(57)【要約】      （修正有）【課題】ターゲット破片の影響がなく、長時間連続使用でき、小型化が可能な軟エックス線顕微鏡装置。【解決手段】テーブル１０と；テーブルの上端に設けられ、内部に分離隔壁２２が形成されたハウジング２０と；ハウジングの分離隔壁より下側に設けられ、高圧で噴射される液体に光源を照射してプラズマを形成する光源チェンバー３０と；ハウジングの分離隔壁より上側に設けられ、生体試料が貯蔵されるホルダ部４２０の上下側に、各々第１および第２ミラー部４１０、４３０が設けられ、光源チェンバーで形成されたプラズマによって生成された軟エックス線が生体試料を照明し、生体試料を透過した軟エックス線を増幅してこれを撮像チェンバーで映像が獲得されるようにするミラーチェンバー４０と；ハウジングの上端に設けられ、ミラーチェンバーで増幅された光映像信号を増幅し、外部で識別できるように外部画面に撮像する撮像チェンバー５０と；で構成される。【選択図】図２
2007064973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル(１０)と、
前記テーブル(１０)の上端に設けられ、内部に分離隔壁(２２)が形成されたハウジング(２０)と、
前記ハウジング(２０)の分離隔壁(２２)を基準に下側に設けられ、高圧で噴射される液体に光源を照射して、プラズマを形成する光源チェンバー(３０)と、
前記ハウジング(２０)の分離隔壁(２２)を基準に上側に設けられ、生体試料が貯蔵されるホルダ部(４２０)の上、下側に各々第１および第２ミラー部(４１０、４３０)が設けられ、前記光源チェンバー(３０)で形成されたプラズマによって生成された軟エックス線が前記生体試料を照明し、前記生体試料を透過した軟エックス線を増幅して、撮像チェンバーで映像が獲得されるようにするミラーチェンバー(４０)と、
前記ハウジング(２０)の上端に設けられ、前記ミラーチェンバー(４０)を通して増幅された光映像信号を増幅し、これを外部で識別できるように外部画面に撮像する撮像チェンバー(５０)と、で構成されることを特徴とする軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項２】
光源チェンバー(３０)の一側面には、
前記高圧の液体に光源が照射され、これを通してプラズマが形成される過程などを外部で確認できるように、望遠顕微鏡(６０)がさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項３】
前記光源チェンバー(３０)は、
外部から供給される液化窒素を高圧でジェット噴射するノズル部(３１０)と、
前記ノズル部(３１０)の対称方向に設けられ、噴射される液化窒素を吸入して外部に放出する排出部(３２０)と、
前記ノズル部(３１０)からジェット噴射される液化窒素に光源を照射して、プラズマが形成されるようにする光源部(３３０)と、
前記光源チェンバー(３０)が設けられるハウジング(２０)内部を真空または維持する光源真空ポンプ(３４０)と、で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項４】
前記ノズル部(３１０)は、
外部から高圧の窒素ガスを供給され、ハウジング(２０)内部にジェット噴射する毛細管(３１２)と、
前記毛細管(３１２)の外周を包み、外部から高圧の液化窒素を供給されて充填され、前記毛細管(３１２)を通してジェット噴射される窒素ガスを液化させる外形管体(３１４)と、で構成されることを特徴とする請求項３に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項５】
前記光源部(３３０)は、
平均１２Ｗ、反復比率３００Ｈｚ、ダイオードポンプ固体レーザであることを特徴とする請求項３に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項６】
前記光源真空ポンプ(３４０)は、
５００Ｌ/Ｓ以上の真空度を有するターボ分子ポンプ(ＴＭＰ、turbo molecular pump)で構成されることを特徴とする請求項３に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項７】
前記ミラーチェンバー(４０)は、
ハウジング(２０)の分離隔壁(２２)上端に締結固定され、中央に第１透過孔(４４２)が形成された第１ベース板(４４０)と、
第１ベース板(４４０)の上面に第１移送手段(４１２)が設けられ、前記第１移送手段(４１２)の中央には、光を増幅させ生体試料を照明するコンデンサミラー(４１４)が設けられた第１ミラー部(４１０)と、
前記第１ミラー部(４１０)の上側に位置し、多数の支持棒(４５２)によって第１ベース板(４４０)との間隔を維持するように支えられ、中央に第２透過孔(４５４)が形成された第２ベース板(４５０)と、
前記第２ベース板(４５０)の上面に第２移送手段(４２２)が設けられ、前記第２移送手段(４２２)の中央に生体試料が貯蔵されたホルダ(４２４)を分離、結合するカップリング(４２６)が形成されたホルダ部(４２０)と、前記第２ベース板(４５０)の上面に第３移送手段(４３２)が設けられ、前記ホルダ(４２４)の上側に位置するように前記第３移送手段(４３２)の中央に設けられる回折輪帯板(４３４)が形成された第２ミラー部(４３０)と、
前記ミラーチェンバー(４０)が形成されたハウジング(２０)内部の真空を維持するための真空手段(４６０)と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項８】
前記ミラーチェンバー(４０)の一側面には、
前記ミラーチェンバー(４０)の真空を破壊せず維持されている状態で、外部で生体試料が貯蔵されたホルダ(４２４)をホルダ部(４２０)のカップリング(４２６)に分離、結合されるように、前記ホルダ(４２４)を移送するロードロックチェンバー(７０)がさらに構成されることを特徴とする請求項１または請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項９】
前記ミラーチェンバー(４０)の一側面には、
