EP1422725A2 - Reflector for X-rays - Google Patents

Reflector for X-rays Download PDF

Info

Publication number
EP1422725A2
EP1422725A2 EP03020837A EP03020837A EP1422725A2 EP 1422725 A2 EP1422725 A2 EP 1422725A2 EP 03020837 A EP03020837 A EP 03020837A EP 03020837 A EP03020837 A EP 03020837A EP 1422725 A2 EP1422725 A2 EP 1422725A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflector
ray
cross
along
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03020837A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1422725A3 (en
EP1422725B1 (en
Inventor
Carsten Michaelsen
Michael Dahms
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
InCoaTec GmbH
Original Assignee
InCoaTec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by InCoaTec GmbH filed Critical InCoaTec GmbH
Publication of EP1422725A2 publication Critical patent/EP1422725A2/en
Publication of EP1422725A3 publication Critical patent/EP1422725A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1422725B1 publication Critical patent/EP1422725B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators

Definitions

  • the invention relates to a reflector for X-rays, which along of a first cross-section in a plane containing an x-direction in the shape of a non-circular arc is curved (tangential curvature), the reflector also along a second cross section in a direction perpendicular to the x direction Plane is curved (sagittal curvature).
  • a generic X-ray mirror is for example from the DE 44 07 278 A1 has become known.
  • X-ray light like visible light, is electromagnetic radiation. Due to the higher energy in the order of keV the Interaction of X-rays with matter, however, is significantly different than with visible light. In particular, there have been considerable difficulties effective optical components such as mirrors or lenses for To provide x-rays. The components realized so far are based primarily on Bragg diffraction and total reflection, both under grazing idea.
  • the reflectivity of the Goebel mirror is limited by the fact that a No divergence of the beam perpendicular to the x-direction in the mirror plane can be sufficiently taken into account.
  • a two-dimensional focus is due to a rotationally symmetrical design, i.e. a second, circular mirror curvature in the plane perpendicular to the x direction conceivable.
  • the curvature of the mirror perpendicular to the x direction must be for typical dimensions of x-ray analysis devices with radii of curvature but are in the millimeter range. So far, however, one has not succeeded X-ray mirror with such a strong curvature with sufficient To manufacture accuracy. Reducing the Surface roughness and waviness of such a strongly curved mirror with sufficient precision.
  • the object of the present invention is to design the X-ray mirrors and the beam profile of reflected X-rays flexibilize to facilitate the manufacture of x-ray mirrors and thereby at the same time high efficiency (i.e. high reflectivity and good focusing properties) of the X-ray mirrors ensure can.
  • This task is done in a surprisingly simple but effective way through a reflector for X-rays (X-ray mirror) of the entrance presented type solved, which is characterized in that the reflector along the second cross section also one of a circular arc has a different curvature.
  • the curvature along the second cross-section is for the production of two-dimensionally focusing mirrors is particularly delicate.
  • this second curvature can deviate from that Arc shape can be selected.
  • Beam shapes are, for example, an elliptical ring shape or a lenticular shape available.
  • the beam shape can in particular the shape a sample to be examined or an X-ray detector or its Input gap can be adjusted.
  • the reflector according to the invention represents the curvature of the reflector along the second cross section Focusing properties of the reflector, particularly in the x direction vertical plane, a.
  • the curvature of the reflector along the second Cross-section determines the direction of the outgoing X-rays that diverge on incidence in the reflector plane perpendicular to the x direction.
  • the focusing effect of the curvature along the second cross-section can be chosen in particular that the focal points of both curvatures of the reflector coincide, for example at the detector or at infinity for a parallel beam.
  • An embodiment of the invention is particularly advantageous Reflector in which the reflector focuses two-dimensionally or is parallelizing. This can create a high intensity in one outgoing X-ray beam are obtained, because on the invention Reflector is only a loss-causing reflection to the two-dimensional Focusing or parallelization of an X-ray beam necessary.
  • the reflector is like this configured that the reflector along the first cross section (tangential Curvature) is parabolic, hyperbolic or elliptically curved.
  • the Parabolic shape is the basic shape of the Goebel mirror and allows one Parallelization of the outgoing X-ray (with respect to the Beam divergence on the reflector that reflects the mirror surface in the x direction sweeps).
  • An elliptical shape allows the beam to be focused on a certain focal spot (again with respect to the one just mentioned Divergence).
  • This embodiment thus largely represents a Goebel mirror, but it has a non-circular arc-shaped curvature along the second cross section. So far it has not been technically possible to produce Goebel mirrors with a rotationally symmetrical second curvature of sufficient quality.
  • the above embodiment is significantly easier to produce than a rotationally symmetrical Goebel mirror, but has comparable X-ray optical properties:
  • the change in the angle of incidence on the multilayer over the length of the X-ray mirror from front to back (in the x direction) is changed in the Bragg condition by adapting the Layer distance (plane distance) equalized to ensure good reflectivity for the X-rays of a certain wavelength over the entire length of the X-ray mirror.
  • the focusing of the beam divergence perpendicular to the x-direction in the mirror plane is set by the curvature along the second cross-section deviating from a circular arc shape. In general, this deviation results in imperfect focusing. This may be desirable for certain applications and is therefore expressly part of the present invention.
  • An embodiment of this training is particularly advantageous, in which the reflector is characterized in that the curvature of the Reflector along the second cross section the change in sum d along the second cross-section with a comparison reflector a constant sum d and circular curvature along it second cross section with respect to the focusing and reflectivity properties of the reflector compensated.
  • This configuration will realized an X-ray optical component, the properties of which correspond to the rotationally symmetrical Göbel mirror.
  • a functional, Experimentally, rotationally symmetrical Goebel mirrors could not yet will be realized.
  • this embodiment of the invention is easier to produce because the curvature is reduced along the second cross section and the inevitable layer thickness errors are tolerated can.
  • Another advantageous embodiment provides that the reflector along the second cross section with an elliptical curvature different lengths of the semiaxes or a parabolic Has curvature.
  • the elliptical construction is particularly suitable for the focusing of the divergence of the radiation perpendicular to the x-axis in the Mirror plane; the parabolic shape favors the formation of a Parallel beam.
  • the reflector has a reflective surface of more than 2 mm, in particular at least 4 mm wide (measured perpendicular to the x direction) on.
  • the Reflectivity for a certain wavelength towards the edge in particular are reflective in the usual dimensions of an X-ray analysis device Widths limited to less than 2 mm.
  • the reflector according to the invention has but high reactivity over much larger latitudes. This allows the reflected intensity in a first approximation proportional to the invention reflective surface can be increased.
  • X-ray analyzer with an X-ray source, one to be analyzed Sample, an x-ray detector, beam-shaping and / or beam-limiting agents and an above inventive Reflector.
  • the reflector according to the invention is particularly well received Applicable when used in an X-ray analyzer.
  • the X-ray source can also have a separate one Include monochromator.
  • the sample can be stored on a goniometer his.
  • the detector can be designed to dissolve energy or else integral event counting.
  • X-ray analyzer hits X-rays on the reflector in one Angle of less than 5 ° to the x direction. Under these conditions Bragg diffraction is particularly effective, as with conventional X-rays in the Range of a few keV (e.g. Cu-K ⁇ ) the associated layer spacing is technologically easy to manufacture.
  • the curvature of the Reflector is formed along the second cross section so that the Reflectivity of the reflector for the wavelength of that from the x-ray source generated radiation is maximum. This will reflect high Intensities and thus shorter measuring times in the X-ray analyzer achieved.
  • different reflectors can also be used for specific ones X-ray wavelengths can be provided interchangeably.
  • An embodiment in which the reflector is on it is particularly advantageous X-rays incident on a punctiform area (focal spot), especially focused on the sample or on the X-ray detector. This are the most common applications for a beam path, in which the Count rate at the detector is maximized.
  • An embodiment of an inventive is also advantageous X-ray analyzer in which the reflector is made of incident on it X-rays an x-ray with a certain Beam divergence, in particular a parallel beam, is generated.
  • a certain Beam divergence in particular a parallel beam
  • parallels X-rays can illuminate samples particularly evenly and a similar beam profile can be seen on the sample and on the detector can be set.
  • FIG. 1 shows the structure of an X-ray analysis device according to the invention in a schematic representation.
  • X-ray radiation emanates from the X-ray source 1.
  • Two beams 2 and 3 of this x-ray radiation are shown in FIG. 1a. Both beams 2, 3 pass through a pinhole 4 and hit the reflecting surface of the reflector 5 according to the invention.
  • An orthogonal coordinate system X, Y, Z is coupled to the reflector 5.
  • the reflector is a multi-layer gradient mirror.
  • the reflective surface is formed by a periodic sequence in the Z direction of at least two layers of materials A, B with different refractive index for the X-rays used. The respective layers therefore extend approximately in adjacent XY planes.
  • the reflecting surface of the reflector 5 is curved in two dimensions (see FIGS. 2a and 2b). According to the invention, both curvatures are not circular arcs.
  • the beams 2, 3 are reflected on the reflector 5, penetrate the Sample 6 and are registered in the X-ray detector 7.
  • the beams 2, 3 have a divergence 8 in the XZ plane of typically 0.2 - 2 °.
  • the angle of incidence 9 of the two beams 2, 3 is about 0.5 - 2.5 ° against the X direction or the X 'direction (the Angle of incidence 9 is shown in FIG. 1a and also in FIG. 1b shown exaggerated).
  • the X direction is the main direction of extension of the Reflector 5. Apart from the angle of incidence 9, the direction of incidence is correct the X-ray radiation on the reflector 5 corresponds to the X direction.
  • the divergence 8 of the incident X-rays in the XZ plane is determined by the curvature of the reflector along its first cross section (tangential Curvature) in an XZ plane, i.e. a plane containing the x direction, focused (see Fig. 2a).
  • the curvature of the reflector along the first Cross-section is parabolic in Fig. 1a.
  • Fig. 1b shows the same X-ray analyzer as Fig. 1a, but with two other beams 10 and 11. Both beams have a divergence 12 in the YZ plane. The order of magnitude of this divergence 12 is approximately 1-2 °.
  • the beams 10, 11 are reflected on the surface of the reflector 5, penetrate the sample 6 and are registered in the detector 7.
  • the divergence 12 of the incident X-rays in the YZ plane becomes by the curvature of the reflector along a second cross section (sagittal curvature) in a YZ plane, i.e. the one perpendicular to the x direction Level, focused (see Fig. 2b).
  • a second cross section sagittal curvature
  • the illustrated reflector 5 according to the invention along the second Cross-section a non-circular arc, namely approximately one elliptical curvature.
  • FIGS. 2a and 2b The curvature of the reflector 5 is illustrated in FIGS. 2a and 2b . Both figures show the reflector 5 of FIGS. 1a / b enlarged.
  • the intersection line 13 of the reflecting surface of the reflector 5 with the XZ plane (which contains the X direction) reveals the curvature of the reflector in a first dimension. In Fig. 2a this curvature can be seen as parabolic.
  • This first curvature represents the curvature of the reflector along the first cross section.
  • the intersection line 14 of the reflective surface of the reflector 5 with the YZ plane reveals the curvature of the reflector in a second dimension.
  • This curvature can be seen as elliptical in FIG. 2b.
  • This second Curvature represents the curvature of the reflector along the second Cross-section and is not circular arc shaped according to the invention. in the illustrated case, and generally also advantageous for the invention, is the Reflector surface mirror-symmetrical with respect to a central XZ plane designed to reflect a uniformly illuminated x-ray beam to obtain.
  • the device according to the invention for conditioning X-rays through two-dimensionally curved X-ray reflectors, especially multi-layer X-ray reflectors, with non-rotationally symmetrical ones Shape explained in detail.
  • the reflectivities are reduced depending on the source size typically 30-70%.
  • the deflection angles are typical in the range between 0.5 - 2.5 degrees, so there are applications in the area the grazing idea.
  • the multilayer coatings In order to obtain high reflectivity for such reflectors at all points on the reflector, the multilayer coatings must vary in a very defined manner over the surface of the reflector, according to the information, for example, from US Pat. No. 6,226,349 and [Veröff. Cobbler like this].
  • the requirements for the precision of the coating of such reflectors are extremely high, and typically amount to 1-3% of the individual layer thicknesses. These tolerances result from the widths of the multilayer Bragg reflexes, which are typically in the range 1 - 3% of the Bragg angle. This results in coating requirements that are typically in the range of a few ten picometers.
  • the manufacture of such reflectors has succeeded in the past few years using various methods, and these reflectors have been a commercially available product for several years.
  • the layer thicknesses change with the angle of inclination to the coating source is the additional one Demand for a homogeneous layer thickness in the transverse direction, again in the area a few ten picometers, an additional technological challenge.
  • the required coating has not been achieved so far.
  • total reflectors have several compared to multilayer reflectors essential disadvantages: the even smaller angle of incidence (about three times smaller) and the resulting lower light collecting capacity, and the Lack of monochromatizing effects from totally reflecting mirrors.
  • Total reflectors have no monochromatizing properties, but only suppress high-energy X-rays for which the Total reflection angle is exceeded for a given geometry.
  • FIG. 6 A typical application (a so-called single crystal diffractometer) is shown in FIG .
  • the x-ray light 52 emitted from an x-ray source 51 (with a 200 ⁇ m pinhole) is focused on the two-dimensional detector 54 with the aid of a rotationally symmetrical reflector 53 (for example MICROMIRROR).
  • the beam image in image focus 61 Due to the finite extent of the x-ray source (for example 0.1 mm diameter), the beam image in image focus 61, see FIG. 6 , is also typically a few 0.1 mm in size.
  • the sample 55 with a diameter of typically 0.5 mm is typically located 10 cm in front of the detector 54.
  • the beam pattern 62 is ring-shaped there. This means that the sample 54 is not optimally illuminated.
  • it is disadvantageous if the sample is placed in focus because the scatter pattern in the detector is then not punctiform.
  • the basically annular beam profile 62 outside the image focus is generally disadvantageous.
  • the beam image both in focus 71 (detector) and outside focus 72 (sample) is of similar size.
  • beam dimensions are achieved which are ideal for the application.
  • An ellipsoidal reflector cutout 81 according to FIG. 8 is specified in more detail below by way of example.
  • the corresponding height profiles along x and y are shown in FIGS. 9 and 10 for a 4 mm wide reflector cutout.
  • the curves along x according to FIG. 9 are generally flat and have a depth of fall (in the z direction) of a few tens of micrometers over a length of a few tens of millimeters, that is to say they have a large radius of curvature of typically a few meters.
  • the curves along y according to FIG. 10 are macroscopically curved and have a depth of fall of a few hundred micrometers over a width of 4 mm, that is to say they have a small radius of curvature in the range of a few millimeters. As shown in FIG.
  • FIG. 15 Two ways to Homogenization of the layer is shown in FIG. 15 (coating source 151, Material flow 152) outlined. For example, by moving one Aperture 153, or by suitable swivel, pendulum or other Rotations of the mirror substrate 154, or a combination thereof Measures ensure that the layer is along the highly curved Surface becomes homogeneous. However, it is still necessary along the x direction in an extremely precise manner as described above to maintain the necessary layer thickness gradient. The fulfillment of this Condition in the i.w. flat reflectors according to the prior art already involves considerable expenditure on equipment (see e.g.
  • the solution according to the invention eliminates the need for any Modification of the equipment previously used for coating.
  • Coating systems e.g. in Fig. 12 of US 6,226,349 Manufacture of X-ray reflectors that can be used without any Changes also for the manufacture of the reflectors according to the invention be used.
  • the Semi-axis b chosen such that the coating errors described above can be perfectly compensated for abnormal incidence. This is the following described in more detail.
  • a coating error occurs, it can be corrected by varying b with ⁇ .
  • is the dispersion coefficient of the multilayer used (see, for example, US 6,226,349).
  • the cross-sectional profile thus calculated is shown in FIG. 16 .
  • Ray tracing calculations confirm that an ellipsoid modified in this way reflects the desired X-ray line over the entire cross section despite the coating error, in contrast to FIG. 14a without correction of the coating error.
  • the desired monochromatizing effect is also completely retained, in contrast to FIG. 14b without correction.
  • the flatter shape of the solution according to the invention has only approximately half the edge slope as the rotationally symmetrical ellipsoid. It is therefore to be expected that the coating problems as well as the manufacturing problems of the curved shape with the required low roughness will additionally be significantly reduced.
  • the reflectors according to the invention are thus easier and cheaper to manufacture.
  • a non-rotationally symmetrical paraboloid can be calculated, which should now not focus the beam as described above, but should parallelize it.
  • the curved reflector substrates can, as in US Pat. No. 6,226,349, per se known way e.g. by grinding, polishing and lapping solid Made of quartz, Zerodur, glass, or other materials become. Roughness below 0.1 nm (0.3 nm is perfect for multilayers) and curvature errors below 5 ⁇ rad (below 25 ⁇ rad you already get a lot good mirrors) were in the reflectors according to US 6,226,349 by such Procedure routinely achieved. With these values are perfect Beam properties have been achieved.
  • Other techniques for shaping the Reflector substrates are bending techniques [e.g. DE 19935513] or Impression / replica techniques [US 4,525,853 claim 12].
  • Reflector as a Goebel mirror with a non-rotationally symmetrical curvature transverse to the x direction (which is approximately the main direction of incidence of the X-ray radiation corresponds) to the design of a such embodiment or an associated X-ray analysis device in Be explained in detail.
  • amorphous or polycrystalline is also advantageous Substrate material, especially glass, amorphous Si, polycrystalline Ceramic material or plastic.
  • Substrate material especially glass, amorphous Si, polycrystalline Ceramic material or plastic.
  • 2, 3 or 4 layers are particularly recommended.
  • the Layer thicknesses of the individual layers differ from material to material preferably by a maximum of 5%.

