EP1942506A2 - Vorrichtung zur Verbesserung des Auflösungsvermögens eines röntgenoptischen Apparates - Google Patents

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EP1942506A2
EP1942506A2 EP07020485A EP07020485A EP1942506A2 EP 1942506 A2 EP1942506 A2 EP 1942506A2 EP 07020485 A EP07020485 A EP 07020485A EP 07020485 A EP07020485 A EP 07020485A EP 1942506 A2 EP1942506 A2 EP 1942506A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
axis
mirror element
flank
edge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07020485A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Albrecht Dr. Frey
Norbert Dr. Pailer
Jess Dr. Köhler
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.)
Airbus DS GmbH
Original Assignee
Astrium GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1942506A2 publication Critical patent/EP1942506A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/064Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements having a curved surface
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067Construction details

Definitions

  • the invention relates to a device for improving the spatial resolution of a microporous optic for X-rays according to claim 1.
  • the prior art discloses a Wolter I type telescope (see, for example, the publication " Mirror systems of grazing incidence as imaging optics for X-rays ", H. Wolter, Analen der Physik, 10, 1952, pp. 94-114 ).
  • Such a telescope exploits the reflection of X-rays in grazing incidence on metal surfaces.
  • the basic idea is that behind the paraboloid as a correction mirror a hyperboloid is set, at which the X-rays are reflected a second time.
  • the Wolter-I mirror arrangement is composed of many metallic nested (often only coated) paraboloidal rotors, each followed by a hyperboloid of revolution. Together these mirrors have similar imaging properties to ordinary telescopes in the visible range of light. With him, the rays are first reflected on a small section of a parabolic mirror and then on a section of a Hyperbolapts. To achieve greater intensities, several such mirror systems were interlaced. Because each mirror pair has because of the grazing incidence only a very narrow area in which it can record X-rays and focus in the focal point. For example, in the mirror system of the X-ray satellite ROSAT, four Wolter double mirrors of the same focal length are nested in one another in order to achieve a large collecting surface.
  • an X-ray lens has heretofore been produced by pore optics whose reflective surfaces approximate an ideal Wolter I optic through two cylindrical surfaces.
  • pore optics Such a pore appearance is shown in FIGS. 1A and 1B.
  • An approximation is done for production-relevant reasons:
  • the cylindrical mirror shells 12 are applied layer by layer (see Figure 1 B).
  • a mirror bowl is polished on the front and on the back with many webs 14 provided.
  • This manufacturing method requires that the gaps remaining between the lands 14 and the mirror shells 12, the pores, have a rectangular cross-section.
  • the present invention provides an apparatus for improving the resolving power of an X-ray optical apparatus for an X-ray incident from an incident direction, comprising a mirror element having a mirror edge, wherein the first mirror edge is formed by a first cylindrical shell portion around a flank axis and the mirror element is spaced apart in a radial direction with respect to a focal axis parallel to the incident direction by a focal point of the X-ray optical apparatus, and wherein the mirror element is further spaced radially extending axis relative to the direction of incidence is arranged rotated such that the flank axis is inclined relative to the direction of incidence.
  • the present invention is based on the finding that an approximation of the parabolic and hyperbolic shape can be achieved by a rotation of the mirror element about the radial axis, which is oriented closer to the optimum shape than a simple approximation of cylindrical shells allows.
  • the device according to the invention has the advantage that it can lead to an improvement in the spatial resolution of an X-ray image, which can find a wide range of applications in a wide application of X-ray optical devices.
  • an advantage of the device according to the invention is that it results in less blurring of the image, which in turn leads to a better image quality.
  • the desired reduction in image blurring may depend on the staple length and focal length.
  • the improvement of the resolution may, for example, be in the range of a factor of 3.
  • a second mirror flank adjoining the mirror flank may be provided, which is formed by a second cylindrical shell section about a second flank axis, wherein the mirror element may be arranged such that a plane comprising the flank axis and second flank axis is inclined with respect to the direction of incidence ,
  • the mirror edge may correspond to an approximation of a parabolic shape and the second mirror edge may correspond to an approximation of a hyperbolic shape.
  • the mirror element can have a width which is less than approximately one tenth of the radial distance of the mirror element with respect to the focus axis. This makes it possible to ensure that the approximation range does not become too large, so that the approximation does not become inadmissible.
  • the mirror element may have a width corresponding to an arc length of less than about two degrees in the radial direction. This range of the width of the mirror element provides an even better approximation to the shape of the Wolter I optic, since the region to be approximated is very small compared to the entire parabolic and hyperbolic shape of the Wolter I optic, so that the approximation does not cause much error ,
  • an inclination between the flank axis and the incidence direction may be in a range of between about one-half degree and about five degrees, which is a particularly good tilt range for improving the resolving power of the X-ray optical apparatus.