第１ミラー部(４０)と、ホルダ部(４２０)、および第２ミラー部(４３０)が光軸方向の直線上に位置したか確認および整列する光学整列手段(８０)がさらに構成されることを特徴とする請求項１または請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１０】
前記コンデンサミラー(４１４)は、
光軸方向長さは１３６ｍｍで、長さ方向両端にφ５０ｍｍの内径で４２ｍｍの深さを有する楕円形面体(４１４ａ、４１４ｂ)が対称に形成され、前記長さ方向の中央にはピンホール(４１４ｃ)が形成されており、
前記楕円形面体(４１４ａ、４１４ｂ)は長さ方向の中央を一焦点(Ｐ)とし、別の焦点(Ｐ'、Ｐ”)までの距離が１６０ｍｍで、前記中央焦点(Ｐ)を基準に対称に形成された楕円によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１１】
前記ホルダ部(４２０)は、
生体試料の両端をカバーし、厚さ８０〜１２０ｎｍの窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)で形成された試料窓(４２１２)に、前記試料窓(４２１２)の両端をカバーするバイトン板(４２１４)で構成されたサンプル部(４２１０)と、前記サンプル部(４２１０)が設置され、中央部に透過孔(４２２２)が形成されており、一側面にフック(４２２４)が形成されたサンプル板(４２２０)と、前記サンプル板(４２２０)に前記サンプル部(４２１０)が設置された上面をカバーし、中央に透過孔(４２３２)が形成されたカバー板(４２３０)と、前記サンプル板(４２２０)とカバー板(４２３０)との間の密閉力を維持するためのＯ−リング(４２４０)とで構成されたホルダ(４２４)と、
前記ホルダ(４２４)のサンプル板(４２２０)外周縁を支持するためのボールプランジャ(４２６ｂ)が形成された支持板(４２６ａ)が形成され、前記ホルダ(４２４)が分離できるように、一側面が開放されるように形成されたカップリング(４２６)と、
前記カップリング(４２６)の一側面に設けられ、モータの動力によってＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に移送される第２移送手段(４２２)と、で構成されることを特徴とする請求項１または請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１２】
前記第２ミラー部(４３０)の回折輪帯板(４３４)は、
窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)基板上に厚さ１００〜１６０ｎｍの金(Ａｕ)が形成された輪帯板で、最外角幅(outmost zone width)は３０〜４０、直径は６０〜７０、輪帯板の数は２００〜３００個が形成されることを特徴とする請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１３】
前記真空部(４６０)は、
少なくとも一つ以上の２１０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと、少なくとも一つ以上の１２０Ｌ/Ｓのイオンポンプで構成されることを特徴とする請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１４】
前記ロードロックチェンバー(７０)には、
ミラーチェンバー(４０)に生体試料が貯蔵されたホルダ(４２４)を分離、結合するとき、前記ミラーチェンバー(４０)に形成された真空が破壊されないように真空手段(７２)が形成されており、
前記真空手段(７２)は、６０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと３０Ｌ/Ｓのインポンプで構成されることを特徴とする請求項８に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１５】
前記第１ベース板(４４０)の底面には、
光源チェンバー(３０)で形成されたプラズマを通してミラーチェンバー(４０)に伝達される光をフィルターリングし、前記光源チェンバー(３０)とミラーチェンバー(４０)の真空を分離するフィルタ(４７０)が形成されており、
前記フィルタ(４７０)はチタニウム(Ｔｉ)で形成されることを特徴とする請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１６】
前記第２ベース板(４５０)の底面には、コンデンサミラー(４１４)を通して照明された光が生体試料に照明されるとき、前記コンデンサミラー(４１４)を通して増幅されていない直射光が前記生体試料に直接照明されることを遮断するための遮蔽膜手段(４８０)がさらに形成され、
前記遮蔽膜手段(４８０)は、第４移送手段(４８２)に支持される支持プレート(４８４)に通孔(４８４ａ)が形成され、前記通孔(４８４ａ)中央には直射光を遮断するための焦点遮断板(４８６)で構成されることを特徴とする請求項７に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【請求項１７】
前記撮像チェンバー(５０)は、
第２ミラー部(４３０)で増幅された光を通して獲得される光映像信号を電気的信号に変換する光増幅板(ＭＣＰ)(５１０)と、前記光増幅板(５１０)を介して変換された電気的信号を増幅し、これを蛍光体によって可視光に変換し、変換された可視光を光学レンズを通して外部画面に結像させる撮像素子(５２０)で構成されることを特徴とする請求項１に記載の軟エックス線顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟エックス線顕微鏡装置に関し、より詳しくは、ターゲット破片の影響がなく、単色性の優れた液体ターゲットを用いて実験室などで有用に使用でき、１００ｎｍ以下の空間分解能を有する軟エックス線顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、顕微鏡装置とは物体(以下、‘試料’と称する)の微細な部分を拡大して観察する装置であって、電子を光源として用いる電子顕微鏡と、可視光線を光源とする光学顕微鏡装置などがある。