Abstract

The reflector (5) has a non-circular arc shaped reflecting surface along a cross section, which extends in an XZ plane containing an X direction. Another non-circular arc shaped reflecting surface along another cross section, which extends in an YZ plane perpendicular to the X direction. The latter arc shaped reflecting surface defines focusing properties of the reflector within YZ plane. An Independent claim is also included for an X-ray analysis device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für Röntgenstrahlung, welcher entlang eines ersten Querschnitts in einer eine x-Richtung enthaltenden Ebene nicht-kreisbogenförmig gekrümmt (tangentiale Krümmung) ist, wobei der Reflektor auch entlang eines zweiten Querschnitts in einer zur x-Richtung senkrechten Ebene gekrümmt ist (sagittale Krümmung). The invention relates to a reflector for X-rays, which along of a first cross-section in a plane containing an x-direction in the shape of a non-circular arc is curved (tangential curvature), the reflector also along a second cross section in a direction perpendicular to the x direction Plane is curved (sagittal curvature).

Ein gattungsgemäßer Röntgenspiegel ist beispielsweise aus der DE 44 07 278 A1 bekannt geworden.A generic X-ray mirror is for example from the DE 44 07 278 A1 has become known.

Röntgenlicht ist, wie auch sichtbares Licht, eine elektromagnetische Strahlung. Aufgrund der höheren Energie in der Größenordnung von keV ist die Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie aber deutlich anders als bei sichtbarem Licht. Insbesondere haben sich erhebliche Schwierigkeiten gezeigt, wirkungsvolle optische Bauelemente wie Spiegel oder Linsen für Röntgenstrahlung bereitzustellen. Die bisher realisierten Bauelemente basieren in erster Linie auf Bragg-Beugung und Totalreflexion, beides jeweils unter streifendem Einfall.X-ray light, like visible light, is electromagnetic radiation. Due to the higher energy in the order of keV the Interaction of X-rays with matter, however, is significantly different than with visible light. In particular, there have been considerable difficulties effective optical components such as mirrors or lenses for To provide x-rays. The components realized so far are based primarily on Bragg diffraction and total reflection, both under grazing idea.

Ein Röntgenspiegel auf Basis der Bragg-Beugung ist in einer ebenen Ausführung nur zur Reflexion eines sehr geringen Anteils der einfallenden, divergenten Röntgenstrahlung in der Lage, da die Bragg-Bedingung eine vergleichsweise scharfe Einfallswinkelgenauigkeit erfordert. Zur Behebung dieses Problems wurden gekrümmte Spiegelflächen und weiterhin ein örtlich veränderlicher Ebenenabstand vorgeschlagen. Die Krümmung der Spiegeloberfläche sowie der Ebenenabstand sind dabei entlang einer ersten Richtung x, die etwa der Hauptausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung (bei streifendem Einfall) entspricht, veränderlich. Der lokale Krümmungsradius liegt bei üblichen Dimensionen von Röntgenanalysegeräten im Bereich von Metern und folgt meist einem Parabel- oder Ellipsenprofil. Er ist fertigungstechnisch relativ unproblematisch herzustellen. Zur Realisierung eines veränderlichen Ebenenabstands wurde auf ein Multischichtspiegel-Design zurückgegriffen. Für diese Art eines Röntgenspiegels hat sich die Bezeichnung "Goebel-Spiegel" etabliert, vgl. DE 44 07 278 A1.An X-ray mirror based on Bragg diffraction is in one plane Execution only to reflect a very small proportion of the incident, able to divergent X-rays because the Bragg condition is a requires comparatively sharp angle of incidence. To fix This problem became curved mirror surfaces and continued to be local variable level spacing proposed. The curvature of the The mirror surface and the plane spacing are along a first one Direction x, which is approximately the main direction of propagation of the X-rays (at grazing idea), changeable. The local radius of curvature is with the usual dimensions of X-ray analyzers in the range of meters and usually follows a parabolic or elliptical profile. It is manufacturing technology relatively easy to manufacture. To realize a changeable Layer spacing was used on a multi-layer mirror design. For this type of X-ray mirror, the name "Goebel mirror" established, cf. DE 44 07 278 A1.

Die Reflektivität des Goebel-Spiegels ist aber dadurch begrenzt, dass eine Divergenz des Strahles senkrecht zur x-Richtung in der Spiegelebene nicht ausreichend berücksichtigt werden kann. Eine zweidimensionale Fokussierung ist zwar durch ein rotationssymmetrisches Design, d.h. eine zweite, kreisbogenförmige Spiegelkrümmung in der Ebene senkrecht zur x-Richtung denkbar. Die Krümmung des Spiegels senkrecht zur x-Richtung muss für typische Dimensionen von Röntgenanalyseeinrichtungen bei Krümmungsradien aber im Millimeter-Bereich liegen. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, einen solchermaßen stark gekrümmten Röntgenspiegel mit ausreichender Genauigkeit zu fertigen. Eine Schwierigkeit stellt das Reduzieren der Oberflächenrauhigkeit und Welligkeit eines so stark gekrümmten Spiegels mit hinreichender Präzision dar. Zum anderen ist es bisher nicht mit vertretbarem Aufwand möglich, Schichtdickenfehler im Bereich großer Krümmungsradien (d.h. am Spiegelrand) bei den gängigen Beschichtungstechniken (Sputtern, Molekularstrahlepitaxie, etc.) für Multischichtspiegel zu vermeiden. Diese Beschichtungsfehler reduzieren die Reflektivität der Röntgenspiegel für die gewünschte Röntgenwellenlänge und tragen Streustrahlung anderer Wellenlängen ein.The reflectivity of the Goebel mirror is limited by the fact that a No divergence of the beam perpendicular to the x-direction in the mirror plane can be sufficiently taken into account. A two-dimensional focus is due to a rotationally symmetrical design, i.e. a second, circular mirror curvature in the plane perpendicular to the x direction conceivable. The curvature of the mirror perpendicular to the x direction must be for typical dimensions of x-ray analysis devices with radii of curvature but are in the millimeter range. So far, however, one has not succeeded X-ray mirror with such a strong curvature with sufficient To manufacture accuracy. Reducing the Surface roughness and waviness of such a strongly curved mirror with sufficient precision. On the other hand, it is not yet acceptable Effort possible, layer thickness errors in the area of large radii of curvature (i.e. at the edge of the mirror) with common coating techniques (sputtering, Avoid molecular beam epitaxy, etc.) for multi-layer mirrors. This Coating errors reduce the reflectivity of the X-ray mirror for the desired x-ray wavelength and carry scattered radiation from others Wavelengths.

Um trotzdem eine zweidimensionale Fokussierung zu erreichen, müssen zwei etwa 90° zueinander rotierte, eindimensional fokussierende Goebel-Spiegel in Serie verwendet werden, was erhebliche Intensitätsverluste mit sich bringt.In order to still achieve two-dimensional focusing, two must be Goebel mirrors rotated approximately 90 ° to each other in Series are used, which entails considerable loss of intensity.

Einen anderen Mangel von rotationssymmetrischen Göbelspiegel stellt das kreisrunde, ringförmige Strahlprofil der gespiegelten Röntgenstrahlen außerhalb des Brennpunkts dar. Entweder die Probe oder aber der Detektor befinden sich üblicherweise im Brennpunkt, und somit muss entweder der Detektor oder die Probe im Bereich des ringförmigen Strahlprofils angeordnet werden. Dies bringt zum einen Intensitätsverluste mit sich, zum anderen ist der Strahlengang einer solchen Röntgenanalyseeinrichtung durch das ringförmigen Strahlprofil unflexibel.This represents another lack of rotationally symmetrical Göbel mirrors circular, ring-shaped beam profile of the mirrored X-rays out of focus. Either the sample or the detector are usually in focus, so either Detector or the sample is arranged in the region of the annular beam profile become. On the one hand, this brings with it loss of intensity, on the other hand it is Beam path of such an X-ray analysis device through the ring-shaped Beam profile inflexible.

Es sind auch rotationssymmetrische Totalreflexionsspiegel mit zweidimensionaler Fokussierung bekannt. Totalreflexionsspiegel sind jedoch aufgrund des geringeren Lichtsammelvermögens, des sehr geringen maximalen Einfallswinkels und den damit verbundenen Justierungsschwierigkeiten sowie der fehlenden Monochromatisierung in der Praxis nur in Ausnahmefällen eine Alternative.There are also rotationally symmetrical total reflection mirrors with known two-dimensional focusing. However, total reflection levels are due to the lower light collecting capacity, the very low maximum angle of incidence and the associated Adjustment difficulties and the lack of monochromatization in the Practice an alternative only in exceptional cases.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, das Design von Röntgenspiegeln und das Strahlprofil von reflektierter Röntgenstrahlung zu flexibilisieren, die Fertigung von Röntgenspiegeln zu erleichtern und dabei gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad (d.h. ein hohes Reflexionsvermögen und gute Fokussierungseigenschaften) der Röntgenspiegel gewährleisten zu können.In contrast, the object of the present invention is to design the X-ray mirrors and the beam profile of reflected X-rays flexibilize to facilitate the manufacture of x-ray mirrors and thereby at the same time high efficiency (i.e. high reflectivity and good focusing properties) of the X-ray mirrors ensure can.

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache, aber wirkungsvolle Weise durch einen Reflektor für Röntgenstrahlung (Röntgenspiegel) der eingangs vorgestellten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Reflektor entlang des zweiten Querschnitts ebenfalls eine von einem Kreisbogen abweichende Krümmung aufweist.This task is done in a surprisingly simple but effective way through a reflector for X-rays (X-ray mirror) of the entrance presented type solved, which is characterized in that the reflector along the second cross section also one of a circular arc has a different curvature.

Die Krümmung entlang des zweiten Querschnitts (sagittale Krümmung) ist für die Fertigung von zweidimensional fokussierenden Spiegeln besonders heikel. Erfindungsgemäß kann diese zweite Krümmung abweichend von der Kreisbogenform gewählt werden. Insbesondere kommen Abweichungen, die die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts und speziell im Randbereich des Reflektors verringern, besonders in Betracht. Dann können Poliervorgänge, die die Rauhigkeit oder Welligkeit der Reflektoroberfläche reduzieren sollen, wesentlich leichter durchgeführt werden.The curvature along the second cross-section (sagittal curvature) is for the production of two-dimensionally focusing mirrors is particularly delicate. According to the invention, this second curvature can deviate from that Arc shape can be selected. In particular there are deviations that the curvature of the reflector along the second cross section and especially in Reduce the edge area of the reflector, especially in consideration. Then can Polishing operations that reflect the roughness or ripple of the reflector surface should reduce, be carried out much easier.

Außerdem eröffnet eine Abweichung von der rotationssymmetrischen Form auch neue Möglichkeiten bei der Ausgestaltung des Strahlprofils des reflektierten Röntgenstrahls außerhalb des Brennpunkts (Fokus). Die kreisrunde Ringform außerhalb des Brennpunkts kann aufgegeben werden. Durch entsprechende Ausgestaltung der Krümmung des erfindungsgemäßen Reflektors entlang des zweiten Querschnitts kann die Strahlform den Anforderungen eines speziellen Experiments angepasst werden. Als alternative Strahlformen stehen beispielsweise eine elliptische Ringform oder eine linsenartige Form zur Verfügung. Die Strahlform kann insbesondere der Form einer zu untersuchenden Probe oder einem Röntgendetektor bzw. dessen Eingangsspalt angepasst werden.In addition, a deviation from the rotationally symmetrical shape opens up also new possibilities in the design of the beam profile of the reflected x-ray beam out of focus (focus). The circular ring shape out of focus can be abandoned. By appropriate design of the curvature of the invention Reflector along the second cross section, the beam shape Requirements of a special experiment. As alternative Beam shapes are, for example, an elliptical ring shape or a lenticular shape available. The beam shape can in particular the shape a sample to be examined or an X-ray detector or its Input gap can be adjusted.

Die Abweichung von Krümmung entlang des zweiten Querschnitts eröffnet außerdem die Möglichkeit, Beschichtungsfehler bei Multischichtspiegeln zu tolerieren, ohne Einbußen in der Reaktivität des Röntgenspiegels hinnehmen zu müssen (siehe unten).The deviation from curvature along the second cross section opens also the possibility of coating defects in multi-layer mirrors tolerate without sacrificing the reactivity of the X-ray mirror to need (see below).

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors stellt die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts die Fokussiereigenschaften des Reflektors, insbesondere in der zur x-Richtung senkrechten Ebene, ein. Die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts bestimmt dann die Richtung der ausgehenden Röntgenstrahlen, die beim Einfall eine Divergenz in der Reflektorebene senkrecht zur x-Richtung aufwiesen. Die Fokussierwirkung der Krümmung entlang des zweiten Querschnitts kann insbesondere so gewählt werden, dass die Brennpunkte beider Krümmungen des Reflektors zusammenfallen, zum Beispiel am Detektor oder im Unendlichen für einem Parallelstrahl.In an advantageous embodiment of the reflector according to the invention represents the curvature of the reflector along the second cross section Focusing properties of the reflector, particularly in the x direction vertical plane, a. The curvature of the reflector along the second Cross-section then determines the direction of the outgoing X-rays that diverge on incidence in the reflector plane perpendicular to the x direction. The focusing effect of the curvature along the second cross-section can be chosen in particular that the focal points of both curvatures of the reflector coincide, for example at the detector or at infinity for a parallel beam.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors, bei der der Reflektor zweidimensional fokussierend oder parallelisierend ist. Dadurch kann eine hohe Intensität in einem ausgehenden Röntgenstrahl erhalten werden, denn am erfindungsgemäßen Reflektor ist nur eine verlustverursachende Reflexion zur zweidimensionalen Fokussierung oder Parallelisierung eines Röntgenstrahls nötig.An embodiment of the invention is particularly advantageous Reflector in which the reflector focuses two-dimensionally or is parallelizing. This can create a high intensity in one outgoing X-ray beam are obtained, because on the invention Reflector is only a loss-causing reflection to the two-dimensional Focusing or parallelization of an X-ray beam necessary.

Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist der Reflektor so ausgestaltet, dass der Reflektor entlang des ersten Querschnitts (tangentiale Krümmung) parabelförmig, hyperbelförmig oder elliptisch gekrümmt ist. Die Parabelform ist die Grundform des Goebelspiegels und erlaubt eine Parallelisierung des ausgehenden Röntgenstrahls (bezüglich der Strahldivergenz am Reflektor, die die Spiegelfläche in x-Richtung überstreicht). Eine elliptische Form erlaubt eine Fokussierung des Strahls auf einen bestimmten Brennfleck (wiederum bezüglich der eben erwähnten Divergenz).In a further advantageous embodiment, the reflector is like this configured that the reflector along the first cross section (tangential Curvature) is parabolic, hyperbolic or elliptically curved. The Parabolic shape is the basic shape of the Goebel mirror and allows one Parallelization of the outgoing X-ray (with respect to the Beam divergence on the reflector that reflects the mirror surface in the x direction sweeps). An elliptical shape allows the beam to be focused on a certain focal spot (again with respect to the one just mentioned Divergence).

