(57)【要約】  ある態様では、ハイブリッド光学機器が提供される。ハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器を有し、このキャピラリ光学機器は、入口部でx線源からのx線を受容し、出口部でx線を提供する。ハイブリッド光学機器は、かすり入射マルチシェル光学機器（GIMSO）を有し、このGIMSOは、入口部分で、キャピラリ光学機器の出口部に結合され、キャピラリ光学機器の出口部から放射されるx線を受容する。GIMSOは、x線を提供する出口部分を有する。
2013528804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド光学機器であって、
入口部でx線源からのｘ線を受容し、出口部でx線を提供するキャピラリ光学機器と、
かすり入射マルチシェル光学機器（GIMSO）であって、該GIMSOの入口部分で、前記キャピラリ光学機器の出口部と結合され、前記キャピラリ光学機器の出口部から放射されるｘ線を受容するGIMSOと、
を有し、
前記GIMSOは、x線を提供する出口部分を有する、ハイブリッド光学機器。
【請求項２】
前記キャピラリ光学機器は、前記入口部で、略分岐x線を受容するように構成され、前記キャピラリ光学機器の出口部に、略分岐x線を提供することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項３】
前記GIMSOは、前記キャピラリ光学機器の出口部からの前記略分岐ｘ線を受容し、前記GIMSOの出口部分に、略収束x線を提供するように構成されることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項４】
前記キャピラリ光学機器は、前記入口部で略分岐ｘ線を受容し、前記キャピラリ光学機器の出口部に、略平行x線を提供するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項５】
前記GIMSOは、前記キャピラリ光学機器の出口部からの略平行x線を受容し、前記GIMSOの出口部分に、略収束ｘ線を提供するように構成されることを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項６】
前記キャピラリ光学機器の入口部におけるx線の受容角は、前記キャピラリ光学機器の中心軸から3゜よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項７】
前記キャピラリ光学機器の入口部におけるｘ線の受容角は、前記キャピラリ光学機器の中心軸から6゜よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項８】
前記キャピラリ光学機器は、60mm以下の焦点長を有し、前記GIMSOは、100mmよりも大きな焦点距離を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項９】
前記GIMSOは、単一反射の光学機器を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１０】
前記GIMSOは、ダブル反射の光学機器を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１１】
前記GIMSOは、円筒螺旋形状を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１２】
前記GIMSOは、円錐螺旋形状を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１３】
前記GIMSOは、ネスト化円筒形状を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１４】
前記GIMSOは、所望の形状に形状化可能な、金属コーティングされた薄膜を有することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか一つに記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１５】
前記GIMSOは、所望の形状に堅く形成された、機械加工金属表面を有することを特徴とする請求項11乃至13のいずれか一つに記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１６】
前記金属は、ニッケル、金、およびイリジウムの少なくとも一つを有し、前記薄膜は、プラスチック薄膜、アルミニウム薄膜、および石英リボンの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項14に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１７】
前記GIMSOは、前記キャピラリ光学機器により提供されるx線を反射するように配置された第1の表面と、該第1の表面で反射されたx線を反射する第2の表面とを有することを特徴とする請求項10に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１８】
