X射线显微镜

IPC分类号 : G21K7/00,G21K1/06

申请号

CN201680054724.1

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专利摘要

为了提供缩短路长、搬入室内尺寸的X射线显微镜，制作了一种X射线显微镜，该X射线显微镜沿光轴依次具有至少下述各一个：X射线源1、样品保持部3、凹面KB镜4、凸面KB镜5、以及位于与样品保持部3的位置为成像关系的位置的光接收部8。

权利要求

1.一种X射线显微镜，该X射线显微镜依次具有：X射线源、样品保持部、具有反射凹面的Kirkpatrick-Baez镜即凹面KB镜、具有反射凸面的Kirkpatrick-Baez镜即凸面KB镜、以及位于与所述样品保持部的位置为成像关系的位置的光接收部，

所述凹面KB镜和所述凸面KB镜分别为仅一个方向具有曲率的一维聚光镜，

所述凹面KB镜的所述反射凹面包括椭圆形状。

2.根据权利要求1所述的X射线显微镜，其中，所述样品保持部位于所述椭圆的焦点位置。

3.权利要求1所述的X射线显微镜，其中，所述凸面KB镜的所述反射凸面为包括具有一支曲线和另一支曲线的双曲线中的所述一支曲线的反射凸面，所述光接收部位于所述双曲线的焦点中另一支方曲线侧的焦点位置。

4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，与所述凸面KB镜和所述光接收部的距离相比，所述凹面KB镜与所述光接收部的距离更长。

5.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，所述样品保持部与所述凹面KB镜之间，存在包括所述凸面KB镜和所述凹面KB镜的成像系统的主面。

6.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，所述样品保持部的位置与所述光接收部的位置的距离为2.5m以内。

7.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，配置有至少2枚所述凸面KB镜，且配置有至少2枚所述凹面KB镜，

一枚凸面KB镜的法线与另一枚凸面KB镜的法线彼此不平行，

一枚凹面KB镜的法线与另一枚凹面KB镜的法线彼此不平行。

8.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，所述样品保持部与所述凹面KB镜的最短距离为6mm以上。

9.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，所述凸面KB镜或者所述凹面KB镜中的至少一者可移动地设置在光轴方向上。

10.根据权利要求1-3中的任意一项所述的X射线显微镜，其中，所述样品保持部与所述凹面KB镜之间，配置有第一凹面KB镜和第二凹面KB镜，

所述凹面KB镜的法线与所述第一凹面KB镜的法线彼此不平行，

所述凸面KB镜的法线与所述第二凹面KB镜的法线彼此不平行。

11.根据权利要求10所述的X射线显微镜，其中，所述第一凹面KB镜相比所述第二凹面KB镜更接近所述样品保持部，

所述第一凹面KB镜的反射凹面包括双曲线，

所述第二凹面KB镜的反射凹面包括椭圆。

说明书

技术领域

本发明涉及X射线显微镜，更具体地，涉及使用了Kirkpatrick-Baez镜的X射线显微镜。

背景技术

由于X射线显微镜是使用了波长非常短的电磁波的图像的成像光学系统，原理上它具有远高于光学显微镜的亚nm的高分辨率。另外，由于X射线的高穿透力，可以观察到用透射型电子显微镜难以观察的厚样品的三维断层图像。并且，由于X射线显微镜基本上不需要形成真空，所以也适合在需要原位测量的环境(例如，水溶液和气体气氛)中进行观察。此外，通过结合荧光X射线分析和X射线吸收分光法等X射线分析技术，不仅可以获得电子密度分布，而且还可以获得局部结合状态和元素分布。这样优点多的X射线显微镜预期被用于各种科学领域。