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine periodisch sich wiederholende Folge von Schichten aus Materialien A, B, ... mit unterschiedlichem Brechungsindex aufweist, wobei die Summe d = dA + dB + ... der Dicken dA, dB, ... aufeinanderfolgender Schichten der Materialien A, B, ... sich entlang der x-Richtung stetig, insbesondere monoton ändert. Diese Ausführungsform stellt somit weitgehend einen Goebelspiegel dar, wobei sie aber eine nicht-kreisbogenförmige Krümmung entlang des zweiten Querschnitts aufweist. Bisher ist es technisch nicht gelungen, Goebelspiegel mit rotationssymmetrischer zweiter Krümmung in hinreichender Qualität herzustellen. Die obige Ausführungsform ist deutlich leichter herzustellen als ein rotationssymmetrischer Goebelspiegel, besitzt aber vergleichbare röntgenoptische Eigenschaften: Die Änderung des Einfallswinkels auf die Multischicht über die Länge des Röntgenspiegels von vorne nach hinten (in x-Richtung) wird in der Bragg-Bedingung durch eine Anpassung des Schichtabstandes (Ebenenabstandes) ausgeglichen, um eine gute Reflektivität für die Röntgenstrahlung einer bestimmten Wellenlänge über die gesamte Länge des Röntgenspiegels zu gewährleisten. Die Fokussierung der Strahldivergenz senkrecht zur x-Richtung in der Spiegelebene wird durch die von einer Kreisbogenform abweichende Krümmung entlang des zweiten Querschnitts eingestellt. Im Allgemeinen hat diese Abweichung eine unvollkommene Fokussierung zur Folge. Dies kann für bestimmte Anwendungen erwünscht sein und ist daher ausdrücklich Teil der vorliegenden Erfindung. The preferred embodiment of the reflector according to the invention is characterized in that the reflector has a periodically repeating sequence of layers of materials A, B, ... with different refractive index, the sum d = d A + d B + ... of the thicknesses d A , d B , ... of successive layers of materials A, B, ... changes continuously, in particular monotonically, along the x-direction. This embodiment thus largely represents a Goebel mirror, but it has a non-circular arc-shaped curvature along the second cross section. So far it has not been technically possible to produce Goebel mirrors with a rotationally symmetrical second curvature of sufficient quality. The above embodiment is significantly easier to produce than a rotationally symmetrical Goebel mirror, but has comparable X-ray optical properties: The change in the angle of incidence on the multilayer over the length of the X-ray mirror from front to back (in the x direction) is changed in the Bragg condition by adapting the Layer distance (plane distance) equalized to ensure good reflectivity for the X-rays of a certain wavelength over the entire length of the X-ray mirror. The focusing of the beam divergence perpendicular to the x-direction in the mirror plane is set by the curvature along the second cross-section deviating from a circular arc shape. In general, this deviation results in imperfect focusing. This may be desirable for certain applications and is therefore expressly part of the present invention.

Die Vorteile der Erfindung kommen bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform aber besonders gut zur Geltung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Summe d sich entlang des zweiten Querschnitts ändert, insbesondere um mehr als 2%. Die Änderung in der Summe d entlang des zweiten Querschnitts ist ein nahezu unvermeidbarer Fehler bei der Beschichtung von stark gekrümmten Oberflächen. Im Randbereich des Reflektors ist die Krümmung besonders stark und infolgedessen erreicht die dort Schichtdicke bei üblichen Beschichtungsverfahren nur eine geringere Dicke wie an ungekrümmten, ebenen Stellen. Wenn aber die Schichtdicke sich verändert, muss, um die Bragg'sche Gleichung weiterhin zu erfüllen und damit ausreichende Reaktivität bei einer bestimmten Wellenlänge gewährleisten zu können, der Einfallswinkel der Strahlung angepasst werden. Der Einfallswinkel ist aber eine Funktion der lokalen Krümmung des Reflektors. Bei Kenntnis der Krümmungsabhängigkeit der Beschichtungsdicke (etwa durch Modellrechnung, sie Detailbeschreibung, oder experimentelle Bestimmung) kann somit über eine gezielte vorherige Einstellung der Krümmung des Spiegels das tatsächliche Reflexions- und Fokusverhalten des fertigen Multischicht-Reflektors bestimmt und somit eingestellt werden.The advantages of the invention come from a further development of these Embodiment but particularly well brought about by this is characterized in that the sum d is along the second Cross-section changes, especially by more than 2%. The change in the Sum d along the second cross section is almost inevitable Failure to coat heavily curved surfaces. in the Edge area of the reflector, the curvature is particularly strong and as a result, the layer thickness reached there at usual Coating process only a smaller thickness than on uncurved, flat spots. But if the layer thickness changes, the Bragg's equation continues to be fulfilled and therefore sufficient To ensure reactivity at a certain wavelength, the The angle of incidence of the radiation can be adjusted. But the angle of incidence is a function of the local curvature of the reflector. With knowledge of Dependence on the curvature of the coating thickness (e.g. by Model calculation, you detailed description, or experimental determination) can thus via a specific previous adjustment of the curvature of the Mirror the actual reflection and focus behavior of the finished Multi-layer reflector determined and thus adjusted.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung dieser Weiterbildung, bei der der Reflektor dadurch gekennzeichnet ist, dass die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts die Änderung der Summe d entlang des zweiten Querschnitts gegenüber einem Vergleichsreflektor mit einer konstanten Summe d und kreisförmiger Krümmung entlang dessen zweiten Querschnitts bezüglich der Fokussierungs- und Reflektivitäts-Eigenschaften des Reflektors kompensiert. Durch diese Ausgestaltung wird ein röntgenoptisches Bauteil realisiert, dessen Eigenschaften einem rotationssymmetrischen Göbelspiegel entsprechen. Ein funktionsfähiger, rotationssymmetrischer Goebelspiegel konnte experimentell noch nicht realisiert werden. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist aber leichter herzustellen, da die Krümmung entlang des zweiten Querschnitts reduziert ist und außerdem die unvermeidlichen Schichtdickenfehler toleriert werden können.An embodiment of this training is particularly advantageous, in which the reflector is characterized in that the curvature of the Reflector along the second cross section the change in sum d along the second cross-section with a comparison reflector a constant sum d and circular curvature along it second cross section with respect to the focusing and reflectivity properties of the reflector compensated. This configuration will realized an X-ray optical component, the properties of which correspond to the rotationally symmetrical Göbel mirror. A functional, Experimentally, rotationally symmetrical Goebel mirrors could not yet will be realized. However, this embodiment of the invention is easier to produce because the curvature is reduced along the second cross section and the inevitable layer thickness errors are tolerated can.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Reflektor entlang des zweiten Querschnitts eine elliptische Krümmung mit unterschiedlichen Längen der Halbachsen oder eine parabelförmige Krümmung aufweist. Die elliptische Bauweise ist besonders geeignet zur für die Fokussierung der Divergenz der Strahlung senkrecht zur x-Achse in der Spiegelebene; die Parabelform begünstigt die Ausbildung eines Parallelstrahls.Another advantageous embodiment provides that the reflector along the second cross section with an elliptical curvature different lengths of the semiaxes or a parabolic Has curvature. The elliptical construction is particularly suitable for the focusing of the divergence of the radiation perpendicular to the x-axis in the Mirror plane; the parabolic shape favors the formation of a Parallel beam.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors weist der Reflektor eine reflektierende Oberfläche von mehr als 2 mm, insbesondere mindestens 4 mm Breite (gemessen senkrecht zur x-Richtung) auf. Bei herkömmlichen rotationssymmetrischen Goebelspiegeln nimmt die Reflektivität für eine bestimmte Wellenlänge zum Rand hin ab; insbesondere sind bei üblichen Dimensionen eines Röntgenanalysegeräts reflektierende Breiten auf unter 2 mm begrenzt. Der erfindungsgemäße Reflektor besitzt aber hohe Reaktivität über weitaus größere Breiten. Dadurch kann die reflektierte Intensität in erster Näherung erfindungsgemäß proportional zur reflektierenden Fläche gesteigert werden.In an advantageous embodiment of the reflector according to the invention the reflector has a reflective surface of more than 2 mm, in particular at least 4 mm wide (measured perpendicular to the x direction) on. With conventional rotationally symmetrical Goebel mirrors, the Reflectivity for a certain wavelength towards the edge; in particular are reflective in the usual dimensions of an X-ray analysis device Widths limited to less than 2 mm. The reflector according to the invention has but high reactivity over much larger latitudes. This allows the reflected intensity in a first approximation proportional to the invention reflective surface can be increased.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Röntgenanalysegerät mit einer Röntgenquelle, einer zu analysierenden Probe, einem Röntgendetektor, strahlformenden und/oder strahlbegrenzenden Mitteln und einem obigen, erfindungsgemäßen Reflektor. Der erfindungsgemäße Reflektor kommt besonders gut zur Geltung, wenn er in einer Röntgenanalysevorrichtung eingesetzt wird. Die Röntgenquelle kann neben einer Röntgenröhre auch noch einen separaten Monochromator umfassen. Die Probe kann auf einem Goniometer gelagert sein. Der Detektor kann energieauflösend ausgestaltet sein oder auch integral ereigniszählend. Also within the scope of the present invention X-ray analyzer with an X-ray source, one to be analyzed Sample, an x-ray detector, beam-shaping and / or beam-limiting agents and an above inventive Reflector. The reflector according to the invention is particularly well received Applicable when used in an X-ray analyzer. The In addition to an X-ray tube, the X-ray source can also have a separate one Include monochromator. The sample can be stored on a goniometer his. The detector can be designed to dissolve energy or else integral event counting.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenanalysegeräts trifft Röntgenstrahlung auf dem Reflektor in einem Winkel von weniger als 5° zur x-Richtung auf. Unter diesen Bedingungen ist die Bragg-Beugung besonders effektiv, da bei üblicher Röntgenstrahlung im Bereich einiger keV (z.B. Cu-Kα) der zugehörige Schichtabstand technologisch gut zu fertigen ist.In a preferred embodiment of the invention X-ray analyzer hits X-rays on the reflector in one Angle of less than 5 ° to the x direction. Under these conditions Bragg diffraction is particularly effective, as with conventional X-rays in the Range of a few keV (e.g. Cu-Kα) the associated layer spacing is technologically easy to manufacture.

Bei einer anderen, vorteilhaften Ausführungsform ist die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts so ausgebildet ist, dass die Reflektivität des Reflektors für die Wellenlänge der von der Röntgenquelle erzeugten Strahlung maximal ist. Dadurch werden hohe reflektierte Intensitäten und damit kürzere Messzeiten im Röntgenanalysegerät erreicht. Insbesondere können auch verschiedene Reflektoren speziell für bestimmte Röntgen-Wellenlängen austauschbar vorgesehen sein.In another advantageous embodiment, the curvature of the Reflector is formed along the second cross section so that the Reflectivity of the reflector for the wavelength of that from the x-ray source generated radiation is maximum. This will reflect high Intensities and thus shorter measuring times in the X-ray analyzer achieved. In particular, different reflectors can also be used for specific ones X-ray wavelengths can be provided interchangeably.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Reflektor auf ihn einfallende Röntgenstrahlung auf einen punktförmigen Bereich (Brennfleck), insbesondere auf die Probe oder auf den Röntgendetektor fokussiert. Dies sind die häufigsten Anwendungsfälle für einen Strahlengang, bei denen die Zählrate am Detektor maximiert wird.An embodiment in which the reflector is on it is particularly advantageous X-rays incident on a punctiform area (focal spot), especially focused on the sample or on the X-ray detector. This are the most common applications for a beam path, in which the Count rate at the detector is maximized.

Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenanalysegeräts, bei dem der Reflektor aus auf ihn einfallender Röntgenstrahlung einen Röntgenstrahl mit einer bestimmten Strahldivergenz, insbesondere einen Parallelstrahl, erzeugt. Mit parallelen Röntgenstrahlen können Proben besonders gleichmäßig ausgeleuchtet werden, und ein ähnliches Strahlprofil kann an der Probe und am Detektor eingestellt werden.An embodiment of an inventive is also advantageous X-ray analyzer in which the reflector is made of incident on it X-rays an x-ray with a certain Beam divergence, in particular a parallel beam, is generated. With parallels X-rays can illuminate samples particularly evenly and a similar beam profile can be seen on the sample and on the detector can be set.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the Drawing. Likewise, the above and the others executed features according to the invention individually for themselves or to several can be used in any combination. The shown and The described embodiments are not to be considered as a conclusive list understand, but rather have exemplary character for the Description of the invention.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a
ein erfindungsgemäßes Röntgenanalysegerät mit schematischer Darstellung einer Strahldivergenz, die einen erfindungsgemäßen Reflektor in x-Richtung überstreicht;
Fig. 1b
das Röntgenanalysegerät von Fig. 1a mit schematischer Darstellung einer Strahldivergenz, die den Reflektor in Spiegelebene senkrecht zur x-Richtung überstreicht;
Fig. 2a
den erfindungsgemäßen Reflektor von Fig. 1a sowie einen ersten Querschnitt in einer die x-Richtung enthaltenden Ebene;
Fig. 2b
den erfindungsgemäßen Reflektor von Fig. 1a sowie einen zweiten Querschnitt in einer zur x-Richtung senkrechten Ebene;
Fig. 3
einen Querschnitt durch einen rotationssymmetrischen Reflektor (Stand der Technik);
Fig. 4
einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen, nicht-rotationssymmetrischen Reflektor;
Fig. 5
den Aufbau eines Einkristalldiffraktometers für die Proteinkristallographie nach dem Stand der Technik;
Fig. 6
das Strahlbild eines rotationssymmetrischen fokussierenden Reflektors im Bildfokus und außerhalb des Bildfokus (Stand der Technik);
Fig. 7
das Strahlbild eines Segments eines zweidimensional fokussierenden Reflektors im Bildfokus und vor dem Bildfokus (Stand der Technik);
Fig. 8
einen Ausschnitt aus einem rotationsellipsoidförmigen fokussierenden Reflektor (Stand der Technik)
Fig. 9
den Höhenverlauf des Reflektors von Fig. 8 entlang x;
Fig. 10
den Höhenverlauf des Reflektors von Fig. 8 entlang y;
Fig. 11
den lokalen Neigungswinkel der Reflektoroberfläche des Reflektors von Fig. 8 gegen die y-Achse bei x=90mm;
Fig. 12
einen Aufbau einer herkömmlichen Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Reflektors ohne Vermeidung von Beschichtungsfehlern (Stand der Technik);
Fig. 13
den Verlauf der relativen Beschichtungsdicke (Beschichtungsfehler) an der Reflektoroberfläche des Reflektors von Fig. 8 in y-Richtung bei x=90mm;
Fig. 14a
die Reflektivität über die Fläche eines rotationsellipsoidförmigen Reflektors mit Abmessungen 60 x 4 mm unter Annahme eines cos(β)-Beschichtungsfehlers für Cu-Kα-Strahlung;
Fig. 14b
die Reflektivität über die Fläche eines rotationsellipsoidförmigen Reflektors mit Abmessungen 60 x 4 mm unter Annahme eines cos(β)-Beschichtungsfehlers für Cu-Kβ-Strahlung;
Fig. 15
einen Aufbau einer Beschichtungsvorrichtung zum homogenen Beschichten eines Reflektors;
Fig. 16
erfindungsgemäße Kompensationskurve eines cos(β)-Beschichtungsfehlers durch ein nicht-rotationssymmetrisches Ellipsoid.
The invention is illustrated in the drawing and is explained in more detail using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1a
an X-ray analysis device according to the invention with a schematic representation of a beam divergence which sweeps over a reflector according to the invention in the x direction;
Fig. 1b
1a with a schematic representation of a beam divergence which sweeps over the reflector in the mirror plane perpendicular to the x direction;
Fig. 2a
1a and a first cross section in a plane containing the x direction;
Fig. 2b
1a and a second cross section in a plane perpendicular to the x direction;
Fig. 3
a cross section through a rotationally symmetrical reflector (prior art);
Fig. 4
a cross section through a non-rotationally symmetrical reflector according to the invention;
Fig. 5
the construction of a single crystal diffractometer for protein crystallography according to the prior art;
Fig. 6
the beam image of a rotationally symmetrical focusing reflector in the image focus and outside the image focus (prior art);
Fig. 7
the beam image of a segment of a two-dimensionally focusing reflector in the image focus and in front of the image focus (prior art);
Fig. 8
a section of an ellipsoidal-shaped focusing reflector (prior art)
Fig. 9
the course of the height of the reflector from FIG. 8 along x;
Fig. 10
the course of the height of the reflector from FIG. 8 along y;
Fig. 11
the local angle of inclination of the reflector surface of the reflector of Figure 8 against the y axis at x = 90mm.
Fig. 12
a structure of a conventional coating device for coating a reflector without avoiding coating errors (prior art);
Fig. 13
the course of the relative coating thickness (coating error) on the reflector surface of the reflector from FIG. 8 in the y direction at x = 90 mm;
14a
the reflectivity over the surface of an ellipsoidal-shaped reflector with dimensions 60 x 4 mm, assuming a cos (β) coating error for Cu-Kα radiation;
14b
the reflectivity over the surface of an ellipsoidal-shaped reflector with dimensions 60 x 4 mm, assuming a cos (β) coating error for Cu-Kβ radiation;
Fig. 15
a structure of a coating device for homogeneous coating of a reflector;
Fig. 16
Compensation curve according to the invention for a cos (β) coating defect due to a non-rotationally symmetrical ellipsoid.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Röntgenanalysegeräts in schematischer Darstellung. Von der Röntgenquelle 1 geht Röntgenstrahlung aus. Von dieser Röntgenstrahlung sind in Fig. 1a zwei Strahlenbündel 2 und 3 gezeigt. Beide Strahlenbündel 2, 3 passieren eine Lochblende 4 und treffen auf die reflektierende Oberfläche des erfindungsgemäßen Reflektors 5. Mit dem Reflektor 5 gekoppelt ist ein orthogonales Koordinatensystem X, Y, Z. Der Reflektor ist ein Gradienten-Vielschichtspiegel. Die reflektierende Oberfläche wird durch eine in Z-Richtung periodische Abfolge von mindestens zwei Schichten aus Materialien A, B mit unterschiedlichem Brechungsindex für die verwendete Röntgenstrahlung gebildet. Die jeweiligen Schichten erstrecken sich also ungefähr in benachbarten XY-Ebenen. Die reflektierende Oberfläche des Reflektors 5 ist in zwei Dimensionen gekrümmt (siehe dazu Fig. 2a und Fig. 2b). Erfindungsgemäß sind beide Krümmungen nicht kreisbogenförmig. 1 shows the structure of an X-ray analysis device according to the invention in a schematic representation. X-ray radiation emanates from the X-ray source 1. Two beams 2 and 3 of this x-ray radiation are shown in FIG. 1a. Both beams 2, 3 pass through a pinhole 4 and hit the reflecting surface of the reflector 5 according to the invention. An orthogonal coordinate system X, Y, Z is coupled to the reflector 5. The reflector is a multi-layer gradient mirror. The reflective surface is formed by a periodic sequence in the Z direction of at least two layers of materials A, B with different refractive index for the X-rays used. The respective layers therefore extend approximately in adjacent XY planes. The reflecting surface of the reflector 5 is curved in two dimensions (see FIGS. 2a and 2b). According to the invention, both curvatures are not circular arcs.

