもできる。
【００３５】
領域Ｒ１以外の領域Ｒ０１から出た光は、ウォルター型斜入射ミラー６１のミラー回転軸である素子中心軸ａ上の位置（検出器５０の位置）に結像し、検出器５０で検出される。領域Ｒ１から出た光は、平面ミラー部７に反射して、異なる位置（検出器５１の位置）に結像し、検出器５１により検出される。すなわち、結像光学素子４１（ウォルター型斜入射ミラー６１）の出口開口が領域Ｒ１、Ｒ０１に分割され、各領域から出た光のうち領域Ｒ１からの光を分離光学面４２（平面ミラー部７）で反射させて分離し、異なる位置で結像させることにより、同一試料３の同一タイミングの像が異なる位置で取得（検出）される。
【００３６】
平面ミラー７０は、内側に平面ミラー部７を配して出口領域Ｒ１から出た光を内側に反射させ、素子中心軸ａ上の位置（検出部５０の位置）とは異なる位置（検出部５１の位置）に結像させ、検出器５１にて検出するように構成されている。ここで、「内側に反射させ」とは、反射する方向が入射方向に比べて素子中心軸ａにより近づく方向となる場合をいう。
【００３７】
このように平面ミラー７０は、結像光学素子の下流側の領域Ｒ１に対応する位置に配置するだけでよく、簡易な構造で且つアライメントの精度も不要であるため、きわめて低コストで実現することができ、取扱い性も良好である。本例では平面ミラー７０により内側に反射させているが、図２に示すように、平面ミラー７０を配置して外側に反射させることで、同じく素子中心軸ａ上の位置とは異なる位置（検出器５１の位置）に結像させることも勿論できる。「外側に反射させる」とは、入射方向が反射する方向に比べて素子中心軸ａにより近づく方向となる場合をいう。図示しないが、内側でも外側でもない、素子中心軸を中心とした円周方向に反射させることでもよい。
【００３８】
また、図３に示すように、複数の分離光学面４２を用いて開口を３つ以上（本例では出口領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ０５、Ｒ０６）に分割し、そのうち２つ以上の分割領域（Ｒ１、Ｒ２）の各領域から出射された光を対応する分離光学面４２、４２によりそれぞれ別の方向に反射させ、他の領域（Ｒ０５、Ｒ０６）から出射された光とは別の各位置（検出器５１、５２の各位置）にそれぞれ結像させるものも好ましい実施形態である。これにより、３つ以上の像を同時に取得することができる。たとえば図９のように１開口あたりの円周方向角度幅を１２度とすれば、３６０°÷１２°＝３０となり、３０枚の同時撮影が可能である。ここで、各分離光学面４２はいずれも光を内側に反射させる平面ミラー７０が設けられているが、一部または全部を光を外側に反射させる平面ミラーとしてもよい。
【００３９】
このように平面ミラー７０を複数設けるだけで、３つ以上の多数の像が得られるにもかかわらず、このような平面ミラー７０はアライメント精度も不要であり、アライメントシステムの部品数を少なくすることができる。また、結像光学素子４１として図１（ａ），（ｂ）に示すような筒状のウォルターミラーを用いても各平面ミラー７０の簡易なアライメントにより正確な位置にそれぞれ反射・結像させることができる。
【００４０】
また、図４に示すように、出口の分割領域（Ｒ３、Ｒ４）をすべて分離光学面４２により反射させ、素子中心軸ａ上に結像される光を無くすようにしても勿論よい。図中（ｂ）は領域を２つ（Ｒ３、Ｒ４）に分けた例であるが、（ｃ）に示すように４つ（Ｒ５〜Ｒ８）に分けたり、その他の数に分けてもよい。また、この場合、図５に示すように外周面に複数の平面ミラー部７を備えた角錐台ミラー７１を設けて各平面ミラー部７により各領域からの光を外側に反射させることも好ましい実施形態である。これによれば、平面ミラーを複数設ける場合に比べて部品点数を少なくすることができる。
【００４１】
角錐台ミラー７１の代わりに角錐ミラーを用いてもよい。また、外周面ではなく内周面に同様の複数の平面ミラー部７を備える、内周面が角錐台面形状の筒状ミラーを用いて各領域からの光を内側に反射させるものでもよい。角錐台ミラー７１はその中心軸が素子中心軸ａに一致するように同軸に設けられているが、これに何ら限定されない。
以上の説明では、出口の分割領域から出た光を分離光学面４２で一度反射させて結像させているが、当該光の光路上に複数の分離光学面４２をおいて複数回反射させたうえで結像させるように構成してもよい。
【００４２】
