(57)【要約】【課題】放射線等の高エネルギ光線を高い空間分解能にて検出する。【解決手段】イメージング装置は、Ｘ線などの入射光線１００をシンチレータにて蛍光に変換し、蛍光による像を対物レンズ１０及び結像レンズ２０から成る結像光学系を通じてイメージセンサ３０に結像させる。対物レンズ１０は、入射光線１００を受ける先頭レンズ１１と非先頭レンズ１２とを含み、先頭レンズ１１における光線１００の入射側の表面に、シンチレータとしての蛍光膜１３を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを有し、放射線の入射を受ける放射線イメージング装置用光学素子において、
前記放射線を受けて前記放射線よりも長波長の蛍光を発するシンチレータを、前記対物レンズの入射側において前記対物レンズと一体にして設けた
ことを特徴とする放射線イメージング装置用光学素子。
【請求項２】
前記対物レンズに含まれる、前記シンチレータが一体的に設けられたレンズは、当該レンズと前記シンチレータとの間の屈折率差が所定値以下となる固体光学材料にて構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線イメージング装置用光学素子。
【請求項３】
前記対物レンズを含み、前記シンチレータからの前記蛍光による像をイメージセンサに結像させる結像光学系を備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線イメージング装置用光学素子。
【請求項４】
前記対物レンズは前記放射線の入射側において凹面又は凸面による曲面を有し、当該曲面において前記シンチレータからの前記蛍光による曲面像が形成され、前記結像光学系は前記曲面像を平面上の像にして前記イメージセンサに結像させる
ことを特徴とする請求項３に記載の放射線イメージング装置用光学素子。
【請求項５】
イメージセンサと、
請求項１〜４の何れかに記載の放射線イメージング装置用光学素子と、を備えた
ことを特徴とする放射線イメージング装置。
【請求項６】
イメージセンサと、
請求項１〜４の何れかに記載の放射線イメージング装置用光学素子と、
前記放射線イメージング装置用光学素子に対する前記放射線としてのＸ線を発生するＸ線発生装置と、を備えた
ことを特徴とするＸ線イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば放射光施設において適用される放射線イメージング装置用光学素子、放射線イメージング装置及びＸ線イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射光施設は指向性と輝度が高いＸ線を発生させる超大型のＸ線光源であり、物質科学、生命科学から基礎物理に至る広い分野において強力な観察及び分析ツールとして用いられる。この光源性能を活かすために、高い計測精度を有し高速動作するＸ線検出装置が必要とされる。特に、広範囲のＸ線信号を同時に計測できるＸ線イメージング装置は汎用性の高いツールとして使用される。
【０００３】
Ｘ線イメージング装置に要求される性能の一つとして空間分解能がある。Ｘ線イメージング装置の空間分解能は測定限界、データ品質及び装置規模を決める重要パラメータであり、その精細化は計測精度の向上に繋がる。
【０００４】
１０マイクロメートル以下の空間分解能を持つＸ線イメージング装置として、シンチレータ、結像光学系及びイメージセンサで構成される装置が知られている。
【０００５】
図１９に、シンチレータを用いたＸ線イメージング装置の概略構成を示す。図１９のＸ線イメージング装置において、Ｘ線としての放射線が試料９１０に照射され、試料９１０を通過した又は試料９１０にて散乱された放射線がシンチレータ９０１に入射する。シンチレータ９０１は、入射光であるＸ線を光学レンズで屈折可能な長波長の蛍光に変換する。シンチレータ９０１からの蛍光による像は結像光学系９０２にて拡大された上で（場合によっては縮小された上で）イメージセンサ９０３に投影され、これにより所定の空間分解能にて試料９１０の構造情報を得ることができる。
【０００６】
この空間分解能の理論限界値は、光学顕微鏡と同様、レーリーの分解能にて表される。シンチレータを用いたイメージング装置では、空間分解能が、シンチレータ蛍光の回折に制限され、空間分解能δは、
“δ＝０．６１×λ／ＮＡ”
で表される。ここで、λはシンチレータによる蛍光の波長を表す。ＮＡは結像光学系における対物レンズの開口数を表し、
“ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ”
にて定義される。ｎは対物レンズとシンチレータとの間の媒質の屈折率を表す。θは開口角であって、観察対象である標本（ここではシンチレータ）から対物レンズに入射する光線の光軸に対する最大角度を表す。
【０００７】
図２０に、図１９のＸ線イメージング装置に適用されうる乾燥系対物レンズ及び液浸系対物レンズの対比を示す。
【０００８】
乾燥系対物レンズを用いる場合、対物レンズ及びシンチレータ間の媒質は気体（主として空気）とされるか、対物レンズ及びシンチレータ間が真空とされる。この場合、屈折率ｎは略“１．０”である。そして、開口角θは、実際、７２°程度が最大である。故に、乾燥系対物レンズを用いた場合、開口数ＮＡは“１・ｓｉｎ７２°”に相当する０．９５程度が最大となり、シンチレータの蛍光波長が５５０ｎｍ（ナノメートル）であるとすると、空間分解能δは、“０．６１×５５０×１０−９／０．９５≒３５３×１０−９”より、３５３ｎｍが限界値となる。
【０００９】
液浸系対物レンズを用いる場合、対物レンズ及びシンチレータ間の媒質が、屈折率が約１．５２のオイルや屈折率が約１．３３の水とされる。これにより、乾燥系対物レンズを用いる場合と比べ、シンチレータ及び媒質間の屈折が抑えられ、より広角側の信号を回収することができる。開口角θの最大値は７２°程度である。故に、液浸系対物レンズを用いた場合、開口数ＮＡは“１．５２・ｓｉｎ７２°”に相当する１．４４程度が最大となり、シンチレータの蛍光波長が５５０ｎｍ（ナノメートル）であるとすると、空間分解能δは、“０．６１×５５０×１０−９／１．４４≒２３３×１０−９”より、２３３ｎｍが限界値となる。
【００１０】
また、理論限界値であるレーリーの分解能δを得るために、ピントが合わないデフォーカス成分を除去し、シンチレータ界面で生じる光の拡散を抑制するシンチレータ薄膜の形成方法及び構造も開示されている（下記特許文献１参照）。また、シンチレータをレンズ形状に加工することで光を平行に出射させる方法もある（下記特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１６−４５１８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４５８４号公報
【特許文献３】特開２００９−２２２５７８号公報
