| 【発明の名称】 |
Ｘ線集光方法及びＸ線集光装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小池 正記
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| 【要約】 |
【課題】従来のＸ線の集光は、同心円状の２次元ゾーンプレートにより行われていたが、これでは、入射Ｘ線の波長λ（エネルギー）に応じて焦点位置が変動しており、測定する際に非常に不便であった。
【解決手段】２個の１次元フレネルゾーンプレートを直交配置し、入射Ｘ線の波長λ（エネルギー）に応じて、該プレートの傾斜角度を変化させることにより焦点位置を不動とすることができた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 フレネルゾーンプレートを用いたＸ線集光方法において、２個の１次元フレネルゾーンプレートを直交してＸ線線路に配置することにより、焦点位置を不動としたことを特徴とするＸ線集光方法。
【請求項２】 請求項１記載のＸ線集光方法において、入射Ｘ線の波長に応じて、上記１次元ゾーンプレートを傾斜させたことを特徴とするＸ線集光方法。
【請求項３】 フレネルゾーンプレートを用いたＸ線集光装置において、２個の１次元フレネルゾーンプレートを直交してＸ線線路に配置し、焦点位置を不動としたことを特徴とするＸ線集光装置。
【請求項４】 請求項３記載のＸ線集光装置において、入射Ｘ線の波長に応じて、上記１次元ゾーンプレートを傾斜させたことを特徴とするＸ線集光装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、Ｘ線を用いた分析又は計測装置において用いられ、代表的なものとしては、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線マイクロプローブ等が挙げられる。Ｘ線を微小に集光して物体に照射すると、局所的な情報が得られ、定量的な分析を行うことができる。測定される物理量は、透過Ｘ線、蛍光Ｘ線、光電子等である。さらにそれぞれの元素は、固有のＸ線吸収端を持ち、吸収端の前後では、わずかなエネルギーの差でも吸収係数（あるいは透過率）が１桁程度異なるという性質があるので、この性質を利用した分析には特に有効に用いられる発明である。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線を集光する従来技術としては、フレネル回折を利用した２次元のフレネルゾーンプレートが挙げられる。これは図２に示すように、強度変調型の場合、同心円状に、Ｘ線に対して不透明なゾーンと透明なゾーンとが交互に繰り返される円盤状となっている。波長λのＸ線に対してｎ番目のゾーンの半径ｒｎが近似的に、ｒｎ２=ｎｆλの関係にあるとき、隣り合う透明ゾーンから透過するＸ線の光路差がλ（位相差が２π）となり、集光点で互いに強め合いレンズの役目を果たす。ここで、ｆは焦点距離である。
【０００３】この式から明らかなように、焦点距離fは、波長λに反比例、すなわち、エネルギーに比例している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】元素は、固有のＸ線吸収端を持ち、吸収端の前後では、わずかなエネルギーの差でも吸収係数（あるいは透過率）が1桁程度異なるという性質があるので、この性質を利用すると特定の元素のみを選択して分析できるようになり精密な分析が可能となる。ところが、ゾーンプレートを集光素子に用いると、前述の式に示されるとおり、波長λに反比例（エネルギーに比例）して、焦点距離fが変動するため、波長を変化させるたびに試料位置を変えなければならないという不具合が生じていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明は、２個の１次元フレネルゾーンプレートを用い、Ｘ線のエネルギーの変動に対応して該１次元フレネルゾーンプレートの傾きを調整することにより焦点位置を不動にするものである。図１に示すように２個のゾーンプレートは、直交して配置され、それぞれ入射角を自由に設定できる回転台に保持されている。そしてそれらは、それぞれ、水平方向、垂直方向の集光に用いられる。斜め入射の場合、入射角をθとすると（垂直入射の時θ＝９０度）、ｒｎ＝（ｎｆλ）１／２／ｓｉｎθと表せるので、波長を短くしても入射角θを小さくすることにより、同じ長さの焦点距離fを得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】例えば、波長２．３ｎｍから４．４ｎｍの間のＸ線は水ではほとんど吸収されないが、蛋白質には１桁以上大きく吸収される。この波長域のＸ線を用いれば水中の生物や水を含む生物の内部組織を高いコントラストで観察することができる。さらには炭素の吸収端の波長は４．４８ｎｍであるが、波長４．４ｎｍのＸ線は波長４．５ｎｍのＸ線より１桁程度炭素中で吸収されやすいという性質を持つ。同様に窒素の吸収端の波長は３．１６ｎｍであり、３．１ｎｍから４．５ｎｍまでの波長域を一つの素子で集光・分析できれば、炭素と窒素の成分比も分析可能となる。本発明によると全ての元素について同様のことが可能となる。
【０００７】ゾーンプレートの作製は、紫外光ホログラフィック・リソグラフィーあるいは電子ビーム・リソグラフィーによって行うことができる。紫外光ホログラフィック・リソグラフィーとは、ドイツ国のゲッチンゲン大学において開発された手法であり、波長４００ｎｍ程度の２つのレーザーを光源とし、それらによる干渉縞により直接ゾーンプレートのパターンを作り、フォトレジストを露光し、反応性イオンエッチング等により作製する手法である。
【０００８】電子ビーム・リソグラフィーは、Ｘ線ゾーンプレートの作製上、現在、最も多く用いられている方法で、細く絞った電子ビームでゾーンプレートのパターンを走査し、ポリメチルメタクリレート等のレジストを露光し、同様に反応性イオンエッチング等で加工する方法である。
【０００９】ゾーンプレートの材料としては、使用するＸ線のエネルギーに応じて、金、銀、ニッケル、タンタル、ゲルマニウム等が用いられる。これまでに作製されたゾーンプレートで、最も小さい最外ゾーン幅は、数十ｎｍである。
【００１０】
【実施例】一次元ゾーンプレートで目的とする波長λを４．５ｎｍ、焦点距離ｆを２０ｍｍとすると、ｎ＝３０００程度で線幅は８６ｎｍ程度になる。この場合ゾーンプレート全体の大きさは約１ｍｍである。ゾーンプレートの材料としてニッケルを用いるとすると、この場合８０ｎｍ程度の厚さで約１５％の集光効率が得られる。これを傾けながら波長を走査すると集光点が一定のまま連続的に変化し３４度傾けたところで波長は、３．１ｎｍであった。
【００１１】
【発明の効果】従来のＸ線の集光は、同心円状の２次元ゾーンプレートにより行われていたが、これでは、入射Ｘ線の波長λ（エネルギー）により焦点位置が変動していたが、本願発明の方法によれば、Ｘ線の波長が変化しても焦点位置を変化させる必要がない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０１０２１５３３
【氏名又は名称】独立行政法人産業技術総合研究所
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| 【出願日】 |
平成１３年５月２３日（２００１．５．２３） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３５０５９３（Ｐ２００２−３５０５９３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月４日（２００２．１２．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１５４６２３（Ｐ２００１−１５４６２３） |
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