Advanced Kirkpatrick-Baez ミラー光学系を用いた高分解能かつ色収差のない硬X 線顕微鏡の開発

摘要

現在, ナノテクノロジーやバイオテクノロジーの進歩によって, 様々な形態·状態のナノ構造を拡大して観察したいというニーズが高まっている．可視光顕微鏡は, 簡便に観察が可能であるが, その波長の長さゆえに分解能を小さくすることはすでに限界である．電子顕微鏡は, 超高分解能で観察可能であるが, 様々な状態(水溶液中, ガス中など)の試料を観察することが難しい点や, 比較的厚い試料の内部などは観察できないという点でユーザーのニーズをすべて満たしているとは言い難い．一方, 近年(硬)X 線を用いる顕微鏡が注目されている．波長の短い電磁波を用いているため可視光顕微鏡に比べ原理的に高分解能化が実現でき, かつ, 電子顕微鏡では見ることのできない特殊雰囲気下(水溶液中, ガス中など)の試料や厚い試料の内部を観察することが可能である点が本顕微鏡の特徴である．また, 結像型X 線顕微鏡では, リアルタイム観察が可能であると同時に, 顕微分光によって透過X 線だけでなく蛍光X線や散乱X線の結像イメージを取得することで, 試料の状態分析も同時に行える．このため, 様々な領域でX線顕微鏡の発展が期待されている．結像型X 線顕微鏡では, レンズに相当する結像素子こそがその性能を左右する．望まれる性能は, 波面収差が小さく回折限界の結像が実現できること, 色収差がないこと, 視野が広いことである．波面収差は, 結像素子の作製精度を反映しており, いかに正確に結像素子を作製できるかが分解能を決める重要な要素となる．色収差は, 結像現象の原理が何であるかによって根本的に決まっている．例えば, 屈折現象を利用した屈折レンズや回折現象を利用したフレネルゾーンプレートは原理的に色収差から逃れられない．唯一全反射現象を利用するX 線ミラーだけが硬X 線領域では色収差なしを実現できる．視野が広い, つまり, コマ収差がないためには, 光学系がアッベの正弦条件を満たすかどうかで決まる．一般的に反射面が1 枚のみで構成される光学系では, 正弦条件を満たさないため, その結像光学系の視野は極端に狭いことが知られている．このように, 結像素子の特徴は一長一短であるため, 硬X 線領域では上記3 つの条件を満たす結像素子は未だ存在していない．