前記第1の表面は、第1の放物表面を有し、前記第2の表面は、第2の放物表面を有することを特徴とする請求項17に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項１９】
前記第1の表面は、放物表面を有し、第2の表面は、双曲表面を有することを特徴とする請求項17に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項２０】
前記キャピラリ光学機器は、ガラスキャピラリ管の束を有することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド光学機器。
【請求項２１】
少なくとも一つのサンプルに照射される電子を発生する電子源と、
キャピラリ光学機器であって、照射に応じて前記少なくとも一つのサンプルから放射されるx線を、前記キャピラリ光学機器の入口部で受容し、前記キャピラリ光学機器の出口部にx線を提供するキャピラリ光学機器と、
かすり入射マルチシェル光学機器（GIMSO）であって、該GIMSOの入口部分で、前記キャピラリ光学機器の出口部と結合され、前記キャピラリ光学機器の出口部から放射されるｘ線を受容し、x線を提供する出口部分を有するGIMSOと、
前記GIMSOの出口部分から提供されるx線を受容するように配置された、少なくとも一つの検出器と、
を有する機器。
【請求項２２】
前記少なくとも一つのサンプルから前記検出器までの最小距離が0.5mであり、
前記少なくとも一つのサンプルから前記キャピラリ光学機器の入口部までの最大距離が0.1mであることを特徴とする請求項21に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許法第119条(e)の下、2010年5月19日に出願された「広角高スループット長焦点長X線光学機器」という名称の仮出願第61／346303号の優先権を主張するものであり、この内容は、本願に参照により取り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
多くの広帯域焦点x線光学機器は、入射視射角で全反射するという利点を有する。全反射は、x線光学機器の入口または開口での入射角が臨界角よりも小さいときに生じ、この臨界角は、反射材料の特性およびx線エネルギーに依存する。本願では、この角度を、開口角または受容角と称する。本願では、このx線光学機器のカテゴリーは、かすり入射マルチシェル光学機器（grazing  incidence  multi-shell  optic：GIMSO）と称される。
【０００３】
多くのGIMSOの構成には、10から150角度分の範囲の視射角において、金属、ガラス、またはプラスチック基板が使用され、基板には、ニッケル、金、またはイリジウムのコーティングが付与される。x線の平行ビームの焦点化のため、Wolter-IまたはKirkpatrick-Baezタイプのダブル反射幾何形状が開発されている。Wolter-I構成は、通常、共焦点放物−双曲面シェルで構成され、これは、しばしば、高角度解像度用に設計された、x線望遠鏡に使用される。この光学機器は、比較的、軸方向に対してコンパクトであり、中間の視野を有し、ある場合には、利用可能な入射開口の相当の割合を満たすため、多くの表面がネスト化される。Wolter-I構成の近似は、正確に構成された光学機器を単純な円錐に置換する。この近似に基づく望遠鏡は、各種天体物理学のペイロード用に開発されている。Kirkpatrick-Baez形状は、パラレルトゥポイント焦点化（parallel-to-point  focusing）用の2つの放物表面を使用し、これは、x線顕微鏡のポイントトゥポイント（point-to-point）形状に適合される。
【０００４】
別のGIMSO構成は、単一反射のポイントトゥポイント焦点用の円筒状螺旋形状に形成された表面を有する。螺旋表面は、ニッケル、金、またはイリジウムのような1または2以上の金属の組み合わせ、あるいは他の適当な材料（例えば高Z材料）がコーティングされた、平滑プラスチックのリボンであっても良く、あるいはそのような材料の複数の層がコーティングされても良い。螺旋の代わりに、そのようなGIMSOは、同じ材料の複数の同心円筒で形成されても良い。x線を誘導し、焦点化し、および／または集光させるため、他の構成の金属コーティングプラスチックを使用することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
焦点化x線用の光学機器の別のカテゴリーは、通常キャピラリ管の束で構成された、キャピラリ光学機器である。そのようなキャピラリの束では、x線が何回も反射し、x線は、ガラスチャネルを介して進行する。個々のキャピラリは、通常、前述のようなGIMSOタイプの光学機器に比べて低効率であり、通常、顕著に短い焦点長を有する。しかしながら、単位集光立体角当たりの極めて多くの数のキャピラリにより、キャピラリシステムの最終的なスループットは、比較的大きくなり、GIMSOタイプの光学機器に比べて、比較的大きな開口角または受容角を有するようになる。キャピラリ光学機器は、通常、ガラス管で構成されるが、キャピラリ光学機器は、いかなるタイプの適当な材料で形成されても良い。本願では、キャピラリ光学機器という用語は、適当な材料のキャピラリ管の集合体から構成された、いかなる光学機器をも表す。通常、キャピラリ光学機器は、複数の反射（例えば、5、10、100またはそれ以上の反射）を用いて、x線を誘導する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある実施例は、
