JP3455595B2

JP3455595B2 - 放射線拡大観察装置

Info

Publication number: JP3455595B2
Application number: JP21008494A
Authority: JP
Inventors: 昌大庭; 優杉山; 慎二大須賀
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JPH0875676A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線及びその他の放射
線で試料を観察することが可能な放射線像拡大観察装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の放射線像拡大観察装置の構
造を示す断面図である。同図より、従来の放射線像拡大
観察装置は、略円筒形状の筐体１００の内部に斜入射反
射鏡１０１とストッパ１０２が配置され、筐体１００の
一端面１００ａに入射窓１０３が、他端面１００ｂに蛍
光面１０４がそれぞれ形成されている。また、筐体１０
０の入射窓１０３に近接して試料台１０５、フィルタ１
０６、及びＸ線源１０７が設置され、蛍光面１０４に近
接してカメラ１０８、フレームメモリ１０９、及びモニ
タ１１０が設置されている。

【０００３】本装置の動作を次に示す。まず、Ｘ線源１
０７を出射したＸ線はフィルタ１０６を透過して波長制
限され、試料台１０５に固定された試料１１１に入射す
る。試料１１１を透過したＸ線は、入射窓１０３を介し
て斜入射反射鏡１０１に入射する。入射したＸ線は斜入
射反射鏡１０１で拡大され、ストッパ１０２を通過した
Ｘ線がＸ線像として光電面１１２上に結像する。ここ
で、ストッパ１０２は不要なＸ線が光電面１１２に入射
するのを防いでいる。光電面１１２にＸ線が入射すると
光電面１１２の裏面から光電子が放出され、放出された
光電子はマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１１３
で増倍され、蛍光面１０４に光学像を形成する。この光
学像はカメラ１０８に取り込まれた後、フレームメモリ
１０９に一時蓄えられ、その後、モニタ１１０に与えら
れて、光学像が表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の放射
線拡大観察装置の分解能を決めているのは、斜入射反射
鏡１０１の反射面の加工精度である。例えば、数ｎｍの
波長のＸ線を使用する場合、斜入射反射鏡１０１の全反
射面を数ｎｍ以下の表面粗さとサブμｍ以下程度の形状
誤差に収めなければ、所定レベルの分解能が得られな
い。

【０００５】しかし、上記の精度は反射面の一部のみな
ら達成できるが、反射面全体に亘って達成するのはなか
なか難しく、そのため、所定レベルの分解能を得ること
ができなかった。

【０００６】本発明は、このような問題を解決して、分
解能の高い放射線拡大観察装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の放射線拡大観察装置は、試料の配置位置に
向けて放射線を出射する放射線源と、試料を透過した放
射線の像を拡大・結像させる略円筒形状の斜入射反射鏡
と、この斜入射反射鏡で拡大・結像した放射線像を検出
する検出手段とを備えた放射線拡大観察装置であって、
斜入射反射鏡の入射面或いは出射面に近接すると共にこ
れらの面とほぼ平行に配置され、周辺部分の一部領域
に、斜入射反射鏡の反射面の所定部分で反射する放射線
を通過させる開口を有する遮蔽板を備え、遮蔽板は、斜
入射反射鏡の中心軸を中心に回転可能である。

【０００８】あるいは、本発明の放射線拡大観察装置
は、試料の配置位置に向けて放射線を出射する放射線源
と、試料を透過した放射線の像を拡大・結像させる略円
筒形状の斜入射反射鏡と、この斜入射反射鏡で拡大・結
像した放射線像を検出する検出手段とを備えた放射線拡
大観察装置であって、斜入射反射鏡の入射面或いは出射
面に近接すると共にこれらの面とほぼ平行に配置され、
周辺部分の一部領域に、斜入射反射鏡の反射面の所定部
分で反射する放射線を通過させる開口を有する遮蔽板を
備え、斜入射反射鏡は、その中心軸を中心に回転可能で
ある。

