株式会社堀場製作所
株式会社リガク

【2021年版】X線顕微鏡3選 / メーカー5社一覧

X線顕微鏡のメーカー5社・25製品を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


X線顕微鏡とは

X線顕微鏡は、X線を光源として対象物の構造を観察することができます。一般に電磁波を用いる顕微鏡において、空間分解能はその波長に依存します。X線は、可視光よりも100倍から10000倍波長が短く、精細な画像を取得することができます。また、X線は透過性が高く、物質を透過する際に、内部の構造や厚み、組成に固有の減衰をするため、これによってコントラストのついた画像を得ることができます。また、試料を回転させながら連続的に取得した画像を3D 再構成すると、断層像(いわゆるCT)の取得が可能です。

X線顕微鏡の使用用途

主に工業分野の検査において使われます。X線を用いれば非接触・非破壊の検査ができるため、部品の欠陥検査や特性検査を行う際に使用されます。また、岩石などの構造評価を行い、新規の原材料としての特性評価を行うためのパラメータ取得を行うことができます。また半導体製造分野では超微細加工を施した製品の特性評価を行うために使用されることも多くなってきました。水分を多く含む生体試料を観察する際は、水の吸収が低いX線の波長領域を使用することでコントラストの高い画像を取得できます。

X線顕微鏡の原理

X線顕微鏡は、X線の照射による試料との相互作用を観測します。使用されるX線の波長は、1~10 nmの軟X線と呼ばれるものが多く、特に2.3~4.3 nmの領域は、水の吸収が極端に低く「水の窓」と呼ばれ生体試料の観察などに用いられます。X線の透過率をコントラストとして画像取得を行うものと、X線照射によって発生するX線照射により生じる蛍光X線を検出するものがあります。蛍光X線はX線照射によって物質中の内殻電子が励起されることで生じたホールに外殻の電子が緩和する際に内殻と外殻のエネルギー差に対応したX線線を生じる現象で、放射されるX線を蛍光X線または特定X線と呼びます。蛍光X線は原子により固有の波長を持っているため、元素分析などにも応用できます。
また、光学系も光学素子の有無によって2種類に大別され、光学素子を用いないものには投影拡大法と密着法があります。X線像波レンズを使って拡大することができないので、試料と撮像面を物理的に離して拡大投影する必要があります。光学素子を用いた結像法は、光の解説を用いたゾーンプレートを用いる方法や、全反射や多層膜反射を利用したミラーを用いて実現されます。

X線顕微鏡と電子顕微鏡の違い

X線顕微鏡がX線を光源とするのに対し、電子顕微鏡は、電子線を試料に当てて像を拡大します。

電子線は、電子の速い流れのことです。原子は、陽子と中性子でできた原子核とその周りを回る電子からできています。陽子や中性子、電子に加速器という装置で非常に速いスピードに加速すると、陽子線や中性子線、電子線といった放射線になります。

X線と異なり、電子線は粒子線であるため、浸透力に限界があります。電子線の浸透力は、加速電圧によって決まり、加速電圧が大きいほどより深くまで電子が到達します。また、被照射物の密度が小さいほど深くまで浸透します。

透過電子顕微鏡(TEM)は、試料に電子線を当てて、試料を透過した電子線を、電子レンズを通し、電子線によって光る蛍光板に拡大した像を結ばせます。

電子レンズは、電界や磁界で電子線を曲げて像を結ばせる働きをします。

走査電子顕微鏡(SEM)は、真空中で電子線を細く絞り、試料の表面を走査し、試料から放出される二次電子や反射電子を検出します。

二次電子とは、照射した電子線が試料内の別の電子をたたき出したもので、反射電子とは、照射した電子が試料の表面で反射されたものです。

走査電子顕微鏡にX線検出器を取り付けると、試料中に含まれる元素の種類や量を調べるX線分析装置としても活用することができます。 

走査型X線顕微鏡

X線顕微鏡の一種で、硬X線をプローブとする顕微鏡です。

硬X線は、0.1nm前後と波長が短く、原理的に高い分解能が可能です。また、物質との相互作用は、透過(吸収)・屈折・反射のほか、光電子、蛍光X線、弾性散乱、非弾性散乱、磁気吸収・散乱など多岐にわたります。さらに、高い透過性を持つので、非破壊的な観察が可能であり大気中での測定も可能です。

走査型X線顕微鏡は、集光X線、試料を走査するためのステージ、検出器からなり、試料を走査しながら、X線分析(透過X線、蛍光X線、散乱X線など)を行い、様々な情報を可視化します。