【特許文献４】特開２００６−１６２２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、液浸系対物レンズを用いた場合の方が乾燥系対物レンズを用いる場合よりも、空間分解能δを高めることが可能である。しかしながら、液浸系対物レンズでは、温度変化に依存した液体部分の屈折率変化によりフォーカスがずれやすい、放射線による液体の濁りにより液体が不透明になりやすい、対物レンズを横向きに配置するアプリケーションでは液体の保持が困難である等の理由から適用範囲が限定され、放射線イメージング装置などにおいては、空間分解能が、実質的に、乾燥系対物レンズにおける３５３ｎｍまでに限定されるという課題があった。尚、Ｘ線イメージング装置に特に注目して背景技術等を説明したが、Ｘ線に限らず、同様の事情が広く放射線イメージング装置についても当てはまる。
【００１３】
本発明は、空間分解能の向上に寄与する放射線イメージング装置用光学素子、放射線イメージング装置及びＸ線イメージング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る放射線イメージング装置用光学素子は、対物レンズを有し、放射線の入射を受ける放射線イメージング装置用光学素子において、前記放射線を受けて前記放射線よりも長波長の蛍光を発するシンチレータを、前記対物レンズの入射側において前記対物レンズと一体にして設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る放射線イメージング装置は、イメージセンサと、前記放射線イメージング装置用光学素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るＸ線イメージング装置は、前記放射線イメージング装置用光学素子と、前記放射線イメージング装置用光学素子に対する前記放射線としてのＸ線を発生するＸ線発生装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、空間分解能の向上に寄与する放射線イメージング装置用光学素子、放射線イメージング装置及びＸ線イメージング装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るイメージング装置の全体構成を概念的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る結像光学系の構成説明図である。
【図３】対物レンズを構成する先頭レンズの斜視図及び側面図である。
【図４】対物レンズを構成する先頭レンズの製造方法を説明するための図である。
【図５】対物レンズの作動距離の説明図である。
【図６】本発明の第１実施例に係り、先頭レンズの様々な変形形状を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例に係り、先頭レンズが貼り合わせレンズとして形成されている様子を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の構成との対比に供される参考図である。
【図９】本発明の第２実施例に係るレンズ状基板及び先頭レンズの断面図である。
【図１０】本発明の第２実施例に係り、先頭レンズの入射面形状に関わる球面と球面中心とを示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例に係り、試料と先頭レンズと試料からの回折光との関係の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例に係る等距離射影の概念図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係り、試料と先頭レンズと試料からの回折光との関係の他の例を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係り、試料と先頭レンズと試料からの回折光との関係の更に他の例を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係り、出射面に凸レンズアレイが形成された先頭レンズを示す図である。
【図１６】本発明の第３実施例に係り、出射面に凹レンズアレイが形成された先頭レンズを示す図である。
【図１７】本発明の第３実施例に係り、蛍光の光路を示す図である。
【図１８】本発明の第５実施例に係るＸ線イメージング装置の構成図である。
【図１９】従来技術に係り、シンチレータを用いたＸ線イメージング装置の概略構成図である。
【図２０】従来技術に係り、乾燥系対物レンズ及び液浸系対物レンズの対比図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るイメージング装置１の全体構成を概念的に示した図である。イメージング装置１は、対物レンズ１０、結像レンズ２０、イメージセンサ３０、センサ駆動／信号処理部４０、レンズ支持体５０及び結像レンズ駆動部６０を備える。１００は、イメージング装置１に対する入射光線を表す。
【００２１】
対物レンズ１０及び結像レンズ２０は結像光学系を形成する。入射光線１００は、結像光学系を形成するレンズの内、最初に対物レンズ１０に入射する。結像光学系は、入射光線１００に基づく像をイメージセンサ３０の撮像面に結像させる。
【００２２】
イメージセンサ３０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどから成る固体撮像素子であり、撮像面に結像した像（光学像）を示す撮像信号を、センサ制御信号の入力に応答して出力可能である。
【００２３】
センサ駆動／信号処理部４０は、イメージセンサ３０を駆動制御するためのセンサ制御信号をイメージセンサ３０に供給し、これによって上記撮像信号をイメージセンサ３０から取得する。
【００２４】
レンズ支持体５０は、対物レンズ１０及び結像レンズ２０を含む結像光学系を構成する各レンズを所定の位置にて支持する鏡筒である。ここでは、結像光学系を構成する全レンズが単一のレンズ支持体５０にて支持されることが想定されているが、レンズ支持体５０は、複数のレンズ支持体にて構成されていても良い。例えば、レンズ支持体５０は、対物レンズ１０を支持する対物レンズ支持体と、結像レンズ２０を支持する結像レンズ支持体とを含んで構成されていても良く、対物レンズ支持体と結像レンズ支持体は別々の支持体であっても良い。尚、結像光学系及びイメージセンサ３０を支持する筐体（不図示）がイメージング装置１に設けられていて良い。
【００２５】
結像レンズ駆動部６０は、後述の蛍光の光路上において結像レンズ２０を移動させるための駆動機構である。
【００２６】
図２を参照し、対物レンズ１０を含む結像光学系の構成を詳細に説明する。Ｘ線などの試料照射光線が試料ＳＳに照射され、試料ＳＳを透過した試料照射光線及び試料ＳＳにて散乱された試料照射光線が入射光線１００として対物レンズ１０に入射する。試料ＳＳを透過した試料照射光線とは、試料ＳＳにて散乱されることなく試料照射光線を透過した試料照射光線を指す。説明の具体化のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸から成る三次元直交座標系を想定する。試料ＳＳに照射される試料照射光線の進行方向はＺ軸に平行であり、従って、試料ＳＳを透過した試料照射光線の進行方向もＺ軸に平行である。Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面をＸＹ面と称し、Ｙ軸及びＺ軸に平行な平面をＹＺ面と称し、Ｚ軸及びＸ軸に平行な平面をＺＸ面と称する。