【０００９】

【作用】本発明の放射線拡大観察装置によれば、放射線
源を出射した放射線は試料を透過して、斜入射反射鏡に
入射する。入射した放射線は斜入射反射鏡で拡大・結像
されて検出手段に与えられ、Ｘ線像として検出される。
斜入射反射鏡の入射面或いは出射面に近接する位置に、
これらの面とほぼ平行に遮蔽板が配置されている。この
遮蔽板は周辺部分の一部領域に開口を有しており、斜入
射反射鏡の反射面の一部分に入射するＸ線（或いは斜入
射反射鏡の反射面の一部分で反射したＸ線）がこの開口
を通過して検出手段に到達する。また、斜入射反射鏡の
反射面の他の部分に入射するＸ線（或いは斜入射反射鏡
の反射面の他の部分で反射したＸ線）は、遮蔽板で遮蔽
されるので、検出手段に到達することはない。このた
め、斜入射反射鏡の反射面の内、加工精度の高い部分を
選択的に用いて、Ｘ線を拡大・結像させることができ、
高解像度のＸ線像を検出手段で検出することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図１は、本実施例に係る放射線像拡
大観察装置の断面構造を示す斜視図である。同図より、
本実施例の放射線像拡大観察装置は、略円筒形状の筐体
１０の内部にＸ線像を拡大・結像する斜入射反射鏡１１
と、周辺部分の一部領域に開口１２ａが形成され斜入射
反射鏡１１を通過したＸ線の一部のみを通過させる円盤
形状のストッパ１２と、ストッパ１２を回転させる軸付
きウォーム１３が組み込まれている。筐体１０の一端面
１０ａには入射窓１４が、他端面１０ｂには蛍光面１５
がそれぞれ形成され、斜入射反射鏡１１によるＸ線の結
像位置に光電面１６が形成されている。また、光電面１
６側の蛍光面１５上にマイクロチャンネルプレート（Ｍ
ＣＰ）１７が配置されている。さらに、筐体１０の入射
窓１４に近接して試料台１８、フィルタ１９、Ｘ線源２
０が設置され、蛍光面１５に近接してカメラ２１、フレ
ームメモリ２２、及びモニタ２３が設置されている。さ
らにまた、筐体１０の光電面１６と蛍光面１５の間の外
周に、コイル２４，２５が巻き付けられている。

【００１１】また、ストッパ１２の外周縁には回転角調
整用のギヤ１２ｂが形成されウォームホイールになって
いる。このギヤ１２ｂには軸付きウォーム１３のウォー
ム１３ａが噛合されるようになっており、軸付きウォー
ム１３を回転させることによってストッパ１２が回転す
る。軸付きウォーム１３は筐体１０外部に設けられたパ
ルスモータ２６等で駆動し、ストッパ１２の回転角を正
確に設定できるようになっている。

【００１２】本実施例の放射線像拡大観察装置は以下の
ように動作する。まず、観察すべき試料２７を試料台１
８に固定し、これらを入射窓１４とフィルタ１９の間に
配置する。次に、Ｘ線源２０からＸ線を出射すると、Ｘ
線はフィルタ１９を透過して波長制限され、試料台１８
に固定された試料２７上に照射される。Ｘ線が試料２７
を透過するとＸ線像が形成される。透過したＸ線は入射
窓１４を通過して斜入射反射鏡１１に入射し、斜入射反
射鏡１１によって拡大されたＸ線像が光電面１６上に結
像される。光電面１６の裏面からは、このＸ線像に対応
した光電子が放出され、この光電子による電子像がコイ
ル２４，２５で拡大される。そして、拡大された電子像
はＭＣＰ１７で増倍された後、蛍光面１５に結像されて
光学像を得る。蛍光面１５に形成された光学像はカメラ
２１で取り込まれた後、フレームメモリ２２に一時蓄え
られ、その後にＣＲＴ等を備えたモニタ２３に与えられ
る。また、このフレームメモリ２２は、現在記憶してい
る画像と新たに与えられた画像とを合成する機能を持っ
ている。

【００１３】本実施例の特徴は、斜入射反射鏡１１の反
射面で反射したＸ線の一部を通過させるストッパ１２を
備えている点である。このストッパ１２によって、斜入
射反射鏡１１の大部分の反射面で反射したＸ線は遮蔽さ
れることとなり、反射面の所望の部分で反射したＸ線の
みが光電面１６に到達し、Ｘ線像が形成される。ストッ
パ１２は駆動ギヤ１３によって回転させることができ、
開口１２ａを所定の位置に移動させることができる。本
実施例の装置を用いた試料２７の観察方式としては、ま
ず、駆動ギヤ１３によってストッパ１２を回転させ、開
口１２ａを所定の位置に移動させた後にストッパ１２を
固定して、この状態で光学像をモニタ２３で観察する第
１の方式と、駆動ギヤ１３によってストッパ１２を一回
転させ、所定角度回転させるごとに光学像をカメラ２１
で撮像し、所定角度ごとに得られた画像を合成してこの
合成画像をモニタ２３で観察する第２の方式とがある。
以下、第１の観察方式と第２の観察方式に分けて説明す
る。

