DE102009031476B4

DE102009031476B4 - X-Roll lens

Info

Publication number: DE102009031476B4
Application number: DE102009031476.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Simon
Original assignee: Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Current assignee: BADEN-WUERTTEMBERG STIFTUNG GGMBH, DE
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: DE102009031476A1; EP2449560B1; EP2449560A1; WO2011000932A1

Abstract

Refraktives optisches Element (5) mit einer Mehrzahl optischer Teilelemente (3), wobei die optischen Teilelemente (3) derart angeordnet sind, dass die Anzahl der optischen Teilelemente (3), die von elektromagnetischer Strahlung, welche auf das optische Element (5) parallel zur optischen Achse des optischen Elementes (5) einfällt, passiert werden, mit steigendem Abstand zur optischen Achse ebenfalls ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Teilelemente (3) um die optische Achse gekrümmt ausgebildet sind, wobei die optischen Teilelemente (3) auf einem Trägerelement (4) angeordnet sind und das Trägerelement (4) eine trapezförmige oder spitze Struktur aufweist und von der Spitze der Struktur her um die optische Achse aufgewickelt ist.Refractive optical element (5) having a plurality of optical sub-elements (3), wherein the optical sub-elements (3) are arranged such that the number of optical sub-elements (3) that of electromagnetic radiation, which on the optical element (5) in parallel to the optical axis of the optical element (5) is incident, also increases with increasing distance to the optical axis, characterized in that the optical sub-elements (3) are curved around the optical axis, wherein the optical sub-elements (3) on a Carrier element (4) are arranged and the carrier element (4) has a trapezoidal or pointed structure and is wound from the top of the structure forth about the optical axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein refraktives optisches Element, insbesondere ein refraktives optisches Element zur Brechung bzw. Fokussierung von Röntgenstrahlung. Für die Brechung von Röntgenstrahlung, also elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 5pm bis 50nm, besteht eine besondere Problematik dahingehend, dass die Brechkraft der für Röntgenstrahlung hinreichend transmissiven Materialien so gering ist, dass im Fall der Verwendung massiver Linsen vergleichsweise extreme Formen von Linsen notwendig sind, die unter anderem dazu führen, dass der Weg der Strahlung im Linsenmaterial derart lang wird, dass sich nicht mehr akzeptable Werte für die Absorption der Röntgenstrahlung im Linsenmaterial ergeben. Nach dem Stand der Technik wird dieser Problematik dadurch begegnet, dass das optische Element aus einer Mehrzahl von optischen Teilelementen mit brechenden Flächen gebildet wird, von denen sich im Randbereich des optischen Elementes, also in den von der optischen Achse des optischen Elementes weiter beabstandeten Bereichen, mehr im Weg der zu brechenden Strahlung befinden und von dieser passiert werden als in der Nähe der optischen Achse. Auf diese Weise wird eine stärkere Brechung der Strahlung im Randbereich erzielt und das optische Element erzielt eine fokussierende Wirkung. So wird beispielsweise in Jark, W. et al „Focusing X-rays with simple arrays of prism-like structures“, Journal of Synchrotron Radiation, 2004, 11, 248–253 eine sogenannte Clessidra-Linse vorgestellt, die eine Vielzahl von insgesamt in der Art einer Sanduhr angeordneten Einzelprismen aufweist. Die Sanduhrform ergibt sich dabei durch die bereits erwähnte Anordnung der Mehrzahl der Prismen in den von der optischen Achse weiter entfernt liegenden Bereichen. Nachteilig hierbei ist jedoch die aufwändige Herstellung des optischen Elementes sowie die Einschränkung, mit einem der optischen Elemente lediglich einen Linienfokus und keinen Punktfokus erzeugen zu können. Zwar lässt sich durch die Kombination mehrerer gegeneinander verdrehter Clessidra-Linsen ein Punktfokus erzeugen, dies geht jedoch zu Lasten der Transmittivität der Gesamtanordnung. The invention relates to a refractive optical element, in particular a refractive optical element for refraction or focusing of X-radiation. For the refraction of X-radiation, ie electromagnetic radiation in a wavelength range of 5 pm to 50 nm, there is a particular problem in that the refractive power of the materials sufficiently transmissive for X-radiation is so low that comparatively extreme forms of lenses are necessary in the case of using solid lenses which, among other things, cause the path of the radiation in the lens material to become so long that no longer gives acceptable values for the absorption of the X-ray radiation in the lens material. According to the prior art, this problem is met by the fact that the optical element is formed from a plurality of partial optical elements with refractive surfaces, of which in the edge region of the optical element, ie in the further spaced from the optical axis of the optical element areas, more in the way of the radiation to be refracted and are passed by this than in the vicinity of the optical axis. In this way, a stronger refraction of the radiation is achieved in the edge region and the optical element achieves a focusing effect. For example, in Jark, W. et al., "Focusing X-rays with simple arrays of prism-like structures", Journal of Synchrotron Radiation, 2004, 11, 248-253, a so-called Clessidra lens is presented which comprises a plurality of total in having the nature of an hourglass arranged single prisms. The hourglass shape results from the already mentioned arrangement of the plurality of prisms in the areas further away from the optical axis. The disadvantage here, however, is the complex production of the optical element and the limitation to be able to produce only one line focus and no point focus with one of the optical elements. Although a point focus can be generated by the combination of several mutually rotated Clessidra lenses, this is at the expense of the transmittivity of the overall arrangement.