作为X射线显微镜中成像元件的可能候选者，包括菲涅耳波带片、X射线折射透镜、 Kirkpatrick-Baez(KB)镜、Wolter镜。菲涅耳波带片和X射线折射透镜能够足够精确地制备从而达到亚50nm的分辨率。然而，菲涅耳波带片由于衍射色差而不适合多色成像。KB镜由于采用全反射，因此无色差。然而，在如KB镜那样的斜入射光学系统中单枚的反射难以满足阿贝正弦条件，由此发生彗形像差使分辨率和视场(FOV)降低。Wolter镜在消除色差和彗形像差这一点上，是优良的X射线成像系统。

然而，使用最先进的超精密加工技术时，由于Wolter镜的镜面由配置在筒状的内面側的旋转椭圆面和旋转双曲面构成，为了实现衍射极限的分辨率难以用需要的形状精度 (1nm尺度)加工Wolter镜。因而，在Wolter镜中，基于形状误差的波前像差是一个现在无法避免的严重问题，目前还没有用足以发挥高分辨率性能(100nm或更小)的形状精度来制作镜的报道例。

作为使用了KB镜的X射线光学系统的例子，例如，存在如专利文献1那样使用了水平椭圆镜、垂直椭圆镜以及水平双曲面镜和垂直双曲面镜4个斜入射全反射X射线镜的光学系统(Advanced KB镜)。该光学系统具有：沿着X射线的光轴方向配置水平台和垂直台，在水平台上可微调地设置水平椭圆镜和水平双曲面镜，并且在垂直台上可微调地设置垂直椭圆镜和垂直双曲面镜，光轴方向上将水平椭圆镜和水平双曲面镜的前后位置关系以及垂直椭圆镜和垂直双曲面镜的前后位置关系设定为相等的镜调节机构，以及给定用于在离线状态下将水平椭圆镜和水平双曲面镜的水平姿态以及垂直椭圆镜和垂直双曲面镜的垂直姿态分别在误差范围内微调为理想姿态的基准的校准监测单元。

专利文献1的X射线光学系统实现了将2keV以上的X射线以200nm以下的高分辨率无像差地缩小或放大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-221874号公报

发明内容

然而，Kirkpatrick-Baez(KB)镜型的X射线显微镜仍有各种改进的空间。假设X射线显微镜普及在各种科学领域被利用时，意外且不能轻视的课题，即，如果X射线显微镜装置的长度不在2-3米以内，为了X射线显微镜的搬入，需要准备将走廊宽度、出入口宽度等设计为特别宽的设施。由于X射线显微镜为比此更大的尺寸，无论分辨率等各种性能如何优异，都成为在已有的研究等设施中广泛使用时的障碍。本发明的目的在于提供可搬入室内尺寸的，可普及的紧凑尺寸的X射线显微镜。

能够解决上述课题的本发明的X射线显微镜沿光轴依次具有：X射线源、样品保持部、具有反射凹面的Kirkpatrick-Baez镜(以下记载为“凹面KB镜”)、具有反射凸面的 Kirkpatrick-Baez镜(以下记载为“凸面KB镜”)、以及位于与所述样品保持部的位置为成像关系的位置的光接收部。

如将在后面详细描述的那样，本发明的X射线显微镜中，由于在样品保持部侧配置有凹面KB镜，在光接收部侧配置有凸面KB镜，透镜系统的主面的位置与样品保持部的距离 (前侧焦点距离)可以比以往更小。由此，在放大倍率与以往的光学系统相同程度的前提下，作为后侧焦点距离的透镜系统的主面的位置与光接收部的距离能够显著缩短，可实现长度为2-3米以内的X射线显微镜。

优选地，在上述X射线显微镜中，所述凹面KB镜的所述反射凹面为包括椭圆形状的反射凹面，所述样品保持部位于该椭圆的焦点位置。

优选地，在上述X射线显微镜中，所述凸面KB镜的所述反射凸面为包括具有一支曲线和另一支曲线的双曲线中的所述一支曲线的反射凸面，所述光接收部位于所述双曲线的焦点中另一支方曲线侧的焦点位置。