電子顕微鏡装置の場合、試料を真空中に設置し、且つ、試料への物理、化学的な前処理過程が必須的なので、生きている生物細胞などのような生体試料の観察が不可能だという問題点がある。一方、光学顕微鏡装置の場合、生体試料の観察は可能であるが、光源として可視光を用いるため、現存の技術では光源の回折限界によって、分解能が約２００ｎｍ程度に限られる問題点があった。
近年、‘水の窓(λ＝２．３〜４．４ｎｍ)’と呼ばれるエックス線波長領域を用いた軟エックス線顕微鏡装置が研究されている。前記‘水の窓’領域では、水と生体試料を構成する蛋白質とのエックス線吸収差が大きいので、数ミクロンの厚さの水分層を通しても蛋白質観察ができ、エックス線の透過性質によって生体試料の内部観察が可能だという長所がある。
前記の軟エックス線顕微鏡装置は、タンタル製の固体ターゲットで構成される光源チェンバーと、生体試料にエックス線が照射されるように、前記固体ターゲットにパルス光を集光して、エックス線を発生させる光源と、生体試料が設置されるサンプルチェンバーと、試料を透過したエックス線を撮像手段の方向に誘導するミラーチェンバーと、生体試料によって散乱される透過したエックス線を撮影する撮像手段と、で構成される。
このように構成される軟エックス線顕微鏡装置の作動状態を説明する。光源から固体ターゲットに向かってパルス光が照射されると、パルス光がターゲットにぶつかってから所定のエックス線を発生させる。発生されたエックス線はサンプルチェンバーに設けられた生体試料に照射されて散乱、透過される。この散乱、透過された光を撮像手段が撮影して、前記生体試料を観察できるようになる。
しかしながら、パルス光が照射されるターゲットは固体で形成されているため、パルス光が照射される部位で微細な破片が発生する。発生した破片は、固体ターゲットが設けられた真空状態を維持する光源チェンバーの内部面に吸着されて前記真空度を破壊する。特に光源チェンバー内部面に吸着された破片は、精密なエックス線発生を妨害する主要因として作用して、長時間の反復使用が難しくなるという問題点がある。
さらに、前記パルス光の照射で損傷した固体ターゲットは、精密なエックス線発生のために頻繁に交換し、且つ、前記固体ターゲットが設けられた光源チェンバーの真空状態の解除および再設定の手段により、作業時間が長引くという問題点に、維持補修費用が増加するという問題点があった。
なお、光源チェンバーで発生したエックス線が生体試料を透過するように誘導するミラーチェンバーは、従来は生体試料の両側に各々のミラー、すなわちパルス光が生態試料を透過する前に、前記生体試料を照明するための照明ミラーと、前記照明ミラーを通して照明され生体試料を透過した光を、撮像手段で拡大増幅する増幅ミラーとで構成され、光源チェンバーで発生したエックス線が、前記ミラーを通して照明、拡大され前記生体試料を透過すると、これを撮像手段が撮影して映像を獲得する構成になっている。
しかし、前記の場合、光学拡大倍率公式にしたがって、生体試料を透過した光を撮像手段に拡大撮影されるようにするために、サンプルチェンバーから撮像手段までの距離は平均３〜４ｍ程度の距離を維持し、なお、倍率は２８６倍程度で、解像度は光学顕微鏡と同じ程度の２００ｎｍ程度である。
前述したように、高倍率の映像を獲得するために、サンプルチェンバーと撮像手段との距離間隔が平均３〜４ｍで維持されることによって、エックス線顕微鏡装置は垂直より水平式に設けられるのが一般的で、なおエックス線顕微鏡装置の使用面積が拡大され、これによる作業場空間の効率性が下がるという問題点があった。
したがって、前記エックス線顕微鏡装置は、専用の作業場を別途に備えるという設置の不便さと空間の非効率性という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記の問題点を解消するための本発明の目的は、ターゲット破片が発生せず、単色性(λ/Δλ＝１０００)の優れた液体ターゲット、すなわち液化窒素を用いて、１００ｎｍ以下の空間分解能力を有し、且つ、長時間連続使用の可能な軟エックス線顕微鏡装置を提供することにある。
本発明のほかの目的は、二重の楕円形で形成された照明ミラーと回折輪帯板とで構成されたミラーチェンバーを形成して、前記照明ミラーを通して生体試料に光を照明し、前記生体試料を透過した光は回折輪帯板を通して撮像手段で増幅獲得され、１００ｎｍ以下の分解能と倍率１０００ｘ以上の映像拡大と共に、ミラーチェンバーと撮像手段までの距離間隔を最小化することで、エックス線装置の小型化を達成できるようにする軟エックス線顕微鏡装置を提供することにある。
本発明のまたほかの目的は、各構成を垂直に設けて、軟エックス線顕微鏡装置の設置空間を最小化することで、空間効率性の極大化およびこれによる適用範囲の拡大と共に、設置が簡単になる軟エックス線顕微鏡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記の目的を達成するための本発明の一実施例による軟エックス線顕微鏡装置は、テーブルと、前記テーブルの上端に設けられ、内部に分離隔壁が形成されたハウジングと、前記ハウジングの分離隔壁を基準に下側に設けられ、高圧で噴射される液体に光源を照射してプラズマを形成する光源チェンバーと、前記ハウジングの分離隔壁を基準に上側に設けられ、生体試料が貯蔵されるホルダ部の上、下側に各々第１および第２ミラー部が設けられ、前記光源チェンバーで形成されたプラズマによって生成された軟エックス線が前記生体試料を照明し、前記生体試料を透過した軟エックス線を増幅して、撮像チェンバーで映像として獲得されるようにするミラーチェンバーと、前記ハウジングの上端に設けられ、前記ミラーチェンバーを通して増幅された光映像信号を増幅し、これを外部で識別できるように外部画面に撮像する撮像チェンバーと、で構成されることを特徴とする。
本発明において、光源チェンバーの一側面には高圧の液体に光源が照射され、これを通してプラズマが形成される過程などを外部で確認できるように、さらに望遠顕微鏡で構成されることが好ましい。
本発明において、光源チェンバーは、外部から供給される液化窒素を高圧でジェット噴射するノズル部と、前記ノズル部の対称方向に設けられ、噴射される液化窒素を吸入して外部に放出する排出部と、前記ノズル部からジェット噴射される液化窒素に光源を照射して、プラズマが形成されるようにする光源部と、前記光源チェンバーが設けられるハウジング内部を真空にするか維持させる光源真空ポンプと、で構成されることが好ましい。