【００２７】
対物レンズ１０は、先頭レンズ１１と、先頭レンズ１１と異なる非先頭レンズ１２と、を含んで構成される。対物レンズ１０の全体の収差を小さなものに抑えるために、対物レンズ１０は複数のレンズにて構成されるが、対物レンズ１０を構成する複数のレンズの内、先頭レンズ１１が最も入射光線１００の入射側に位置する（故に試料ＳＳに最も近い箇所に配置される）。つまり、先頭レンズ１１は、非先頭レンズ１２よりも入射光線１００の入射側に配置され、入射光線１００は先頭レンズ１１に入射する。
【００２８】
先頭レンズ１１における入射光線１００の入射側の表面には、シンチレータとしての蛍光膜１３が設けられている。ここでは、蛍光膜１３は、Ｚ軸に直交する方向に広がっているものとする。つまり、蛍光膜１３は、ＸＹ面上において広がる膜であり、Ｚ軸方向において厚みを有する平面状の膜であるとする。本実施形態では、先頭レンズ１１の表面に形成されたシンチレータの厚さが膜と呼べる程度に薄いため、当該シンチレータを蛍光膜と称しているが、当該シンチレータの厚さは任意であり、当該シンチレータは蛍光体と称されても良い。先頭レンズ１１の内、蛍光膜１３が形成されていない部分はレンズ状基板１４と称される。レンズ状基板１４と蛍光膜１３との間に隙間は無い。レンズ状基板１４の表面に蛍光膜１３が形成されていて蛍光膜１３にて入射光線１００を受ける、と捉えることも可能である。
【００２９】
先頭レンズ１１における入射光線１００の入射側の表面に蛍光膜１３が設けられているため、対物レンズ１０に向かう入射光線１００は蛍光膜１３に入射することになる。試料照射光線及び入射光線１００は、所定の波長ＷＬ１を有する光線であって、例えば、ガンマ線、Ｘ線又は紫外線（特に例えば極紫外線）である。蛍光膜１３は、入射光線１００を受けて蛍光を発するシンチレータ材料にて構成される。当該蛍光の波長ＷＬ２は波長ＷＬ１よりも長く、当該蛍光は典型的には可視光であって良い。但し、蛍光膜１３から発せられる蛍光は紫外線領域の光であっても良い。以下、本実施形態において、単に蛍光といった場合、それは、蛍光膜１３にて発生した蛍光を指すものとする。
【００３０】
蛍光膜１３にて発生した蛍光は、蛍光の発生位置を起点として様々な方向に進行するが、蛍光膜１３にて発生した蛍光の少なくとも一部は、先頭レンズ１１のレンズ状基板１４を通過して非先頭レンズ１２に入射する。
【００３１】
非先頭レンズ１２は、１以上のレンズにて構成される。非先頭レンズ１２は、先頭レンズ１１のレンズ状基板１４と協働して、蛍光膜１３からの蛍光を平行光として結像レンズ２０に入射する。結像レンズ２０は、対物レンズ１０からの蛍光による像をイメージセンサ３０の撮像面上に結像させる。図２では、結像レンズ２０が単一のレンズとして示されているが、結像レンズ２０も、対物レンズ１０と同様に、複数のレンズから構成されていても良い。非先頭レンズ１２において収差補正を行うことができるが、先頭レンズ１１及び結像レンズ２０のみで収差補正が十分であるならば、結像光学系から非先頭レンズ１２を省略することも可能である。
【００３２】
イメージセンサ３０の撮像面には、結像された蛍光による像を光電変換する光電変換画素が二次元に配列されており、当該光電変換によって電気信号である撮像信号を生成する。イメージセンサ３０に結像される像は、蛍光膜１３における蛍光の発光位置及び発光強度に応じた像であり、蛍光膜１３における蛍光の発光位置及び発光強度は、蛍光膜１３に対する入射光線１００の入射位置及び入射強度に依存する。故に、蛍光膜１３への入射光線１００の入射位置及び入射強度に応じた蛍光による像がイメージセンサ３０にて結像されることになる。この際、対物レンズ１０及び結像レンズ２０を含んで構成される結像光学系は、蛍光膜１３で発生した蛍光による像を拡大して（場合によっては縮小して）、イメージセンサ３０の撮像面に投影することができる。
【００３３】
そして、入射光線１００は、試料ＳＳの構造情報（即ち、試料ＳＳの外形形状や内部構造を表す情報）を含んでいるため、イメージセンサ３０に結像される像は、試料ＳＳの構造情報を含んだ試料ＳＳの撮影像となる。例えば、Ｘ線を試料照射光線として用いた場合、試料ＳＳのＸ線レントゲン像がイメージセンサ３０にて結像される。
【００３４】
レンズ状基板１４及び蛍光膜１３を含む先頭レンズ１１は、端的に言うと、蛍光を透過させるが、入射光線１００を透過させない又は蛍光よりも透過させ難い特性を有した物質により形成される。つまり、レンズ状基板１４及び蛍光膜１３を含む先頭レンズ１１は、蛍光に対して透明な物質にて形成され、当該物質における入射光線１００の透過率は蛍光の透過率よりも低い。この特徴を有する限り、先頭レンズ１１の構成物質の種類は任意であるが、ここでは、レンズ状基板１４がＬｕＡＧにて形成されているものとする。ＬｕＡＧとは、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）の略称である。
【００３５】
蛍光膜１３は、レンズ状基板１４の構成物質（即ちレンズ状基板１４の材料）と同一の物質に対し添加物を所定割合だけ添加したものである。ここでは、蛍光膜１３は、Ｐｒ：ＬｕＡＧにて構成されているものとする。Ｐｒ：ＬｕＡＧは、ＬｕＡＧにプラセオジムを添加物として添加したものである。これにより、蛍光膜１３は、入射光線１００を受けて３０５ｎｍの蛍光を発する。蛍光膜１３において、添加物の濃度は例えば０．５％程度である。
【００３６】
放射線等の入射光線１００の一部（蛍光膜１３の厚さによっては入射光線１００の大半）は蛍光膜１３を透過することになるが、放射線等の入射光線１００がイメージセンサ３０にまで入射すると、イメージセンサ３０の劣化又は破壊をまねきうる。このため、レンズ状基板１４に、蛍光膜１３を透過する入射光線１００を十分に減衰させ得る程度の厚さを持たせる。
【００３７】
一方、蛍光膜１３の厚さは、レンズ状基板１４の厚さよりも薄く、例えば、１００ｎｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さとされる。蛍光膜１３の厚さを小さくすることによって、蛍光の発光点が入射光線１００の進行方向においてばらつくことを抑制でき、結果、イメージング装置１の空間分解能が向上する。逆に、蛍光膜１３の厚さを大きくすれば、蛍光の光量増大が見込まれる。空間分解能と光量とのトレードオフを考慮して蛍光膜１３の厚さを決定すれば良い。
【００３８】
蛍光膜１３は、レンズ状基板１４に対し屈折率の連続性を保って接合される。ここで、屈折率の連続性を保って接合されるとは、蛍光膜１３とレンズ状基板１４との接合界面の屈折率構造が実質的に一様であることを言う。例えば、レンズ状基板１４の屈折率と蛍光膜１３の屈折率との差は、レンズ状基板１４の屈折率から見て０．１％以下又は０．１％のオーダーであって、蛍光膜１３とレンズ状基板１４との接合界面の屈折率構造は一様であると言え、これにより、当該接合界面における蛍光の散乱、屈折及び反射を抑制できる。
【００３９】