  • a further mirror element may be provided with a third mirror edge and a fourth mirror edge adjacent to the third mirror edge, wherein the third mirror edge is formed by a third cylindrical shell portion around a third edge axis and the further mirror element is arranged spaced apart in a further radial direction with respect to the focus axis, and wherein the further mirror element is further arranged so rotated about a further axis extending in the further radial direction with respect to the direction of incidence, that the third flank axis with respect to the direction of incidence is inclined.
  • the further mirror element may adjoin the mirror element and be arranged at a distance from the focus axis corresponding to the distance of the mirror element from the focus axis, and a lateral transition between the mirror element and the further mirror element may have a step offset.
  • the area of the vertical extension of the boundary line between the first and second mirror flanks and the third and fourth mirror flanks can be kept within a very narrow range, so that incident X-rays at both mirror elements have a very small focus area can be distracted. If the arrangement of the mirror elements were selected such that the boundary lines between the first and second mirror flanks and the third and fourth mirror flanks would touch, such an arrangement would not cause optimal focusing on a common focus point.
  • the device according to the invention comprises a plurality of additional mirror elements which form a ring of mirror elements about the focus axis. This causes X-rays from a plurality of mirror elements to be deflected to a single focus area, which in turn increases the intensity of the light spot in the focal point. As a result, a better detection or evaluation capability of the incoming X-rays is possible.
  • the device according to an embodiment of the invention may comprise an additional mirror element, which in the radial direction of the focal axis is arranged at a distance, wherein a distance of the additional mirror element from the focus axis is greater than the distance of the mirror element to the focus axis.
  • the additional mirror element has two mirror edges which have an inclination to each other, so that an incident in the incident direction of the X-ray beam is reflected to a substantially identical focal point, such as an X-ray beam, which is deflected at the mirror element.
  • a substantially identical focal point such as an X-ray beam
  • An X-ray telescope may consist of mirror shells 20, 22, which represent a so-called Wolter-I optics. Then, the mirror shell 20 facing the object is a section of a paraboloid and the mirror shell 22 facing the image plane is a section of a hyperboloid. Accordingly, the first mirror shell 20 would be the paraboloid cutout and the second mirror shell 22 would be the hyperboloid cutout, as shown in FIG.
  • the sections of the paraboloid and the hyperboloid are narrow mirror shells. They are usually arranged staggered to image a larger amount of light on the focal plane 23 at a distance 24a from the mirror shells 20, 22. It is common to approximate the narrow bowl-shaped sections of the paraboloid and the hyperboloid by conical elements.
  • the mirrors 20 and 22 are annular cutouts of cone shells having a radius 26.
  • the two underlying cones have a cone axis that is identical to the telescope symmetry axis (or focus axis 25).
  • the cone angles are chosen so that the conical surfaces at the location of the mirror shells 20 and 22 tangentially cling to each other.
  • a conical approximation of a Wolter-I optics is described in the introduction a conical approximation of a Wolter-I optics.
  • a criterion for assessing the quality of the optical image is the diameter of the light spot 27 in the focal plane 23.
  • a small spot 27 means that the resolution of the telescope is large, while for a large light spot 27 two objects lying close together can not be distinguished. Therefore, it is the goal of each optical telescope to generate the smallest possible light spot 27 in the focal plane 23.
  • a production of entire mirror shells 20, 22 is expensive. It is expedient to perform an azimuthal segmentation 30, as shown in FIG. Such a mirror segment 32 or a mirror flank can be described approximately by a cutout surface of a cylinder jacket. This greatly facilitates the manufacture of the mirror shell segments. However, this approximation also causes the diameter of the light spot in the focal plane to increase.
  • the cylinder approximation is to fit a cylindrical surface to the conical surface that represents the paraboloid cutout. This works well, provided that the azimuthal segment size 30 is small compared to the radius of the shells 34, ie b segment «R shell applies. The consequence of this approximation is that the light spot in the focal plane becomes larger.
  • One embodiment of the invention is a modification of the cylinder approximation, which makes it possible to significantly reduce the light spot diameter compared with the cylinder approximation. This makes it possible, with cylindrical shell cutouts a spot of the size of the conical approximation to Wolter-1 optics. In this way, one has obtained the advantages of simpler manufacturing of cylindrical shell segments without significant loss of resolution of the telescope.
  • the modification according to one embodiment is that the cylinder segments 40 are rotated about the radial axis 42 of the mirror shell assembly of the telescope, which passes through the center of the mirror shell segment.
  • Such an arrangement of the rotation of the cylinder segments about the radial axis of the telescopic arrangement is shown in Fig. 4.