优选的实施方式为，在上述X射线显微镜中，与所述凸面KB镜和所述光接收部的距离相比，所述凹面KB镜与所述光接收部的距离更长。

优选的实施方式为，在上述X射线显微镜中，所述样品保持部与所述凹面KB镜之间，存在包括所述凸面KB镜和所述凹面KB镜的成像系统的主面。

优选的实施方式为，在上述X射线显微镜中，所述样品保持部的位置与所述光接收部的位置的距离为2.5m以内。

优选的实施方式为，在上述X射线显微镜中，配置至少2枚所述凸面KB镜，且配置至少2枚所述凹面KB镜，一枚凸面KB镜的法线与另一枚凸面KB镜的法线彼此不平行，一枚凹面 KB镜的法线与另一枚凹面KB镜的法线彼此不平行。

优选地，在上述X射线显微镜中，所述样品保持部与所述凹面KB镜的最短距离为 6mm以上。

优选地，在上述X射线显微镜中，所述凸面KB镜或者所述凹面KB镜的至少一者可移动地设置在光轴方向上。

优选地，在上述X射线显微镜中，所述样品保持部与所述凹面KB镜之间，配置有第一凹面KB镜和第二凹面KB镜，所述凹面KB镜的法线与所述第一凹面KB镜的法线彼此不平行，所述凸面KB镜的法线与所述第二凹面KB镜的法线彼此不平行。

优选地，所述第一凹面KB镜相比所述第二凹面KB镜更接近所述样品保持部，所述第一凹面KB镜的反射凹面包括双曲线，所述第二凹面KB镜的反射凹面包括椭圆。

本发明的X射线显微镜通过具有如下结构，也即沿光轴依次具有X射线源、样品保持部、凹面KB镜、凸面KB镜、以及位于与所述样品保持部的位置为成像关系的位置的光接收部的结构，能够在保持放大倍率的同时缩短光学系统的后侧焦点距离，由此能够使以往的X 射线显微镜成为室内搬入尺寸即普及尺寸，通过扩大在各科学领域中X射线显微镜的利用而在产业上的利用价值极大。

附图说明

图1为本发明的实施方式1中X射线显微镜的光学系统的立体图。

图2为合并记载了图1所示的X射线光学系统的几何学的示意图(上半部分)，以及用于参考的与该X射线光学系统使用的光学元件具有相同几何光学功能的可见光光学系统 (下半部分)的图。

图3为本发明的实施方式2中X射线显微镜的光学系统的立体图。

图4为示出实施方式2中X射线显微镜的PSF的图。

图5为示出实施方式3中X射线显微镜的X射线光路的图。

图6为示出比较方式1中X射线显微镜的X射线光路的图。

图7为示出实施方式4中X射线显微镜的X射线光路的图。

图8为示出比较方式2中X射线显微镜的X射线光路的图。

图9为示出实施方式5中X射线显微镜的X射线光路的图。

图10为示出比较方式3中X射线显微镜的X射线光路的图。

图11为示出本发明的实施方式6中X射线显微镜的光学系统的立体图。

图12为示出实施方式6中X射线显微镜的X射线光路(X轴投影)的图。

图13为示出了实施方式6中X射线显微镜的X射线光路(Y轴投影)的图。

具体实施方式

以下针对本发明的实施方式中的X射线显微镜进行说明。本发明的X射线显微镜沿光轴依次具有至少下述各一个：X射线源、样品保持部、凹面KB镜、凸面KB镜、以及位于与所述样品保持部的位置为成像关系的位置的光接收部。通过上述构成，在保持X射线显微镜的放大倍率的同时，能够缩短光学系统的后侧焦点距离。以下，针对作为本发明的基本的要件的X射线源、样品保持部、凹面KB镜、凸面KB镜、光接收部依次进行说明。