図３（ａ）及び（ｂ）は、夫々、先頭レンズ１１の斜視図及び側面図である。図示の煩雑化防止のため、図２においては示していないが、先頭レンズ１１において、レンズ状基板１４の、蛍光膜１３と接していない側の面には、反射防止膜１５が配置され、且つ、蛍光膜１３の、レンズ状基板１４と接していない側の面には、反射防止膜１６が配置されている。つまり、入射光線１００の進行方向に沿って先頭レンズ１１を見たとき（但し、試料ＳＳでの散乱を無視）、反射防止膜１６、蛍光膜１３、レンズ状基板１４、反射防止膜１５の順番に並んでいる。
【００４０】
反射防止膜１５は、例えば、蛍光の波長の１／４に相当する厚さを有した薄膜である。反射防止膜１５は、レンズ状基板１４と反射防止膜１５との界面で蛍光が反射することで生成される反射光を、反射防止膜１５の表面で蛍光が反射することで生成される反射光で打ち消すことにより、蛍光の反射を防止する。尚、反射防止膜１５として、二層以上の誘電体膜にて形成される多層膜を用いてもよい。
【００４１】
反射防止膜１６の構成は反射防止膜１５の構成と同じである。反射防止膜１６は、蛍光膜１３と反射防止膜１６との界面で蛍光が反射することで生成される反射光を、反射防止膜１６の表面で蛍光が反射することで生成される反射光で打ち消すことにより、蛍光の反射を防止する。
【００４２】
図４（ａ）〜（ｄ）を参照し、先頭レンズ１１の製造方法の例を説明する。レンズ状基板１４において、蛍光膜１３が形成される面ＳＦ１は、ＸＹ面に平行な平面であって、当該平面のＸＹ面上における外形形状は円であるとする。但し、その外形形状は円以外でも良い。レンズ状基板１４は、平凸レンズとして機能し、レンズ状基板１４において、面ＳＦ１とは反対側の面が凸面ＳＦ２となっている。図４（ａ）に示す如く、蛍光膜１３の元となる蛍光板１３Ｓと、レンズ状基板１４とを用意する。蛍光板１３Ｓは、ＸＹ面上においてレンズ状基板１４の面ＳＦ１と同一の形状を有する板状体であり、蛍光板１３Ｓの構成物質は蛍光膜１３のそれと同じである。レンズ状基板１４は、対物レンズ１０の構成レンズの１つとして機能するため、対物レンズ１０の光学設計に応じた厚みや曲率等を有するが、蛍光体１３Ｓの厚さは、扱い易さ等を考慮して任意に決定されて良い。
【００４３】
蛍光板１３Ｓ及びレンズ状基板１４を別個に用意した後、図４（ｂ）に示す如く、レンズ状基板１４の面ＳＦ１と蛍光板１３Ｓの一面とを固相拡散により接合する。この後、蛍光板１３Ｓは、レンズ状基板１４が接合されていない側の面から研磨されて薄化される。当該薄化後の蛍光板１３Ｓが蛍光膜１３である（図４（ｃ）参照）。尚、元々の蛍光板１３Ｓの厚さが蛍光膜１３の厚さと同じである場合には、蛍光板１３Ｓの薄化工程は不要である。最後に、図４（ｄ）に示す如く、例えば真空蒸着法により、レンズ状基板１４の蛍光膜１３と接していない側の面に反射防止膜１５を形成し、且つ、蛍光膜１３のレンズ状基板１４と接していない側の面に反射防止膜１６を形成する。
【００４４】
固相拡散による接合方法は、上記特許文献１（特開２０１６−４５１８３号公報）に示された基板及び蛍光板間の接合方法と同様であり、接合前に行うことのできるレンズ状基板１４及び蛍光板１３Ｓへの前処理（研磨、洗浄等）並びに蛍光板１３Ｓの薄化方法も、特許文献１に示した通りである。尚、図４（ａ）〜（ｄ）に示す先頭レンズ１１の製造方法は例に過ぎず、当該製造方法を様々に変形可能であって、例えば、工程の順序を上述のものから任意に変更しても良い。即ち例えば、蛍光板１３Ｓとレンズ状基板１４の元となる基板（以下、原基板と称する）とを固相拡散により接合した後、蛍光板１３Ｓを薄化することで蛍光膜１３を形成し、その後、原基板をレンズ形状に加工するようにしても良い。この加工後の原基板がレンズ状基板１４となる。
【００４５】
ここでは、母材が共通のレンズ状基板１４及び蛍光板１３Ｓを接着剤等の不純物を利用せずに固相拡散により接合する方法を説明したが、レンズ状基板１４及び蛍光板１３Ｓを接着剤を用いて接合するようにしても良い（接合後の工程は上述したものと同様）。また、母材が異なるレンズ状基板１４及び蛍光板１３Ｓを接合しても良い。レンズ状基板１４及び蛍光板１３Ｓを接着剤を用いて接合する場合、接着剤とレンズ状基板１４との界面及び接着剤と蛍光膜１３（薄化工程後の蛍光板１３Ｓ）との界面で生じる蛍光の散乱及び反射により、イメージセンサ３０にて結像する像がぼける。このため、固相拡散を用いた方が望ましい。これらに限らず、レンズ状基板１４の面ＳＦ１上に蛍光膜１３を接合することができる限り、その接合方法は任意であり、例えば、レンズ状基板１４の面ＳＦ１上に蛍光膜１３を形成する物質（ここではＰｒ：ＬｕＡＧ）を積層するようにしても良い。何れにせよ、対物レンズ１０の入射側において（詳細には、対物レンズ１０の、入射光線１００が入射する面側において）、蛍光膜１３が対物レンズ１０（ここでは先頭レンズ１１）と一体となるように設けられる。
【００４６】
尚、蛍光膜１３のレンズ状基板１４と接していない側の面に、反射防止膜１６に代えて、蛍光を反射する反射膜を設けるようにしても良い。蛍光膜１３にて発生した蛍光は、蛍光の発生位置を起点として様々な方向に進行するが、当該反射膜は、反射膜に向けて進行する蛍光を反射して非先頭レンズ１２に向かわせる。反射膜を用いると、イメージセンサ３０に到達する蛍光の光量の増大が図られ、また、蛍光とは異なる不要な迷光（可視光等）が先頭レンズ１１を通過することを抑制することもできるが、空間分解能は低下方向に向かう。つまり、蛍光膜１３のレンズ状基板１４と接していない側の面に、反射防止膜１６を設けるケースと反射膜を設けるケースとを比較した場合、蛍光の光量に関しては反射膜を設けるケースの方が有利であり、空間分解能に関しては反射防止膜１６を設けるケースの方が有利である。反射膜を設けるケースにおいても、蛍光膜１３の厚さを十分に薄くすれば空間分解能の劣化を無視できる程度に解消可能である。逆に考えれば、反射防止膜１６を設けるケースでは、蛍光膜１３の厚さをそれほど薄くする必要は無いとも言える。
【００４７】
従来のイメージング装置では（図２０参照）、レンズ及びシンチレータ間の媒質が気体又は液体とされる或いはレンズ及びシンチレータ間が真空とされるのに対し、本実施形態に係るイメージング装置１では、レンズ及びシンチレータ間の媒質が、蛍光に対して透明な固体であるレンズ状基板１４とされている。つまり、本実施形態では、放射線等の入射光線１００を減衰させるためにも必要な基板にレンズ形状を与えることで、レンズ及びシンチレータ間の媒質が基板（ここではレンズ状基板１４）で埋められた状態となり、結果、当該媒質の屈折率ｎを従来の乾燥系対物レンズや液浸系対物レンズよりも比較的に高めることが可能となる。
【００４８】
上述の如く、ＬｕＡＧにてレンズ状基板１４を形成し且つ蛍光膜１３が発光する蛍光の波長λが３０５ｎｍである場合、ＬｕＡＧの屈折率ｎは“ｎ＝２．０３”であるので、開口角θを７２°とすれば、対物レンズ１０の開口数ＮＡは、“ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ＝２．０３×ｓｉｎ７２°≒１．９３”より、従来の限界開口数（乾燥系対物レンズにて０．９５）を大きく上回る１．９３となる。この場合、イメージング装置１の結像光学系の空間分解能δは、“δ＝０．６１×λ／ＮＡ＝０．６１×３０５×１０−９／１．９３≒９６×１０−９”より、従来の限界空間分解能を大きく超える９６ｎｍに到達する。