  • the application example shows that the diameter of the light spot in the focal plane can be reduced by a factor of three. The improvement depends on the distance of the mirror segment to the axis of symmetry: it increases with a smaller distance. Since the application example refers to a mirror tandem on the periphery of the telescope, significantly smaller light spot diameters are achieved for the inner mirror tandems.
  • FIG. 5A shows a cross-sectional view of the exemplary embodiment of the mirror element according to the invention.
  • the mirror element in this case comprises a first mirror edge 52 and a second mirror edge 54, which both adjoin one another.
  • the first mirror flank 52 is arranged at a radial distance 56 about a first flank axis 58.
  • the first mirror flank 52 formed from a cylinder segment or a cylinder surface section.
  • the first edge axis 58 is inclined relative to the focus axis 25.
  • the second mirror flank 54 also consists of a cylinder surface section, which is arranged in a second radial distance 60 around a second flank axis 62.
  • the second edge axis 62 is inclined relative to the first edge axis 58, so that from the first in mirror edge 52 and the second mirror edge 54 existing game element has a bent shape. This makes it possible to ensure that X-rays which impinge on the mirror element in an incident direction parallel to the focus axis 25 are focused onto a focal point (not shown in FIG. 5A).
  • FIG. 5B shows a plan view of the mirror element shown in FIG. 5A, wherein at the same time adjacently arranged mirror elements are also shown.
  • FIG. 5B again shows the focus axis 25 as well as the first flank axis 58 and the second flank axis 62.
  • the first and second mirror flanks 52 and 54 of the individual mirror elements are again cylinder surface sections, as has already been described in connection with FIG. 5A.
  • rotation is rotated about a radial axis arranged at right angles to the focus axis 25 (not shown here), so that an offset angle 64 is created between the focus axis 25 under the first and second flank axes 58 and 62.
  • this offset angle 64 the improvement in the optical resolution can now be achieved, which is to be sought in accordance with the invention.
  • adjacent mirror elements as represented by the reference numerals 66 and 68 in FIG. 5B, can also be arranged in a step offset 70, so that the structure shown in FIG. 5B results.
  • This makes it possible to ensure that a boundary between the first mirror flank 52 and the second mirror flank 54 lies, as far as possible, in a narrow lateral area so that focusing of light beams or X-rays from different mirror elements is as far as possible focused on a small focal point.
  • a ring shape may be formed around in the focus axis 25, as shown in FIG. 2, for example. Approaching such a form is already indicated in Fig. 4.
  • the improvement in the focusing of an X-ray beam is achieved in that a better approximation of the Wolter I optics can be achieved by the offset angle 64, than when the boundary line between one of the first mirror edge 52 and the second mirror edge 54 horizontally, that is is perpendicular to the focus axis 25.
  • a model of the Wolter I optic conical approximation and the unmodified and modified cylinder approximation (i.e., one embodiment of the present invention) of the Wolter I optic conical approximation was made using the optics program "ASAP".
  • ASAP optics program
  • Light rays 24 (especially X-rays) fall parallel to the axis of symmetry 25 of the telescope on the annular arrangement of a mirrored ende 40 consisting of the mirror shell representing the conical approximation of the paraboloid and the second mirror shell representing the conical approximation of the hyperboloid.
  • the grid of the light beams is indicated in FIG. 6, the left partial image representing a plan view and the right partial image representing an elevational view of such a telescope.
  • FIG. 7 shows a spot diagram in the focal plane.
  • the two conical mirror shells are illuminated with axial light rays.
  • the spot diameter is 0.42mm.
  • An azimuthal segment corresponds to a 360th of a circular arc, ie one degree.
  • a cylindrical surface has been adapted to the conical surfaces 1 and 2, which correspond to the mirror surfaces 52 and 54. This is very possible because the arc length is much smaller than the circle radius.
  • Fig. 8 shows an illustration of such a tandem of two cylindrical surfaces.
  • FIGS. 9A and 9B show that the difference in the case of mirror surface 1 (corresponding to mirror edge 52, therefore denoted by reference numeral 52 ') is less than 10 nm (FIG. 9A), in the case of mirror surface 2 (corresponding to mirror edge 54) , therefore designated by the reference numeral 54 ') are less than 200 nm ( Figure 9B).
  • the deviation from the conical approximation is shown as the difference between the cylinder approximation of the conical surface and the paraboloid of Wolter-I optic while in Fig. 9B the deviation from the conical approximation is shown as the difference between the cylinder approximation of the conical surface describing the hyperboloid of the Wolter-1 optic.
  • the y-axis indicates the deviation in micrometers.