In "Simon, M. [et al.]: X-ray Prism Lenses with Large Apertures, Proc. SPIE, Vol. 7077, 2008, S. 70771Q-1–S. 70771Q-6" sind Ausführungen von Röntgenlinsen beschrieben. Dabei können einzelne Teilelemente einer Röntgenlinse als Prismen ausgebildet sein. In "Simon, M. [et al.]: X-ray Prism Lenses with Large Apertures, Proc. SPIE, Vol. 7077, 2008, pp. 70771Q-1-S, 70771Q-6", embodiments of x-ray lenses are described. In this case, individual sub-elements of an X-ray lens can be designed as prisms.

Aus der US 6 594 337 B1 ist eine Vorrichtung zur Bündelung von Röntgenstrahlen bekannt, die eine reflektierende Oberfläche umfasst, die als eine Spirale mit mehreren Windungen ausgebildet ist. Durch die spiralförmige Anordnung eines Trägerelements kann eine Punktfokussierung der Röntgenstrahlen erreicht werden. From the US Pat. No. 6,594,337 B1 For example, there is known an X-ray collimating apparatus comprising a reflective surface formed as a multi-turn spiral. Due to the helical arrangement of a carrier element, a point focusing of the X-rays can be achieved.

Ausgehend von dem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein refraktives optisches Element anzugeben, das einfach herstellbar ist, sowie ferner eine möglichst gute Transmittivität mit der Option, einen Linienfokus und eine große Apertur zu realisieren, aufweist. Based on the prior art, the invention has the object to provide a refractive optical element that is easy to manufacture, and further as good as possible Transmittivity with the option to realize a line focus and a large aperture has.

Diese Aufgabe wird durch das optische Element mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung. This object is achieved by the optical element having the features specified in claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments and variants of the invention.

Das erfindungsgemäße refraktive optische Element weist eine Mehrzahl optischer Teilelemente auf, wobei die optischen Teilelemente derart angeordnet sind, dass die Anzahl der optischen Teilelemente, die von elektromagnetischer Strahlung, welche auf das optische Element parallel zur optischen Achse des optischen Elementes einfällt, passiert werden, mit steigendem Abstand zur optischen Achse ebenfalls ansteigt. Erfindungsgemäß sind dabei die optischen Teilelemente insbesondere rotationssymmetrisch um die optische Achse herum gekrümmt ausgebildet. The refractive optical element according to the invention has a plurality of optical sub-elements, wherein the optical sub-elements are arranged such that the number of optical sub-elements, which are passed by electromagnetic radiation incident on the optical element parallel to the optical axis of the optical element, with increasing distance to the optical axis also increases. According to the invention, the optical sub-elements are in particular designed to be curved in a rotationally symmetrical manner about the optical axis.