集光X線のビーム径が分解能となり、感度は集光X線の強度と検出器の性能で決まります。

集光光学系は、結像光学系よりも構築の難易度が低く、複数の検出器を取り付けることで、同時に複数の情報を可視化できます。

マイクロビーム光学系であり、微小領域の蛍光X線分析や回折測定に応用できます。

また、試料の被ばく線量は、最小に抑えられます。

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kenbikyo1950/38/1/38_1_3/_pdf
https://www.toray-research.co.jp/technical-info/analysis/form/for_008.html
http://pub.maruzen.co.jp/index/kokai/iryo_houshasen/01.pdf
https://www.iwasaki.co.jp/optics/chishiki/eb/07.html
https://www.jaima.or.jp/jp/analytical/basic/em/principle/
http://www.nanoscience.co.jp/knowledge/SEM/knowledge02.html
https://www.sci.u-hyogo.ac.jp/material/x-ray_optics/kago/microscopy/xrm-j.html
http://www-up.prec.eng.osaka-u.ac.jp/matsuyama/research.html
https://www.jeol.co.jp/science/em.html 

X線顕微鏡のメーカー情報

X線顕微鏡のメーカー5社一覧


X線顕微鏡のメーカーランキング

社員数の規模

  1. 1 株式会社堀場製作所
  2. 2 株式会社リガク
  3. 3 カールツァイスビジョンジャパン株式会社

設立年の新しい会社

  1. 1 ユーロフィンイーエージー株式会社
  2. 2 株式会社アド・サイエンス
  3. 3 ユーロフィンイーエージー株式会社

歴史のある会社

  1. 1 株式会社堀場製作所
  2. 2 株式会社リガク
  3. 3 カールツァイスビジョンジャパン株式会社

X線顕微鏡3選

X線分析顕微鏡

株式会社堀場製作所

特徴

X線分析顕微鏡は、X線のガイドチューブを利用することによって、微小な領域を分析することを可能にした、顕微鏡タイプである、蛍光のX線による分析装置のことです。

独自のX線集光素子を用いることで、より細く、かつ強度も高い、X線ビーム方式を利用することで、X線コリメータを用いていたこれまでのやり方と比較した場合、微小な部分をより高速で測定することができるようになりました。

このXGTは、検出器の側を、真空の状態にしつつも、一方の試料室の側は、大気の環境を保つことを可能にしたという、これまでにない特殊な機構をしていることによって、サンプルの形態を、問わずに分析することが可能です。

それによって、例えば、真空下の状態での分析をすることが難しい粉体や、液体及び、含水試料などをも、そのままの状態で、前処理をすることもなく分析することが可能で、また様々な試料の、元素分析にも対応することが可能です。

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高分解能3DX線顕微鏡 nano3DX

株式会社リガク 高分解能3DX線顕微鏡 nano3DX 画像出典: 株式会社リガク公式サイト

特徴

高分解能3DX線顕微鏡nano3DXは、独自の高輝度X線発生装置及び高分解能X線カメラを組み合わせることによって、サブミクロンの領域が観察可能なX線顕微鏡であり、高空間分解能及び、高密度分解能での、大視野観ができるようになり、更にユーザーインターフェイスも非常に充実したものとなっています。

主な特徴としては、高輝度X線発生装置(1.2kW)を保有し、観察試料及び目的に合わせて選択できるX線源(Cr、Cu、MoKα)も備えていて、高コントラストで迅速なデータ収集のための平行ビームによる近接撮影方式をとっていて、また高解像度のX線カメラで、高精度5軸試料ステージを利用していて、更に広い視野でコントラストよく、2D及び3Dでサブミクロン領域を鮮明に観察可能です。

また高空間分解能としては、複合素材及び薬剤などの試料の内部を、サブミクロンレベルの高分解能で2D・3D観察が可能です。

そして、高密度分解能としては、樹脂中の炭素繊維など、軽元素素材の高コントラスト観察することができます。

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ZEISS Xradia 610 and 620 Versa

カールツァイスビジョンジャパン株式会社 ZEISS Xradia 610 and 620 Versa 画像出典: カールツァイスビジョンジャパン株式会社公式サイト

特徴

ZEISS Xradia 610 and 620 Versaは、業界の先頭を走る3D X線顕微鏡です。

その、最先端の分解性能及び、コントラストを、基にすることで、非破壊のサブミクロンのスケールにおいて、イメージングの限界を大きく超えた性能を、発揮することができるようになっています。

そして、マイクロ及び、ナノCTにおいては、これまでの限界を超えた技術によって、インタクトな試料の、非破壊検査の、サブミクロンのスケールにおいては、業界をリードするレベルとなっています。

その結果、その分解性能を犠牲にせずに、より高いビームの強度及び更なる高速のスキャンを、実現できるようにしました。

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X線顕微鏡の25製品一覧

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