本発明において、ノズル部は、外部から高圧の窒素ガスを供給されハウジング内部にジェット噴射する毛細管と、前記毛細管を包んで、外部から高圧の液化窒素を供給され充填され、前記毛細管を通してジェット噴射される窒素ガスを液化させる外形管体とで構成されることが好ましい。
本発明において、光源部は平均１２Ｗ、反復比率３００Ｈｚ、ダイオードポンプ固体レーザであることが好ましい。
本発明において、光源真空ポンプは５００Ｌ/Ｓ以上の真空度を有するターボ分子ポンプ(ＴＭＰ、turbo molecular pump)で構成されることが好ましい。
本発明において、ミラーチェンバーは、ハウジングの分離隔壁上端に締結固定され、中央に第１透過孔が形成された第１ベース板と、第１ベース板の上面に第１移送手段が設けられ、前記第１移送手段の中央には光を増幅させ生体試料を照明するコンデンサミラーで構成された第１ミラー部と、前記第１ミラー部の上側に位置し、多数の支持棒によって第１ベース板と間隔を維持するように支えられ、中央に第２透過孔が形成された第２ベース板と、前記第２ベース板の上面に第２移送手段が設けられ、前記第２移送手段の中央に生体試料が貯蔵されたホルダを分離、結合するカップリングが形成されたホルダ部と、前記第２ベース板の上面に第３移送手段が設けられ、前記ホルダの上側に位置するように前記第３移送手段の中央に設けられる回折輪帯板が形成された第２ミラー部と、前記ミラーチェンバーが形成されたハウジング内部の真空を維持するための真空手段と、で構成されることが好ましい。
本発明において、ミラーチェンバーの一側面にはミラーチェンバーの真空を破壊せず維持された状態で、外部で生体試料が貯蔵されたホルダをホルダ部のカップリングに分離、結合されるように、前記ホルダを移送するさらにロードロックチェンバーで構成されることが好ましい。
本発明において、コンデンサミラーの一側面には、第１ミラー部と、ホルダ部、および第２ミラー部が、光軸方向の直線上に位置したかを確認して整列する光学整列手段がさらに構成されることが好ましい。
本発明において、コンデンサミラーの光軸方向長さは１３６ｍｍで、長さ方向両端にφ５０ｍｍの内径で４２ｍｍの深さを有する楕円形面体が対称に形成され、前記長さ方向の中央にはピンホールが形成されており、前記楕円形面体は長さ方向の中央を一焦点Ｐとし、別の焦点Ｐ'までの距離が１６０ｍｍで、前記中央焦点を基準に対称に形成された楕円によって形成されることが好ましい。
本発明において、ホルダ部は、生体試料の両端をカバーし、厚さ８０〜１２０ｎｍの窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)で形成された試料窓に、前記試料窓の両端をカバーするバイトン板で形成されたサンプル部と、前記サンプル部が設置され、中央部に透過孔が形成されており、一側面にフックが形成されたサンプル板と、前記サンプル部が設置された上面をカバーし、中央に透過孔が形成されたカバー板と、前記サンプル板とカバー板との間の密閉力を維持するためのＯ−リングとで構成されたホルダと；前記ホルダのサンプル板外周縁を支持するための前記支持板が形成され、前記ホルダが分離できるように、一側面が開放されるように形成されたカップリングと；前記カップリングの一側面に設けられ、モータの動力によってＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に移送される第２移送手段と；で構成されることが好ましい。
本発明において、第２ミラー部の回折輪帯板は、窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)基板上に厚さ１００〜１６０ｎｍの金(Ａｕ)が形成された輪帯板で、最外角幅(outmost zone width)は３０〜４０、直径は６０〜７０、輪帯板の数は２００〜３００個が形成されることが好ましい。
本発明において、ロードロックチェンバーには、ミラーチェンバーに生体試料が貯蔵されたホルダを分離、結合するとき、前記ミラーチェンバーに形成された真空が破壊されないように真空手段が形成されており、前記真空手段は６０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと３０Ｌ/Ｓのインポンプで構成されることが好ましい。
本発明において、真空部は少なくとも一つ以上の２１０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと少なくとも一つ以上の１２０Ｌ/Ｓイオンポンプで構成されることが好ましい。
本発明において、第１ベース板の底面には光源チェンバーで形成されたプラズマを通してミラーチェンバーに伝達される光をフィルターリングし、前記光源チェンバーとミラーチェンバーの真空を分離するフィルタが形成されており、前記フィルタはチタニウム(Ｔｉ)で形成されることが好ましい。
本発明において、第２ベース板の底面には、コンデンサミラーを通して照明された光が生体試料に照明されるとき、前記コンデンサミラーを通して増幅されていない直射光が前記生体試料に直接照明されることを遮断するための遮蔽膜手段がさらに形成される。前記遮蔽膜手段には、第４移送手段に支持される支持プレートに通孔が形成され、前記通孔中央には直射光を遮断するための焦点遮断板が形成されることが好ましい。
本発明において、撮像チェンバーは、第２ミラー部で増幅された光を通して獲得される光映像信号を電気的信号に変換する光増幅板(ＭＣＰ)と、前記光増幅板を介して変換された電気的信号を増幅し、これを蛍光体によって可視光に変換し、変換された可視光を、光学レンズを通して外部画面に結像させる撮像素子と、で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、ターゲット破片を発生せず、単色性(λ/Δλ＝１０００)の優れた液体ターゲット、すなわち、液化窒素を用いて、１００ｎｍ以下の空間分解能を有し、且つ、長時間の連続使用が可能である。
さらに、二重の楕円形で形成された照明ミラーと回折輪帯板で構成されたミラーチェンバーを形成して、前記照明ミラーを通して生体試料に光を照明し、前記生体試料を透過した光は、回折輪帯板によって撮像手段に増幅され、１００ｎｍ以下の分解能と倍率１０００ｘ以上の映像拡大と共に、ミラーチェンバーから撮像手段までの距離間隔を最小化することによって、エックス線装置の小型化を図ることができる。