So können die optischen Teilelemente bspw. als ringförmige Elemente mit unterschiedlichen Radien und einem dreiecksförmigen Querschnitt (Ringprismen) ausgebildet sein, die konzentrisch um die optische Achse auf einander gestapelt angeordnet und mit einander verbunden sind. Dabei ist mit zunehmendem Radius eine steigende Anzahl von derartigen Ringprismen vorhanden, so dass sich bei entsprechender Stapelung der Ringprismen im Ergebnis ein um die optische Achse rotationssymmetrisches optisches Element in der Form einer Sanduhr ergibt. Auf diese Weise lässt sich ein refraktives optisches Element mit einem Punktfokus realisieren, mit dem sich prinzipbedingt eine große Apertur sowie eine vergleichsweise hohe Transmittivität erreichen lässt. Besonders geeignet ist das oben beschriebene optische Element für die Anwendung im Röntgenbereich, Thus, the optical sub-elements may, for example, be formed as annular elements with different radii and a triangular cross section (ring prisms), which are arranged concentrically stacked on the optical axis and connected to each other. In this case, an increasing number of such ring prisms is present with increasing radius, so that results in a corresponding stacking of the ring prisms as a result of a rotationally symmetric about the optical axis optical element in the form of an hourglass. In this way, a refractive optical element with a point focus can be realized, with which a large aperture and a comparatively high transmittivity can be achieved in principle. Particularly suitable is the above-described optical element for use in the X-ray region,

Bei entsprechender Material- und Geometriewahl ist auch eine Anwendung in einer Vielzahl von weiteren Wellenlängenbereichen denkbar. With appropriate choice of material and geometry, an application in a variety of other wavelength ranges is conceivable.

Erfindungsgemäß sind die optischen Teilelemente auf einem Trägerelement angeordnet, das um die optische Achse aufgewickelt ist. Auch hier kann es sich bei den optischen Teilelementen mindestens teilweise um Prismen handeln. Die optischen Teilelemente und das Trägerelement können einstückig ausgebildet sein. Durch diese Ausführungsform eröffnet sich die Möglichkeit, zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elementes zunächst eine Folie bspw. aus einem Polyimid herzustellen, auf der die optischen Teilelemente bereits eingeformt sind. Es wird also ein Trägerelement hergestellt, das eine Vielzahl insbesondere parallel verlaufender Prismen aufweist. Dies kann durch eine Abformung von einer mit Methoden der Photolithographie, gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Strukturierungsverfahren, wie beispielsweise Ätzverfahren, hergestellten Negativform erfolgen; auch andere Strukturierungsverfahren sind denkbar. Ein exemplarisches Verfahren ist anhand der Zeichnung beschrieben. Nach der Herstellung des Trägerkörpers mit den Prismen als optischen Teilelementen wird der Trägerkörper in der Weise zugeschnitten, dass er eine trapezförmige oder auch spitze, vorzugsweise spiegelsymmetrische Struktur mit einer im Vergleich zu ihrer Länge vergleichsweise kurzen Grundseite bildet. Die Spitze der Struktur kann dabei auf der Symmetrieachse liegen und die Prismen verlaufen parallel zur Symmetrieachse in einer zur Grundseite senkrechten Richtung. Nachfolgend wird das Trägerelement mit den Prismen in Richtung der Prismen von der Spitze bzw. der kurzen Seite der Struktur her aufgerollt so dass sich die gewünschte Form des erfindungsgemäßen optischen Elementes praktisch von selbst ergibt. Zur Unterstützung des Aufrollvorganges kann ein zylindrischer Körper, insbesondere eine Glasfaser, bspw. mit einem Durchmesser von ca. 125µm verwendet werden, um welche herum das Trägerelement aufgewickelt wird. Der Vorteil der Verwendung der Glasfaser liegt dabei in ihrer vergleichsweise hohen mechanischen Stabilität. Der Durchmesser des zylindrischen Körpers kann dabei ohne wesentliche Verschlechterung der optischen Eigenschaften des optischen Elementes bis in den Bereich des Durchmessers des gewünschten Fokus gewählt werden. Daneben ist durch das geschilderte Verfahren die maximal erreichbare Apertur der erfindungsgemäßen optischen Elemente nicht verfahrensbedingt eingeschränkt. According to the invention, the optical sub-elements are arranged on a carrier element which is wound around the optical axis. Again, the optical sub-elements may at least partially be prisms. The optical sub-elements and the carrier element may be integrally formed. This embodiment opens up the possibility, for the production of the optical element according to the invention, of initially producing a foil, for example, from a polyimide on which the optical subelements are already formed. Thus, a carrier element is produced which has a multiplicity of, in particular, parallel prisms. This can be done by taking an impression of a method of photolithography, optionally in conjunction with other patterning methods, such as etching, negative mold; Other structuring methods are conceivable. An exemplary method is described with reference to the drawing. After producing the carrier body with the prisms as optical subelements, the carrier body is cut in such a way that it forms a trapezoidal or also pointed, preferably mirror-symmetrical structure with a comparatively short base side compared to its length. The tip of the structure can lie on the axis of symmetry and the prisms run parallel to the axis of symmetry in a direction perpendicular to the base side. Subsequently, the carrier element is rolled up with the prisms in the direction of the prisms from the top or the short side of the structure so that the desired shape of the optical element according to the invention results practically by itself. To support the Aufrollvorganges a cylindrical body, in particular a glass fiber, for example. Be used with a diameter of about 125 .mu.m, around which the support member is wound. The advantage of using the glass fiber lies in its comparatively high mechanical stability. The diameter of the cylindrical body can be selected without significant deterioration of the optical properties of the optical element up to the range of the diameter of the desired focus. In addition, the maximum achievable aperture of the optical elements according to the invention is not restricted by the method described process-related.