入口部でx線源からのｘ線を受容し、出口部でx線を提供するキャピラリ光学機器と、
かすり入射マルチシェル光学機器（GIMSO）であって、該GIMSOの入口部分で、前記キャピラリ光学機器の出口部と結合され、前記キャピラリ光学機器の出口部から放射されるｘ線を受容するGIMSOと、
を有するハイブリッド光学機器を有する。前記GIMSOは、x線を提供する出口部分を有する。
【０００７】
ある実施例は、
ｘ線を生成するため、少なくとも一つのサンプルに照射される電子を発生する電子源と、
キャピラリ光学機器であって、照射に応じて前記少なくとも一つのサンプルから放射されるx線を、前記キャピラリ光学機器の入口部で受容し、前記キャピラリ光学機器の出口部にx線を提供するキャピラリ光学機器と、
かすり入射マルチシェル光学機器（GIMSO）であって、該GIMSOの入口部分で、前記キャピラリ光学機器の出口部と結合され、前記キャピラリ光学機器の出口部から放射されるｘ線を受容し、x線を提供する出口部分を有するGIMSOと、
前記GIMSOの出口部分から提供されるx線を受容するように配置された、少なくとも一つの検出器と、
を有する機器を有する。
【０００８】
ある実施例は、以下の1または2以上を組み合わせた構成を有する：
（1）入口部で、略分岐x線を受容するように構成され、キャピラリ光学機器の出口部に、略分岐x線を提供するキャピラリ光学機器；
（2）前記キャピラリ光学機器の出口部からの前記略分岐ｘ線を受容し、GIMSOの出口部分に、略収束x線を提供するように構成されるGIMSO；
（3）入口部で略分岐ｘ線を受容し、キャピラリ光学機器の出口部に、略平行x線を提供するように構成されるキャピラリ光学機器；および／または
（4）前記キャピラリ光学機器の出口部からの略平行x線を受容し、GIMSOの出口部分に、略収束ｘ線を提供するように構成されるGIMSO。
【０００９】
ある実施例は、GIMSOが単一反射の光学機器またはダブル反射の光学機器を有することを特徴とするハイブリッド光学機器を有する。ある実施例は、GIMSOが以下の1または2以上を有することを特徴とするハイブリッド光学機器を有する：
（1）円筒螺旋形状；
（2）円錐螺旋形状；
（3）ネスト化円筒形状；および／または
（4）キャピラリ光学機器により提供されるx線を反射するように配置された第1の表面と、該第1の放物表面で反射されたx線を反射する第2の表面であって、第1の表面は、放物表面または平坦表面近似であり、第2の表面は、放物表面（もしくは平坦表面近似）または双曲表面（または円錐表面近似）である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】x線光学機器およびx線検出器を含む一例としての走査型電子顕微鏡システムの概略を示した図である。
【図２】x線分岐ビームを発生する、走査型電子顕微鏡に接続されるGIMSOを示した図である。
【図３】x線分岐ビームを発生する、走査型電子顕微鏡に接続されるGIMSOを示した図である。
【図４】一例としてのGIMSOタイプのネスト化薄膜光学集光器を示した図である。
【図５】一例としてのGIMSOタイプの螺旋薄膜光学集光器を示した図である。
【図６】ポイントトゥポイントキャピラリタイプの光学機器を示した図である。
【図７】ポイントトゥパラレル（point-to-parallel）キャピラリタイプの光学機器を示した図である。
【図８】同じ相対スケールで概略的に示された、ポイントトゥポイントキャピラリタイプの光学機器と、ポイントトゥポイントGIMSOの図である。
【図９】開口径25mm、入力出力焦点間距離485mmの、ニッケルコートされたGIMSOのエネルギーに対する集光変化の立体角を示した図である。
【図１０】キャピラリ光学機器部分およびGIMSO部分から構成されたハイブリッド光学機器を示した図である。
【図１１】直径10μｍのポアを有するポイントトゥポイントキャピラリ光学機器の透過のエネルギーバンドパスを示した図である。
【図１２】ハイブリッド光学機器のある実施例を用いて得られた集光立体角の改善を示した図である。
【図１３Ａ】円筒状螺旋GIMSOに結合されたポイントトゥダイバージのキャピラリ光学機器で構成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示した図である。
【図１３Ｂ】図13Aに示したGIMSO部分の右側に示された断面1365に沿ったGIMSOの断面を示した図である。
【図１４Ａ】ネスト化円筒シェルGIMSOに結合されたポイントトゥダイバージのキャピラリ光学機器で構成されたハイブリッド光学機器の実施例を示した図である。
【図１４Ｂ】図14Aに示したGIMSO部分の右側に示された断面1465に沿ったGIMSOの断面を示した図である。
【図１５Ａ】円錐螺旋GIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器で構成されたハイブリッド光学機器の実施例を示した図である。