1.X射线源

具有放射X射线功能的X射线源即可，没有特别的限定，优选使用实验室用的小型X 射线管，此外，也可以使用放射光设施(SPring-8等)。与借由可见光线的通常的光学显微镜同样地，X射线显微镜也期望使用科勒照明或临界照明，优选使用能够实现这些照明的光源。此外，由于在X射线区域难以进行复杂的科勒照明，通常进行临界照明，或者适当照射具有视场范围的X射线。由此能够对作为观察对象的样品照射一样强度的X射线，能够获得模糊少的清晰成像。对于X射线的能量没有任何特别限定，能够使用软X射线、X射线和硬X射线，为了得到200nm以内的高分辨率，优选使用具有2keV以上能量的X射线、硬X射线。

2.样品保持部

样品保持部为具有将作为观察对象的样品保持在X射线的光路上的功能的任何器具均可。例如，可以为用于仅放置样品的台，也可以为用于夹持样品的2个电介质平板，用于固定样品的电介质单板，或者用于悬吊样品的框状物等，以及保持液体状的样品的容器，具有将样品保持在X射线的光路上的功能的任何形态的器具，都能够作为样品保持部使用。构成样品保持部的材料没有特别的限定，样品保持部直接暴露于X射线时，优选使用可透过X 射线的材料。另外，优选选择难以发生由X射线的照射引起的电荷蓄积的材料。

3.KB镜

上述Wolter镜的反射面由曲线的旋转轨迹构成，与此相对，本发明使用的KB镜为仅一个方向具有曲率的一维聚光镜。由于KB镜接近平板形状，因此比Wolter镜更容易表面加工。由KB镜的X射线的入射角(KB镜表面与光轴形成的角)一般约为几毫弧度左右，入射的 X射线中80-90％左右被反射。入射角大时，透过KB镜的比例变大。

在1枚KB镜整体中，反射表面形成为曲面的部分即使仅在X射线照射范围也是足够的，但是为了在使用KB镜过程中照射部分即使劣化，也能够通过滑动KB镜而使用X射线未照射的表面，优选在与具有曲率的所述一个方向垂直的其他方向上长区间地形成连续的镜面形状。例如，另一个方向的镜形成区间的长度，优选为一个方向的镜形成区间的长度的2-5 倍，更优选为2-10倍，进一步优选为2-15倍。

KB镜的反射表面的形状精度(JIS B0182基本事项306)优选为5nm以下，更优选为 3nm以下，进一步优选为1nm以下。另外，反射表面的表面粗糙度(JIS B0091：Rms)优选为 0.5nm以下，更优选为0.3nm以下，进一步优选为0.1nm以下。

此外，一般来说，术语“KB镜”多指法线方向相互垂直(例如，X方向，Y方向)的、2枚一组的镜组，本说明书中使用的“KB镜”指的是X射线镜单体(1枚)。由此，本发明的X射线显微镜包括以镜单体使用的情况，也包括法线方向不同的多枚镜的情况。包括法线方向不同的多枚镜的情况时，优选各法线相互成360度除以(镜的枚数)×2的值的角度。例如，使用2 枚KB镜成像时，优选各镜的法线相互成360度÷(2×2)＝90度。

另外，本发明的X射线显微镜除了包括仅1枚凸面KB镜和1枚凹面KB镜的一个组的情况以外，也包括使用多组的凸面KB镜和凹面KB镜的情况。本发明的X射线显微镜最少包括 1枚凸面KB镜和1枚凹面KB镜的一个组，并且除此以外还能够使用一组或多组第一凹面KB镜和第二凹面KB镜。

3.1.凹面KB镜

如上述，本发明的X射线显微镜至少包括凹面KB镜和凸面KB镜，其中凹面KB镜配置在靠近样品保持部的一侧。凹面KB镜的反射凹面的曲率、曲率分布没有特别的限定，例如，可以为圆弧状、椭圆状、双曲线状、抛物线状。其中，从得到良好的成像特性的观点来看，优选为椭圆状。另外，优选将样品保持部配置在椭圆镜的焦点位置，特别是在靠近样品保持部的焦点的位置。