Die Anordnung aus Trägerelement und optischen Teilelementen kann dabei vor dem Aufwickeln eine Gesamtdicke von ca. 12 µm aufweisen, wobei das Trägerelement selbst eine Dicke von ca. 1,3 µm aufweist. Grundsätzlich ist das Trägerelement so dünn wie unter Stabilitätsaspekten noch vertretbar zu wählen. Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn bei möglichst kleinen optischen Teilelementen das Trägerelement dünn gegenüber den Dimensionen der optischen Teilelemente ausgebildet ist. Das Trägerelement wirkt als planparallele Platte und somit für achsenparallele Strahlen nicht brechend. Da bereits ein vergleichsweise dünnes Trägerelement die erforderliche mechanische Stabilisierung leistet, kann auch die Gesamtabsorption durch das Trägerelement gering gehalten werden. The arrangement of carrier element and optical sub-elements can have before winding a total thickness of about 12 microns, wherein the support element itself has a thickness of about 1.3 microns. Basically, the support element is as thin as to choose from stability aspects still acceptable. Overall, it is advantageous if, with the smallest possible optical sub-elements, the carrier element is made thin relative to the dimensions of the optical sub-elements. The carrier element acts as a plane-parallel plate and thus does not break for axis-parallel rays. Since a comparatively thin carrier element already provides the required mechanical stabilization, the total absorption by the carrier element can also be kept low.

Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand der Zeichnung beschrieben. The invention will be described by way of example with reference to the drawing.

Es zeigt: It shows:

1 eine Röntgenlinse nach dem Stand der Technik, 1 an X-ray lens according to the prior art,

2 eine Modifikation der in 1 gezeigten Linse, bei der nicht zur Brechung beitragende Materialbereiche weggelassen wurden, 2 a modification of in 1 shown lens, have been omitted in the not contributing to the refraction material areas,

3 eine Detaildarstellung zu 2, 3 a detailed view too 2 .