Die Strahlenbündel 2, 3 werden am Reflektor 5 reflektiert, durchdringen die Probe 6 und werden im Röntgendetektor 7 registriert.The beams 2, 3 are reflected on the reflector 5, penetrate the Sample 6 and are registered in the X-ray detector 7.

Die Strahlenbündel 2, 3 besitzen eine Divergenz 8 in der XZ-Ebene von typischerweise 0,2 - 2°. Der Einfallswinkel 9 der beiden Strahlenbündel 2, 3 beträgt dabei etwa 0,5 - 2,5° gegen die X-Richtung bzw. die X'-Richtung (der Einfallswinkel 9 ist in Fig. 1a und auch Fig. 1b zur Veranschaulichung überzeichnet dargestellt). Die X-Richtung ist die Haupterstreckungsrichtung des Reflektors 5. Vom Einfallswinkel 9 abgesehen stimmt also die Einstrahlrichtung der Röntgenstrahlung auf den Reflektor 5 mit der X-Richtung überein.The beams 2, 3 have a divergence 8 in the XZ plane of typically 0.2 - 2 °. The angle of incidence 9 of the two beams 2, 3 is about 0.5 - 2.5 ° against the X direction or the X 'direction (the Angle of incidence 9 is shown in FIG. 1a and also in FIG. 1b shown exaggerated). The X direction is the main direction of extension of the Reflector 5. Apart from the angle of incidence 9, the direction of incidence is correct the X-ray radiation on the reflector 5 corresponds to the X direction.

Die Divergenz 8 der einfallenden Röntgenstrahlung in der XZ-Ebene wird durch die Krümmung des Reflektors entlang seines ersten Querschnitts (tangentiale Krümmung) in einer XZ-Ebene, also einer die x-Richtung enthaltenden Ebene, fokussiert (vgl. Fig. 2a). Die Krümmung des Reflektors entlang des ersten Querschnitts ist in Fig. 1a parabelförmig.The divergence 8 of the incident X-rays in the XZ plane is determined by the curvature of the reflector along its first cross section (tangential Curvature) in an XZ plane, i.e. a plane containing the x direction, focused (see Fig. 2a). The curvature of the reflector along the first Cross-section is parabolic in Fig. 1a.

Fig. 1b zeigt dasselbe Röntgenanalysegerät wie Fig. 1a, allerdings mit zwei anderen Strahlenbündeln 10 und 11. Beide Strahlen besitzen eine Divergenz 12 in der YZ-Ebene. Die Größenordnung dieser Divergenz 12 liegt bei etwa 1 - 2°. Die Strahlenbündel 10, 11 werden an der Oberfläche des Reflektors 5 gespiegelt, durchdringen die Probe 6 und werden im Detektor 7 registriert. Fig. 1b shows the same X-ray analyzer as Fig. 1a, but with two other beams 10 and 11. Both beams have a divergence 12 in the YZ plane. The order of magnitude of this divergence 12 is approximately 1-2 °. The beams 10, 11 are reflected on the surface of the reflector 5, penetrate the sample 6 and are registered in the detector 7.

Die Divergenz 12 der einfallenden Röntgenstrahlung in der YZ-Ebene wird durch die Krümmung des Reflektors entlang eines zweiten Querschnitts (sagittale Krümmung) in einer YZ-Ebene, also der zur x-Richtung senkrechten Ebene, fokussiert (vgl. Fig. 2b). Anders als beim bekannten Goebel-Spiegel besitzt der dargestellte, erfindungsgemäße Reflektor 5 entlang des zweiten Querschnitts eine nicht-kreisbogenförmige, nämlich näherungsweise eine elliptische Krümmung.The divergence 12 of the incident X-rays in the YZ plane becomes by the curvature of the reflector along a second cross section (sagittal curvature) in a YZ plane, i.e. the one perpendicular to the x direction Level, focused (see Fig. 2b). Unlike the well-known Goebel mirror has the illustrated reflector 5 according to the invention along the second Cross-section a non-circular arc, namely approximately one elliptical curvature.

Die Krümmung des Reflektors 5 wird in den Figuren 2a und 2b veranschaulicht. Beide Figuren zeigen den Reflektor 5 von Fig. 1a/b jeweils vergrößert. Die Schnittlinie 13 der reflektierenden Oberfläche des Reflektors 5 mit der XZ-Ebene (welche die X-Richtung enthält), offenbart die Krümmung des Reflektors in einer ersten Dimension. In Fig. 2a ist diese Krümmung als parabelförmig zu erkennen. Diese erste Krümmung stellt die Krümmung des Reflektors entlang des ersten Querschnitts dar. The curvature of the reflector 5 is illustrated in FIGS. 2a and 2b . Both figures show the reflector 5 of FIGS. 1a / b enlarged. The intersection line 13 of the reflecting surface of the reflector 5 with the XZ plane (which contains the X direction) reveals the curvature of the reflector in a first dimension. In Fig. 2a this curvature can be seen as parabolic. This first curvature represents the curvature of the reflector along the first cross section.

Die Schnittlinie 14 der reflektierenden Oberfläche des Reflektors 5 mit der YZ-Ebene offenbart die Krümmung des Reflektors in einer zweiten Dimension. In Fig. 2b ist diese Krümmung als elliptisch zu erkennen. Diese zweite Krümmung stellt die Krümmung des Reflektors entlang des zweiten Querschnitts dar und ist erfindungsgemäß nicht kreisbogenförmig. Im dargestellten Fall, und allgemein auch vorteilhaft für die Erfindung, ist die Reflektoroberfläche spiegelsymmetrisch bezüglich einer zentralen XZ-Ebene ausgestaltet, um einen gleichmäßig ausgeleuchteten reflektieren Röntgenstrahl zu erhalten.The intersection line 14 of the reflective surface of the reflector 5 with the YZ plane reveals the curvature of the reflector in a second dimension. This curvature can be seen as elliptical in FIG. 2b. This second Curvature represents the curvature of the reflector along the second Cross-section and is not circular arc shaped according to the invention. in the illustrated case, and generally also advantageous for the invention, is the Reflector surface mirror-symmetrical with respect to a central XZ plane designed to reflect a uniformly illuminated x-ray beam to obtain.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Konditionierung von Röntgenstrahlen durch zweidimensional gekrümmte Röntgenreflektoren, insbesondere Vielfachschicht-Röntgenreflektoren, mit nichtrotationssymmetrischer Form im Detail erläutert.In the following, the device according to the invention for conditioning X-rays through two-dimensionally curved X-ray reflectors, especially multi-layer X-ray reflectors, with non-rotationally symmetrical ones Shape explained in detail.

Reflektoren, die mit einer Vielfachschicht (,Multilayer') versehen sind, finden seit einigen Jahren Verwendung zur Konditionierung von Röntgenstrahlen in verschiedenen Röntgenanalyseinstrumenten. Diese Multilayer bestehen typischerweise aus einigen zehn bis einigen hundert alternierenden Einzelschichten aus zwei oder mehr Materialien, mit Einzelschichtdicken von typisch 1 - 20 nm. Mit diesen Multilayern werden auftreffende Röntgenstrahlen entsprechend der Bragg'schen Gleichung durch den Effekt der Beugung umgelenkt und monochromatisiert. Die Reflektivität dieser Multilayer kann für Röntgenstrahlen sehr hoch sein; Reflektivitäten von bis zu 90 % wurden theoretisch vorhergesagt und in den letzten Jahren durch kontinuierliche Verbesserungen der zur Herstellung verwendeten Beschichtungstechnologien auch experimentell erreicht (,Röntgenspiegel'). Bei realen, räumlich ausgedehnten Röntgenquellen (im Gegensatz zu nicht existierenden, idealen Punktquellen) reduzieren sich die Reflektivitäten je nach Quellgröße auf typischerweise 30 - 70 %. Für den Einsatz im Bereich harter Röntgenstrahlung (Wellenlängen typisch 0.05 - 0.25 nm) sind die Ablenkwinkel typisch im Bereich zwischen 0.5 - 2.5 Grad, es handelt sich also um Anwendungen im Bereich des streifenden Einfalls.Find reflectors with a multilayer ('multilayer') for some years use for conditioning X-rays in various X-ray analysis instruments. These multilayers exist typically from tens to hundreds alternating Single layers made of two or more materials, with single layer thicknesses of typically 1 - 20 nm. With these multilayers, X-rays are incident according to Bragg's equation through the effect of diffraction redirected and monochromatized. The reflectivity of this multilayer can be used for X-rays can be very high; Reflectivities of up to 90% were found theoretically predicted and in recent years by continuous Improvements in the coating technologies used in manufacturing also achieved experimentally ('X-ray mirror'). With real, spatial extensive X-ray sources (in contrast to non-existent, ideal Point sources) the reflectivities are reduced depending on the source size typically 30-70%. For use in the area of hard X-rays (Wavelengths typically 0.05 - 0.25 nm), the deflection angles are typical in the range between 0.5 - 2.5 degrees, so there are applications in the area the grazing idea.

Wesentliche Verbesserungen derartiger Röntgenreflektoren wurden z.B. durch US 6,226,349 sowie [M. Schuster, H. Göbel, L. Brügemann, D. Bahr, F. Burgäzy, C. Michaelsen, M. Störmer, P. Ricardo, R. Dietsch, T. Holz, and H. Mai, "Laterally graded multilayer optics for x-ray analysis", Proc. SPIE 3767, pp. 183-198, 1999] erreicht, indem die Reflektoren in einer Dimension (parabolisch, elliptisch, etc.) gekrümmt wurden. Die Anforderungen an die Formtreue dieser Reflektoren sind hoch, und liegen im Bereich deutlich unter 1 Mikrometer. Um für derartige Reflektoren an allen Stellen des Reflektors hohe Reflektivität zu erhalten, müssen die Multilayer-Beschichtungen in sehr definierter Weise über die Fläche des Reflektors variieren, gemäß den Angaben z.B. von US 6,226,349 und [Veröff. Schuster s.o.]. Die Anforderungen an die Präzision der Beschichtung derartiger Reflektoren sind außerordentlich hoch, und betragen typischerweise 1 - 3 % der Einzelschichtendicken. Diese Toleranzen ergeben sich aus den Breiten der Multilayer-Braggreflexe, die typischerweise im Bereich 1 - 3 % des Braggwinkels liegen. Damit ergeben sich Anforderungen an die Beschichtung, die typisch im Bereich einiger zehn Pikometer liegen. Trotz dieser extremen Anforderungen ist die Herstellung derartiger Reflektoren in den letzten Jahren mit verschiedenen Methoden geglückt, und diese Reflektoren sind seit einigen Jahren ein kommerziell erhältliches Produkt.Significant improvements of such X-ray reflectors have been made, for example, by US Pat. No. 6,226,349 and [M. Schuster, H. Göbel, L. Brügemann, D. Bahr, F. Burgäzy, C. Michaelsen, M. Störmer, P. Ricardo, R. Dietsch, T. Holz, and H. Mai, "Laterally graded multilayer optics for x -ray analysis ", Proc. SPIE 3767 , pp. 183-198, 1999] by the reflectors being curved in one dimension (parabolic, elliptical, etc.). The requirements for the shape accuracy of these reflectors are high, and are well below 1 micron in the range. In order to obtain high reflectivity for such reflectors at all points on the reflector, the multilayer coatings must vary in a very defined manner over the surface of the reflector, according to the information, for example, from US Pat. No. 6,226,349 and [Veröff. Cobbler like this]. The requirements for the precision of the coating of such reflectors are extremely high, and typically amount to 1-3% of the individual layer thicknesses. These tolerances result from the widths of the multilayer Bragg reflexes, which are typically in the range 1 - 3% of the Bragg angle. This results in coating requirements that are typically in the range of a few ten picometers. Despite these extreme requirements, the manufacture of such reflectors has succeeded in the past few years using various methods, and these reflectors have been a commercially available product for several years.

Da diese Reflektoren bei kleinen Einstrahlwinkeln betrieben werden, sind die Abweichungen der Form von einer ebenen Form typisch klein, und liegen im Bereich einiger zehn Mikrometer, die Krümmungsradien liegen typisch bei einigen Metern, makroskopisch gesehen sind die Reflektoren also im wesentlichen flach. Für die Beschichtung dieser makroskopisch flachen Reflektoren ergeben sich daher gegenüber ebenen Reflektoren keine weiteren Probleme aufgrund der Krümmung der Reflektoren. Aus Sicht der Beschichtung sind diese Reflektoren i.w. plan. Since these reflectors are operated at small angles of incidence, they are Deviations in shape from a flat shape are typically small, and lie in the Range of a few tens of micrometers, the radii of curvature are typically included a few meters, macroscopically speaking, the reflectors are in essentially flat. For coating this macroscopically flat There are therefore no further reflectors compared to flat reflectors Problems due to the curvature of the reflectors. From the perspective of the coating are these reflectors i.w. plan.