【図１５Ｂ】図15Aに示したGIMSO部分の右側に示された断面1565に沿ったGIMSOの断面を示した図である。
【図１６Ａ】Kirkpatrick-BaezタイプのGIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器で構成されたハイブリッド光学機器の実施例を示した図である。
【図１６Ｂ】図16Aに示したGIMSO部分の右側に示された断面1665に沿ったGIMSOの断面を示した図である。
【図１７Ａ】WolterタイプのGIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器で構成されたハイブリッド光学機器の実施例を示した図である。
【図１７Ｂ】図17Aに示したGIMSO部分の右側に示された断面1765に沿ったGIMSOの断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
走査型電子顕微鏡（SEM）は、材料および生物分析用に、広く使用されている。ターゲットに電子が衝突すると、副次的効果としてx線が発生する。x線スペクトルは、ターゲットに含まれる元素に関する情報を提供するため、x線は、しばしば、解析のため検出される。走査型電子顕微鏡のターゲットの極近傍に、リチウムドリフトシリコンのような検出器、またはゲルマニウム検出器のような検出器が配置される。そのような検出器は、77K（ケルビン）で沸騰する液体窒素により、伝熱的に冷却された冷却フィンガーの端部に取り付けられる。マイクロ熱量計のような、約0.06Kに冷却された検出器を使用することにより、高解像スペクトルが得られる。
【００１２】
後の内容において、検出器は、SEMの囲いの外側に配置されることが好ましい。これにより、SEMとのインターフェース化が容易になり、操作が容易になる。ただし、強度は、x線源からの距離の2乗に反比例するため、検出器が光源から遠ざかるにつれ、検出強度は低下する。これにより、x線を受容する分光計の効率が低下する。これは、スループットの特性に大きな影響を及ぼし、特に、小さなx線検出器を使用した場合、顕著となる。
【００１３】
また、機器の物理的寸法のため、ならびに別個の機械的および電気的絶縁に関する要望のため、これらの用途では、しばしば、SEMの囲い中のサンプルからスペクトル分析用のx線マイクロ熱量計の方に放射されたx線を誘導するような、x線光学機器が必要となる。図1には、SEM装置の一例を示す。この装置は、サンプル105に衝突させる電子（例えば電子ビームe−）を発生する電子源110を有し、これに応じて、x線115が発生する。発生したx線115は、x線光学機器120を介してクリオスタット130の方に誘導され、ここで、x線は、マイクロ熱量計140により検出される。x線光学機器には、多くの態様が存在する。例えば、マイクロ熱量計において、通常、x線源からビーム焦点位置までの最小距離は、機器の物理的寸法（例えば0.5m）に対応する。また、しばしば、光学機器の前表面までのx線源の距離は、最大距離を有し、これにより、所望の時間で、マイクロ熱量計により所望の量のX線が集光される（例えば0.1m）。
【００１４】
これらの2つの態様は、開口角、焦点長、スループット等の光学的特性により、使用される光学機器の種類に影響を及ぼす。出願人は、しばしば、GIMSOタイプの光学機器およびキャピラリタイプの光学機器のいずれもが、所与の用途に対する要求を十分に満たさない場合があることを認識している。出願人は、ハイブリッド光学機器（例えば、部分的にキャピラリタイプで構成され、部分的にGIMSOタイプで構成される光学機器）を利用することにより、両方のタイプの利点を利用することができることを把握した。例えば、ハイブリッド光学機器のある実施例を使用した場合、特定の距離に対する要求があるSEMのような所与の用途の要求を満たすことができる。
【００１５】
以下、本発明に関連する各種概念、実施例、方法、および機器について、より詳しく説明する。本願に記載された発明の各種態様は、いかなる方法で実施されても良いことに留意する必要がある。特定の実施例は、一例のみのために提供される。また、以下の実施例に記載された本発明の各種態様は、単独で、または組み合わせて使用されても良く、一例として示された組み合わせに限定されるものではない。
【００１６】
前述のように、出願人は、一部がキャピラリ光学機器で構成され、一部がGIMSOで構成されるハイブリッド光学機器の利点を認識した。キャピラリ光学機器は、x線の集光および焦点化に適した、いかなるタイプのものであっても良い。同様に、GIMSOは、いかなる適当なタイプであっても良い。例えば、ハイブリッド光学機器に使用されるキャピラリ束およびGIMSOは、本願の参照として取り入れられた「X線診断システム」という名称の、米国特許第6594337号に記載された、いかなるものまたは組み合わせであっても良い。以下、ハイブリッド光学機器への使用に適した、ある一例としてのキャピラリ光学機器およびGIMSO素子を示す。ハイブリッド光学機器において、各種類の光学機器の一部のみが使用されて、完全なハイブリッド光学機器が形成されても良いことに留意する必要がある。以下に説明され、いくつかの図に示される単一の種類の光学機器は、キャピラリ光学機器とGIMSOタイプの光学機器の組み合わせの限定的な例を示すためのものではなく、これらの一部が選択され、ハイブリッド光学機器が形成されても良い。