4 eine optisch gleich wirkende Alternative zu dem in 3 gezeigten Element, 4 an optically equal alternative to the in 3 shown element,

5 eine Schnittdarstellung eines Trägerkörpers mit optischen Teilelementen, 5 a sectional view of a carrier body with optical sub-elements,

6 eine perspektivische Ansicht des in der Schnittdarstellung von 5 dargestellten Trägerkörpers mit optischen Elementen; und 6 a perspective view of the in the sectional view of 5 illustrated carrier body with optical elements; and

7 eine Skizze eines erfindungsgemäßen optischen Elementes. 7 a sketch of an optical element according to the invention.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Röntgenlinse 1 nach dem Stand der Technik. Da das Linsenmaterial, beispielsweise Si, B, Be, für Röntgenwellenlängen einen Brechungsindex < 1 aufweist, ist für diesen Fall die Sammellinse als Konkavlinse ausgebildet. Die optische Wirkung der in 1 gezeigten Linse kann alternativ auch – analog zum bekannten Vorgehen für Fresnel-Linsen – dadurch erreicht werden, dass die nicht zur Brechung beitragenden Teile des Materials aus der Linse entfernt und die verbleibenden gekrümmten Randbereiche der Linse zusammengeschoben werden, wie in 2 dargestellt. 1 shows in a sectional view an X-ray lens 1 According to the state of the art. Since the lens material, for example Si, B, Be, has a refractive index <1 for X-ray wavelengths, in this case the converging lens is designed as a concave lens. The optical effect of in 1 Alternatively, analogously to the known procedure for Fresnel lenses, the lens shown can also be achieved by removing the non-refracting parts of the material from the lens and pushing together the remaining curved edge regions of the lens, as in FIG 2 shown.

2 zeigt in ihrem oberen Bereich den Zustand nach dem schichtweisen Entfernen des nicht zur Brechung beitragenden Materials. Der untere Teil von 2 zeigt den Fall, in dem die verbleibenden Stücke in der zur optischen Achse parallelen Richtung zusammengeschoben wurden. Gut erkennbar in 2 ist, dass die so entstandenen optischen Fresnel-Linsenelemente 2 besonders im Randbereich der Röntgenlinse aufgrund der im Röntgenbereich erforderlichen extremen Krümmung der Linsen ein sehr geringes Verhältnis von Höhe zu Länge zeigen, was die Herstellung der auch als Lamellen bezeichneten Fresnel-Linsenelemente 2 für den Randbereich erschwert. Zur Illustration ist in 3 ein derartiges Fresnel-Linsenelement aus dem Randbereich der Röntgenlinse 1 noch einmal vergrößert dargestellt. 2 shows in its upper part the state after the stratified removal of the non-refractive contributing material. The lower part of 2 shows the case where the remaining pieces have been pushed together in the direction parallel to the optical axis. Well recognizable in 2 is that the resulting optical Fresnel lens elements 2 Especially in the edge region of the X-ray lens due to the extreme curvature of the lenses required in the X-ray region show a very low ratio of height to length, which is the preparation of the Fresnel lens elements, also referred to as lamellae 2 difficult for the edge area. For illustration is in 3 Such a Fresnel lens element from the edge region of the X-ray lens 1 shown enlarged again.

4 nun zeigt eine Anordnung, die optisch eine ähnliche Wirkung wie das in 3 dargestellte Fresnel-Linsenelement hat, jedoch erheblich einfacher herzustellen ist. Die in 4 exemplarisch dargestellte Lösung zeigt ebenfalls wie auch die vorhergegangenen Figuren in einer Querschnittsdarstellung drei gleichartige optische Teilelemente 3, die im vorliegenden Fall als Prismen ausgebildet sind. Die Summe der optischen Wirkung der in 4 gezeigten Prismen entspricht im Wesentlichen der optischen Wirkung des in 3 dargestellten Fresnel-Linsenelements 2. 4 now shows an arrangement that visually has a similar effect as in 3 shown Fresnel lens element has, however, is much easier to produce. In the 4 The solution shown by way of example also shows three similar optical partial elements in a cross-sectional representation as well as the preceding figures 3 , which are formed in the present case as prisms. The sum of the optical effect of in 4 The prisms shown essentially correspond to the optical effect of the 3 shown Fresnel lens element 2 ,

