結像型X線顕微鏡（Full-Field X-ray Microscope）の開発
AKBミラーの開発
結像型X線顕微鏡には，結像光学系が必要となる．我々のチームでは色収差・波面収差・コマ収差の点で優れているAdvanced Kirkpatrick-Baezミラー光学系を採用している．特に色収差がないという特徴は，このような全反射ミラー光学系のみが持ち得る重要な特徴である．
Advanced Kirkpatrick-Baez(AKB)ミラー光学系は，2枚の楕円ミラーと2枚の双曲ミラーで構成されている．上図のように，それぞれのミラーは，互いに直交するように配置される．楕円・双曲が1つのペアであって，これを直交させることで，縦横の結像を別々に行う．この楕円・双曲の組み合わせは幾何学的に相性がよく，この2面に反射した光をすべて1点に集めることができる．さらに，2面で反射させたことで，アッベの正弦条件を満たすことができるようになり，これら2つの特性のため，良い結像(コマ収差がない)が可能となる．
高分解能を実現する上での問題は，ミラーの作製精度と，ミラーのアライメント精度である．我々のグループでは，EEMとスティッチング干渉計を用いて形状誤差(設計形状からの誤差)2nmで非球面ミラーを作製する技術を確立した．また，アライメント精度では，波動光学シミュレータを用いてアライメントを完全に理解し，必要な精度でアライメントできるミラーマニピュレータを設計・開発した．これによって高い精度でアライメントすることができるようになった．
本結像光学系がうまく開発できたことを確認するために，SPring-8にて，縮小結像光学系を構築し，点広がり関数を測定した．その結果，50nm以下の半値幅を達成することができ，ミラー作製・アライメントともに正しくできていることを確認した(下図)．
また，光軸方向に沿って結像特性を確認したところ，下図のような視野と分解能(点広がり関数の半値幅)の関係が得られた．焦点から0.5mm上流では，視野中心の結像特性が悪化し，逆に視野の外側ではよくなっている．これは像面湾曲の影響であり，シミュレーションの結果と良い一致を得た．この結果からも開発した結像光学系が設計通り構築されていることを確認できた．
顕微鏡システムの開発
上図のように照明光学系，試料ユニット，X線カメラを配置して，結像型X線顕微鏡をSPring-8にて構築した．照明光学系には全反射ミラーなどを用いて，試料に効率よくX線を照射できるようにしている．テストチャートの吸収コントラスト像を取得したところ，以下のような鮮明な画像を得ることに成功した(発表論文)．約75nmまでギリギリ解像できている．本顕微鏡は色収差がない点が最大の特徴である．色収差がないことを確認するために7~12keVまでX線エネルギーを変更して観察した結果，分解能は変化しなかった．以上の結果は，世界で初めて色収差のない高分解能なX線顕微鏡を実現したことを意味する．
本顕微鏡の応用の一つして，顕微XAFSを実施した(発表論文)．XAFSは，調べたい元素の吸収端近傍で，入射X線のエネルギーを変化させながら，その吸収を測定する手法である．本顕微鏡の場合，試料の吸収コントラストを取得しながらX線エネルギーを変化させるだけでよい．本顕微鏡は色収差がないため，X線エネルギーを変更する以外は，何も調整する必要がない点が画期的である．下図は，タングステン微粒子の顕微XAFSの結果をまとめたものである．視野全面にわたってXAFSスペクトルを同時に得ることに成功した．ある微粒子のXAFSスペクトルをプロットすると，その状態は純タングステンのものとよく一致したことから，この微粒子の状態はほとんど酸化などされていない純粋な金属であることが分かった．
グラフ中のReferenceは純タングステンのXAFSスペクトルである．Uo et al. の論文からデータを参照している．