【００１７】
GIMSOタイプのある実施例は、ネスト化円筒状、円錐状、円筒螺旋状、または円錐螺旋状の薄膜で構成された表面から、かすり入射（grazing  incidence）での単一の反射またはダブル反射を利用するように作動する。図2および図3には、x線12の分岐ビームを発生する、走査型電子顕微鏡10に接続されるそのようなGIMSOを示す。x線12は、単一の反射で、円筒状または円錐状の螺旋薄膜集光器18に照射され、分光器16に焦点化される。図3では、x線12の分岐ビームは、ネスト化円錐状または円錐螺旋状の薄膜光学集光器22に入射され、同様に、分光器16にx線12が焦点化される。
【００１８】
図4および図5には、GIMSOタイプの薄膜集光器の2つの例が示されている。図4において、円筒状または円錐状の集光器24は、ネスト化同心円筒または円錐26、28、30等を有する。同心円筒または円錐は、金コーティングされたプラスチックの薄いリボンから形成される。ネスト化円筒または円錐26、28、30、…は、ガラス、アルミニウム箔、シリコンまたはゲルマニウムで構成されても良い。図5に示した螺旋集光器32は、螺旋状に巻き回された、比較的長い単一リボン34で構成される。リボン34は、金コーティングされたプラスチック、アルミニウム箔、または石英リボンであっても良い。図4および図5における実施例に適したプラスチック材料は、ポリエステル、ポリイミド、カプトン（登録商標）、メリネックス、ホスタファン（hostaphan）、アピルカル（apilcal）、マイラー、または他の適当な平滑可撓性材料を含む。ある適当なプラスチックは、ESTAR（登録商標）の名称で、イーストマンコダック社から入手できる。そのようなプラスチック薄膜は、例えば0.004から0.015インチの範囲の厚さを有しても良い。プラスチック材料は、薄い金属層でコーティングされても良く、これは、ニッケル、金、またはイリジウムのような高Z金属が好ましい。あるいは、プラスチック材料は、複数の層でコーティングされても良い。金属コーティングの適当な厚さは、約800Åである。蒸着またはスパッタリング法は、プラスチックリボン材料34への金属コーティングの適用に適した技術である。図4および図5の実施例は、図2に示したような単一反射用に構成され、あるいは図3に示したような複数の反射用に構成されても良い。
【００１９】
図4および5に示したx線光学機器のある実施例では、ポイントトゥポイント（point-to-point）幾何構成が使用され、0.1keVから10keVのエネルギーバンドにおいて、比較的大きなゲインおよび立体角が得られる。ゲインは、x線反射率、焦点距離、リボン材料の幅、および螺旋の巻数またはネスト化円筒の数に依存する。集光器24、25のx線反射率は、未コーティングのまたは金属コーティングされたプラスチックに、例えば、W-C、Co-C、またはNi-Cの多層を成膜することにより改善される。これにより、選択されたエネルギーバンドのみにおいてではあるが、より大きなかすり角を含む構成が可能となる。
【００２０】
円筒螺旋状集光器タイプのGIMSO（例えば円筒螺旋集光器32）のある実施例は、ポイントトゥポイント構造において、単一反射を利用するように構成され、リボンは、〜50mmの直径を有する入射開口内で、〜0.05インチのピッチで巻き回され、〜19の巻数を有する。円筒状集光器タイプのGIMSOの同様の実施例では、リボンは約20の長さに切断され、同心円筒が形成される。ある実施例のリボンの幅および焦点長は、これに限られるものではないが、それぞれ、約25mmおよび1.5mである。そのようなx線光学機器は、例えば、SEMのx線源とエネルギー分散検出器（例えばリチウムドリフトシリコン検出器および／またはx線マイクロ熱量計）の間の距離が約2mのSEMに適する。
【００２１】
しかしながら、いかなる形状、特性、および特徴のGIMSOを選定して、所与の用途の要求を満たしても良いことは明らかである。本発明の態様は、いかなる特定のタイプのGIMSO、およびいかなる特定の設定パラメータ値を有するGIMSOにも限定されない。また、単一反射タイプのGIMSO（例えば円筒状および螺旋構造）またはダブル反射タイプのGIMSOは、機械加工された金属構成物で構成される。前述のような材料を曲げまたは形状化した材料からではなく、例えば、剛性表面から、円筒状および／または螺旋状形状が形成されても良い。
【００２２】
図6および7には、キャピラリ束タイプのx線光学機器を示す。図6において、x線12の分岐ビームは、ポイントトゥポイントキャピラリ束20を通過し、これは、x線12を分光器16に焦点化する。同様に、図7では、複数反射のポイントトゥパラレル、パラレルトゥポイントのキャピラリ束22は、分光器16上にビーム12を焦点化する。また、図7には、ポイントトゥパラレルに続く、パラレルトゥポイントの集光器が示されている。キャピラリ光学機器の異なる構成は、ハイブリッドx線光学機器の一部の構成に適しても良い。
【００２３】