5 zeigt ebenfalls in einer Querschnittsdarstellung einen Trägerkörper 4 zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elementes, auf dem die optischen Teilelemente 3, welche im vorliegenden Fall als Prismen mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet sind, angeordnet sind. Dabei kann der Trägerkörper 4 mit den optischen Teilelementen 3 einstückig insbesondere aus Polyimid hergestellt sein. Der Trägerkörper 4 zeigt eine Dicke von ca. 1,3 µm; die Höhe der optischen Teilelemente 3 kann ca. 10,7 µm betragen. 5 also shows a cross-sectional view of a carrier body 4 for producing the optical element according to the invention, on which the optical sub-elements 3 , which are formed in the present case as prisms with triangular cross-section, are arranged. In this case, the carrier body 4 with the optical subelements 3 be made in one piece in particular of polyimide. The carrier body 4 shows a thickness of about 1.3 microns; the height of the optical subelements 3 can be about 10.7 microns.

In 6 ist die erfindungsgemäße Struktur noch einmal in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Gut erkennbar in 6 ist die Ausführung als Folie, die eine spitze, spiegelsymmetrische Struktur mit einer im Vergleich zu ihrer Höhe vergleichsweise kurzen Grundseite bildet. Wenn auch die Darstellung in 6 den Eindruck eines gleichschenkligen Dreieckes erweckt, wird die Form der Seiten und damit die Kontur des Folienzuschnitts – in Abhängigkeit der gewünschten Oberflächenfunktion der fertigen Linse – von der Form einer Geraden abweichen. Allgemein lässt sich der Zusammenhang zwischen der Kontur des Folienzuschnitts und der Oberflächenfunktion der fertigen Linse im Längsschnitt darstellen wie folgt:

mit:

f_z:: Kontur des Folienzuschnitts
f_LK(x):: Gewünschte Oberflächenfunktion der Linse, x in Richtung optischer Achse
d_f:: Foliendicke

In 6 the structure according to the invention is shown once again in a perspective view. Well recognizable in 6 is the design as a film, which forms a pointed, mirror-symmetrical structure with a comparatively short compared to their height base page. Although the illustration in 6 gives the impression of an isosceles triangle, the shape of the sides and thus the contour of the film blank - depending on the desired surface function of the finished lens - deviate from the shape of a straight line. In general, the relationship between the contour of the film blank and the surface function of the finished lens can be represented in longitudinal section as follows:

With:

f _z :: Contour of the foil blank
f _LK (x):: Desired surface function of the lens, x in the direction of the optical axis
d _f :: film thickness

Rollt man nun diese Folie von der Spitze der Struktur her auf, ergibt sich die in 7 dargestellte Röntgenrolllinse 5 als aufgewickelter, nahezu rotationssymmetrischer Körper. Gut erkennbar in 7 ist, dass die Randstrahlen durch die Röntgenrolllinse 5 stärker abgelenkt werden als diejenige, die im Bereich der optischen Achse verlaufen, da im Randbereich der Röntgenrolllinse 5 mehr optische Teilelemente 3 vorhanden sind als im Bereich der optischen Achse der Röntgenrolllinse 5. Für die Verwendung der gezeigten Rolllinse 5 für Wellenlängen, für die der Brechungsindex des verwendeten Materials über 1 liegt, muss die Folie von der Spitze ausgehend so aufgewickelt werden, dass die Prismen nicht wie in 7 gezeigt nach innen, sondern nach außen zeigen. If you now roll this film from the top of the structure, the results in 7 illustrated X-ray roller lens 5 as a wound, almost rotationally symmetrical body. Well recognizable in 7 is that the marginal rays through the X-ray lens 5 be deflected more than those which extend in the region of the optical axis, as in the edge region of the X-ray roller lens 5 more optical subelements 3 are present as in the region of the optical axis of the X-ray roller lens 5 , For the use of the rolling lens shown 5 for wavelengths for which the refractive index of the material used is greater than 1, the film must be wound from the tip so that the prisms do not wind as in FIG 7 shown inward, but facing outward.