【００１４】第１の観察方式は、まず、斜入射反射鏡１
１の反射面の一部に加工精度が高い面がある場合に用い
られる。これは、高解像度のＸ線像を光電面１６に形成
するためには、斜入射反射鏡１１の加工精度（表面粗
さ、形状誤差）をｎｍオーダーにする必要があるが、全
反射面をこのような精度で加工することは現在の加工技
術では不可能であることによる。そこで、斜入射反射鏡
１１の反射面の内、ｎｍオーダーの加工精度を有する面
を選択し、この面で反射したＸ線のみをストッパ１２の
開口１２ａを通過させて、光電面１６に到達させてい
る。このため、高解像度のＸ線像が光電面１６上に形成
され、蛍光面１５には高解像度の光学像が形成される。
なお、斜入射反射鏡１１の反射面で反射したＸ線の大部
分はストッパ１２で遮蔽されるので、光電面１６まで到
達するＸ線量は非常に少ない。このため、この観察方式
では長時間露光して十分なＸ線量を確保する必要があ
る。

【００１５】また、第１の観察方式は、斜入射反射鏡１
１の反射面に加工精度の高い部分がない場合でも、カメ
ラ２１で撮像される画像の解像方向が一方向（ストッパ
１２の回転軸と開口１２ａとを結ぶ線分に沿った方向）
だけでよい場合に用いられる。斜入射反射鏡１１の加工
精度の低い反射面を使って拡大したＸ線像は、ストッパ
１２を取り去って斜入射反射鏡１１の反射面全体を使っ
て拡大したＸ線像に比べて、その面に垂直な方向の解像
度が高い。これは、反射面の他の部分で反射した解像度
を悪化させるＸ線をストッパ１２が遮蔽したためであ
る。そこで、画像の解像方向が一方向だけでよい場合に
は、反射面全面の加工精度が低い場合でも、本方式が用
いられる。なお、この解像度の向上の度合いは使用する
面の加工精度（表面粗さ、形状誤差）によるので、使用
する反射面は反射面全体の内、最も加工精度の高い面に
設定する必要がある。

【００１６】次に、第２の観察方式について説明する。
第２の観察方式は、斜入射反射鏡１１の反射面に加工精
度の高い部分がない場合で、且つカメラ２１で撮像され
る画像が全方向に亘って高解像度であることが要求され
る場合に用いられる。この観察方法は、まず、試料２７
表面にＸ線を照射して、試料２７を透過したＸ線を斜入
射反射鏡１１の反射面で反射させる。この反射面で反射
したＸ線の内、ストッパ１２の開口１２ａを通過したＸ
線が光電面１６に到達し、光電面１６上に拡大Ｘ線像を
形成する。Ｘ線の到達により光電面１６から光電子が放
出され、この光電子がＭＣＰ１７で増倍されて蛍光面１
５に拡大光学像を形成する。この光学像をカメラ２１で
撮像し、フレームメモリ２２を介してモニタ２３で観察
する。

【００１７】次に、ストッパ１２を少し回転させる。回
転させる角度は、開口１２ａの大きさにより、前の位置
での開口１２ａと次の位置での開口１２ａとで間が開か
ないように設定する（開口１２ａの大きさは斜入射反射
鏡１１の反射面の加工精度によるが、発明者の行った可
視光による実験より、斜入射反射鏡１１の出射面の開口
面積の２割以下でよいと考えられる。）。

【００１８】その後、再びＸ線を試料２７に照射し、試
料２７からの透過Ｘ線を拡大し、このＸ線像による光学
像をカメラ２１で撮像し、得られた画像をフレームメモ
リ２２上で前の画像と合成する。さらにまた、ストッパ
１２を回転させて、開口１２ａの位置を変えて撮像し、
前の２つの画像と合成する。以後、ストッパ１２の開口
１２ａが元の位置に戻るまで（一回転するまで）、この
工程を繰り返す。このようにして得られた合成画像は、
斜入射反射鏡１１の反射面全面を用いた画像よりも高コ
ントラストで解像度の高い画像となる。

【００１９】本実施例では、上記画像の合成に特別な方
法を用いて解像度を向上させている。次に、この画像処
理方法について図２〜図６を用いて説明する。

【００２０】図２（ｂ）に示すような斜入射反射鏡１１
の出射面より一回り小さい従来のストッパ１２′を用い
て、図２（ａ）に示すような格子パターンの試料２７を
撮像すると、図３（ａ）に示すような全体にぼけた画像
となる。このことは、図３（ｂ）の相対輝度の分布のグ
ラフからも明らかである。つまり、図３（ｂ）のグラフ
では最大輝度と最小輝度の差が小さく、明るい部分と暗
い部分のコントラストの差が少ない。このことより鮮明
でない画像であることが判る。