前述のように、出願人は、キャピラリタイプのx線光学機器の一部と、GIMSOタイプのx線光学機器の一部を相互に使用して、ハイブリッドx線光学機器を形成することを認識した。ある実施例では、ハイブリッド光学機器の第1の部分は、キャピラリ光学機器で構成され、ハイブリッド光学機器の第2の部分は、GIMSOで構成される。ある実施例では、キャピラリ光学機器は、x線源からのx線を受容し、GIMSO部分にx線を提供するように配置される。例えば、キャピラリ光学機器の部分がx線の入口として、最初に配置され、次に、GIMSO部分がx線の出口として、配置されても良い。ある実施例では、GIMSO部分は、x線源からのx線を受容し、キャピラリ光学機器にx線を提供するように配置される。例えば、まず、GIMSO部分が、x線の入口として配置され、次に、キャピラリ光学機器が、x線の出口として配置されても良い。
【００２４】
キャピラリ光学機器部分が最初に配置され、第2にGIMSO部分が利用されるタイプのハイブリッド光学機器は、例えば、SEM装置において利用される。キャピラリ光学機器は、x線源からより近く、GIMSOは、検出器により近い。ある実施例では、キャピラリ光学機器は、SEMの囲い内で、x線源からのx線を集光し、囲いの外にx線を誘導し、キャピラリ光学機器に結合されたGIMSOにx線を提供するように使用される。次に、GIMSOは、x線を誘導し、SEMの囲いの外側に配置された、マイクロ熱量計または他のそのような検出器のような、検出器の上にx線を焦点化する。ハイブリッド光学機器を形成することにより、所与の用途において好適な各タイプの光学機器の特性を利用することができる。これらの特性の少なくとも一部は、以下に詳しく説明する。
【００２５】
図8には、同じ相対スケールで、キャピラリタイプの光学機器850と、GIMSO860とを概略的に示す。キャピラリ束の比較的短い入力および出力焦点距離は、例えばSEM装置のような、検出器が電子およびx線源用の囲いの外側に配置される用途において、問題となる場合がある。しかしながら、GIMSOタイプの光学機器は、比較的大きな入力および出力焦点距離を提供することができる。以下により詳しく説明するように、両タイプの光学機器の開口角の寸法は、エネルギーバンドパスおよび入力焦点距離に相互依存する。
【００２６】
ポイントトゥポイントの円筒状形状におけるGIMSOのエネルギーバンドパスは、光学機器の入射開口における入射角の範囲に依存する。これらの角度は、入力焦点距離および開口の直径によって定められる。開口寸法が一定の場合の、開口直径25mm、入力および出力焦点距離485mmで、ニッケルコーティングされたそのような光学機器の集光の立体角の、エネルギーに対する変化挙動を、図9に示す。破線は、光学機器がx線を焦点化する距離970mmで配置された光学機器の焦点スポットの寸法に対する、検出器によって内挿された立体角を示す。図のように、光学機器は、2keVで〜104倍だけ、集光立体角を上昇させ、8keVで〜102倍、上昇させる。
【００２７】
多くの用途に対して、GIMSOタイプの光学機器の立体角、焦点長、および関連バンドパスの組み合わせにより、検出器に適したx線強度が提供され、これは、光学機器の画像サイズに整合する寸法を有する。しかしながら、ターゲット材料中の原子密度が固体に比べて比較的低いSEM用途では、GIMSO光学機器の1または2以上の特性では不十分な場合がある。例えば、細胞構造の生物医療用の画像では、x線強度は、十分に小さくなる。これは、電子と細胞組織内の原子の間の相互作用の数が、比較的少ないためである。減少したx線集光により、短い時間で、分光的なx線画像を形成することは難しくなる。x線検出器をSEMの囲いの外側に配置することが好ましい場合、エネルギーバンドパスの大幅な低下を生じさせずに、GIMSOによる集光の立体角を高めることは難しくなる。ある実施例によるハイブリッド光学機器では、そのようなシステムによってもたらされる、少なくともいくつかの問題に対処することができる。例えば、図10には、キャピラリ光学機器部分1050と、GIMSO部分1060とから形成されたハイブリッド光学機器を示す。これは、各タイプの光学機器の有意な特徴を利用する（例えば、キャピラリ光学機器の比較的大きな集光角、およびGIMSOの比較的大きな反射効率および比較的長い焦点長）。
【００２８】
キャピラリ光学機器は、20゜の開口角を有するように製作される。これは、通常の単一反射の円筒状GIMSOの開口角の約6乃至10倍である。集光の立体角は、開口角の2乗に比例するため、キャピラリ光学機器1050は、通常のGIMSOを使用して、光源からx線を集光した場合に比べて、36乃至100倍多くのx線を集光できる。しかしながら、この増加には、キャピラリ光学機器が比較的短い入力焦点距離（例えば焦点距離10乃至20mm）を有する必要がある。ハイブリッド光学機器では、この広角度、短い焦点長のキャピラリ部分を使用し、ポイントトゥパラレルまたはポイントトゥダイバージ形状を用いてx線を集光することができる。次に、出射x線（例えば平行または分岐x線）がGIMSOに提供される。このGIMSOは、ハイブリッド構造において使用される際に、キャピラリ束から出射されるx線が平行か分岐されているかに応じて、いくつかの形態を取り得る。放射されるx線が平行な場合、GIMSOは、単一反射、放物表面もしくは円錐近似、ダブル反射Wolter-IもしくはKirkpatrick-Baez形状、またはこれらと等価な円錐近似のような、パラレルトゥポイントの形状を有する。
【００２９】