Zweidimensional gekrümmte, rotationssymmetrische Reflektoren (Rotationsellipsoid, Rotationsparaboloid etc. oder Segmente dieser Formen), auch mit Multilayern beschichtet, sind für Röntgenstrahlen zwar vielfach vorgeschlagen worden, z.B. US 4,525,853, US 4,951,304, US 5,222,113, sie wurden jedoch niemals realisiert. Gründe hierfür sind die enormen technischen Probleme bei der Beschichtung (gemäß US 6,226,349 tangential variierend, und gleichzeitig extrem homogen (1 - 3 %) in der Querrichtung, in der die Optik nun auch gekrümmt ist). Dies liegt im wesentlich darin begründet, dass diese Reflektoren tangential im wesentlichen wieder flach (Krümmungsradien im Meterbereich), senkrecht dazu (sagittal) aber stark gekrümmt sein müssen, mit Krümmungsradien typisch im Bereich nur einiger Millimeter. Dies liegt wieder daran, dass die Reflektoren bei kleinen Einstrahlwinkeln betrieben werden. Damit ergeben sich, zusätzlich zu der Notwendigkeit einer tangential extrem präzisen Beschichtung (entsprechend US 6,226,349), in Querrichtung erhebliche Neigungswinkel und daraus resultierende Beschichtungsfehler. Die Reflektoren sind nicht mehr flach, sondern makroskopisch gekrümmt. Da sich bei den typischerweise verwendeten Beschichtungsverfahren die Schichtdicken mit dem Neigungswinkel zur Beschichtungsquelle verändern, ist die zusätzliche Forderung an eine in Querrichtung homogene Schichtdicke, wieder im Bereich einiger zehn Pikometer, eine zusätzliche technologische Herausforderung. Die erforderliche Beschichtung wurde bisher nicht erreicht.Two-dimensionally curved, rotationally symmetrical reflectors (Rotation ellipsoid, rotation paraboloid etc. or segments of these shapes), Even coated with multilayers are common for X-rays have been proposed, e.g. US 4,525,853, US 4,951,304, US 5,222,113 however, were never realized. The reasons for this are the enormous technical Problems with the coating (tangentially varying according to US 6,226,349, and at the same time extremely homogeneous (1 - 3%) in the transverse direction in which the optics is now also curved). This is essentially due to the fact that this Reflectors essentially flat again tangentially (radii of curvature in the Meter range), perpendicular to it (sagittal) but must be strongly curved with Radii of curvature typically in the range of just a few millimeters. This is again that the reflectors are operated at small angles of incidence. This results in, in addition to the need for a tangential extreme precise coating (corresponding to US 6,226,349), in the transverse direction considerable angle of inclination and resulting coating errors. The Reflectors are no longer flat, but are macroscopically curved. That I in the coating processes typically used, the layer thicknesses change with the angle of inclination to the coating source is the additional one Demand for a homogeneous layer thickness in the transverse direction, again in the area a few ten picometers, an additional technological challenge. The required coating has not been achieved so far.

Daher sind zweidimensional kollimierende bzw. fokussierende Multilayer-Röntgenreflektoren bisher nur entsprechend US 6,014,423 und US 6,014,099 und früheren Arbeiten [M. Montel, X-ray Microscopy and Microradiography, Academic Press, New York, pp. 177 - 185, 1957; V. E. Cosslett and W. C. Nixon, X-Ray Microscopy, Cambridge, At The University Press, p. 108 ff, 1960; Encyclopedia of Physics, ed. S. Flügge, Vol. XXX: X-Rays, Springer Berlin, p. 325 ff, 1957; Kirkpatrick-Baez, siehe z. B. Fig. 1 in US 6,041.099] durch die Kombination zweier makroskopisch i.w. flacher Reflektoren, also durch eine Doppelreflexion realisiert worden. Da hier mindestens zwei Reflektoren verwendet werden müssen, und diese sehr präzise zueinander ausgerichtet werden müssen, ergeben sich erhöhte Kosten und ein erhöhter Justieraufwand. Hinzu kommt der Intensitätsverlust bei Verwendung zweier Reflektoren. Da selbst die besten Multilayer-Reflektoren insbesondere beim Einsatz mit ausgedehnten Röntgenquellen (z.B. Drehanoden) mit zunehmender Ausdehnung der Quellen deutlich an Effektivität verlieren, sind Intensitätsverluste von 50 % pro Reflektion durchaus normal. Dennoch sind diese Reflektoren die bisher einzigen zweidimensional kollimierenden bzw. fokussierenden Multilayer-Röntgenreflektoren nach dem Stand der Technik.Therefore, two-dimensional collimating or focusing multilayer X-ray reflectors have so far only been in accordance with US 6,014,423 and US 6,014,099 and earlier work [M. Montel, X-ray Microscopy and Microradiography , Academic Press, New York, pp. 177-185, 1957; VE Cosslett and WC Nixon, X-Ray Microscopy, Cambridge, At The University Press, p. 108 ff, 1960; Encyclopedia of Physics, ed. S. Flügge, Vol. XXX : X-Rays, Springer Berlin, p. 325 ff, 1957; Kirkpatrick-Baez, see e.g. 1 in US Pat. No. 6,041,099] by the combination of two macroscopically iw flat reflectors, that is to say by double reflection. Since at least two reflectors have to be used here and these have to be aligned very precisely with one another, this results in increased costs and an increased adjustment effort. Added to this is the loss of intensity when using two reflectors. Since even the best multilayer reflectors lose their effectiveness with increasing expansion of the sources, particularly when used with extended X-ray sources (eg rotating anodes), intensity losses of 50% per reflection are quite normal. Nevertheless, these reflectors are the only two-dimensionally collimating or focusing multilayer X-ray reflectors according to the prior art.

Zweidimensional kollimierende bzw. fokussierende, rotationssymmetrische Röntgenreflektoren mit sagittalen Krümmungsradien im Millimeterbereich gibt es daher bisher nur als Totalreflektionsspiegel (z.B. WO 0138861, oder MICROMIRROR TM Bede Scientific). Hierbei sind nur sehr geringe Anforderungen an die Beschichtung (es ist nur eine Einzelschicht erforderlich, z.B. Gold, und die Schicht muss nur ausreichend dick sein, > ca. 30 nm, eine homogene Schichtdicke ist nicht erforderlich), und gegenüber einem Multilayer-Reflektor wesentlich geringere Anforderungen an die Mikrorauhigkeit des Reflektors zu erfüllen (für Totalreflexion ca. 1 nm, Multilayerspiegel benötigen demgegenüber gemäß US 6,226,349 eine Rauhigkeit < 0.3 nm). Totalreflektoren haben jedoch gegenüber Multilayer-Reflektoren mehrere wesentliche Nachteile: die noch geringeren Einstrahlwinkel (etwa dreimal kleiner) und das dadurch bedingte geringere Lichtsammelvermögen, und den Mangel an monochromatisierender Wirkung von totalreflektierenden Spiegeln. Totalreflektoren haben keine monochromatisierenden Eigenschaften, sondern unterdrücken nur hochenergetische Röntgenstrahlen, für die der Totalrefflektionswinkel bei gegebener Geometrie überschritten wird.Two-dimensional collimating or focusing, rotationally symmetrical X-ray reflectors with sagittal radii of curvature in the millimeter range exist So far, it has only been used as a total reflection mirror (e.g. WO 0138861, or MICROMIRROR TM Bede Scientific). Here are very few Coating requirements (only a single layer is required, e.g. Gold, and the layer only has to be sufficiently thick,> approx. 30 nm, one homogeneous layer thickness is not required), and compared to a multilayer reflector much lower requirements for the micro roughness of the To meet the reflector (for total reflection approx. 1 nm, multilayer mirror required in contrast, according to US Pat. No. 6,226,349, a roughness <0.3 nm). However, total reflectors have several compared to multilayer reflectors essential disadvantages: the even smaller angle of incidence (about three times smaller) and the resulting lower light collecting capacity, and the Lack of monochromatizing effects from totally reflecting mirrors. Total reflectors have no monochromatizing properties, but only suppress high-energy X-rays for which the Total reflection angle is exceeded for a given geometry.

Aus diesen Gründen ist es äußerst wünschenswert, verbesserte Methoden und Verfahren zur Herstellung zweidimensional kollimierender bzw. fokussierender, multilayerbeschichteter Röntgenreflektoren zur Verfügung zu stellen. For these reasons, it is extremely desirable to use improved methods and Process for the production of two-dimensionally collimating or focussing to provide multilayer coated X-ray reflectors.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass man nicht-rotationssymmetrische, zweidimensional gekrümmte, multilayerbeschichtete Körper verwendet. Die Vorteile, die sich aus der Aufgabe der Nebenbedingung der Rotationssymmetrie ergeben, sind nicht offensichtlich erkennbar, und werden daher in den folgenden Beispielen beschrieben.This is achieved according to the invention in that non-rotationally symmetrical, two-dimensionally curved, multilayer coated Body used. The benefits that result from abandoning the constraint of the rotational symmetry are not obvious, and are therefore described in the following examples.

Zunächst hat der Wechsel von einem rotationssymmetrischen zu einem nicht-rotationssymmetrischen Reflektor einen Nachteil. Dies ist in den Figuren 3 und 4 am Beispiel eines fokussierenden Reflektors dargestellt. Während bei rotationssymmetrischen Reflektoren 30 (Fig. 3) der Querschnitt kreisförmig ist und alle Strahlen 31 senkrecht zur Tangente wieder in einen Punkt 32 gespiegelt werden, ist dies bei nicht-rotationssymmetrischen Reflektoren 40 (Fig. 4) nicht der Fall. Nicht-rotationssymmetrische Reflektoren haben also einen Verlust an Fokussierung zur Folge. Die freie Wahl des Querschnitts eröffnet aber einige zusätzliche Möglichkeiten, wie im Folgenden exemplarisch erläutert. Wichtig ist (wie Rechnungen zeigen), dass der Verlust an Fokussierung nur horizontal (in der Breite), nicht aber vertikal (in der Höhe) auftritt. Dies liegt darin begründet, dass bei den betrachteten Reflektoren das Vergrößerungsverhältnis (Quellgröße zu Bildgröße) praktisch unabhängig von der Wahl der Querschnittsform des Reflektors ist. Diese überraschende Eigenschaft ist letztendlich auf die hohe Exzentrizität der hier relevanten Reflektoren zurückzuführen (wie unten beschrieben).First of all, the change from a rotationally symmetrical to a non-rotationally symmetrical reflector has a disadvantage. This is shown in FIGS. 3 and 4 using the example of a focusing reflector. While in the case of rotationally symmetrical reflectors 30 (FIG. 3), the cross section is circular and all rays 31 are reflected perpendicularly to the tangent at a point 32, this is not the case with non-rotationally symmetrical reflectors 40 (FIG. 4). Non-rotationally symmetrical reflectors therefore result in a loss of focus. However, the free choice of cross-section opens up some additional options, as exemplified below. It is important (as calculations show) that the loss of focus only occurs horizontally (in width), but not vertically (in height). This is due to the fact that the magnification ratio (source size to image size) of the reflectors under consideration is practically independent of the choice of the cross-sectional shape of the reflector. This surprising property is ultimately due to the high eccentricity of the reflectors relevant here (as described below).

In Fig. 5 ist eine typische Anwendung (ein sog. Einkristalldiffraktometer) gezeigt. Das aus einer Röntgenquelle 51 (mit Lochblende 200 µm) ausgesendete Röntgenlicht 52 wird mit Hilfe eines rotationssymmetrischen Reflektors 53 (z.B. MICROMIRROR) auf den zweidimensionalen Detektor 54 fokussiert. Aufgrund der endlichen Ausdehnung der Röntgenquelle (z.B. 0.1 mm Durchmesser) ist das Strahlbild im Bildfokus 61, siehe Fig. 6, auch typisch einige 0.1 mm groß. Die Probe 55 mit Durchmesser von typisch 0.5 mm Durchmesser befindet sich typischerweise 10 cm vor dem Detektor 54. Dort ist das Strahlbild 62 jedoch ringförmig. Dies führt dazu, dass die Probe 54 nicht optimal ausgeleuchtet wird. Analog dazu ist es von Nachteil, wenn die Probe im Fokus platziert ist, da dann das Streubild im Detektor nicht punktförmig ist. Das grundsätzlich ringförmige Strahlprofil 62 außerhalb des Bildfokus ist generell von Nachteil.A typical application (a so-called single crystal diffractometer) is shown in FIG . The x-ray light 52 emitted from an x-ray source 51 (with a 200 μm pinhole) is focused on the two-dimensional detector 54 with the aid of a rotationally symmetrical reflector 53 (for example MICROMIRROR). Due to the finite extent of the x-ray source (for example 0.1 mm diameter), the beam image in image focus 61, see FIG. 6 , is also typically a few 0.1 mm in size. The sample 55 with a diameter of typically 0.5 mm is typically located 10 cm in front of the detector 54. However, the beam pattern 62 is ring-shaped there. This means that the sample 54 is not optimally illuminated. Similarly, it is disadvantageous if the sample is placed in focus because the scatter pattern in the detector is then not punctiform. The basically annular beam profile 62 outside the image focus is generally disadvantageous.

Daher ist es ausreichend, oder sogar von Vorteil, für derartige Anwendungen nur einen Teil (nur ein Segment) des gesamten Reflektors zu verwenden. Wie in Fig. 7 dargestellt ist für solch einen Ausschnitt des Reflektors das Strahlbild sowohl im Fokus 71 (Detektor) als auch außerhalb des Fokus 72 (Probe) ähnlich groß. Bei geeigneter Wahl des Reflektors wie auch der Größe des Reflektorausschnitts werden Strahlabmessungen erreicht, die ideal sind für die Anwendung.It is therefore sufficient, or even advantageous, to use only a part (only a segment) of the entire reflector for such applications. As shown in FIG. 7 , for such a section of the reflector, the beam image both in focus 71 (detector) and outside focus 72 (sample) is of similar size. With a suitable choice of the reflector and the size of the reflector cutout, beam dimensions are achieved which are ideal for the application.

Im Folgenden wird exemplarisch ein ellipsoider Reflektorausschnitt 81 entsprechend Fig. 8 näher spezifiziert. Die Form des Ellipsoids 82 wird beschrieben durch (x - a)2 a2 + y 2 b 2 + z 2 c 2 = 1 An ellipsoidal reflector cutout 81 according to FIG. 8 is specified in more detail below by way of example. The shape of the ellipsoid 82 is described by ( x - a ) 2 a 2 + y 2 b 2 + z 2 c 2 = 1

Für den Fall b = c ergibt sich ein rotationssymmetrisches Ellipsoid mit kreisförmigem Querschnitt (Stand der Technik). Für bc ergibt sich ein erfindungsgemäßes nicht-rotationssymmetrisches Ellipsoid mit elliptischem Querschnitt (erfindungsgemäß sind jedoch beliebige Querschnittsformen möglich). Typische Werte für a, b und c sind a = 250 mm, b = 5 mm, und c = 5 mm. Damit ergibt sich ein Abstand zwischen Quelle und Bildfokus von 2a = 500 mm und ein maximaler Durchmesser des Reflektors 2b = 10 mm. Wie bereits oben beschrieben ergibt sich die Notwendigkeit des kurzen Krümmungsradius in der y-z-Ebene aus der Nebenbedingung der kleinen Einfallswinkel. For the case b = c , there is a rotationally symmetrical ellipsoid with a circular cross section (prior art). For bc , a non-rotationally symmetrical ellipsoid with an elliptical cross section results (however, according to the invention, any cross-sectional shapes are possible). Typical values for a, b and c are a = 250 mm, b = 5 mm, and c = 5 mm. This results in a distance between the source and image focus of 2a = 500 mm and a maximum diameter of the reflector 2b = 10 mm. As already described above, the need for the short radius of curvature in the yz plane results from the constraint of the small angle of incidence.