Die in 7 gezeigte Röntgenrolllinse 5 zeigt im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Clessidra-Linsen keinen Linienfokus, sondern einen Punktfokus, was ihre Verwendbarkeit für eine Vielzahl von Anwendungen eröffnet. Die in 7 gezeigte Röntgenrolllinse 5 hat darüber hinaus das Potenzial für eine gegenüber konventionellen Linsen größere Apertur. Daneben ist die gezeigte Röntgenrolllinse 5 einfach herzustellen und aufgrund der Struktur der Linse wird die Absorption im Linsenmaterial gegenüber einer Volllinse erheblich reduziert. In the 7 shown X-ray roller lens 5 In contrast to the Clessidra lenses known from the prior art, it does not show a line focus, but a point focus, which opens up its usability for a variety of applications. In the 7 shown X-ray roller lens 5 moreover has the potential for a larger aperture than conventional lenses. Next to it is the x-ray roller lens shown 5 Easy to manufacture and due to the structure of the lens, the absorption in the lens material is significantly reduced compared to a full lens.

8 zeigt in den Teil 8.1 bis 8.17 ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Röntgenrolllinse 5. Dabei wird in den Teilfiguren im linken Teil der jeweiligen Teilfigur schematisch der Schichtverlauf dargestellt, wohingegen im rechten Teil der Teilfigur auch die Struktur des entstandenen Zwischenproduktes gezeigt ist. 8th pointing in the part 8.1 to 8.17 a method for producing the X-ray roller lens according to the invention 5 , In this case, in the subfigures in the left part of the respective subfigure the layer course is shown schematically, whereas in the right part of the subfigure also the structure of the resulting intermediate product is shown.

In 8.1 ist als Ausgangsmaterial ein oxidierter 100-Siliziumwafer dargestellt. 8.2 zeigt das Zwischenprodukt nach der Bedampfung mit einer Chromschicht; 8.3 zeigt den Zustand nach dem Aufschleudern von Positivresist. Wie in 8.4 dargestellt, erfolgt anschließend eine Belichtung durch eine Chrommaske und ein Entwickeln der belichteten Resistschicht. Das Ergebnis ist in 8.5 dargestellt. Nachfolgend wird die Chromschicht mittels der Resistschicht als Ätzmaske geätzt, so dass sich die in 8.6 dargestellte Struktur bildet. 8.7 zeigt den Zustand, nachdem die Resistschicht mittels Flutbelichtung und nachfolgender Entwicklung gestrippt wurde. Nunmehr kann die verbliebene Chromschicht als Ätzmaske verwendet werden, so dass die Oxidschicht teilweise von dem Siliziumwafer entfernt werden kann, was in 8.8 dargestellt ist. Die verbliebene Chromschicht wird nachfolgend durch Ätzen entfernt bzw. gestrippt, so dass sich die in 8.9 dargestellte Schichtenfolge ergibt. Nachfolgend wird der Wafer anisotrop geätzt, so dass sich in der Siliziumschicht Gräben mit dreieckigem Profil bilden, was in 8.10 erkennbar ist. Im nächsten Schritt kann die verbliebene Oxidschicht durch einen weiteren Ätzvorgang entfernt werden, wodurch sich die in 8.11 gezeigte Struktur als Negativform bildet. Die in der vorstehend beschriebenen Schritten hergestellte Negativform kann zur Abformung der gewünschten Struktur mehrfach in der nachfolgend beschriebenen Weise verwendet werden. Zunächst wird als Trennschicht eine Goldschicht aufgebracht, wie aus 8.12 erkennbar ist. Als nächster Schritt wird Polyimid auf die Struktur aufgetropft und nachfolgend überflüssige Anteile des Polyimids abgeschleudert (in 8.13 und 8.14 gezeigt). Nach einem Aushärtevorgang der Polyimidschicht durch Prebake, Belichtung und Postbake (8.15) kann der Verbund aus Polyimid und Gold abgelöst werden (8.16) und die Goldtrennschicht durch Ätzen entfernt werden, so dass sich das in 8.17 dargestellte Endprodukt, nämlich die Polyimidfolie als Trägerelement mit den einstückig angeformten Prismen als optischen Teilelementen ergibt. Die in 8.17 gezeigte Struktur kann nun aufgewickelt werden, wozu beispielsweise nach einem Zuschnitt, durch welchen sich die in 6 gezeigte Struktur ergibt, auf eine Glasfaser mit einem Durchmesser von ca. 125 µm aufgewickelt wird. Eine Stabilisierung der so entstandenen Rolllinse kann mittels Klebeband oder anderen Methoden erfolgen. Für die Verwendung der Rolllinsen für andere Wellenlängenbereiche als den Röntgenbereich kommen auch andere Materialien in Frage. In 8.1 is shown as starting material an oxidized 100-silicon wafer. 8.2 shows the intermediate product after the vapor deposition with a chromium layer; 8.3 shows the state after spin-on positive resist. As in 8.4 illustrated, then carried out an exposure through a chrome mask and developing the exposed resist layer. The result is in 8.5 shown. Subsequently, the chromium layer is etched by means of the resist layer as an etching mask, so that the in 8.6 formed structure forms. 8.7 shows the state after the resist layer has been stripped by flood exposure and subsequent development. Now, the remaining chromium layer can be used as an etching mask, so that the oxide layer can be partially removed from the silicon wafer, resulting in 8.8 is shown. The remaining chromium layer is subsequently removed or stripped by etching, so that the in 8.9 results in layer sequence shown. Subsequently, the wafer is etched anisotropically so that trenches with a triangular profile are formed in the silicon layer 8.10 is recognizable. In the next step, the remaining oxide layer can be removed by a further etching process, whereby the in 8.11 structure shown as a negative form. The negative mold prepared in the steps described above may be used several times to mold the desired structure in the manner described below. First, a gold layer is applied as a release layer, as seen from 8.12 is recognizable. As a next step, polyimide is dropped onto the structure and subsequently spun off excess portions of the polyimide (in 8.13 and 8.14 shown). After a curing process of the polyimide layer by prebake, exposure and postbake ( 8.15 ), the composite of polyimide and gold can be detached ( 8.16 ) and the gold separation layer are removed by etching, so that the in 8.17 shown end product, namely the polyimide film as a carrier element with the integrally formed prisms as optical sub-elements results. In the 8.17 structure shown can now be wound, including, for example, after a blank through which the in 6 shown structure is wound on a glass fiber with a diameter of about 125 microns. A stabilization of the resulting rolling lens can be done by means of tape or other methods. For the use of rolling lenses for wavelength ranges other than the X-ray range, other materials come into question.