放射x線が分岐光の場合、GIMSOは、単一反射の円筒状形状または螺旋近似を有しても良い。また、これは、ダブル反射楕円形状、またはその円錐近似を有しても良い。キャピラリ光学機器の比較的短い入力焦点距離は、エネルギーバンドパスに対して、比較的長い焦点長のGIMSOと同じ影響を有さない。これは、ガラスキャピラリ内で、10keVのようなx線エネルギーの臨界角よりも小さな角度で、x線に多くの反射が生じるためである。これは、図11に示されている。図11には、10μｍの直径のポアを有する、ポイントトゥポイントキャピラリ光学機器の透過に関して、光学機器のエネルギーバンドパスがGIMSOに比べて極めて大きくなることが示されている。
【００３０】
ハイブリッド光学機器のある実施例では、キャピラリ光学機器の出力端部は、中心線から自然に分岐するキャピラリによって、キャピラリ光学機器の極端部で放射されるx線が、中心線に対して、単一反射のGIMSOの最大受容角と一致する角度を構成するように製作される。例えば、20゜の開口角を有し、短い入力焦点距離を有するガラスキャピラリ束を使用して、x線を集光し、比較的長い焦点長のGIMSOの入力角（例えば、485mmの焦点長を有する典型的な円筒螺旋状GIMSOの〜1.5゜の受容ハーフ角）に整合する角度でx線を出力しても良い。図10には、ハイブリッド光学機器のキャピラリ部分からの分岐x線が、GIMSO部分の受容角に整合する実施例を示す。ハイブリッド光学機器の他の実施例では、キャピラリ部分からのx線は、中心線に対して平行である。この構成では、GIMSOは、単一反射またはダブル反射の、パラレルトゥポイント形状を有する。
【００３１】
図12には、ハイブリッド光学機器のある実施例を用いることにより得られる、集光の立体角の改善を示す。図12では、ポイントトゥポイントの単一反射構成において、ニッケルコートされたGIMSOを使用した結果が、485ｍｍの焦点長を有するGIMSO部分の入力開口ハーフ角と整合するような、開口角20゜、出力ハーフ角度1.5゜のキャピラリ光学機器部分を有するハイブリッド光学機器で予想される結果と比較される。キャピラリ部分は、GIMSOよりも大きなバンドパスを伝達するため、ハイブリッド構成の最高バンドパスは、GIMSOの焦点長により決定される。GIMSOは、金、イリジウム、白金、または多層のような、代替コーティングを有し得る。シェルは、プラスチック、アルミニウム、ガラス、または他の平滑表面であっても良い。
【００３２】
図7に示す構成では、反射の立体角の増加は、2keVでの10倍から8keVでの約100倍の範囲にわたる。GIMSOの受容角を下げるため、入力焦点距離を増加することにより、エネルギーバンドパスが上昇する。ある実施例では、ハイブリッド光学機器の形状は、極低温マイクロ熱量計のような、小さな活性領域を有する検出器用に設計される。ポイントトゥポイント形状のキャピラリ光学機器の固有の短入力焦点距離、および幾分長いものの、未だ限定的な出力焦点距離のため、検出器の配置は、SEM焦点スポットの200mm以内に限定されるため、ハイブリッド光学機器のそのような実施例では、十分な集光の立体角を提供したまま、マイクロ熱量計、または小さな活性領域を有するx線検出器を、SEMの囲いの外側（＞500mm）に設置することがかなり容易となる。
【００３３】
特定の用途に適したハイブリッド光学機器を構成するため、ハイブリッド光学機器は、キャピラリ部分とGIMSO部分のいかなる適当な組み合わせで形成されても良いことに留意する必要がある。以下、いくつかの一実施例について、詳しく説明する。
【００３４】
図13Aには、円筒螺旋状GIMSOに結合されたポイントトゥダイバージのキャピラリ光学機器によって形成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示す。図13Bには、図13Aにおいて、GIMSO部分の右側に示された断面1365に沿ったGIMSOの断面を示す。キャピラリ光学機器は、3゜よりも大きな入力受容角を有し、好ましくは、6゜よりも大きな入力受容角を有する。キャピラリは、キャピラリ部分の出力部において、光学軸から単調に分岐しても良い。最大分岐角は、GIMSOの入力受容角と整合するように選定される。キャピラリ光学機器から放射されるx線は、GIMSO内で単一反射される。このハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器の特徴である比較的短い入力焦点長（例えば≦60mm）を有し、GIMSOの特徴である比較的長い出力焦点距離（例えば＞100mm）を有する。
【００３５】
図14Aには、ネスト化円筒状シェルGIMSOに結合されたポイントトゥダイバージのキャピラリ光学機器により形成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示す。図14Bには、図14AのGIMSO部分の右側に示される断面1465に沿ったGIMSOの断面を示す。キャピラリ光学機器は、3゜よりも大きな入力受容角を有し、これは、6゜よりも大きいことが好ましい。キャピラリは、キャピラリ部分の出力部で、光学軸から単調に分岐する。最大分岐角は、GIMSOの入力受容角と整合するように選定される。キャピラリ光学機器から放射されるx線は、GIMSO内で単一反射される。このハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器の特徴である比較的短い入力焦点長（例えば≦60mm）を有し、GIMSOの特徴である比較的長い出力焦点距離（例えば≧100mm）を有する。