3.2.凸面KB镜

如上所述，本发明的X射线显微镜至少包括凹面KB镜和凸面KB镜，凸面KB镜配置在靠近光接收部的一侧。反射凸面的截面形状没有特别的限定，例如，可以为圆弧状、椭圆状、双曲线状、抛物线状。其中，从获得良好的成像特性的观点来看，优选为双曲线状。另外，优选为包括具有一支曲线和另一支曲线的双曲线中的一支曲线的反射凸面，光接收部设置在双曲焦点中另一支曲线侧上的焦点位置上。

4.光接收部

本发明中的光接收部是接收由本发明的X射线显微镜的凸面KB镜和凹面KB镜形成的成像X射线像的部件。典型的光接收部件为阵列传感器，优选为二维阵列传感器。作为二维阵列传感器，例如可以使用CCD元件、CMOS元件。从清晰地从成像X射线图像接收光的观点来看，阵列传感器的像素间距优选为20μm以下，更优选为9μm以下，进一步优选为3μm以下。

光接收部可以为将接收的X射线转换成比X射线波长长的光的扩散板，典型的是转换成紫外光或可见光的扩散板。作为扩散板，例如可以使用含有荧光材料的基材。由扩散板扩散的光用可见光透镜成像，通过阵列传感器，优选为二维阵列传感器，例如CCD元件或 CMOS元件拍摄，可以获得在光接收部的X射线成像。

本申请主张2015年9月25日申请的日本专利申请第2015-188850号为基础的优先权的利益。2015年9月25日申请的日本专利申请第2015-188850号的说明书的全部内容，引入到本发明中作为参考。

(实施方式1)

以下，针对本发明的实施方式1中的X射线显微镜进行说明。

图1为实施方式1中X射线显微镜的光学系统的立体图。在图1中，从作为X射线光学系统的起点的X射线源1发出的X射线2，照射到保持有作为显微观察对象的样品的样品保持部3上，透过样品保持部3的X射线2(包括发光、散射光)依次在凹面KB镜4的反射凹面、凸面 KB镜5的反射凸面、具有垂直于凹面KB镜4的法线的法线的凹面KB镜6的反射凹面、具有垂直于凸面KB镜5的法线的法线的凸面KB镜7的反射凸面上反射，到达位于与样品保持部3的位置为成像关系位置的光接收部8。在图1的例子中，由于椭圆焦点和双曲焦点一致，从凹面KB 镜4的反射凹面发出的光，经过该反射凹面和凸面KB镜5的反射凸面的共计两次反射全部到达双曲焦点，所有的光路长度变得相等，从而使X射线无像差地聚光。此外，即使椭圆焦点和双曲焦点不一致，也可以进行聚光。凹面KB镜4和凸面KB镜5可以为圆筒面镜等的其它凹面镜和凸面镜，但从减小球面像差的观点来看，优选如图1所示使用椭圆凹面镜作为凹面KB镜 4，使用双曲面凹面镜作为凸面KB镜5。为了使X射线2在光接收部8成像，需要满足“聚光”的条件与“彗形像差抑制”的条件，为了抑制彗形像差，需要如图1所示那样偶数次反射X射线。

凹面KB镜4在X轴方向上具有椭圆曲率而在Y轴方向上不具有曲率，由此具有将X射线在X轴方向上聚光的功能。凸面KB镜5在X轴方向上具有双曲线曲率而在Y轴方向上不具有曲率，由此具有仅在X轴方向上改变X射线的行进方向的功能。另一方面，凹面KB镜6在Y轴方向具有椭圆曲率而在X轴方向不具有曲率，由此具有将X射线在Y轴方向上聚光的功能。凸面 KB镜7在Y轴方向上具有双曲线曲率而在X轴方向上不具有曲率，由此具有仅在Y轴方向上改变X射线的行进方向的功能。当凹面KB镜4和凸面KB镜5在X轴方向上的放大倍率，与凹面KB 镜6和凸面KB镜7在Y轴方向上的放大倍率一致时，可以在光接收部8得到没有形变的样品图像。