なお、各構成を垂直に設けて、軟エックス線顕微鏡装置の設置空間を最小化することによって、空間効率性の極大化および、これによる適用範囲の拡大と共に設置が簡単になる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
軟エックス線顕微鏡装置は、光源から照射された光を通して軟エックス線波長領域を生成する光源チェンバーと、前記光源チェンバーの一側面に設けられ、前記光源チェンバーで形成された軟エックス線によって生体試料を照明し、前記生体試料に照明された光を拡大して、撮像チェンバーで映像が獲得されるように構成されたミラーチェンバーと、前記ミラーチェンバーの一側面に設けられ、前記ミラーチェンバーを通して獲得された映像を外部で識別されるように変換する撮像チェンバーと、で構成される。前記各光源チェンバー、ミラーチェンバーおよび撮像チェンバーの作動は統合駆動プログラムおよび光学整列アルゴリズムによって制御される。
図１は、本発明による軟エックス線顕微鏡装置の概略的な外観図であって、図２は、軟エックス線顕微鏡装置の断面図である。前記の図面を参照すると、軟エックス線顕微鏡装置は、テーブル１０と、前記テーブル１０に設けられるハウジング２０と、前記ハウジング２０内部の下側に設けられる光源チェンバー３０と、前記光源チェンバー３０の上側に設けられるミラーチェンバー４０と、前記ハウジング２０の上端に設けられる撮像チェンバー５０と、で構成されている。
そして、前記軟エックス線顕微鏡装置は垂直型で設置、構成されることで、従来の水平型に比べて、設置半径が最適化し、設置空間の効率性が極大化する。
テーブル１０は、外部の振動から影響を受けない手段であれば、どれでも使用でき、この場合揺籃タイプ(cradle type)の光学テーブルで構成されることが好ましい。
ハウジング２０は円筒形で内部が中空で、所定の深さに分離隔壁２２が形成されている。
さらに、前記ハウジング２０は、図示されたように、所定の高さの外周縁にフッキング突起２４が設けられ、前記フッキング突起２４に締結固定される羽片２６が形成され、前記羽片２６の底面には多数の間隔維持部材１２が締結固定され、前記多数の間隔維持部材１２によって、前記テーブル１０とハウジング２０とが離隔した状態が維持されるように構成することが好ましい。これはテーブル１０の上面にハウジング２０を設けるが、振動による影響を最小化するためである。
光源チェンバー３０は、ハウジング２０の分離隔壁２２を基準に下側に設けられる。前記ハウジング２０の分離隔壁２２はミラーチェンバー４０の第１ベース板４４０によって閉鎖され、前記ハウジング２０の底面は光源真空ポンプ３４０によって閉鎖される。よって、前記光源チェンバー３０が形成されるハウジング２０の内部は、真空状態を維持できる。
図３は、光源チェンバーの平面図である。図３を参照すると、光源チェンバー３０は、一側面に設けられるノズル部３１０およびその一直線上に設けられる排出部３２０と、前記ノズル部３１０と排出部３２０との間に光源を照射する光源部３３０と、前記ノズル部３１０と排出部３２０および光源部３３０の作動状態などを外部で確認できる望遠顕微鏡６０とで構成される。
前記ノズル部３１０は、高圧の液体を噴射して液体ターゲットを形成する構成で、外部から供給される窒素ガスをハウジング２０の内部にジェット噴射する毛細管３１２と、前記毛細管３１２の外周を包み、外部から高圧の液化窒素を供給され充填され、前記毛細管３１２を通してジェット噴射される窒素ガスを液化する外形管体３１４と、で構成されることが好ましい。もちろん、場合によっては液化窒素だけを使用することもできる。
なお、光源部３３０は、高出力レーザを使うことが好ましく、平均１２Ｗ、反復比率３００Ｈｚ、ダイオードポンピングレーザを使うことが好ましい。
すなわち、前記ノズル部３１０の毛細管３１２を通して噴射される液化窒素は、媒質の役割をする液体ターゲットとなり、前記光源部３３０からレーザが前記液体ターゲットに照射され、２．３〜４．４ｎｍの波長領域を有する軟エックス線のプラズマが生成される。
一方、前記ハウジング２０の底面を閉鎖した光源真空ポンプ３４０によって、前記ハウジング２０の内部が真空を維持でき、この場合前記光源真空ポンプ３４０は５００Ｌ/Ｓ以上の真空度を有するターボ分子ポンプ(ＴＭＰ、turbo molecular pump)で構成されることが好ましい。
さらに、前記ハウジング２０には、少なくとも一つ以上の透視窓２４が設けられ、外部から前記ハウジング２０の内部を肉眼で識別できる。
図４は、第１ベース板と第１ミラー部の分離斜視図であって、図５は、ハウジング内に設けられたミラーチェンバーの水平断面図である。ミラーチェンバー４０はハウジング２０の分離隔壁２２を基準に上側に設けられ、前記分離隔壁２２の上端に締結固定される第１ベース板４４０と、前記第１ベース板４４０の上面に設けられる第１ミラー部４１０と、前記第１ミラー部４１０の上側に設けられる第２ベース板４５０と、前記第２ベース板４５０の上面に設けられるホルダ部４２０と、前記第２ベース板４５０の上面に設けられ、前記ホルダ部４２０の上側に位置する第２ミラー部４３０と、で構成される。
前記第１ベース板４４０は、ハウジング２０の分離隔壁２２の上端に多数の締結手段を介して締結固定され、中央には第１透過孔４４２が形成され、前記第１透過孔４４２を通して、光源チェンバー３０からプラズマ生成による軟エックス線波長が通過することができ、前記第１ベース板４４０の底面、すなわち第１透過孔の下側には、フィルタ７４０が形成され、前記フィルタ７４０を通して軟エックス線の波長がフィルタリングされ、前記光源チェンバー３０とミラーチェンバー４０との真空を分離する。
さらに、前記フィルタ４７０はチタニウム(Ｔｉ)で形成され、約１００〜２００ｎｍの厚さで形成されることが好ましく、特に交換できるように構成されることが好ましい。
前記第１ミラー部４１０は前記第１ベース板４４０の上面に設けられる第１移送手段４１２と、前記第１移送手段４１２に設けられ位置が補正されるコンデンサミラー４１４とで構成される。
さらに、前記第１移送手段４１２はＸ、Ｙ、Ｚ軸の多軸方向に位置調整されるもので、前記各軸の移送ができるように各軸に別途のモータで構成されることが好ましい。