【００３６】
図15Aには、円錐螺旋状GIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器により形成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示す。図15Bには、図15AのGIMSO部分の右側に示された断面1565に沿った、GIMSOの断面を示す。キャピラリ光学機器は、3゜よりも大きな入力受容角を有し、これは、6゜よりも大きいことが好ましい。キャピラリは、キャピラリ部分の軸に対して平行なx線を提供する。従って、x線は、キャピラリ部分から、x線の平行ビームとして放射され、x線は、GIMSOに入射され、GIMSO内で単一反射される。このハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器の特徴である比較的短い入力焦点長（例えば≦60mm）を有し、GIMSOの特徴である比較的長い出力焦点距離（例えば＞100mm）を有する。
【００３７】
図16Aには、Kirkpatrick-BaezのGIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器により形成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示す。図16Bには、図16AのGIMSO部分の右側に示されている断面1665に沿ったGIMSOの断面を示す。キャピラリは、キャピラリ部分の軸と平行なx線を提供する。従って、x線は、キャピラリ部分から、x線の平行ビームとして放射され、GIMSOに入射し、GIMSO内で2回反射される。第1の反射は、放物表面（または平坦平面近似）で生じ、第2の反射は、第1の表面から光学軸の周りに90゜回転された、別の放物表面（または平坦平面近似）で生じる。このハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器の特徴である比較的短い入力焦点長（例えば≦60mm）を有し、GIMSOの特徴である比較的長い出力焦点距離（例えば＞100mm）を有する。
【００３８】
図17Aには、WolterタイプのGIMSOに結合されたポイントトゥパラレルのキャピラリ光学機器により構成された、ハイブリッド光学機器の実施例を示す。図17Bには、図17AのGIMSO部分の右側に示されている断面1765に沿った、GIMSOの断面を示す。キャピラリは、キャピラリ部分の軸と平行なx線を提供する。従って、x線は、x線の平行ビームとしてキャピラリ部分から放射され、GIMSOに入射され、GIMSO内で2回反射される。第1の反射は、放物表面（または円錐近似）で生じ、第2の反射は、双曲表面（または円錐近似）で生じる。ハイブリッド光学機器は、キャピラリ光学機器の特徴である比較的短い入力焦点長（例えば≦60mm）を有し、GIMSOの特徴である比較的長い出力焦点距離（例えば＞100mm）を有する。
【００３９】
本発明の態様は、いかなる特定の組み合わせまたは具体的に示されたいかなる組み合わせにも限定されないため、いかなる各種キャピラリ光学機器を各種GIMSOタイプと組み合わせても良いことに留意する必要がある。また、ハイブリッドx線光学機器のある実施例では、SEM装置と接続されるように示されているが、本願に記載のハイブリッドx線光学機器は、x線を集光し、誘導し、および／または焦点化するx線光学機器を使用する、いかなる他の装置の使用に適しても良く、特に、2つのタイプのx線光学機器の1または2以上の有意な特性を利用することで利点が得られる装置に適しても良いことに留意する必要がある。
【００４０】
本発明の前述の実施例は、いかなる方法で実施されても良く、示された一例に限定されるものではない。また、本発明の各種態様は、単独で使用されても、組み合わせて使用されても良く、あるいは前述の実施例に具体的に示されていない各種配置で実施されても良い。従って、本発明の各種態様は、前述の記載もしくは図面に示された部材の配置や用途に限定されるものではない。
【００４１】
請求項において、素子の変更のための、「第1の」、「第2の」、「第3の」等の順番を示す用語の使用は、いかなる優先順位、有意性、または一つの素子の別の素子に対する順番、もしくは方法が実行される時間的順番を暗示するものではなく、単に、ある名称を有するある素子を、（元来の用語の使用のため）同じ名称の別の素子と識別するためのラベルとして使用される。
【００４２】
また、本願において使用される表現および用語は、記述のために使用され、限定的に捉えてはならない。「含む」、「有する」、または「持つ」、「含有する」と言う用語およびその変化形は、それ以降に記載されている事項、その等価物、ならびに追加の事項を包含することを意味する。
【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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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