即使X轴方向的放大倍率与Y轴方向的放大倍率不一致，将光接收部8得到的样品图像通过可见光等的光学系统，或者电子信息上通过伸缩，修正为使X轴方向的放大倍率与 Y轴方向的放大倍率相等，可以得到没有形变的样品图像。

图2为合并记载了图1所示的X射线光学系统的几何学的示意图(上半部分)，以及用于参考的与该X射线光学系统使用的光学元件具有相同几何光学功能的可见光光学系统 (下半部分)的图。此外，图2的上半部分中，为了容易理解，未示出用于Y轴方向的聚光的凹面KB镜6、凸面KB镜7。图2的上半部分中，从作为X射线光学系统的起点的X射线源1发出的X 射线2，照射到保持有作为显微观察对象的样品的样品保持部3上，透过样品保持部3的X射线2依次在凹面KB镜4的反射凹面、凸面KB镜5的反射凸面上反射，到达位于与样品保持部3 的位置为成像关系的位置的光接收部8。通过确定光接收部8中检出的X射线强度分布，可以掌握样品的图像。

在图2中，由凹面KB镜4和凸面KB镜5形成的聚光光学系统的主面为虚线表示的位置。样品保持部3与主面的距离(前侧焦点距离)f、主面与光接收部8的距离(后侧焦点距离) L、聚光光学系统的放大倍率Mag的关系通过下述式(1)示出。

Mag＝L/f···(1)

用该式(1)，对后述的实施方式3-5中本发明的X射线显微镜的光学系统缩短的机制进行说明。此外，样品保持部3的位置与光接收部8的位置的距离(L+f)优选为2.5m以内。更优选为2.0m以内，进一步优选为1.8m以内。为了实现这一点，优选f的值小，但为了确保样品保持部3与凹面KB镜4之间一定程度的作业距离，优选为6mm以上，更优选为8mm以上，进一步优选为10mm以上。f的值的上限，例如为40mm以下，更优选为20mm以下，更优选为16mm以下。

(实施方式2)

图3为本发明的实施方式2中X射线显微镜的光学系统的立体图。实施方式2中X射线显微镜与实施方式1中X射线显微镜不同的是，实施方式2中不存在凹面KB镜4和凸面KB镜 5。其他部分与实施方式1的X射线显微镜相同。

为了评价实施方式2中X射线显微镜的成像特性，给出了X射线源为理想的点光源的条件，计算光接收部8的X射线强度分布的点扩散函数(PSF：Point Spread Function)。图 4示出了该点扩散函数，横轴为表示Y轴上的刻度(以500nm为中心)的轴，纵轴为表示光接收部8的X射线强度的轴。由图4可知，中央峰的半峰全宽(FWHM)为38nm，表明它具有高空间分辨率。此外，用于计算的详细条件如下所示。

Mag：181倍

L：0.7m

f：4.0mm

凹面KB镜6与凸面KB镜7的透镜系统的NA：1.3×10^-3

(实施方式3)

与实施方式2同样地，进行假设不存在凹面KB镜4和凸面KB镜5的X射线显微镜的X 射线光路模拟。图5为示出从样品保持部(横轴的零点)到120mm的位置为止的X射线光路的图，在X射线光路的途中依次配置凹面KB镜6和凸面KB镜7。

(比较方式1)

图6为示出在与实施方式3所示的凹面KB镜6和凸面KB镜7的光轴方向的位置相同的位置上，配置了与以往相同的两枚凹面KB镜(凹面KB镜19和凹面KB镜20)代替凹面KB镜6 和凸面KB镜7的光学系统的X射线光路的图。

(实施方式4)

与实施方式2同样地，进行假设不存在凹面KB镜4和凸面KB镜5的X射线显微镜的X 射线光路模拟。图7为示出从样品保持部(横轴的零点)到120mm的位置为止的X射线光路的图，在X射线光路的途中，在与实施方式3的例子不同的位置上依次配置凹面KB镜6和凸面KB 镜7。