In den Figuren 9 und 10 sind die entsprechenden Höhenprofile entlang x und y gezeigt, für einen 4 mm breiten Reflektorausschnitt. Die Kurven entlang x gemäß Fig. 9 sind i.w. flach und haben eine Falltiefe (in z-Richtung) von einigen zehn Mikrometern über eine Länge von einigen zehn Millimetern, haben also einen großen Krümmungsradius von typisch einigen Metern. Die Kurven entlang y gemäß Fig. 10 sind makroskopisch gekrümmt und haben eine Falltiefe von einigen hundert Mikrometern über eine Breite von 4 mm, besitzen also einen kleinen Krümmungsradius im Bereich einiger Millimeter. Wie in Fig. 11 gezeigt, ergibt sich aus dieser starken Krümmung in der y-z-Ebene eine erhebliche Randneigung des Reflektors gegenüber der Horizontalen, am Rand des 4 mm breiten Reflektors ergeben sich Neigungswinkel β von ca. 30 Grad. Diese Randneigung führt zu erheblichen Problemen bei der Beschichtung, die für einen rotationssymmetrischen Körper homogen in der y-z-Ebene sein muss (zusätzlich zu dem bereits erwähnten Schichtdickengradienten entlang x gemäß dem Stand der Technik und den dort beschriebenen enorm hohen Genauigkeitsanforderungen). Die für die Herstellung von Röntgenreflektoren verwendeten Beschichtungsverfahren, wie z.B. dem "Sputtern" gemäß US 6,226,349, verwenden in der Regel Beschichtungsquellen mit mehr oder weniger gerichtetem Materialstrahl. Dies führt dazu, dass bei der Beschichtung geneigter oder verkippter Flächen entsprechend dem Neigungswinkel β weniger Material pro Flächeneinheit kondensiert als bei frontaler Beschichtung (Fig. 12, mit Beschichtungsquelle 120, Materialstrahl 121, Spiegelsubstrat 122 und Neigungswinkel β). Beim Sputtern ergibt sich z.B. näherungsweise eine Schichtdickenverteilung, die mit cos(β) variiert, wobei β gemäß β = arctan(dz/dy) definiert ist (allgemeiner wird eine Abhängigkeit mit (cos β) n beobachtet, wobei n von Details des verwendeten Beschichtungsprozesses abhängt; im Folgenden wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit ein Prozess mit n = 1 angenommen). In Fig. 13 ist gezeigt, dass der Reflektor bei einem derartigen Beschichtungsfehler die o.g. tolerierbaren Schichtdickenfehler von < 2 % nur über eine Breite von weniger als 2 mm erfüllt. The corresponding height profiles along x and y are shown in FIGS. 9 and 10 for a 4 mm wide reflector cutout. The curves along x according to FIG. 9 are generally flat and have a depth of fall (in the z direction) of a few tens of micrometers over a length of a few tens of millimeters, that is to say they have a large radius of curvature of typically a few meters. The curves along y according to FIG. 10 are macroscopically curved and have a depth of fall of a few hundred micrometers over a width of 4 mm, that is to say they have a small radius of curvature in the range of a few millimeters. As shown in FIG. 11 , this strong curvature in the yz plane results in a considerable edge inclination of the reflector with respect to the horizontal, on the edge of the 4 mm wide reflector there are inclination angles β of approximately 30 degrees. This edge tendency leads to considerable problems in the coating, which must be homogeneous in the yz plane for a rotationally symmetrical body (in addition to the layer thickness gradient along x already mentioned according to the prior art and the enormously high accuracy requirements described there). The coating processes used for the production of X-ray reflectors, such as "sputtering" according to US Pat. No. 6,226,349, generally use coating sources with a more or less directed material beam. This means that when coating inclined or tilted surfaces, less material per unit area condenses according to the angle of inclination β than in the case of frontal coating ( FIG. 12 , with coating source 120, material jet 121, mirror substrate 122 and angle of inclination β). Sputtering, for example, gives an approximate layer thickness distribution that varies with cos (β), where β is defined according to β = arctan ( dz / dy ) (more generally, a dependency with (cos β) n is observed, where n depends on details of the coating process used depends; in the following a process with n = 1 is assumed without restriction of generality). In FIG. 13 it is shown that in the case of such a coating defect the reflector only fulfills the above-mentioned tolerable layer thickness errors of <2% over a width of less than 2 mm.

Detailliertere Untersuchungen mit Monte-Carlo-Verfahren (ray tracing), siehe Fig. 14 (Reflektivität für zwei Wellenlängen, Cu-Kα und Cu-Kβ, über die Fläche eines Reflektors von 60 x 4 mm2 unter der Annahme eines cos(β)-Beschichtungsfehlers; helle Punkte indizieren hohe Reflektivität), bestätigen dieses Ergebnis. Darüber hinaus zeigen derartige Untersuchungen, dass der Reflektor in den Randbereichen nicht nur die gewünschte Röntgenwellenlänge nicht mehr reflektiert (z.B. Cu Kα, Fig. 14a), sondern in diesen Randbereichen aufgrund der abnehmenden Schichtdicken in unerwünschter Weise eine andere Wellenlänge zu reflektieren beginnt (z.B. Cu Kβ, Fig. 14b). Der Reflektor verliert also neben der Intensität auch seine monochromatisierende Wirkung.Detailed investigations with Monte Carlo methods (ray tracing), see Fig. 14 (reflectivity for two wavelengths, Cu-Kα and Cu-Kβ) over the area of a reflector of 60 x 4 mm 2 assuming a cos (β) Coating error; bright dots indicate high reflectivity), confirm this result. In addition, such studies show that the reflector not only no longer reflects the desired X-ray wavelength in the edge areas (e.g. Cu Kα, Fig. 14a ), but also undesirably begins to reflect a different wavelength in these edge areas due to the decreasing layer thicknesses (e.g. Cu Kβ, Fig. 14b ). In addition to the intensity, the reflector also loses its monochromatizing effect.

Für die Beschichtung eines solchen Reflektors ist es also notwendig, zusätzliche apparative Maßnahmen zur Homogenisierung der Schicht entlang der stark gekrümmten Fläche vorzunehmen. Zwei Möglichkeiten zur Homogenisierung der Schicht sind in Fig. 15 (Beschichtungsquelle 151, Materialstrom 152) skizziert. So kann man beispielsweise durch Bewegen einer Blende 153, oder durch geeignete Schwenk-, Pendel- oder andere Drehbewegungen des Spiegelsubstrats 154, oder eine Kombination dieser Maßnahmen dafür sorgen, dass die Schicht entlang der stark gekrümmten Fläche homogen wird. Es ist jedoch nach wie vor notwendig, entlang der x-Richtung in ebenfalls extrem präziser Weise wie oben beschrieben den notwendigen Schichtdickengradient einzuhalten. Die Erfüllung dieser Bedingung in den i.w. ebenen Reflektoren nach dem Stand der Technik ist bereits mit erheblichem apparativen Aufwand verbunden (siehe z.B. DE 19701419), da sie in der Regel neben mindestens einer Drehbewegung oder Blendenverschiebung auch Maßnahmen zur Stabilisierung der Temperatur oder anderer relevanter Parameter ohne Beeinträchtigung der meist hohen Qualität des Vakuums erforderlich macht. Für die kontrollierte Beschichtung von stark gekrümmten Flächen ist wie beschrieben zusätzlich mindestens eine weitere Drehbewegung oder Blendenbewegung erforderlich. For the coating of such a reflector it is therefore necessary additional equipment measures for homogenizing the layer along the strongly curved surface. Two ways to Homogenization of the layer is shown in FIG. 15 (coating source 151, Material flow 152) outlined. For example, by moving one Aperture 153, or by suitable swivel, pendulum or other Rotations of the mirror substrate 154, or a combination thereof Measures ensure that the layer is along the highly curved Surface becomes homogeneous. However, it is still necessary along the x direction in an extremely precise manner as described above to maintain the necessary layer thickness gradient. The fulfillment of this Condition in the i.w. flat reflectors according to the prior art already involves considerable expenditure on equipment (see e.g. DE 19701419), since they are usually next to at least one rotary movement or aperture shift also measures to stabilize the Temperature or other relevant parameters without affecting the usually requires high quality of the vacuum. For the controlled Coating of strongly curved surfaces is additional as described at least one further rotary movement or diaphragm movement is required.

Der zusätzliche apparative Aufwand zur Einstellung all dieser Bedingungen bei der Beschichtung mit einer Präzision im Bereich einiger zehn Pikometer auf eine dreidimensional gekrümmte Fläche ist daher enorm hoch, und wurde bisher unserer Kenntnis nach nicht realisiert.The additional equipment required to set all of these conditions of the coating with a precision in the range of a few ten picometers a three-dimensionally curved surface is, therefore, enormously high as far as we know it has not yet been realized.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung entfällt die Notwendigkeit jeglicher Modifikation der bisher zur Beschichtung verwendeten Apparaturen. Beschichtungsanlagen, wie sie z.B. in Fig. 12 von US 6,226,349 zur Herstellung von Röntgenreflektoren verwendet wurden, können ohne jegliche Veränderungen auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Reflektoren eingesetzt werden. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung wird die Halbachse b derart gewählt, dass die oben beschriebenen Beschichtungsfehler bei nicht-normalem Einfall perfekt kompensiert werden. Dies wird im Folgenden genauer beschrieben.The solution according to the invention eliminates the need for any Modification of the equipment previously used for coating. Coating systems, e.g. in Fig. 12 of US 6,226,349 Manufacture of X-ray reflectors that can be used without any Changes also for the manufacture of the reflectors according to the invention be used. According to the solution according to the invention, the Semi-axis b chosen such that the coating errors described above can be perfectly compensated for abnormal incidence. This is the following described in more detail.

Das Rotationsellipsoid wird nun vorzugsweise in Zylinderkoordinaten dargestellt: (x - a)2 a 2 + r 2 b 2 = 1 mit z = r·cosα und y = r·sinα.The ellipsoid of revolution is now preferably displayed in cylindrical coordinates: ( x - a ) 2 a 2 + r 2 b 2 = 1 with z = r · cosα and y = r · sinα.

Damit ein rotationsellipsoider Spiegel optimal reflektiert, muss für die Beschichtungsdicke d gelten: d(α) = const. So that a ellipsoid of revolution reflects optimally, the following must apply to the coating thickness d: d (α) = const.

Wenn ein Beschichtungsfehler auftritt, dann kann er durch Variation von b mit α korrigiert werden. Aus dem Rotationsellipsoid wird dann das allgemeine, nicht-rotationssymmetrische Ellipsoid (x - a)2 a 2 + r 2 b 2(α) = 1. b(α) wird aus d(f,α) = λλλ λ.b α. f·f' 2. b 2 α-δ.f.f' berechnet [Veröff. Schuster s.o.]. Man erhält

Figure 00230001
f ist der Abstand zwischen Quellfokus und dem betrachteten Spiegelsegment, f' ist der Abstand zwischen dem betrachteten Spiegelsegment und dem Bildfokus. Aufgrund der hohen Exzentrizität (a>>b,c) der hier betrachteten Reflektoren gilt fx und f' ≈ 2a-x. δ ist der Dispersionskoeffizient der verwendeten Vielfachschicht (siehe z.B. US 6,226,349).If a coating error occurs, it can be corrected by varying b with α. The ellipsoid of revolution then becomes the general, non-rotationally symmetrical ellipsoid ( x - a ) 2 a 2 + r 2 b 2 (Α) = 1. b (α) becomes d ( f , α) = λλλ λ. b α , f · f ' Second b 2 α -δ. f , f ' calculated [publ. Cobbler like this]. You get
Figure 00230001
f is the distance between the source focus and the mirror segment under consideration, f 'is the distance between the mirror segment under consideration and the image focus. Due to the high eccentricity ( a >> b, c ) of the reflectors considered here, fx and f '≈ 2 a - x . δ is the dispersion coefficient of the multilayer used (see, for example, US 6,226,349).

Ist jetzt beispielsweise die Ungleichmäßigkeit der Beschichtung wie oben beschrieben mit d(f, α) = d 0(f)·cosβ mit β = arctan dz / dy beschreibbar, so ist die Winkelabhängigkeit der Ellipsenhalbachse b durch

Figure 00230002
beschreibbar.If, for example, the non-uniformity of the coating can now be described with d ( f , α) = d 0 ( f ) · cosβ with β = arctan dz / dy , the angle dependence of the ellipse half-axis b is given by
Figure 00230002
writable.

Die Ellipsoidengleichung verändert sich dann zu

Figure 00240001
The ellipsoid equation then changes to
Figure 00240001

Für die weitere Analyse kann 1- (x - a)2 / a 2 = r 0 2 / b 0 2 gesetzt werden. Es resultiert dann die Gleichung

Figure 00240002
die nach cos β aufgelöst
Figure 00240003
ergibt.1- ( x - a ) 2 / a 2 = r 0 2 / b 0 2 can be set for further analysis. The equation then results
Figure 00240002
which resolved to cos β
Figure 00240003
results.

Für die Bestimmung der Querschnittsform z = f(y) wird eine numerische Lösung empfohlen - mit den Anfangsbedingungen β(0) = 0 und z(0) = -r 0. Die Rechenvorschrift ist

Figure 00240004
Figure 00240005
yi +1 = yi + Δy
Figure 00240006
A numerical solution is recommended for determining the cross-sectional shape z = f ( y ) - with the initial conditions β (0) = 0 and z (0) = - r 0 . The calculation rule is
Figure 00240004
Figure 00240005
y i +1 = y i + Δ y
Figure 00240006

Verfeinerte numerische Lösungen nach bekannten Verfahren sind möglich. Ray tracing Simulationen zeigen jedoch, dass diese Lösung von ausreichender Genauigkeit ist.Refined numerical solutions using known methods are possible. ray However, tracing simulations show that this solution is sufficient Accuracy is.

Das so errechnete Querschnittsprofil ist in Fig. 16 gezeigt. Gegenüber der rotationssymmetrischen Form (b = c = 5 mm) ist die hier beschriebene Form flacher und entspricht in guter Näherung einem Ellipsoid mit b = 6.4 mm und c = 5 mm. Ray tracing Rechnungen bestätigen, dass ein derart modifiziertes Ellipsoid trotz des Beschichtungsfehlers über den gesamten Querschnitt die gewünschte Röntgenlinie reflektiert, im Gegensatz zu Fig. 14a ohne Korrektur des Beschichtungsfehlers. Die gewünschte monochromatisierende Wirkung bleibt ebenfalls vollständig erhalten, im Gegensatz zu Fig. 14b ohne Korrektur. Die flachere Form der erfindungsgemäßen Lösung hat darüber hinaus nur ungefähr die halbe Randneigung wie das rotationssymmetrische Ellipsoid. Daher ist zu erwarten, dass die Beschichtungsprobleme wie auch die Fertigungsprobleme der gekrümmten Form mit der erforderlichen niedrigen Rauhigkeit zusätzlich wesentlich reduziert werden. Die erfindungsgemäßen Reflektoren sind somit einfacher und billiger herzustellen.The cross-sectional profile thus calculated is shown in FIG. 16 . Compared to the rotationally symmetrical shape (b = c = 5 mm), the shape described here is flatter and corresponds in good approximation to an ellipsoid with b = 6.4 mm and c = 5 mm. Ray tracing calculations confirm that an ellipsoid modified in this way reflects the desired X-ray line over the entire cross section despite the coating error, in contrast to FIG. 14a without correction of the coating error. The desired monochromatizing effect is also completely retained, in contrast to FIG. 14b without correction. In addition, the flatter shape of the solution according to the invention has only approximately half the edge slope as the rotationally symmetrical ellipsoid. It is therefore to be expected that the coating problems as well as the manufacturing problems of the curved shape with the required low roughness will additionally be significantly reduced. The reflectors according to the invention are thus easier and cheaper to manufacture.

Analog zu der oben beschriebenen Vorgehensweise kann ein nicht-rotationssymmetrisches Paraboloid berechnet werden, welches nun den Strahl nicht wie oben beschrieben fokussieren, sondern parallelisieren soll. Das Rotationsparaboloid mit dem Parabelparameter p wird vorzugsweise in Zylinderkoordinaten dargestellt: r 2 = 2·p·x mit z = r·cosα und y = r·sinα.Analogously to the procedure described above, a non-rotationally symmetrical paraboloid can be calculated, which should now not focus the beam as described above, but should parallelize it. The paraboloid of revolution with the parabola parameter p is preferably represented in cylindrical coordinates: r 2 = 2 p · x with z = r · cosα and y = r · sinα.

Damit ein rotationsparaboloider Spiegel optimal reflektiert, muss für die Beschichtungsdicke d wieder gelten: d(α) = const. So that a paraboloid of revolution reflects optimally, the following must again apply to the coating thickness d : d (α) = const.

Wenn ein Beschichtungsfehler auftritt, dann kann er durch Variation von p mit α korrigiert werden. Aus dem Rotationsparaboloid wird dann das allgemeine, nicht-rotationssymmetrische Paraboloid r 2 = 2·p(α)·x. p(α) wird aus d(f,α) = λ.p α·f p α-2·δ·f berechnet [Veröff. Schuster s.o.]. Man erhält

Figure 00260001
Ist jetzt beispielsweise die Ungleichmäßigkeit der Beschichtung wieder mit d(f, α) = d 0(f)· cosβ mit β = arctan dz / dy beschreibbar, so ist die Winkelabhängigkeit des Parabelparameters p durch
Figure 00260002
beschreibbar.If a coating error occurs, it can be corrected by varying p with α. The paraboloid of revolution then becomes the general, non-rotationally symmetrical paraboloid r 2 = 2 · p (Α) · x , p (α) becomes d ( f , α) = λ. 2 · p α · f 2 · p α -2 · δ · f calculated [publ. Cobbler like this]. You get
Figure 00260001
If, for example, the non-uniformity of the coating can now be described again with d ( f , α) = d 0 ( f ) · cosβ with β = arctan dz / dy , the angle dependency of the parabola parameter p is complete
Figure 00260002
writable.

Die Paraboloidengleichung verändert sich dann zu

Figure 00270001
The paraboloid equation then changes to
Figure 00270001

Für die weitere Analyse kann x = r 0 2(x) / 2·p 0 gesetzt werden. Es resultiert dann die Gleichung

Figure 00270002
die nach cos β aufgelöst cosβ = 1 d 0 f · λ·r·p 0·r 0·f r·p 0-2·δ·f·r 0 ergibt.For further analysis, x = r 0 2 ( x ) / 2 · p 0 can be set. The equation then results
Figure 00270002
which resolved to cos β cosβ = 1 d 0 f · λ · 2 · r · p 0 · r 0 · f 2 · r · p 0 -2 · δ · f · r 0 results.