図６はコンデンサミラーの拡大断面図である。コンデンサミラー４１４は、光源チェンバー３０で生成されたプラズマを通して得られた軟エックス線波長を増幅し、生体試料を照明する照明ミラーの一種で、対称の楕円面体を用いて、軟エックス線波長を増幅して生体試料を照明する。
前記コンデンサミラー４１４の光軸方向の長さは１３６ｍｍで、長さ方向の両端にφ５０ｍｍの内径で４２ｍｍの深さを有する第１および第２楕円形面体４１４ａ、４１４ｂが対称に形成され、前記長さ方向の中央にはピンホール４１４ｃが形成されている。
さらに、前記第１および第２楕円形面体４１４ａ、４１４ｂは、長さ方向の中央を一焦点Ｐとし、別の焦点Ｐ'、Ｐ”までの距離が１６０ｍｍとなり、前記中央焦点Ｐを基準として対称の楕円で形成されることが好ましい。
図６を参照すると、楕円はどの位置でも一つの焦点を通過して楕円に反射されて別の焦点に跨る線分の長さは全て同一だという原理を用いて、図示されたように、両焦点Ｐ−Ｐ'、Ｐ−Ｐ”を通過する線分の長さは全て同一だということが分かる。
前記の原理を用いたコンデンサミラー４１４は、一焦点Ｐ'を第１ベース板４４０の第１透過孔４４２に整列し、対称方向の別の焦点Ｐ”は生体試料に整列させることが好ましい。
前記第１透過孔４４２を通る軟エックス線波長が、一焦点Ｐ'を通って第１楕円形面体４１４ａに反射されてから、中心焦点Ｐを通って対称の第２楕円形面体４１４ｂに再反射され別の焦点Ｐ”に集中され、これによって前記焦点Ｐ”に位置した生体試料を照明する。
さらに、前記軟エックス線は、第１および第２楕円形面体４１４ａ、４１４ｂを通して反射されることで波長が増幅され、コンデンサミラー４１４の中央に形成されたピンホール４１４ｃによって一焦点Ｐ'または第１および第２楕円形面体４１４ａ、４１４ｂに反射されない軟エックス線の波長を遮断する。
なお、前記ピンホール４１４ｃを通る直射光は、後術する第２ベース板４５０の底面に形成された遮蔽膜手段４８０によって遮断される。
図７は、第２ベース板とホルダ部および第２ミラー部の分離斜視図である。第２ベース板は、中央に第２透過孔４５４が形成されており、下端を支える支持棒４５２が多数締結固定されており、前記多数の支持棒４５２によって第１ベース板４４０との一定間隔を維持する。
前記第２ベース板４５０の底面、すなわち第２透過孔４５４が位置する下側には、遮蔽膜手段４８０が形成される。
前記遮蔽膜手段４８０は、第４移送手段４８２によって支持される支持プレート４８４に通孔４８４ａが形成され、前記通孔４８４ａの中央には直射光を遮断するための焦点遮断板４８０が形成される。
前記焦点遮断板４８６は、支持プレート４８４の通孔４８４ａの中央に位置するように形成し、前記通孔４８４ａに焦点遮断板４８６が固定されるように多数の固定ピン４８８が形成されることが好ましい。
一方、前記第２ベース板４５０の上面には、ホルダ部４２０と、第２ミラー部４３０が設けられる。
図８はホルダ部の分解斜視図である。ホルダ部４２０は、第２ベース板４５０の上面に設けられる第２移送手段４２２と、生体試料を貯蔵するホルダ４２４および前記第２移送手段４２２に設けられ、前記ホルダ４２４を分離、結合するカップリング４２６とで構成される。
前記ホルダ４２４は、生体試料の両端をカバーし、厚さ８０〜１２０ｎｍの窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)で形成された試料窓４２１２および前記試料窓４２１２の両端をカバーするバイトン板４２１４で構成されたサンプル部４２１０と、前記サンプル部４２１０が設置され、中央部に透過孔４２２２が形成されており、一側面にフッキング突起４２２４が形成されたサンプル板４２２０と、前記サンプル板４２２０にサンプル部４２１０が設置された上面をカバーし、中央に透過孔４２３２が形成されたカバー板４２３０と、前記サンプル板４２２０とカバー板４２３０との間の密閉力を維持するためのＯ−リング４２４０とで構成されることで、前記生体試料に含まれている水分が真空中に蒸発することを防止して、生体試料を保護することができる。
前記カップリング４２６は、前記ホルダ４２４のサンプル板４２２０の外周縁を支持する多数のボールプランジャ４２６ｂで構成された支持板４２６ａが形成される。前記多数のボールプランジャ２４６ｂによって支持されるホルダ４２４がどちらか一方向に分離、結合できるように、支持板４２６ａには多数のボールプランジャ４２６ｂが干渉しない開放部が形成されており、一側面に設けられる前記開放部方向は、後述するロードロックチェンバー７０によってホルダ４２４が移送される軸方向であることが好ましい。
なお、前記第２移送手段４２２は、カップリング４２６の一側面に設けられ、モータの動力によってＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に移送されることが好ましい。
図９は、ロードロックチェンバーの側面図である。ロードロックチェンバー７０は、ハウジング２０の一側面に設けられ、前記ハウジング２０に形成されたミラーチェンバー４０の真空を破壊せず、外部から生体試料が貯蔵されたホルダ４２４がホルダ部４２０のカップリング４２６に分離、結合されるように、前記ホルダ４２４を移送できるように構成されている。
さらに、前記ロードロックチェンバー７０には、生体試料が貯蔵されたホルダ４２４をミラーチェンバー４０に分離結合するとき、前記ミラーチェンバー４０に形成された真空が破壊されないように、真空手段７２が形成されている。前記真空手段７２は、６０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと３０Ｌ/Ｓのイオンポンプで構成されることが好ましい。
前記ロードロックチェンバー７０は、ハウジング２０の一側面に設けられたフランジと締結固定されるチェンバー７４と、前記チェンバー７４の内側に設けられ駆動手段７６ｂによって前進、後進し、一端にホルダ４２４の一側面が固定されるようにロッキング部７６ａが形成されているロード軸７６と、前記チェンバー７４の一側面に設けられ、前記チェンバー７４の内部を真空するか維持する真空手段７２とで構成されている。