(比较方式2)

图8为示出在与实施方式4所示的凹面KB镜6和凸面KB镜7的光轴方向相同的位置上，配置了与以往相同的两枚凹面KB镜(凹面KB镜19和凹面KB镜20)代替凹面KB镜6和凸面 KB镜7的光学系统的X射线光路的图。

(实施方式5)

与实施方式2同样地，进行假设不存在凹面KB镜4和凸面KB镜5的X射线显微镜的X 射线光路模拟。图9为示出从样品保持部(横轴的零点)到120mm的位置为止的X射线光路的图，在X射线光路的途中，在与实施方式3、4的例子不同的位置上依次配置凹面KB镜6和凸面 KB镜7。

(比较方式3)

图10为示出在与实施方式5所示的凹面KB镜6和凸面KB镜7的光轴方向相同的位置上，配置了与以往相同的两枚凹面KB镜(凹面KB镜19和凹面KB镜20)代替凹面KB镜6和凸面 KB镜7的光学系统的X射线光路的图。

(实施方式6)

图11为本发明的实施方式6中X射线显微镜的光学系统的立体图。实施方式6中的X 射线显微镜与实施方式1中的X射线显微镜不同的是，实施方式1中为了X轴方向的聚光使用凹面KB镜4和凸面KB镜5，与此相对，实施方式6中为了X轴方向的聚光使用第一凹面KB镜21 以及同样为凹面的第二凹面KB镜22。其他部分与实施方式1的X射线显微镜相同。

第一凹面KB镜21和第二凹面KB镜22在X轴方向上具有曲率而在Y轴方向上不具有曲率，由此具有将X射线在X轴方向上聚光的功能。

另一方面，凹面KB镜6在Y轴方向上具有曲率而在X轴方向上不具有曲率，由此具有将X射线在Y轴方向上聚光的功能。另外，凸面KB镜7在Y轴方向上具有曲率而在X轴方向上不具有曲率，由此具有仅在Y轴方向上变更X射线的行进方向的功能。

虽然上述实施方式1中X射线显微镜增大样品的放大倍率效果较好，但是当镜的NA 大时，放大倍率变得过高。特别是在靠近样品的镜(实施方式1中作为X轴方向聚光镜对的凹面KB镜4和凸面KB镜5)中由于镜的NA变大，放大倍率变得过高。在实用上，优选纵横(X轴方向和Y轴方向)的放大倍率一致。本实施方式6中的X射线显微镜，通过使靠近样品侧的镜对 (第一凹面KB镜21和第二凹面KB镜22)中两枚均为凹面镜，从而适度抑制X轴方向的放大倍率，能够使X射线显微镜的纵横倍率调整为一致。

更优选地，期望使位于比第二凹面KB镜22更靠近样品保持部的位置的第一凹面KB 镜21的反射凹面为包括双曲线的反射凹面，第二凹面KB镜22的反射凹面为包括椭圆的反射凹面。在图11的例子中，由于使第二凹面KB镜22的椭圆焦点与第一凹面KB镜21的双曲焦点一致，与实施方式1的情况同样地，从样品的1点发出的X射线汇聚在像面的一点。由此，从样品到像面的光路长度全部相等，能够获得清晰的像。

图12为示出实施方式6中X射线显微镜的第一凹面KB镜21和第二凹面KB镜22附近的X射线光路(X轴投影)的图，图13为示出实施方式6中X射线显微镜的凹面KB镜6和凸面KB 镜7附近的X射线光路(Y轴投影)的图。该X射线显微镜的聚光性能如下述表1所示。

[表1]

(考察)