【００４９】
このように、本実施形態のイメージング装置１によれば、対物レンズの開口数及び結像光学系の空間分解能を、従来よりも飛躍的に向上させることができる。また、上記媒質に固体を用いるため、液浸系対物レンズと比べて温度安定性の飛躍的な向上が見込める。更に、液体と異なり、固体は流動性を持たず且つ気化しないため長期的な機械安定性を実現できる。
【００５０】
上記の数値例の如く、１００ｎｍを超えるような高分解能を得るためには、開口数ＮＡを上げ且つ蛍光の波長λを短くするだけでなく、分解能を落とす要素を極力低減する必要がある。母材（例えばＬｕＡＧ）が共通のレンズ状基板１４及び蛍光膜１３を直接接合した場合、それらの間の屈折率差は０．１％以下となり、レンズ状基板１４及び蛍光膜１３を結合した部材は、光学的には実質的に１つの結晶体に見えるため、レンズ状基板１４と蛍光膜１３の界面で生じる分解能の劣化を最小限にとどめることが可能である。故に、対物レンズ１０に含まれる、蛍光膜１３が一体的に設けられたレンズ（ここではレンズ状基板１４）は、そのレンズと蛍光膜１３との間の屈折率差が所定値以下となる固体光学材料（ここではＬｕＡＧ）にて構成されると良く、当該所定値としては０．１％が挙げられるが、当該所定値は０．１％に近い他の値で有り得る。
【００５１】
一般に、顕微鏡のようなイメージング装置において、撮像対象としての標本が位置する面は標本面と称され、標本面にピントを合わせたときの対物レンズ先端から標本面までの距離（換言すれば標本にピントを合わせたときの対物レンズ先端から標本までの距離）は作動距離と称される。本実施形態に係るイメージング装置１では、蛍光膜１３が標本に相当する（蛍光膜１３が撮像対象としての光源となる）。そして、イメージング装置１では、蛍光膜１３に標本面が設定され、ピントが合う位置が標本面としての蛍光膜１３に固定されるように結像光学系が設計されることで、対物レンズ１０の作動距離はゼロ又はマイナスとなる。
【００５２】
つまり、シンチレータ（ここでは蛍光膜１３）における或る発光点から出射された蛍光が、イメージセンサ３０上の一点にて結像するように、結像光学系が設計される。但し、ここにおける一点とは、許容錯乱円に相当する大きさを包含する概念であり、蛍光膜１３は結像光学系における被写界深度内に収められていると良い。
【００５３】
対物レンズ１０の作動距離について補足する。蛍光膜１３はＺ軸方向において有限の厚みｔを持つため、ピントが合う位置を蛍光膜１３の中心に合わせた場合、その作動距離は（−ｔ／２）となる。即ち作動距離はマイナスになると言える。図５（ａ）を参照し、一般の顕微鏡のようなイメージング装置の如く、標本面から対物レンズ先端に向かう向きと、結像光学系に入射すべき標本面からの光の向きとが一致している場合、作動距離はプラスの値を持つ。これとは逆に、図５（ｂ）に示す如く、標本面から対物レンズ先端に向かう向きと、結像光学系に入射すべき標本面からの光の向きとが互いに反対向きである場合、作動距離はマイナスの値を持つ。
【００５４】
イメージング装置１において、ピントが合う位置を蛍光膜１３の中心に合わせた場合、図５（ｃ）に示す如く、蛍光膜１３の中心を通る、ＸＹ面に平行な平面が標本面となるため、標本面から対物レンズ先端に向かう向きと、結像光学系に入射すべき標本面からの蛍光の向きとが互いに反対向きとなり、作動距離はマイナスの値“（−ｔ／２）”を持つ。入射光線１００がＺ軸の負側から正側に向けて進行すると考えた場合、対物レンズ先端とは、先頭レンズ１１の内、最もＺ軸の負側に位置する部分（換言すれば、蛍光膜１３の内、最もＺ軸の負側に位置する部分）を指す。結像光学系において、対物レンズ先端の位置と標本面の位置とが一致する場合、作動距離はゼロとなる。
【００５５】
具体的なピント合わせ調整手法として、蛍光のシンチレータ（ここでは蛍光膜１３）からイメージセンサ３０までの光路において、対物レンズ１０及びイメージセンサ３０間に結像レンズ２０を挿入しておき、当該光路の光軸上において、結像レンズ駆動部６０を用い、結像レンズ２０の位置を調整できるようにしておく。そして、蛍光による像がイメージセンサ３０の撮像面にて結像するように（即ち蛍光膜１３にピントが合うように、換言すれば蛍光による像をイメージセンサ３０に合焦させるように）、結像レンズ２０の位置を調整し且つ決定すると良い。尚、ここでは、蛍光のシンチレータ（ここでは蛍光膜１３）からイメージセンサ３０までの光路が一直線状の光路であると考えているが、反射光学系を利用して、当該光路を折れ線状の光路としても良い。
【００５６】
また、結像光学系を形成する複数のレンズの内、対物レンズ１０にて、結像光学系の収差（球面収差及び色収差等）を補正すると良い。
【００５７】
上述したイメージング装置１の構成及び動作等を、便宜上、基本実施例と称する。以下、複数の実施例の中で、基本実施例に対する変形技術などを説明する。特に記述無き限り且つ矛盾無き限り、基本実施例に記載の事項が後述の各実施例に適用され、後述の各実施例において基本実施例と矛盾する事項については、後述の各実施例での記載が優先される。また矛盾無き限り、以下に述べる複数の実施例の内、任意の実施例に記載した事項を、他の任意の実施例に適用することもできる（即ち複数の実施例の内の任意の２以上の実施例を組み合わせることも可能である）。
【００５８】
＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。基本実施例では、レンズ状基板１４に平凸レンズの形状を持たせることで先頭レンズ１１を平凸レンズとして機能させているが、対物レンズ１０の設計に応じて、レンズ状基板１４の形状、従って先頭レンズ１１の形状を任意に変更可能である。例えば、先頭レンズ１１が、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、メニスカスレンズ、アクロマティックレンズ若しくは貼りあわせレンズとして、又は、これらのレンズアレイとして機能するように、レンズ状基板１４の形状を定めても良い。また、これらのレンズの形状は、球面形状に限らず、非球面球状であっても良い。
【００５９】
即ち例えば、基本実施例における先頭レンズ１１では、入射面が平面とされ且つ出射面が凸面とされているが、図６（ａ）〜（ｇ）に示すような先頭レンズ１１ａ〜１１ｇの何れかを先頭レンズ１１として用いるようにしても良い。図６（ａ）〜（ｇ）において、１３ａ〜１３ｇは、夫々、先頭レンズ１１ａ〜１１ｇにおける蛍光膜１３を表し、１４ａ〜１４ｇは、夫々、先頭レンズ１１ａ〜１１ｇにおけるレンズ状基板１４を表す。基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる任意の先頭レンズに関し、入射面とは、先頭レンズの面の内、入射光線１００の入射側に配置された面（即ち、入射光線１００を受ける面であって、レンズ状基板にとっては蛍光の入射面）を指し、出射面とは、入射光線１００の入射側に配置された面とは反対側の面（レンズ状基板にとっては蛍光の出射面）を指す。
【００６０】
先頭レンズ１１ａでは、入射面が平面とされ且つ出射面が凹面とされている。