特に、前記チェンバー７４の一側面には、開閉可能な開閉窓７８が形成されており、前記開閉窓７８を介して前記ロード軸７６のロッキング部７６ａにホルダ４２４を結合または分離することができ、前記開閉窓７８には透明の表示窓が設けられる。
第２ミラー部４３０は、前記第２ベース板４５０の上面に設けられる第３移送手段４３２と、前記第３移送手段４３２の中央に設けられ、前記ホルダ４２４の上側に位置するように回折輪帯板４３４が設置されている支持板４３６とで構成されている。
前記回折輪帯板４３４は、通常ゾーンプレート(zone plate)と呼ばれ、窒化シリコン膜(Ｓｉ３Ｎ４)基板の上に厚さ１００〜１６０ｎｍの金(Ａｕ)が形成された輪帯板の最外角幅(outmost zone width)は３０〜４０、直径は６０〜７０、輪帯板の数は２００〜３００個が形成されることが好ましい。
なお、前記回折輪帯板４３４はホルダ４２４に貯蔵された生体試料と０．８ｍｍの間隔が維持されるように設け、さらに、前記回折輪帯板４３４と撮像チェンバー５０との間隔は８００ｍｍで設けることが好ましい。光学拡大率公式
2007064973.tif 000003
にしたがって前記生体試料と回折輪帯板との距離と、前記回折輪板と撮像チェンバーとの距離間隔の差によって、拡大率が異なる。前記の場合１０００ｘ倍率を有する拡大率を得られることが分かる。
一方、前記ミラーチェンバー４０の一側面には、光学整列手段８０がさらに形成されている。これは第１ミラー部４１０と、ホルダ部４２０および第２ミラー部４３０が光軸方向の直線上に位置するかを確認し、自動整列させる。
前記光学整列手段８０は可視光を照射し、照射された可視光は対物レンズを通して屈折し、下側に位置した第２ミラー部４３０と、ホルダ部４２０および第１ミラー部４１０に照射され、再反射された可視光は前記対物レンズを通して光学整列手段に入力され、これを数値計算して自動整列するようになる。
なお、光学整列手段８０の一側面には、外部の画面で可視光の経路および自動整列が行われる過程などを見られるように、撮像素子カメラが形成されている。
さらに、ミラーチェンバー４０が形成されたハウジング２０には真空手段４６０が形成される。前記真空手段４６０は少なくとも一つ以上の２１０Ｌ/Ｓのターボ分子ポンプと、少なくとも一つ以上の１２０Ｌ/Ｓのイオンポンプで構成されることが好ましい。
撮像チェンバー５０は、ハウジング２０の上端を閉鎖し、多数の締結手段によって締結固定される蓋板５０と、前記蓋番５４０の上端に光増幅板５１０および撮像素子５２０で構成されている。
そして、前記光増幅板(ＭＣＰ、multi channel plate)５１０は、第２ミラー部４３０で増幅された光を通して獲得される光映像信号を電気的信号に変換する。
さらに、撮像素子(ＣＣＤ)５２０は、前記光増幅板５１０を通して変換された電気的信号を増幅し、これを蛍光体によって可視光に変換して、変換された可視光を光学レンズを通して外部画面に結像されるようにする。
この場合、前記撮像チェンバー５０の光増幅板５１０と回折輪帯板４３４との間隔を維持するための真空チェンバー５３０が形成されることが好ましい。
以下、前記のように構成された軟エックス線顕微鏡装置の作動状態を説明する。
図１０は、軟エックス線顕微鏡装置のフローチャートである。図１０を参照すると、まず、光学整列段階Ｓ１０は、ミラーチェンバーに形成された第２ミラー部と、ホルダ部および第１ミラー部が光軸方向に整列されたかを確認すると共に、整列されていない場合は自動で整列する段階である。これはミラーチェンバー４０の一側面に形成された光学整列手段８０によって行われる。
すなわち、光学整列手段８０から照射された可視光が対物レンズを通して下側に屈折し、前記屈折した可視光が第２ミラー部４３０の回折輪帯板４３４と、ホルダ部４２０のホルダ４２４、および第１ミラー部４１０のコンデンサミラー４１４を通過しつつ、位置を測定し、この測定された数値を計算して、補正が必要な場合、統合駆動プログラムに信号を伝送し、前記各装置に形成されている移送手段によって各装置が光軸方向に自動整列される。
もちろん、前記の自動整列は、光学整列手段８０の一側面に設けられた撮像素子を通して外部で観察できる。
生体試料設置段階Ｓ２０は、生体試料を軟エックス線顕微鏡装置の内部に設置する段階であって、ミラーチェンバー４０の一側面に設けられたロードロックチェンバー７０によって行われる。
この場合、まず、一定の大きさの生体試料を複数の試料窓４２１２の間に位置させてから、前記複数の試料窓４２１２を重ね、前記複数の試料窓４２１２外周に複数のバイトン板４２１４を重ねる。
このように形成されたサンプル部４２１０は、サンプル板４２２０の上面に位置し、前記サンプル板４２２０の上端にカバー板４２３０を締結する。
このとき、前記サンプル板４２２０とカバー板４２３０との間にはＯ−リングが設けられ、密閉力を維持できるので、前記生体試料の水分が真空中に蒸発されるのを最小化することができる。
前記作業によって生体試料が貯蔵されたホルダ４２４は、ロードロックチェンバー７０の開閉窓７８を開放し、ロード軸７６の端部に形成されたロッキング部７６ａに、前記ホルダ４２４のフック４２２４を掛けて固定する。
以降、前記開放された開閉窓７８を閉鎖し、前記ロードロックチェンバー７０に形成された真空手段７２によって内部を真空させる。これは、ミラーチェンバー４０と光源チェンバー３０で構成されたハウジング２０は真空状態を維持しているため、前記ハウジング２０に形成された真空を破壊しない状態で、生体試料が貯蔵されたホルダ４２４をハウジング２０のミラーチェンバー４０に移送するためである。
もちろん、図示または説明されていないが、ロードロックチェンバー７０とハウジング２０との間には遮蔽膜が形成されており、この遮蔽膜を介して前記ロードロックチェンバー７０とハウジング２０との間には別途の真空を維持し、さらに、ロードロックチェンバー７０からホルダ４２４をハウジング２０に移送するときは自動に開放され、これは一般の技術的思想である。
前記ロードロックチェンバー７０で真空が完了すると、遮蔽膜が開放され、駆動手段７６ａによってロード軸７６がハウジング２０の内部に前進し、ミラーチェンバー４０に形成されたホルダ部４２０のカップリング４２６にホルダ４２４が設置される。前記カップリング４２６に形成された多数の支持板４２６ａ内側にホルダ４２４が位置し、前記支持板４２６ａに形成されたボールプランジャ４２６ｂを介して前記ホルダ４２４を支持する。