図６（ａ）は、マルチスペクトラルイメージングを実現するＸ線撮影装置の例を示している。具体的には、照明光学系２に、上記分離光学面４２によって反射される一部の領域の光の波長が、他の少なくとも１つの領域からの光の波長とは異なる波長となるように異波長のＸ線を生成する異波長生成部２３が設け、これにより２以上の位置（検出器５１、５２の位置）で同じ試料の異なる波長によるＸ線像を同時に得ることができるものである。サンプルの破壊的な検査や、時間によって変化するサンプルを観察する際に大きなアドバンテージを示す。
【００４３】
異波長生成部２３は、固体フィルタや分光器を用いて異なる波長の照明光を生成し、各開口に与えるものである。放射光のような白色光源や、高次高調波のようなマルチスペクトル光源の利用を想定している。本例では、異波長生成部２３として、バンドパスフィルタ６３を用いる例を示している。本発明ではシングルショットでの撮影が実現可能であるため、時間の同時性が担保されたスペクトラルイメージが取得可能となる。
【００４４】
すなわち、バンドパスフィルタ６３により波長を変えた光を２つ、異なる方向から試料３に同時に入射させ、透過した光を上記結像光学素子４１および分離光学面４２を通じて互いに異なる位置に結像させ、各位置の検出器で違う波長の情報「像」を検出するものである。たとえば波長が２ｎｍの光と４ｎｍの光を同時に入射して２ｎｍの像と４ｎｍの像がとれる。物質は波長により吸収係数が異なる。吸収係数による観察像の違いから、物質の詳細が判明する。
【００４５】
従来は、波長を振って像を得るため、得られる像は互いにタイミングが異なる像となる。これに対し、本発明では同時に各波長の光の像を取得できる。分割する数により多くの波長の像を同時に取得できることになる。高次高調波、放射光などのＸ線光源は多波長のＸ線を放射するので、本例のようにフィルタを通して複数の波長の光を得ることができる。
【００４６】
また、図６（ｂ）は、上記異波長生成部２３として、バンドパスフィルタ６３の代わりに、回折格子６４にてエネルギーごとに異なる角度にＸ線が出射され、ミラーアレイ６５と回転楕円体ミラー６２により観察対象（試料３）へと異なる角度で照射する例である。
【００４７】
図７は、高速度イメージングを実現するＸ線撮影装置の例を示している。具体的には、照明光学系２に、一部の領域から出射される光が、他の少なくとも１つの領域からの光よりも遅延するように時間遅延光学系２４を設け、これにより２以上の位置（本例では検出器５１、５２の位置）で試料の時間のずれたＸ線像を得るものである。本手法を用いると、Ｘ線自由電子レーザー（ＦＥＬ）や高次高調波のようなパルス光源を用いて、従来の電気式高速度カメラでは撮影ができないピコ秒、フェムト秒といった高速度領域のダイナミクスを、空間像として捉えることが初めてできるようになる。撮影の時間分解能は、前半の照明光学系２の構成により自由に調整可能であり、ユーザーが観たい現象に適した条件で撮影することが可能である。本手法では、従来方法でされている機械的・電気的な動作を一切排除し、完全なるシングルショットでの撮影が実現できる。
【００４８】
また、図６と図７の装置構成を組み合わせることにより、ダイナミクスを動画として取得しながら、多波長での観察を同時に実現することも可能である。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施の例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００５０】
（光線追跡シミュレーション）
上述の実施形態のＸ線撮影装置の設計が実際に可能であることを確かめるために、光線追跡シミュレーションを行った。図１０（ａ），（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）は，それぞれ図１、図２、図４（ｃ）、図５の例において、試料３上のある点からの光の伝搬の様子を光線追跡結果に基づいて示した図である。格子模様の箇所がウォルター型斜入射ミラー６１を示し、その下流側の濃い黒の線分が平面ミラー部７を示し、灰色が光線を示している。
【００５１】
試料位置から伝搬した光線が、平面ミラー部によって分割され、分割されたそれぞれの光線群がそれぞれ別の位置に結像していることが分かる。ここでは、表示のために実際上用いることが不可能な形状設計のウォルターミラーを用いている。実際に本発明のＸ線撮影装置に用いるウォルターミラーはより倍率が大きく、光線のミラーへの斜入射角がより小さい。
【００５２】
（光線追跡による結像シミュレーション）
（軟X線を対象とした具体的な設計案）