在图5-10中，透镜系统的主面的位置均用虚线表示。

比较图5(实施方式3)、图6(比较方式1)时，在比较方式1中透镜的主面的位置距离样品保持部70mm(见图6的f值)，与此相对，在实施方式3中透镜的主面的位置距离样品保持部12mm(见图5的f值参照)，这是缩短很多的数值。f的值变小时，如从上述的式(1)可知，在显微镜的放大倍率Mag为相同程度的前提下，可以使L的值设计得更小。图6的例子中，L的值为12.6m，与此相对，图5的例子中，L的值为2.0m，缩短很多。由此，X射线显微镜能够设计得紧凑，从而可搬入实验室中。

同样地，即使比较图7(实施方式4)、图8(比较方式2)时，f的值从22mm缩短为 4.0mm，主面的位置靠近样品保持部3的位置。随之，图8的例子中，L的值为3.8m，与此相对，图7的例子中，L的值为0.7m，缩短很多。由此，X射线显微镜能够设计得紧凑，从而可搬入实验室中。

同样地，比较图9(实施方式5)、图10(比较方式3)，f的值从43mm缩短为11mm，主面的位置靠近样品保持部3的位置。随之，图10的例子中，L的值为7.7m，与此相对，图9的例子中，L的值为2.0m，缩短很多。由此，X射线显微镜能够设计得紧凑，从而可搬入实验室中。

上述实施方式3-5以一维聚光的光学系统为例示出了本发明的效果，但是进行二维聚光时，如在实施方式1中所说明的一样，X轴方向和Y轴方向分别使用凹面KB镜和凸面KB 镜的组合。例如，同时使用实施方式3(图5)的镜系统和将实施方式4(图7)的镜系统绕光轴旋转90度的镜系统时，能够构成镜之间不发生干涉的二维聚光光学系统。此外，由于图5的镜系统的后侧焦点距离(L值)为2.0m，图7的镜系统的后侧焦点距离(L值)为0.7m，例如通过调整图7的镜系统的NA值、放大倍率，能够使二者的后侧焦点距离一致。该调整时，也存在X 方向的放大倍率和Y方向的放大倍率为不同的放大倍率的情况，但是如上述实施方式中说明的一样，像面的变形能够以光学或电子方式进行修正。在任何情况下，即使构成二维聚光光学系统，也可以实现后侧焦点距离为2.0m的紧凑的X射线显微镜。

上述实施方式6为，为了Y轴方向聚光使用凹面KB镜6和凸面KB镜7、为了X轴方向聚光使用第一凹面KB镜21和第二凹面KB镜22的X射线显微镜。从上述表1可知，在本实施方式的X射线显微镜中，靠近样品保持部3位置的第一凹面KB镜21和第二凹面KB镜22均具有凹面反射面，由此主面的位置能够从样品离开，能够将X轴方向的放大倍率抑制为较低。由此能够得到X轴方向的放大倍率和Y轴方向的放大倍率接近，即纵横比接近1的显微镜像。另外，样品保持部3的位置与光接收部8的位置之间距离(L+f)为3127mm，实现了装置整体的小型化。

如上所述，以往的X射线显微镜中，为了得到一定程度的放大倍率，主面必须远离样品保持部3的位置，而本发明的X射线显微镜中，能够使主面的位置大幅靠近样品保持部3 的位置，因此，L的值减小，能够提供可搬入实验室的X射线显微镜。

产业可利用性

本发明的X射线显微镜在保持放大倍率的同时能够缩短光学系统的后侧焦点距离，能够使非普及尺寸(即不能搬入室内尺寸)的以往的X射线显微镜成为可普及的紧凑尺寸，通过在各科学领域中X射线显微镜的利用而在产业上的利用价值极大。

附图标记说明

1、X射线源 2、X射线 3、样品保持部

4、凹面KB镜 5、凸面KB镜 6、凹面KB镜

7、凸面KB镜 8、光接收部 11、可见光光源

12、可见光线 13、样品保持部 14、可见光凸透镜

15、可见光凹透镜 18、光接收部 19、凹面KB镜

20、凹面KB镜 21、第一凹面KB镜 22、第二凹面KB镜

X射线显微镜专利购买费用说明