そして、前記ホルダ４２４を移送したロード軸７６は、駆動手段７６ａによって逆方向に移送され、ロードロックチェンバー７０に位置する。
ミラーチェンバー４０に生体試料が貯蔵されたホルダ４２４が設置されると、生体試料を観察するための軟エックス線顕微鏡装置が作動する。場合によっては、光学整列手段８０を介してミラーチェンバー４０の整列状態を再確認することもできる。
プラズマ生成段階Ｓ３０は、液体ターゲットにレーザを照射して、軟エックス線波長領域を有するプラズマを生成する段階である。これは、光源チェンバー３０に形成されたノズル部３１０の毛細管３１２を通して窒素ガスがジェット噴射され、前記毛細管３１２を包む外形管体３１４に充填された液化窒素によって、前記ジェット噴射される窒素ガスは液化され、液体ターゲットを形成する。
そして、光源部３３０の高出力レーザが前記液体ターゲットに照射されてプラズマが形成さる。このとき形成されるプラズマは２．３〜４．４ｎｍの軟エックス線波長を有することになる。
なお、前記ノズル部３１０からジェット噴射される液化窒素は、排出部３２０に吸入され外部に放出されることによって、前記液化窒素によって光源チェンバー３０が形成されたハウジング２０内部の汚染を防止して、連続再生が可能である。
これは、従来の固体ターゲットを用いる場合、レーザが照射された固体ターゲットで微細な固体破片が形成され、この形成された固体ターゲット破片が光源チェンバーの内部に吸着され、前記吸着された破片によって光源チェンバーの軟エックス線生成を妨害するだけでなく、チェンバーの故障の原因を提供すると共に連続使用を制限するなどの問題点が解消される。
生体試料照明段階Ｓ４０は、光源チェンバーで形成された軟エックス線波長を増幅して、生体試料の下側を照明する段階である。これは、光源チェンバー３０の液体ターゲットを通して、単色性の優れた軟エックス線波長が第１ベース板４４０の底面に設けられたフィルタ４７０によってフィルタリングされ、前記第１ベース板４４０の第１透過孔４１２を透過する光がコンデンサミラー４１４の複数の楕円形面体４１４ａ、４１４ｂを経て増幅された光によって、生体試料を照明する。
さらに、前記コンデンサミラー４１４によって軟エックス線波長が増幅される作用は、前述したコンデンサミラー４１４の説明に記載されたように一焦点Ｐ'を経て、また対称方向の楕円形面体４１４ｂに反射され、別の一焦点Ｐ”に位置した生体試料を照明する。
この場合、コンデンサミラー４１４の焦点Ｐ'、Ｐ、Ｐ”を経ていない光は、ピンホール４１４ｃまたは遮蔽膜手段４８０によって遮断され、光源チェンバー３０で生成されたプラズマの直射光が生体試料を照明することを予防し、これによって前記コンデンサミラー４１４による生体試料の照明効率が向上する。
光拡大段階Ｓ５０は、生態試料に照明された光を増幅、拡大して撮像チェンバーで生体試料の像を得るための段階である。これは、第１ミラー部４１０のコンデンサミラー４１４を通して増幅された軟エックス線が生体試料を照明し、前記照明された光を拡大して、撮像チェンバー５０に形成された光増幅板５１０に像が獲得されるようにする。
よって、第２ミラー部４３０に形成された回折輪帯板４３４によって光を増幅、拡大することができ、前記回折輪帯板４３４に形成された２００〜３００個の輪帯板によって、生体試料を透過した光が回折され焦点距離に集束される。
すなわち、生体試料と回折輪帯板４３４とは０．８ｍｍの間隔を維持し、回折輪帯板４３４と撮像チェンバー５０とは８００ｍｍの間隔を維持することで、前記生体試料に照明された光を通して最大１０００ｘの倍率を有する像が撮像チェンバー５０で獲得できる。
像獲得段階Ｓ６０は、回折輪帯板を介して拡大された光映像を電気的信号に変換して、画面で視聴またはプリントできる段階である。これは、第２ミラー部４３０の回折輪帯板４３４を介して、最大１０００ｘの倍率で増幅された光映像が集束される光増幅板５１０によって、前記光映像を電気的信号に変換する。
前記変換された電気的信号は、撮像素子５２０を介して前記電気的信号を増幅し、これを蛍光体によって可視光に変化させ、光学レンズを通して外部の画面に結像させ、外部で生体試料の像を観察できるようになる。
場合によって、前記撮像素子５２０を介して獲得される生体試料の像は、モニタ画面またはコンピュータファイルおよび紙にプリントして観察できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による軟エックス線顕微鏡装置の概略的な外観図である。
【図２】本発明による軟エックス線顕微鏡装置の断面図である。
【図３】本発明による光源チェンバーの平面図である。
【図４】本発明による第１ベース板と第１ミラー部の分離斜視図である。
【図５】本発明によるハウジング内に設けられたミラーチェンバーの水平断面図である。
【図６】本発明によるコンデンサミラーの拡大断面図である。
【図７】本発明による第２ベース板とホルダ部および第２ミラー部の分離斜視図である。
【図８】本発明によるホルダ部の分解斜視図である。
【図９】本発明によるロードロックチェンバーの側面図である。
【図１０】本発明による軟エックス線顕微鏡装置のフローチャートである。
【符号の説明】
【０００８】
１０：テーブル            ２０：ハウジング
３０：光源チェンバー      ４０：ミラーチェンバー
５０：撮像チェンバー      ６０：テレマイクロスコープ
７０：ロードロックチェンバー              ８０：光学整列手段
３１０：ノズル部          ３２０：排出部
３３０：光源部            ３４０：光源真空ポンプ
４１０：第１ミラー部      ４２０：ホルダ部
４３０：第２ミラー部      ４４０、４５０：第１および第２ベース板
５１０：光増幅板          ５２０：撮像素子
【図１】
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【図２】
2007064973.tif 000005
【図３】
2007064973.tif 000006
【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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