【００２１】ところで、図２（ｃ）〜図２（ｅ）に示す
ように本実施例のストッパ１２を所定角度ずつ回転させ
て撮像した画像を単純に足し合わせた合成画像は、図５
（ａ）に示すようなぼけた画像となる。図５（ｂ）のグ
ラフは図３（ｂ）のグラフより最大輝度と最小輝度の差
が大きいが、この合成画像は３方向の画像を足し合わせ
ただけにすぎず、全方向の画像を足し合わせた場合に
は、図３（ａ）の画像とほとんど同等の解像度の画像と
なることが予想される。その理由は次の通りである。ス
トッパ１２の開口１２ａを通過したＸ線によるＸ線像
は、開口１２ａと回転軸を結ぶ線分１２ｂに沿った方向
の解像度は高いが、この線分１２ｂに垂直な方向の解像
度は低い。したがって、ストッパ１２を回転させるごと
に撮像した複数の画像を単純に足し合わせたのでは、解
像度の低い方向の成分も加えられることとなり、合成画
像の解像度は比較的低いものとなる。具体的には、図２
（ａ）の格子パターンの試料２７の透過画像を、図２
（ｃ）のように上部に開口１２ａが位置するストッパ１
２を用いて撮像した場合、図４（ａ）に示すようにＹ軸
方向の線は高解像度で得られるが、それと垂直なＸ軸方
向の線はぼやけてしまう。これとは逆に、図２（ｄ）の
ように右側部に開口１２ａが位置するストッパ１２を用
いて撮像した場合、Ｙ軸方向の線がぼけて、Ｘ軸方向の
線が明瞭となる。従って、これら二つの画像を足し合わ
せると全体として解像度が低下する。さらに、これを全
方向で行ってすべての画像を足し合わせると、図２
（ｂ）の従来のストッパ１２′で撮像した画像と同程度
の低解像度の画像になる。

【００２２】ここで撮るべき対象物の中にある特定の部
分に注目し、そこからの信号（透過Ｘ線）を図２（ｃ）
のストッパ１２と図２（ｄ）のストッパ１２のいずれか
の開口１２ａを通過させて結像させた場合、同じ結像位
置でも明瞭に見えているときの信号量は、ぼけていると
きの信号量に比べて多くなっている（ぼけているときは
そこに結像すべき信号が周りの画素に広がってしま
う。）。そこで両画像の各画素ごとの大きいほうを選択
して出力すれば、両画像を単に足し合わせた画像よりも
高画質の画像となる。

【００２３】従って、各画像を足し合わせるのではな
く、各画像を各画素ごとに比較して、その中の最大値を
選択するようにして、最終的な画像を構成すれば、図２
（ｂ）に示すストッパ１２′で撮った画像よりも高解像
度の画像が得られる。但し、この場合、本来信号がない
部分（影となって透過Ｘ線がない部分）のバックグラン
ドも上がってしまうが、それでも解像度は単純に足し合
わせた画像よりも良くなる。また、この最大値を選択し
た画像において、信号量が多い場合、オフセットを掛け
て、バックグランド成分をカットしてやれば、さらによ
い画像が得られる。さらに、これらの処理は信号量（Ｘ
線量）が多い場合に有効である。この画像の例を図６
（ａ）に示す。この図より図３（ａ）の画像に比べて高
い解像度の画像が得られたことが判る。特に、図６
（ｂ）に示すグラフの最大輝度と最小輝度の差は大き
く、極めて鮮明な画像が得られたと言える。