Für die Bestimmung der Querschnittsform z = f(y) wird wieder eine numerische Lösung empfohlen - mit den Anfangsbedingungen β(0) = 0 und z(0) = -r 0.A numerical solution is again recommended for determining the cross-sectional shape z = f ( y ) - with the initial conditions β (0) = 0 and z (0) = - r 0 .

Die Rechenvorschrift ist

Figure 00270003
Figure 00270004
yi +1 = y i + Δy
Figure 00270005
The calculation rule is
Figure 00270003
Figure 00270004
y i +1 = y i + Δ y
Figure 00270005

Verfeinerte numerische Lösungen nach bekannten Verfahren sind möglich. Ray tracing Simulationen zeigen jedoch, dass die hier angegebene Lösung von ausreichender Genauigkeit ist.Refined numerical solutions using known methods are possible. ray However, tracing simulations show that the solution of is sufficient accuracy.

Die beiden oben beschriebenen Vorgehensweisen sind nur exemplarisch zu verstehen, und für andere Beschichtungsfehler (z.B. parabolisch, (cosβ) n ) und andere Reflektorformen (z.B. sphärisch, hyperboloid, ...) sind analoge Vorgehensweisen möglich.The two procedures described above are only to be understood as examples, and analogous procedures are possible for other coating defects (e.g. parabolic, (cosβ) n ) and other reflector shapes (e.g. spherical, hyperboloid, ...).

Die gekrümmten Reflektorsubstrate können wie bei US 6,226,349 auf an sich bekannte Weise z.B. durch Schleifen, Polieren und Läppen von massiven Körpern aus Quarz, Zerodur, Glas, oder anderen Materialien angefertigt werden. Rauhigkeiten unter 0.1 nm (schon 0.3 nm sind für Multilayer perfekt) sowie Krümmungsfehler unter 5 µrad (unter 25 µrad erhält man bereits sehr gute Spiegel) wurden bei den Reflektoren gemäß US 6,226,349 durch derartige Verfahren routinemäßig erreicht. Mit diesen Werten sind perfekte Strahleigenschaften erreicht worden. Weitere Techniken zur Formgebung der Reflektorssubstrate sind Biegetechniken [z.B. DE 19935513] oder Abform/Replikatechniken [US 4,525,853 claim 12].The curved reflector substrates can, as in US Pat. No. 6,226,349, per se known way e.g. by grinding, polishing and lapping solid Made of quartz, Zerodur, glass, or other materials become. Roughness below 0.1 nm (0.3 nm is perfect for multilayers) and curvature errors below 5 µrad (below 25 µrad you already get a lot good mirrors) were in the reflectors according to US 6,226,349 by such Procedure routinely achieved. With these values are perfect Beam properties have been achieved. Other techniques for shaping the Reflector substrates are bending techniques [e.g. DE 19935513] or Impression / replica techniques [US 4,525,853 claim 12].

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lehre können folgendermaßen zusammengefasst werden:

  • a) Die Herstellung der Form wird einfacher, da man flachere Formen mit geringeren Krümmungen und Randwinkeln verwenden kann. Die flachere Form erleichtert auch das Polieren auf die niedrigere Rauhigkeit.
  • b) Man kann durch die Wahl der Querschnittsform einen weiteren, günstigen Einfluss auf die Strahleigenschaften (Strahlabmessungen, Divergenz) nehmen, z.B. einen breiteren Strahl erzeugen, je nach Anwendung. So ist es z.B. (anders als bei der Einkristalldiffraktometrie) bei der Bestimmung von mechanischen Spannungen oder Texturen von Werkstoffen mit röntgendiffraktometrischen Methoden durchaus erwünscht, eine größere Probenfläche zu beleuchten. Durch die Wahl eines nicht-rotationssymmetrischen Reflektors hat man eine breitere Auswahl von anwendungsoptimierten Optiken zur Verfügung, man hat im Design der Optik eine größere Freiheit. Speziell für Multilayer-Röntgenspiegel gilt außerdem:
  • c) Beschichtungsfehler in Querrichtung können durch die (freie!) Wahl der Querschnittsform des Körpers in dieser Richtung vollständig kompensiert werden. Die Beschichtung wird dann "sehr" einfach, oder erstmals möglich, mit denselben Techniken die zurzeit für die i.w. nur flach gekrümmten Optiken verwendet werden.
  • d) Man bekommt (wesentlich) mehr Intensität, da man im Gegensatz zum Stand der Technik nur eine Reflektion benötigt wird (Intensitätsverlust pro Reflektion ca. 50 %), und da man eine größere Spiegelfläche verwenden kann. Bei den Reflektoren nach dem Stand der Technik wird der Reflektor auf nur ca. 1 mm Breite verwendet. Demgegenüber wurde hier bereits ein 4 mm breiter Reflektor beschrieben (ohne Einschränkung der Allgemeinheit). Zusammen kann man hier also schon einen Intensitätsgewinn um einen Faktor 8 erwarten.
  • e) Man braucht nur einen Spiegel, bei den Optiken gemäß dem Stand der Technik braucht man 2 Spiegel (Kostenfaktor).
  • f) Der Reflektor ist wesentlich einfacher zu justieren als eine Kirkpatrick-Baez-Anordnung nach dem Stand der Technik.
  • The advantages of the teaching according to the invention can be summarized as follows:
  • a) The production of the shape is easier because you can use flatter shapes with fewer curvatures and contact angles. The flatter shape also facilitates polishing to the lower roughness.
  • b) By choosing the cross-sectional shape, a further, favorable influence on the beam properties (beam dimensions, divergence) can be exerted, for example generating a wider beam, depending on the application. For example (unlike single crystal diffractometry) when determining mechanical stresses or textures of materials with X-ray diffractometric methods it is absolutely desirable to illuminate a larger sample area. By choosing a non-rotationally symmetrical reflector, you have a wider choice of application-optimized optics, you have greater freedom in the design of the optics. The following also applies specifically to multilayer X-ray mirrors:
  • c) Coating errors in the transverse direction can be completely compensated for by the (free!) choice of the cross-sectional shape of the body in this direction. The coating then becomes "very" simple, or is possible for the first time, using the same techniques that are currently used for the mostly flat curved optics.
  • d) You get (much) more intensity, because in contrast to the prior art, only one reflection is required (loss of intensity per reflection approx. 50%), and because you can use a larger mirror surface. In the case of the reflectors according to the prior art, the reflector is used only about 1 mm wide. In contrast, a 4 mm wide reflector has already been described here (without restricting generality). Together you can expect an increase in intensity by a factor of 8.
  • e) You only need one mirror, with the optics according to the state of the art you need 2 mirrors (cost factor).
  • f) The reflector is much easier to adjust than a Kirkpatrick-Baez arrangement according to the prior art.
  • Wegen der besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors als Goebelspiegel mit einer nicht-rotationssymmetrischen Krümmung quer zur x-Richtung (welche ungefähr der Haupteinstrahlrichtung der Röntgenstrahlung entspricht) soll im folgenden noch die Ausgestaltung einer solchen Ausführungsform bzw. eines zugehörigen Röntgenanalysegeräts im Detail erläutert werden.Because of the particularly advantageous embodiment of the invention Reflector as a Goebel mirror with a non-rotationally symmetrical curvature transverse to the x direction (which is approximately the main direction of incidence of the X-ray radiation corresponds) to the design of a such embodiment or an associated X-ray analysis device in Be explained in detail.

    Das solchermaßen bevorzugte, erfindungsgemäße Röntgenanalysegerät ist ausgestattet mit

    • einer Röntgenstrahlung emittierenden Quelle,
    • einer zu analysierenden Probe,
    • einem auf Röntgenstrahlung ansprechenden Detektor,
    • strahlformenden und/oder strahlbegrenzenden Mitteln, und
    • einem gekrümmten Vielschicht-Bragg-Reflektor, der im Strahlgang zwischen der Quelle und der Probe angeordnet ist und eine sich periodisch wiederholenden Folge von Schichten umfasst, wobei eine Periode aus mindestens zwei Einzelschichten A, B besteht, die unterschiedliche Brechungsindex-Dekremente δA ≠ δB und die Dicken dA und dB besitzen,
    • wobei die Periodendicke, also die Summe d = dA + dB +... der Einzelschichten A, B, ... einer Periode entlang einer x-Richtung sich stetig ändert, und
    • wobei der Reflektor derart gekrümmt ist, dass er eine Teilfläche eines Paraboloids oder Ellipsoids bildet, in dessen Brennlinie bzw. Brennpunkt die Quelle oder ein Bild der Quelle liegt,
    • wobei das Paraboloid oder Ellipsoid entlang eines Querschnitts in einer Ebene senkrecht zur x-Richtung nicht-kreisbogenförmig gekrümmt ist, d.h. das Paraboloid bzw. Ellipsoid ist nicht ein Rotationsparaboloid bzw. ellipsoid, sondern ein nicht-rotationssymmetrisches Paraboloid bzw. Ellipsoid.
    The x-ray analyzer according to the invention which is preferred in this way is equipped with
    • an X-ray emitting source,
    • a sample to be analyzed,
    • a detector responsive to x-rays,
    • beam-shaping and / or beam-limiting agents, and
    • a curved multilayer Bragg reflector, which is arranged in the beam path between the source and the sample and comprises a periodically repeating sequence of layers, one period consisting of at least two individual layers A, B, which have different refractive index decrements δ A ≠ δ B and have the thicknesses d A and d B ,
    • where the period thickness, i.e. the sum d = d A + d B + ... of the individual layers A, B, ... of a period along an x-direction changes continuously, and
    • the reflector being curved such that it forms a partial surface of a paraboloid or ellipsoid, in the focal line or focal point of which the source or an image of the source lies,
    • wherein the paraboloid or ellipsoid is not curved in a circular arc along a cross section in a plane perpendicular to the x-direction, ie the paraboloid or ellipsoid is not a rotational paraboloid or ellipsoid, but a non-rotationally symmetrical paraboloid or ellipsoid.

    Weiterhin weisen die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Röntgenanalysegeräts mit paraboloider Reflektorform die Eigenschaften auf,

    • dass die Schichten des Reflektors direkt auf einer konkav gekrümmten Oberfläche eines paraboloidförmig ausgehöhlten Substrats aufgedampft, aufgesputtert oder aufgewachsen sind, wobei die Krümmung der konkaven Substratoberfläche in einer xz-Ebene der Formel z2 = 2px folgt mit 0,02 mm < p < 0,5 mm, vorzugsweise p ≈ 0,1 mm;
    • dass die dem Reflektor zugewandte konkave Substratoberfläche eine maximal zulässige Formabweichung von Δp = 2px ·ΔΘR aufweist, wobei ΔΘR die Halbwertsbreite des Bragg-Reflexes des Reflektors ist, und im Bereich 0,01° < ΔΘR < 0,5°, vorzugsweise 0,02° < ΔΘR < 0,20° liegt,
    • dass die dem Reflektor zugewandte konkave Substratoberfläche eine maximale zulässige Welligkeit von Δz / Δx = 1 / 2 ΔΘR aufweist,
    • dass die dem Reflektor zugewandte konkave Substratoberfläche eine maximal zulässige Rauhigkeit von Δz = d / 2π, vorzugsweise Δz ≤ 0,3 nm aufweist,
    • dass die Röntgenstrahlung unter einem Einfallswinkel 0° ≤ Θ ≤ 5° auf die gekrümmte Oberfläche des Reflektors trifft,
    • dass sich die Periodendicke d derart entlang der x-Richtung ändert, dass die Röntgenstrahlung einer bestimmten Wellenlänge λ einer punktförmigen Röntgenquelle unabhängig vom Auftreffpunkt (x, z) auf dem Reflektor stets Bragg-Reflexion erfährt, indem die Periodendicke d zur Paraboloidöffnung hin in x-Richtung gemäß d = λ / 2 1 / (1-δ/sin2 Θ)sin Θ und Θ = arc cot 2px p zunimmt, wobei δ das Dekrement des mittleren Brechungsindex des Vielschicht-Bragg-Reflektors ist,
    • dass die Abweichung Δd/Δx der Periodendicke d an jedem Punkt des Vielschicht-Bragg-Reflektors entlang der x-Richtung kleiner ist als Δd / Δx = 1 / 2 d / x ,
    • dass für die Periodendicke d gilt: 1 nm ≤ d ≤ 20 nm,
    • dass für die Anzahl N der Perioden gilt 10 < N < 500, vorzugsweise 50 ≤ N ≤ 100,
    • und dass für die Energie E der Lichtquanten der Röntgenstrahlung gilt: 0,1 keV < E < 0,1 MeV.
    Furthermore, the embodiments of the x-ray analysis device according to the invention with a paraboloid reflector shape have the properties
    • that the layers of the reflector are evaporated, sputtered or grown directly on a concavely curved surface of a paraboloidally hollowed-out substrate, the curvature of the concave substrate surface in an xz plane following the formula z 2 = 2px with 0.02 mm <p <0, 5 mm, preferably p ≈ 0.1 mm;
    • that the concave substrate surface facing the reflector has a maximum permissible shape deviation of Δp = 2px ΔΘ R , where ΔΘ R is the half width of the Bragg reflection of the reflector, and is in the range 0.01 ° <ΔΘ R <0.5 °, preferably 0.02 ° <ΔΘ R <0.20 °,
    • that the concave substrate surface facing the reflector has a maximum permissible waviness of Δz / Δx = 1/2 ΔΘ R ,
    • that the concave substrate surface facing the reflector has a maximum permissible roughness of Δz = d / 2π, preferably Δz ≤ 0.3 nm,
    • that the X-rays hit the curved surface of the reflector at an angle of incidence of 0 ° ≤ Θ ≤ 5 °,
    • that the period thickness d changes along the x direction in such a way that the X-ray radiation of a specific wavelength λ from a point-shaped X-ray source always experiences Bragg reflection regardless of the point of impact (x, z) on the reflector, in that the period thickness d towards the paraboloid opening in x Direction according to d = λ / 2 1 / (1- δ / sin 2 Θ) sin Θ and Θ = arc cot 2px p increases, whereby δ is the decrement of the average refractive index of the multilayer Bragg reflector,
    • that the deviation Δd / Δx of the period thickness d at each point of the multilayer Bragg reflector along the x direction is smaller than Δd / Δx = 1/2 d / x,
    • that applies to the period thickness d: 1 nm ≤ d ≤ 20 nm,
    • that 10 <N <500, preferably 50 N N 100 100, applies to the number N of periods,
    • and that for the energy E of the light quanta of the X-rays: 0.1 keV <E <0.1 MeV.

    Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung von amorphem oder polykristallinem Substratmaterial, insbesondere von Glas, amorphem Si, polykristallinem Keramikmaterial oder Kunststoff. Bezüglich der Anzahl der Einzelschichten pro Periode sind 2, 3 oder 4 Schichten besonders empfehlenswert. Die Schichtdicken der Einzelschichten unterscheiden sich von Material zu Material bevorzugt um maximal 5%.The use of amorphous or polycrystalline is also advantageous Substrate material, especially glass, amorphous Si, polycrystalline Ceramic material or plastic. Regarding the number of individual layers per Period, 2, 3 or 4 layers are particularly recommended. The Layer thicknesses of the individual layers differ from material to material preferably by a maximum of 5%.

    Konventionelle (rotationssymmetrische) Goebel-Spiegel nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in DE 198 33 524 A1 beschrieben, worauf hiermit vollinhaltlich verwiesen wird.Conventional (rotationally symmetrical) Goebel mirrors according to the state of the Technology are described for example in DE 198 33 524 A1, whereupon hereby full reference is made.