先頭レンズ１１ｂでは、入射面が凹面とされ且つ出射面が平面とされている。
先頭レンズ１１ｃでは、入射面が凹面とされ且つ出射面が凹面とされている。
先頭レンズ１１ｄでは、入射面が凹面とされ且つ出射面が凸面とされている。
先頭レンズ１１ｅでは、入射面が凸面とされ且つ出射面が平面とされている。
先頭レンズ１１ｆでは、入射面が凸面とされ且つ出射面が凹面とされている。
先頭レンズ１１ｆでは、入射面が凸面とされ且つ出射面が凸面とされている。
【００６１】
基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる任意の先頭レンズに関し、入射面が凹面又は凸面とされているとは、入射面が凹面又は凸面を有していることを意味し、入射面の一部において平面となっている部分が存在することも有り得る。同様に、基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる任意の先頭レンズに関し、出射面が凹面又は凸面とされているとは、出射面が凹面又は凸面を有していることを意味し、出射面の一部において平面となっている部分が存在することも有り得る。
【００６２】
基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる任意の先頭レンズに関し、入射面において凹面又は凸面を有するとき、先頭レンズの蛍光膜にて入射光線１００を受けることで得られた蛍光による像は、一時的に曲面上の像となるが、その曲面上の像は、複数のレンズから成る対物レンズ１０の中で平面上の像に変換され、平面上の像が、結像レンズ２０を介してイメージセンサ３０の撮像面上に結像される。つまり、基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる何れの先頭レンズを用いたとしても、蛍光膜からの蛍光による像は平面上の像としてイメージセンサ３０の撮像面上に結像されるよう結像光学系が形成されている。蛍光膜で得られる蛍光による像が曲面上の像であるとき、蛍光による像の、イメージセンサ３０への射影方式は、等距離射影、等立体角射影、立体射影及び正射影の何れであっても良い。凹面又は凸面を用いて形成された曲面上の像を平面上の像に変換するレンズ設計方法は周知であるため、詳細な説明を省略する。尚、先頭レンズに平凸レンズを用いる場合など、蛍光膜で得られる蛍光による像が平面上の像であるとき、蛍光による像の、イメージセンサ３０への射影方式は中心射影である。
【００６３】
また、基本実施例及び第１実施例並びに後述の各実施例で述べる任意の先頭レンズを、貼り合わせレンズとして形成しておいても良い。例として、図７に、基本実施例における先頭レンズ１１を貼り合わせレンズとして形成したときの、先頭レンズ１１の側面図を示す。先頭レンズ１１を貼り合わせレンズとして形成するとは、先頭レンズ１１におけるレンズ状基板１４を複数枚のレンズを貼り合わせて構成することを意味する。図７では、２枚のレンズを貼り合わせてレンズ状基板１４を構成しているが、３枚以上のレンズを貼り合わせてレンズ状基板１４を構成しても良い。基本実施例の先頭レンズ１１以外の先頭レンズを貼り合わせレンズとして形成する場合も同様である。
【００６４】
＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例では、レンズ状基板の形状についての具体的な変形技術を説明する。
【００６５】
Ｘ線等の試料照射光線が試料に照射されて回折されたとき、回折前の試料照射光線の進行方向を示すベクトルと回折後の試料照射光線の進行方向を示すベクトルとの成す角度を、回折角φとして定義する。回折による光の像は試料ＳＳの構造情報を含んでおり、より広角側に（即ち回折角φが大きい部分ほど）、より空間分解能の高い構造情報が含まれている。つまり、より広角側の回折成分を観測することが高分解能の達成には必要である。なるだけ広角側の回折成分を観測するために、平坦な検出面を持つ検出器を用いた場合、試料に検出面を近づけるか、検出面を大きくするかの二択となる。但し、検出面を試料に近づけすぎると回折角の計測に対し、検出器の解像度が不十分となる問題がある。故に、解像度が十分となる距離に検出面を配置した上で、検出面を大きくする方法が一般的である。検出面を大きくするために、シンチレータの面積を大きくしたり、イメージセンサを二次元配列したセンサアレイを利用したりする手法が検討される。当該手法の概念図を、参考図として図８に示す。しかしながら、そのような手法は、装置の高コスト化及び大型化を招く。
【００６６】
これに鑑み、第２実施例では、入射面が凹面とされた先頭レンズを用いる。図９（ａ）に、Ｚ軸に直交する任意の断面による、レンズ状基板１４Ａの断面図を示す。レンズ状基板１４Ａは、互いに対向する２面ＳＦ１Ａ及びＳＦ２Ａを有し、面ＳＦ１Ａ、ＳＦ２Ａは、夫々、基本実施例における面ＳＦ１、ＳＦ２に相当する（図４（ａ）参照）。つまり、面ＳＦ１Ａ及びＳＦ２Ａの内、面ＳＦ１Ａが入射面に相当し、面ＳＦ２Ａが出射面に相当する。面ＳＦ１Ａは凹面であり、面ＳＦ２Ａは凸面である。図９（ｂ）は、Ｚ軸に直交する任意の断面による、先頭レンズ１１Ａの断面図である。レンズ状基板１４Ａにおける凹面ＳＦ１Ａに、シンチレータとしての蛍光膜１３Ａを接合することで先頭レンズ１１Ａが形成される。即ち、第２実施例では、先頭レンズ１１Ａ、蛍光膜１３Ａ及びレンズ状基板１４Ａが、先頭レンズ１１、蛍光膜１３及びレンズ状基板１４として用いられる。凹面ＳＦ１Ａは、球面の半分（以下、半球面と称することがある）に相当し、図１０において、当該球面の中心がＳＯにて表されている。尚、説明の便宜上、レンズ状基板１４Ａに凹面ＳＦ１Ａが設けられていると考えたが、先頭レンズ１１Ａ全体に注目すれば凹面ＳＦ１Ａは先頭レンズ１１Ａの入射面であると考えることができる。
【００６７】
図１１に示す如く、上記球面の中心に試料ＳＳを配置することができ、このとき、回折角φが９０°以下の入射光線１００が全て凹面ＳＦ１Ａの形状を有する蛍光膜１３Ａに入射して蛍光発光に寄与することになる。尚、図１１において、１８は、先頭レンズ１１Ａの後段部品を概念的に示したものであって、実際の先頭レンズ１１の後段部品の形状を表すものではない（後述の図１３及び図１４においても同様）。また、図１１に示される先頭レンズ１１Ａ及び後段部品１８はそれらの断面図に相当するが、図１１においては、図示の煩雑化防止等を目的として、それらの部品にハッチングを付していない（後述の図１３及び図１４においても同様）。
【００６８】
入射光線１００の入射に基づき蛍光膜１３Ａでは蛍光による球面像が取得される。蛍光膜１３Ａからの蛍光による像は、対物レンズ１０内において等距離射影により球面像（球面上の像）から平面像（平面上の像）に変換された後、イメージンセンサ３０上に結像される。図１２に等距離射影の概念図を示す。参考図としての図８と、図１１との対比からも明らかなように、第２実施例によれば、省スペースにて、十分に広角側の回折成分も観測することができ（超広角まで入射光線１００の回折信号を取得することができ）、高い空間分解能を得ることができる。
【００６９】
また、凹面ＳＦ１Ａは球面ではなく楕円体面であっても構わない。即ち例えば、凹面ＳＦ１Ａは楕円体面の半分（以下、半楕円体面と称することがある）であっても良い。