Claims

Refractive optical element ( 5 ) with a plurality of optical sub-elements ( 3 ), wherein the optical subelements ( 3 ) are arranged such that the number of optical sub-elements ( 3 ), of electromagnetic radiation which is transmitted to the optical element ( 5 ) parallel to the optical axis of the optical element ( 5 ) is incident, also increases with increasing distance to the optical axis, characterized in that the optical sub-elements ( 3 ) are curved around the optical axis, wherein the optical sub-elements ( 3 ) on a carrier element ( 4 ) are arranged and the carrier element ( 4 ) has a trapezoidal or pointed structure and is wound around the optical axis from the top of the structure.

Refractive optical element ( 5 ) according to claim 1, characterized in that it is in the optical sub-elements ( 3 ) is at least partially prisms.

Refractive optical element ( 5 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the optical sub-elements ( 3 ) and the carrier element ( 4 ) are integrally formed.

Refractive optical element ( 5 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical sub-elements ( 3 ) and the carrier element ( 4 ) are formed of a polyimide.

Refractive optical element ( 5 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the arrangement of carrier element ( 4 ) and optical subelements ( 3 ) has a total thickness of 12 microns.

Refractive optical element ( 5 ) according to claim 5, characterized in that the carrier element ( 4 ) has a thickness of 1.3 microns.

Refractive optical element ( 5 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier element ( 4 ) is wound on a cylindrical body.

Refractive optical element ( 5 ) according to claim 7, characterized in that the cylindrical body is a glass fiber.

Refractive optical element ( 5 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the cylindrical body has a diameter of 125μm.