    Claims (14)

    Reflektor (5) für Röntgenstrahlung (2, 3, 10, 11), welcher entlang eines ersten Querschnitts (13) in einer eine x-Richtung enthaltenden Ebene (XZ) nicht-kreisbogenförmig gekrümmt ist, wobei der Reflektor (5) auch entlang eines zweiten Querschnitts (14) in einer zur x-Richtung senkrechten Ebene (YZ) gekrümmt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) entlang des zweiten Querschnitts (14) ebenfalls eine von einem Kreisbogen abweichende Krümmung aufweist.
    Reflector (5) for X-rays (2, 3, 10, 11), which is curved along a first cross-section (13) in a plane (XZ) containing an x direction, the reflector (5) also along a second cross section (14) is curved in a plane (YZ) perpendicular to the x direction,
    characterized in that the reflector (5) along the second cross-section (14) also has a curvature that deviates from an arc.
    Reflektor (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Reflektors (5) entlang des zweiten Querschnitts (14) die Fokussiereigenschaften des Reflektors (5), insbesondere in der zur x-Richtung senkrechten Ebene (YZ), einstellt.Reflector (5) according to claim 1, characterized in that the curvature of the reflector (5) along the second cross-section (14) sets the focusing properties of the reflector (5), in particular in the plane perpendicular to the x direction (YZ). Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) zweidimensional fokussierend oder parallelisierend ist.Reflector (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector (5) is two-dimensionally focusing or parallelizing. Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) entlang des ersten Querschnitts (13) parabelförmig, hyperbelförmig oder elliptisch gekrümmt ist. Reflector (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector (5) along the first cross section (13) is parabolic, hyperbolic or elliptically curved. Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) eine periodisch sich wiederholende Folge von Schichten aus Materialien A, B, ... mit unterschiedlichem Brechungsindex aufweist, wobei die Summe d = dA + dB + ... der Dicken dA, dB, ... aufeinanderfolgender Schichten der Materialien A, B, ... sich entlang der x-Richtung stetig, insbesondere monoton ändert.Reflector (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector (5) has a periodically repeating sequence of layers of materials A, B, ... with different refractive index, the sum d = d A + d B + ... the thicknesses d A , d B , ... of successive layers of materials A, B, ... changes continuously, in particular monotonically, along the x-direction. Reflektor (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe d sich entlang des zweiten Querschnitts (14) ändert, insbesondere um mehr als 2%.Reflector (5) according to claim 5, characterized in that the sum d changes along the second cross section (14), in particular by more than 2%. Reflektor (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Reflektors (5) entlang des zweiten Querschnitts (14) die Änderung der Summe d entlang des zweiten Querschnitts (14) gegenüber einem Vergleichsreflektor mit einer konstanten Summe d und kreisförmiger Krümmung entlang dessen zweiten Querschnitts bezüglich der Fokussierungs- und Reflektivitäts-Eigenschaften des Reflektors (5) kompensiert.A reflector (5) according to claim 6, characterized in that the curvature of the reflector (5) along the second cross-section (14) changes the sum d along the second cross-section (14) compared to a comparison reflector with a constant sum d and circular curvature along whose second cross-section is compensated for the focusing and reflectivity properties of the reflector (5). Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) entlang des zweiten Querschnitts (14) eine elliptische Krümmung mit unterschiedlichen Längen der Halbachsen oder eine parabelförmige Krümmung aufweist.Reflector (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector (5) along the second cross-section (14) has an elliptical curvature with different lengths of the semiaxes or a parabolic curvature. Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) eine reflektierende Oberfläche von mehr als 2 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm Breite (gemessen senkrecht zur x-Richtung) aufweist. Reflector (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector (5) has a reflective surface of more than 2 mm, preferably at least 4 mm in width (measured perpendicular to the x-direction). Röntgenanalysegerät mit einer Röntgenquelle (1), einer zu analysierenden Probe (6), einem Röntgendetektor (7), strahlformenden und/oder strahlbegrenzenden Mitteln (4) und einem Reflektor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.X-ray analyzer with an X-ray source (1), one too analyzing sample (6), an X-ray detector (7), beam-shaping and / or beam-limiting means (4) and a reflector (5) any of the preceding claims. Röntgenanalysegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Röntgenstrahlung (2, 3; 10, 11) auf dem Reflektor (5) in einem Winkel (9) von weniger als 5° zur x-Richtung auftrifft.X-ray analyzer according to claim 10, characterized in that X-rays (2, 3; 10, 11) impinges on the reflector (5) at an angle (9) of less than 5 ° to the x direction. Röntgenanalysegerät nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Reflektors (5) entlang des zweiten Querschnitts (14) so ausgebildet ist, dass die Reflektivität des Reflektors (5) für die Wellenlänge der von der Röntgenquelle (1) erzeugten Strahlung maximal ist.X-ray analyzer according to one of claims 10 or 11, characterized in that the curvature of the reflector (5) along the second cross-section (14) is designed such that the reflectivity of the reflector (5) for the wavelength of the generated by the x-ray source (1) Radiation is maximum. Röntgenanalysegerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) auf ihn einfallende Röntgenstrahlung (2, 3; 10, 11) auf einen punktförmigen Bereich (Brennfleck), insbesondere auf die Probe (6) oder auf den Röntgendetektor (7) fokussiert.X-ray analyzer according to one of claims 10 to 12, characterized in that the reflector (5) incident X-rays (2, 3; 10, 11) on a point-like area (focal spot), in particular on the sample (6) or on the X-ray detector (7) focused. Röntgenanalysegerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) aus auf ihn einfallender Röntgenstrahlung (2, 3; 10, 11 ) einen Röntgenstrahl mit einer bestimmten Strahldivergenz, insbesondere einen Parallelstrahl, erzeugt.X-ray analysis device according to one of Claims 10 to 12, characterized in that the reflector (5) generates an X-ray beam with a specific beam divergence, in particular a parallel beam, from X-ray radiation (2, 3; 10, 11) incident on it.
    EP03020837.5A 2002-11-20 2003-09-13 Reflector for X-rays Expired - Fee Related EP1422725B1 (en)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10254026A DE10254026C5 (en) 2002-11-20 2002-11-20 Reflector for X-radiation
    DE10254026 2002-11-20

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1422725A2 true EP1422725A2 (en) 2004-05-26
    EP1422725A3 EP1422725A3 (en) 2009-04-29
    EP1422725B1 EP1422725B1 (en) 2014-11-05

    Family

    ID=32185854

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP03020837.5A Expired - Fee Related EP1422725B1 (en) 2002-11-20 2003-09-13 Reflector for X-rays

    Country Status (3)

    Country Link
    US (2) US20040096034A1 (en)
    EP (1) EP1422725B1 (en)
    DE (1) DE10254026C5 (en)

    Families Citing this family (10)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US6825978B2 (en) * 2002-04-04 2004-11-30 Hypervision, Inc. High sensitivity thermal radiation detection with an emission microscope with room temperature optics
    DE60308645T2 (en) * 2002-06-19 2007-10-18 Xenocs OPTICAL ARRANGEMENT AND METHOD THEREFOR
    JP4994375B2 (en) * 2005-08-01 2012-08-08 ザ リサーチ ファウンデーション オブ ステート ユニバーシティ オブ ニューヨーク X-ray imaging system using point focus curved monochromator optical body
    JP4278108B2 (en) * 2006-07-07 2009-06-10 株式会社リガク Ultra-small angle X-ray scattering measurement device
    US7555098B2 (en) * 2007-05-02 2009-06-30 HD Technologies Inc. Method and apparatus for X-ray fluorescence analysis and detection
    US7920676B2 (en) * 2007-05-04 2011-04-05 Xradia, Inc. CD-GISAXS system and method
    US7706503B2 (en) * 2007-11-20 2010-04-27 Rigaku Innovative Technologies, Inc. X-ray optic with varying focal points
    DE102009047179B8 (en) * 2009-11-26 2016-08-18 Carl Zeiss Smt Gmbh projection lens
    JP6322172B2 (en) * 2015-09-11 2018-05-09 株式会社リガク X-ray small angle optical system
    CN116914228B (en) * 2023-09-13 2024-04-12 厦门海辰储能科技股份有限公司 Battery cell, battery and electric equipment

    Citations (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0339713A1 (en) * 1988-04-20 1989-11-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray spectrometer having a doubly curved crystal
    WO1999043009A1 (en) * 1998-02-19 1999-08-26 Osmic, Inc. Single corner kirkpatrick-baez beam conditioning optic assembly
    US6022114A (en) * 1998-05-01 2000-02-08 Nikon Corporation Anamorphic afocal beam shaping assembly
    US20010028699A1 (en) * 2000-04-10 2001-10-11 Rigaku Corporation X-ray optical device and multilayer mirror for small angle scattering system
    WO2002025258A1 (en) * 2000-09-22 2002-03-28 X-Ray Optical Systems, Inc. Total-reflection x-ray fluorescence apparatus and method using a doubly-curved optic
    WO2002103710A2 (en) * 2001-06-19 2002-12-27 X-Ray Optical Systems, Inc. Wavelength dispersive xrf system using focusing optic for excitation and a focusing monochromator for collection

    Family Cites Families (24)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US4525853A (en) * 1983-10-17 1985-06-25 Energy Conversion Devices, Inc. Point source X-ray focusing device
    NL8501181A (en) * 1985-04-24 1986-11-17 Philips Nv CRYSTAL FOR A ROENT GENAL ANALYSIS DEVICE.
    US4951304A (en) * 1989-07-12 1990-08-21 Adelphi Technology Inc. Focused X-ray source
    DE4027285A1 (en) * 1990-08-29 1992-03-05 Zeiss Carl Fa X-RAY MICROSCOPE
    DE4407278A1 (en) * 1994-03-04 1995-09-07 Siemens Ag X-ray analyzer
    US5646976A (en) * 1994-08-01 1997-07-08 Osmic, Inc. Optical element of multilayered thin film for X-rays and neutrons
    US5742658A (en) * 1996-05-23 1998-04-21 Advanced Micro Devices, Inc. Apparatus and method for determining the elemental compositions and relative locations of particles on the surface of a semiconductor wafer
    US6014423A (en) * 1998-02-19 2000-01-11 Osmic, Inc. Multiple corner Kirkpatrick-Baez beam conditioning optic assembly
    JP3734366B2 (en) * 1998-03-20 2006-01-11 株式会社リガク X-ray analyzer
    DE19833524B4 (en) * 1998-07-25 2004-09-23 Bruker Axs Gmbh X-ray analyzer with gradient multilayer mirror
    US6285743B1 (en) * 1998-09-14 2001-09-04 Nikon Corporation Method and apparatus for soft X-ray generation
    US6339634B1 (en) * 1998-10-01 2002-01-15 Nikon Corporation Soft x-ray light source device
    US6014099A (en) * 1998-11-09 2000-01-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Isar method to analyze radar cross sections
    US6389100B1 (en) * 1999-04-09 2002-05-14 Osmic, Inc. X-ray lens system
    DE19932275B4 (en) * 1999-07-06 2005-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for X-ray fluorescence analysis
    US6278764B1 (en) * 1999-07-22 2001-08-21 The Regents Of The Unviersity Of California High efficiency replicated x-ray optics and fabrication method
    US6421417B1 (en) * 1999-08-02 2002-07-16 Osmic, Inc. Multilayer optics with adjustable working wavelength
    JP3741411B2 (en) * 1999-10-01 2006-02-01 株式会社リガク X-ray focusing apparatus and X-ray apparatus
    US6317483B1 (en) * 1999-11-29 2001-11-13 X-Ray Optical Systems, Inc. Doubly curved optical device with graded atomic planes
    US6606371B2 (en) * 1999-12-20 2003-08-12 Agere Systems Inc. X-ray system
    JP2002006096A (en) * 2000-06-23 2002-01-09 Nikon Corp Electromagnetic wave generating device, semiconductor manufacturing device using it, and manufacturing method therefor
    US6625251B2 (en) * 2000-09-22 2003-09-23 Ntt Advanced Technology Corporation Laser plasma x-ray generation apparatus
    JP3762665B2 (en) * 2001-07-03 2006-04-05 株式会社リガク X-ray analyzer and X-ray supply device
    DE60308645T2 (en) * 2002-06-19 2007-10-18 Xenocs OPTICAL ARRANGEMENT AND METHOD THEREFOR

    Patent Citations (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0339713A1 (en) * 1988-04-20 1989-11-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. X-ray spectrometer having a doubly curved crystal
    WO1999043009A1 (en) * 1998-02-19 1999-08-26 Osmic, Inc. Single corner kirkpatrick-baez beam conditioning optic assembly
    US6022114A (en) * 1998-05-01 2000-02-08 Nikon Corporation Anamorphic afocal beam shaping assembly
    US20010028699A1 (en) * 2000-04-10 2001-10-11 Rigaku Corporation X-ray optical device and multilayer mirror for small angle scattering system
    WO2002025258A1 (en) * 2000-09-22 2002-03-28 X-Ray Optical Systems, Inc. Total-reflection x-ray fluorescence apparatus and method using a doubly-curved optic
    WO2002103710A2 (en) * 2001-06-19 2002-12-27 X-Ray Optical Systems, Inc. Wavelength dispersive xrf system using focusing optic for excitation and a focusing monochromator for collection

    Non-Patent Citations (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Title
    COHEN L M: "Optimum shape of a Kirkpatrick-Baez X-ray reflector supported at discrete points for on-axis performance" APPLIED OPTICS USA, Bd. 20, Nr. 9, 1. Mai 1981 (1981-05-01), Seiten 1545-1549, XP002519451 ISSN: 0003-6935 *
    SUZUKI Y ET AL: "X-Ray focusing with elliptical Kirkpatrick-Baez mirror system" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, TOKYO,JP, Bd. 30, Nr. 5, 1. Mai 1991 (1991-05-01), Seiten 1127-1130, XP002436248 ISSN: 0021-4922 *

    Also Published As

    Publication number Publication date
    US20060133569A1 (en) 2006-06-22
    EP1422725A3 (en) 2009-04-29
    EP1422725B1 (en) 2014-11-05
    DE10254026B4 (en) 2006-09-14
    US20040096034A1 (en) 2004-05-20
    DE10254026B9 (en) 2007-04-19
    DE10254026A1 (en) 2004-06-17
    US7242746B2 (en) 2007-07-10
    DE10254026C5 (en) 2009-01-29

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE19833524B4 (en) X-ray analyzer with gradient multilayer mirror
    DE69909599T2 (en) SINGLE-CORNER KIRKPATRICK-BAEZ OPTICAL BEAM TREATMENT ARRANGEMENT
    DE60015346T2 (en) MULTILAYER OPTICS WITH TUNABLE OPERATING SHAFT LENGTHS
    DE60308645T2 (en) OPTICAL ARRANGEMENT AND METHOD THEREFOR
    EP3465348B1 (en) Euv collector
    US7242746B2 (en) Method for manufacturing a reflector for X-ray radiation
    DE102018205163A1 (en) Measuring device for measuring reflection properties of a sample in the extreme ultraviolet spectral range
    EP1324351B1 (en) X-ray optical system with aperture in the focus of a X-ray mirror
    DE112019002822T5 (en) WAVELENGTH DISPERSIVE X-RAY SPECTROMETER
    WO2016083487A1 (en) Mirror, in particular collector mirror for microlithography
    DE4407278A1 (en) X-ray analyzer
    WO2015107116A1 (en) Euv mirror and optical system comprising euv mirror
    DE102010002778B4 (en) Confocal multi-filament X-ray waveguide, as well as methods for its production and method for imaging
    DE102016200814A1 (en) Reflective optical element and optical system for EUV lithography
    WO2016135279A1 (en) Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates
    DE102016201564A1 (en) Method for producing a reflective optical element and reflective optical element
    EP1763885B1 (en) Radiation-optical component
    WO2003081712A2 (en) Grating element for filtering wavelengths ≤ 100nm
    EP1278209B1 (en) Device and method for analysing of atomic and/or molecular elements with wavelength dispersive x-ray spectrometric devices
    DE60106784T2 (en) OPTICAL METHOD OF CREVING LIGHT WITH APPROPRIATE OPTICAL SYSTEM AND DEVICE
    EP4049010B1 (en) X-ray device having multiple beam paths
    DE10306328B4 (en) X-ray monochromator and X-ray fluorescence spectrometer in which the X-ray monochromator is used
    EP3589989B1 (en) Method for correcting a reflective optical element for the wavelength range between 5 nm and 20 nm.
    DE10134266C2 (en) Device and method for the analysis of atomic and / or molecular elements by means of wavelength-dispersive, X-ray spectrometric devices
    EP1511043B1 (en) X-ray optical arrangement for generating monochromatic X-rays

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A2

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK

    PUAL Search report despatched

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A3

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20090925

    AKX Designation fees paid

    Designated state(s): FR GB NL

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: 8566

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    INTG Intention to grant announced

    Effective date: 20140519

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): FR GB NL

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: NL

    Ref legal event code: T3

    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 13

    26N No opposition filed

    Effective date: 20150806

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Payment date: 20150922

    Year of fee payment: 13

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Payment date: 20150923

    Year of fee payment: 13

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Payment date: 20150923

    Year of fee payment: 13

    REG Reference to a national code

    Ref country code: NL

    Ref legal event code: MM

    Effective date: 20161001

    GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

    Effective date: 20160913

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20161001

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: ST

    Effective date: 20170531

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20160913

    Ref country code: FR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20160930