【００７０】
広角側の回折成分の取得最大化や得られる像の対称性等を考慮して、球面又は楕円体面の中心に試料ＳＳを配置することができるが、それ以外の位置に試料ＳＳを配置することも可能である。例えば、広角側の回折成分の取得範囲が狭まるが、試料ＳＳの設置の都合上、スペースが必要になる場合などには、球面又は楕円体面の中心と比べて凹面ＳＦ１Ａから遠い位置に試料ＳＳを配置することも可能である。より具体的には例えば、図１３に示す如く、球面又は楕円体面の中心から、試料照射光線の進行方向の逆向きに所定距離だけシフトさせた位置に、試料ＳＳを配置しても良い。尚、試料ＳＳの位置は、試料ＳＳの重心位置又は中心位置を指すと考えることができる。図１３において、７０は、上記シフトさせた位置に試料ＳＳを供給するための試料供給装置を表す。また、球面又は楕円体面の中心よりも凹面ＳＦ１Ａに近い位置に試料ＳＳを配置することも可能である。
【００７１】
凹面ＳＦ１Ａを球面の半分（半球面）にすることができると述べたが、凹面ＳＦ１Ａを、半球面の一部にすることも可能である。即ち、球面の全体を、球面の中心を通らない平面にて分割したときに形成される２つの部分球面（球冠）の内、小さい方の部分球面の形状を凹面ＳＦ１Ａが有していても良い。これは特に例えば、試料ＳＳの設置の都合上、スペースが必要になる場合などに有益となりうる。即ち図１３のような配置例を採用する場合において、図１４に示す如く、凹面ＳＦ１Ａを半球面の一部にすることも可能である。同様に、凹面ＳＦ１Ａを半楕円体面の一部にすることも可能である。
【００７２】
上述の第１実施例では、基本実施例における先頭レンズ１１の変形例として先頭レンズ１１ａ〜１１ｇが示されているが（図６（ａ）〜（ｇ）参照）、第２実施例の先頭レンズ１１Ａは、第１実施例の先頭レンズ１１ｄの例でもある。第２実施例において、先頭レンズ１１Ａの出射面が平面又は凹面となるようにレンズ状基板１４Ａの形状を変形しても良い。
【００７３】
＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。先頭レンズ１１の入射面を平面、凹面又は凸面としつつ、先頭レンズ１１の出射面に凸レンズアレイを形成するようにしても良いし、先頭レンズ１１の入射面を平面、凹面又は凸面としつつ、先頭レンズ１１の出射面に凹レンズアレイを形成するようにしても良い。図１５及び図１６に、レンズアレイが適用された先頭レンズ１１の例としての先頭レンズ１１Ｐ及び先頭レンズ１１Ｑを示す。先頭レンズ１１Ｐでは、入射面が平面とされ出射面に凸レンズアレイが形成されている。先頭レンズ１１Ｑでは、入射面が平面とされ出射面に凹レンズアレイが形成されている。図１５及び図１６において、１３Ｐ、１３Ｑは、夫々、先頭レンズ１１Ｐ、１１Ｑにおける蛍光膜１３を表し、１４Ｐ、１４Ｑは、夫々、先頭レンズ１１Ｐ、１１Ｑにおけるレンズ状基板１４を表す。
【００７４】
図１５から明らかではないが、先頭レンズ１１Ｐの出射面では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の夫々において、複数の凸面が配置されることで複数の凸面による凸レンズアレイが形成されている。但し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の内、一方の方向においてのみ複数の凸面が配置されるようにしても良い。同様に、先頭レンズ１１Ｑの出射面では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の夫々において、複数の凹面が配置されることで複数の凹面による凹レンズアレイが形成されている。但し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の内、一方の方向においてのみ複数の凹面が配置されるようにしても良い。
【００７５】
図１７に、先頭レンズ１１Ｐを用いたときの蛍光膜１３Ｐからの蛍光の光路を概略的に示す。尚、図１７では、結像レンズ２０の図示を省略している。蛍光膜１３Ｐ上の特定の点で生じた蛍光は凸レンズアレイを形成する何れかの凸面を経由して、特定の点の位置に対応する、イメージセンサ３０上の位置に集光する。先頭レンズ１１Ｐを用いる場合、非先頭レンズ１２を不要とすることができる。先頭レンズ１１Ｑを用いる場合には、先頭レンズ１１Ｑの出射面に対向する位置に凸レンズアレイを配置するなど、別途、結像用の光学系が必要となる。本実施例によれば、イメージング装置１の空間分解能を、基本実施例等と比べて高くすることができないが、大面積シンチレータを用いる場合に光の収集効率を向上させることが可能となる。
【００７６】
＜＜第４実施例＞＞
第４実施例を説明する。第４実施例及び後述の各実施例において、先頭レンズ、蛍光膜、レンズ状基板とは、上述の基本実施例及び第１〜第３実施例の内の何れかの実施例で述べられた先頭レンズ、蛍光膜、レンズ状基板を指すものとする。
【００７７】
イメージング装置１において、蛍光膜はシンチレータとして機能する一方で、レンズ状基板はシンチレータとして機能しない。つまり、レンズ状基に入射光線１００が入射しても当該レンズ状基板にて蛍光は発生しない。但し、レンズ状基板に入射光線１００が入射したとき、当該レンズ状基板にて微少な蛍光が発生することがあっても良い。
【００７８】
イメージング装置１において、レンズ状基板の材料（即ちレンズ状基板の構成物質）は、シンチレータの母材となる。レンズ状基板の材料としてＬｕＡＧを用いる例を上述したが、レンズ状基板の材料はこれに限定されず、様々な固体光学材料をレンズ状基板の材料として採用することができる。例えば、レンズ状基板の材料（固体光学材料）として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ２ＳｉＯ５、ＬｕＹＳｉＯ５、ＬｕＹＳｉＯ５、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２、ＣｄＷＯ４、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、Ｇｄ２ＳｉＯ５、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ、Ｙ２ＳｉＯ５、Ｙｂ２ＳｉＯ５、ＹＡｌＯ３、ＬｕＡｌＯ３、Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２、ＬａＢｒ３、ＣｅＢｒ３、ＳｒＩ２、ＧｄＡｌＯ３、Ｃｓ２ＨｆＣｌ６、ＬｉＣａＡｌＦ６及びＬｕ２Ｏ３の何れかを用いても良いし、これらの内の２以上の材料を混合したものを用いてもよい。
【００７９】
また、蛍光膜は、レンズ状基板の材料に対して所定の添加物を添加した材料にて形成されるが、当該添加物も、上述したものに限定されず、当該蛍光膜がシンチレータとして機能する限り任意であって、所望される蛍光の波長等を考慮して添加物の種類を決定すれば良い。また、蛍光膜における添加物の濃度も任意に決定できる。
【００８０】