次に、図１２〜図１６は、軟Ｘ線を対象とした本発明の具体的な実装案を示すために、実際の利用を想定したＸ線撮影装置を設計し、さらに光線追跡による結像シミュレーションを行った結果を示す。設計は、波長４ｎｍ、すなわちフォトンエネルギ３１０ｅＶの軟Ｘ線の利用を想定した。ウォルターミラーの設計は図８、図９および表１で示したものと同一である。
【００５３】
図１２は、図１の例を実現する具体的なＸ線撮影装置の寸法図であり、図１３は、図２の例を実現するＸ線撮影装置の寸法図である。ともに一枚の平面ミラーを挿入し、開口を二つに分割した場合を示している。
【００５４】
図１５は、図１２のシステムを用いて平面ミラーにより反射されて結像した像（平面ミラー反射あり）と、平面ミラーによって反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像（平面ミラー反射なし）をそれぞれ示す。また、図１６は、図１３のシステムを用いて平面ミラーにより反射されて結像した像（平面ミラー反射あり）と、平面ミラーによって反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像（平面ミラー反射なし）をそれぞれ示す。図１４は試料として設定した元画像を示す。
【００５５】
いずれの像も、反射の有無で像の向きが反転していることを除けば、平面ミラー反射のあり／なしで、同一の像が得られていることが分かる。平面ミラーを用いて開口分割を行うことで波面収差による像の劣化を引き起こすことなく複数の像を得ることができることが分かる。
【００５６】
（硬X線を対象とした具体的な設計案）
次に、図１７〜図１９は、硬Ｘ線を対象とした本発明の具体的な実装案を示すために、実際の利用を想定したＸ線撮影装置を設計し、さらに光線追跡による結像シミュレーションを行った結果を示す。設計は、波長０．１２ｎｍ、すなわちフォトンエネルギ１０ｋｅＶの硬Ｘ線の利用を想定した。ウォルターミラーの設計を図１７および表２に示す。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
Ｘ線を斜入射ミラーで反射させる際、波長が短いほど浅い角度でミラーに入射させなければ十分な反射率を得ることができない。波長の短い硬Ｘ線を用いた場合、軟Ｘ線を対象とする場合に比べて斜入射角を浅く設計しなければならない。そのためウォルターミラーはより細長く、開口分割用の平面ミラーはより素子中心軸方向に長く設計される。ここで反射面の材質を軟Ｘ線用ウォルターミラーに用いたニッケルではなくルテニウムとしているが、これはルテニウムの方が硬Ｘ線領域における反射率が高いためである。一方で、硬Ｘ線を用いた場合軟Ｘ線より波長が短いため空間分解能は向上する。
【００５９】
図１８は、図１の例を実現する具体的なＸ線撮影装置の寸法図であり、一枚の平面ミラーを挿入し、開口を二つに分割した場合を示している。図１９は、図１８のシステムを用いて平面ミラーによる反射されて結像した像（平面ミラー反射あり）と、平面ミラーによって反射されずに素子中心軸上の位置で結像した像（平面ミラー反射なし）をそれぞれ示す。反射の有無で像の向きが反転していることを除けば、平面ミラー反射のあり／なしで、同一の像が得られていることが分かる。軟Ｘ線の場合と同様、平面ミラーを用いて開口分割を行うことで波面収差による像の劣化を引き起こすことなく複数の像を得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００６０】
１、１Ａ−１Ｇ  Ｘ線撮影装置
２  照明光学系
３  試料
４  結像光学系
７  平面ミラー部
２０  Ｘ線源
２１  集光光学系
２２  集光素子
２３  異波長生成部
２４  時間遅延光学系
４１  結像光学素子
４１ｃ  出口
４２  分離光学面
５０、５１、５２  検出器
６０  回転楕円体ミラー
６１、６１Ａ、６１Ｂ  ウォルター型斜入射ミラー
６２  回転楕円体ミラー
６３  バンドパスフィルタ
６４  回折格子
６５  ミラーアレイ
７０  平面ミラー
７１  角錐台ミラー
１０１  Ｘ線撮影装置
１０２  照明光学系
１０４  結像光学系
１２１  集光光学系
６１０  回転双曲面
６１１  回転楕円面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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