【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、種々の変形が可能である。例えば、本実施例で
は、斜入射反射鏡１１の出射側にストッパ１２を設けて
いるが、斜入射反射鏡１１の入射側に設けても良い。さ
らに、試料２７の前（Ｘ線源２０と試料２７の間）にス
トッパ１２を設けても良い。試料２７の前に置いた場
合、試料２７に照射されるＸ線量を減らし、試料に与え
る放射線損傷を小さくすることができる。ストッパ１２
が試料２７の後方に設置された図１の実施例では、試料
２７を透過してきたＸ線の一部のみを使って結像させ、
残りは捨てている。つまり、不必要なＸ線を試料２７に
照射していることになる。特に、ストッパ１２を回転さ
せて画像を合成する場合、１枚の画像を得るのに例えば
ｎ枚の画像合成が必要だとすると、従来の１回の照射で
撮像していた場合に比べ、ｎ倍も多く同じ試料２７にＸ
線が照射される。これは、生物試料等の放射線によるダ
メージが考えられる試料２７においては問題である。そ
こで、ストッパ１２を試料２７の前に置くことで、試料
２７に照射するＸ線を必要最小限に抑えている（第１の
観察方式においては開口１２ａの１部のみであるからそ
の効果が大きい。ストッパ１２を回転させる第２の観察
方式でも結局全開口で１回で撮像した場合と変わりがな
い。）。ストッパ１２を試料２７の前に置く実施例を図
７に示す。Ｘ線源２０と試料２７の前に集光用の斜入射
反射鏡１１ａを設置し、その入射側、または出射側のど
ちらかにストッパ１２を置けば良い（ここで設けたスト
ッパ１２の開口１２ａの位置は、結像用の斜入射反射鏡
１１ｂでは１８０°ずれた方向であることに注意する。
例えば、第１の観察方式で結像用の斜入射反射鏡１１ｂ
のＡの部分を選択して使用する場合、ストッパ１２の開
口１２ａの位置はＢ方向となる。）。

【００２５】また、本実施例では、ストッパ１２を回転
させて、Ｘ線を反射させる斜入射反射鏡１１の反射面を
変更させているが、斜入射反射鏡１１自体を回転させて
もよい。さらに、本実施例では、回転機構として、ウォ
ームホイールを構成する円盤形状のストッパ１２と軸付
きウォーム１３を用いたウォームギヤを用いているが、
この機構に限定されることなく、例えば、特開平２−２
２５８９号公報（放射線拡大観察装置）に記載した絞り
手段の回転機構のようなものでもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の放
射線像拡大観察装置であれば、斜入射反射鏡の反射面の
大部分の加工精度が悪い場合でも、反射面の加工精度が
良い部分が一部にでもあれば、その部分で反射した放射
線だけを遮蔽板の開口を通過させることができる。この
ため、遮蔽板の開口を通過した放射線が拡大・結像した
放射線像の解像度は非常に高く、高分解能の放射線像が
検出手段で検出される。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る放射線像拡大観察装置の断面構
造を示す斜視図である。

【図２】試料およびストッパの形状を示す図である。

【図３】拡大画像及びこの画像の輝度分布を示す図であ
る。

【図４】拡大画像及びこの画像の輝度分布を示す図であ
る。

【図５】拡大画像及びこの画像の輝度分布を示す図であ
る。

【図６】拡大画像及びこの画像の輝度分布を示す図であ
る。

【図７】別の実施例に係る放射線像拡大観察装置の構造
を示す断面図である。

【図８】従来の放射線像拡大観察装置の構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０…筐体、１１…斜入射反射鏡、１２…ストッパ、１
２ａ…開口、１２ｂ…ギヤ、１３…軸付きウォーム、１
４…入射窓、１５…蛍光面、１６…光電面、１７…マイ
クロチャンネルプレート、１８…試料台、１９…フィル
タ、２０…Ｘ線源、２１…カメラ、２２…フレームメモ
リ、２３…モニタ、２４，２５…コイル、２６…パルス
モータ、２７…試料。

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−22599（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−186900（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−67549（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 23/00 - 23/223 G21K 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の配置位置に向けて放射線を出射す
る放射線源と、前記試料を透過した放射線の像を拡大・
結像させる略円筒形状の斜入射反射鏡と、この斜入射反
射鏡で拡大・結像した放射線像を検出する検出手段とを
備えた放射線拡大観察装置であって、前記斜入射反射鏡の入射面或いは出射面に近接すると共
にこれらの面とほぼ平行に配置され、周辺部分の一部領
域に、前記斜入射反射鏡の反射面の所定部分で反射する
放射線を通過させる開口を有する遮蔽板を備え、前記遮蔽板は、前記斜入射反射鏡の中心軸を中心に回転
可能であることを特徴とする放射線拡大観察装置。
【請求項２】試料の配置位置に向けて放射線を出射す
る放射線源と、前記試料を透過した放射線の像を拡大・
結像させる略円筒形状の斜入射反射鏡と、この斜入射反
射鏡で拡大・結像した放射線像を検出する検出手段とを
備えた放射線拡大観察装置であって、前記斜入射反射鏡の入射面或いは出射面に近接すると共
にこれらの面とほぼ平行に配置され、周辺部分の一部領
域に、前記斜入射反射鏡の反射面の所定部分で反射する
放射線を通過させる開口を有する遮蔽板を備え、前記斜入射反射鏡は、その中心軸を中心に回転可能であ
ることを特徴とする放射線拡大観察装置。