このように、シンチレータの母材及び添加物を様々に変形可能であるが、蛍光膜にて発光する蛍光は、紫外線又は可視光に分類される光であって良く、例えば、２００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の波長を有している。
【００８１】
ＬｕＡＧにてレンズ状基板を形成し且つ蛍光膜が発光する蛍光の波長λを３０５ｎｍに設計した場合、レンズ状基板の屈折率ｎは“ｎ＝２．０３”となるが、当該屈折率ｎは、当然ながら、レンズ状基板の材料及び蛍光波長等に依存して様々な値を取りうる。
【００８２】
＜＜第５実施例＞＞
第５実施例を説明する。試料照射光線及び入射光線１００は放射線であり、このため、イメージング装置１を放射線イメージング装置と称することができる。ガンマ線、Ｘ線又は紫外線（特に例えば極紫外線）は放射線に属する。試料照射光線及び入射光線１００がＸ線である場合、Ｘ線撮像、Ｘ線ＣＴ、Ｘ線トポグラフィ及びＸ線結像型顕微鏡などにイメージング装置１を利用できる。図１８に示す如く、Ｘ線を発生するＸ線発生装置２と、イメージング装置１とを備えたＸ線イメージング装置を構成することができる。Ｘ線発生装置２にて発生されたＸ線は、試料照射光線として用いられる。
【００８３】
＜＜第６実施例＞＞
第６実施例を説明する。上述の説明では、主として、レンズ状基板と蛍光膜とを含んで先頭レンズが形成されていると考えたが、蛍光膜は先頭レンズの構成要素ではないと考えることも可能である。即ち、レンズ状基板にて先頭レンズが形成され、レンズ状基板に対し、先頭レンズの構成要素ではない蛍光膜が接合されていると考えるようにしても良い。
【００８４】
＜＜第７実施例＞＞
第７実施例を説明する。放射線イメージング装置としてのイメージング装置１には放射線イメージング装置用光学素子が内包されている。放射線イメージング装置用光学素子は、少なくとも対物レンズ１０を含む。対物レンズ１０を含んで構成される結像光学系の全体が放射線イメージング装置用光学素子に相当すると考えても良い。放射線イメージング装置用光学素子は、比較的短い波長ＷＬ１を有する入射光線１００をシンチレータ（蛍光膜）にて比較的長い波長ＷＬ２を有する蛍光に変換し、当該蛍光による像を必要に応じ拡大又は縮小してイメージセンサ３０の撮像面上に結像させる。
【００８５】
＜＜発明の考察＞＞
本発明について考察する。
【００８６】
本発明の一側面に係る放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１は、対物レンズ（例えば１０）を有し、放射線の入射を受ける放射線イメージング装置用光学素子において、前記放射線を受けて前記放射線よりも長波長の蛍光を発するシンチレータ（例えば１３）を、前記対物レンズの入射側において前記対物レンズと一体にして設けたことを特徴とする。
【００８７】
これにより、従来の乾燥系対物レンズ及び液浸系対物レンズとの比較において、対物レンズの開口数を飛躍的に高めることが可能となり、以って、高い空間分解能にて入射光線を検出（イメージング）することが可能となる。
【００８８】
具体的には例えば、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１において、前記対物レンズに含まれる、前記シンチレータが一体的に設けられたレンズ（例えば１１）は、当該レンズと前記シンチレータとの間の屈折率差が所定値以下となる固体光学材料にて構成されると良い。
【００８９】
これは、レンズ及びシンチレータ間の接合界面における蛍光の散乱、屈折及び反射の抑制に寄与する。
【００９０】
また例えば、前記対物レンズを含み、前記シンチレータからの前記蛍光による像をイメージセンサ（例えば３０）に結像させる結像光学系を、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１に設けておくと良い。
【００９１】
これにより、高い空間分解能による画像をイメージセンサにて取得することができる。
【００９２】
また例えば、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１において、前記対物レンズは前記放射線の入射側において凹面又は凸面による曲面を有し、当該曲面において前記シンチレータからの前記蛍光による曲面像が形成され、前記結像光学系は前記曲面像を平面上の像にして前記イメージセンサに結像させるようにしても良い。
【００９３】
また例えば、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１において、前記結像光学系には前記対物レンズと結像レンズが設けられ、前記蛍光の前記シンチレータから前記イメージセンサまでの光路において、前記結像レンズは、前記対物レンズ及び前記イメージセンサ間に位置調整可能に配置され、前記結像レンズの位置調整を通じて、前記蛍光による像を前記イメージセンサに合焦させると良い。
【００９４】
また例えば、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１において、前記シンチレータに標本面を設定することで、前記対物レンズの作動距離をゼロ又はマイナスとすると良い。
【００９５】
本発明の一側面に係る放射線イメージング装置Ｗ２は、イメージセンサと、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１と、を備えたことを特徴とする。
【００９６】
本発明の一側面に係るＸ線イメージング装置Ｗ３は、イメージセンサと、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１と、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１に対する前記放射線としてのＸ線を発生するＸ線発生装置（例えば２）と、を備えたことを特徴とする。
【００９７】
尚、シンチレータが対物レンズの入射側において対物レンズと一体にして設けられる構成は、レンズ及びシンチレータ間の媒質がレンズ構成物質にて埋められた状態に相当する。即ち、放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１における上記構成は、“放射線の入射を受けて放射線よりも長波長の蛍光を発するシンチレータと、シンチレータの後段に配置された対物レンズとを備えて構成される放射線イメージング装置用光学素子において、シンチレータと対物レンズとの間を、シンチレータ及び対物レンズ間の屈折率差が所定値（例えば０．１％）以下となる固体光学材料にて充填した構成”であるとも言え、そのような構成も放射線イメージング装置用光学素子Ｗ１に属すると解されるべきである。
【符号の説明】
【００９８】
１  イメージング装置
１０  対物レンズ
１１、１１ａ〜１１ｇ、１１Ａ、１１Ｐ、１１Ｑ  先頭レンズ
１２  非先頭レンズ
１３、１３ａ〜１３ｇ、１３Ａ、１３Ｐ、１３Ｑ  蛍光膜
１４、１４ａ〜１４ｇ、１４Ａ、１４Ｐ、１４Ｑ  レンズ状基板
２０  結像レンズ
３０  イメージセンサ
【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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