  • the tandem of cylindrical mirrors 52 ', 54' is illuminated with light rays 24.
  • the light beams 24 are parallel to the telescopic axis 25, their spatial arrangement is shown in Figure 10, in which the lighting of the tandem of two cylindrical shells 52 'and 54' is shown.
  • the circular arc detail is exaggerated; in fact, the azimuth angle is about 1 degree.
  • a cylindrical mirror tandem produces a light spot in the center of the focal plane which is unbalanced. Its maximum extension is in the direction perpendicular to the mirror tandem and is about 0.82 mm, as can be seen in the spot diagram of FIG. 11.
  • An arrangement of several Zylinderaptertiktandems such that a complete ring of mirror shells is formed, then has a round light spot in the center of the focal plane result, the diameter of about 0.82mm.
  • 11 shows a spot diagram in the focal plane which generates a tandem of two described cylindrical surfaces from the axially incident light beams. The spot diameter is 0.82mm.
  • FIG. 12A shows the deviation of the modified (rotated) and unmodified cylinder approximation for the mirror surface 52 and 52 '
  • FIG. 12B shows the deviation of the modified (rotated) and unmodified cylinder approximation for the mirror surface 2 of the mirror element.
  • the diameter of the light spot can be significantly reduced.
  • the maximum extent of the light spot is about 0.25 mm.
  • 13 shows a spot diagram in the focal plane, which generates a tandem of two rotated cylindrical surfaces from the axially incident light beams. The spot diameter is 0.25mm.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Verbesserung des Auflösungsvermögens eines röntgenoptischen Apparates für einen aus einer Einfallsrichtung einfallenden Röntgenstrahl (24), die ein Spiegelelement (52, 54) mit einer Spiegelflanke (52) aufweist, wobei die Spiegelflanke (52) durch einen Zylinderschalenabschnitt um eine Flankenachse (58) gebildet ist, wobei das Spiegelelement (52, 54) bezüglich einer zur Einfallsrichtung parallelen Fokusachse (25) durch einen Fokuspunkt des röntgenoptischen Apparates in einer Radialrichtung (42) beabstandet angeordnet ist und das Spiegelelement (52, 54) ferner um eine sich in Radialrichtung (42) erstreckende Achse gegenüber der Einfallsrichtung gedreht angeordnet ist, derart, dass die Flankenachse (58) gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der räumlichen Auflösung einer Mikroporenoptik für Röntgenstrahlen gemäß Anspruch 1.
  • Beim Bau eines Teleskops für Röntgenstrahlen ergibt sich das Problem, dass für Röntgenstrahlung wegen der geringen Brechung und der starken Absorption in Materie keine geeigneten Linsen existieren. Auch Spiegel im üblichen Sinn sind nicht einsetzbar, da die Reflektivität für Röntgenstrahlen anders als für sichtbares Licht bei weitem zu gering ist. Einzig für sehr große Einfallswinkel nahe an 90 Grad ergeben sich ausreichende Reflektivitätswerte. Dieser Effekt kann genutzt werden, um ein Spiegelteleskop für Röntgenstrahlen zu bauen, vorausgesetzt, dass geeignet gestaltete Oberflächen gefunden werden. Dabei müssen die Röntgenstrahlen sehr flach auf die reflektierende Oberfläche treffen (streifender Einfall, grazing incidence). Röntgenstrahlen werden von polierten Oberflächen nämlich nur dann reflektiert, wenn der Einfall der Strahlen fast streifend ist. Eine Möglichkeit für die Realisierung eines Röntgenteleskops besteht daher in der Verwendung eines Parabolspiegels. Dieser hat jedoch unter den Bedingungen eines streifenden Einfalls sehr große Bildfehler.
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Teleskop von Typ Wolter I bekannt (siehe beispielsweise auch die Veröffentlichung "Spiegelsysteme streifenden Einfalls als abbildende Optiken für Röntgenstrahlen", H. Wolter, Analen der Physik, 10, 1952, S. 94 - 114). Ein solches Teleskop nützt die Reflexion von Röntgenstrahlung bei streifendem Einfall auf Metalloberflächen aus. Die Grundidee besteht darin, dass hinter das Paraboloid als Korrekturspiegel ein Hyperboloid gesetzt wird, an dem die Röntgenstrahlen ein zweites Mal reflektiert werden.
  • Die Spiegelanordnung vom Typ Wolter-I setzt sich aus vielfach ineinander geschachtelten metallischen (oft nur aus beschichteten Folien bestehenden) Rotationsparaboloiden zusammen, denen jeweils ein Rotationshyperboloid folgt. Diese Spiegel haben zusammen ähnliche Abbildungseigenschaften, wie gewöhnliche Teleskope im sichtbaren Bereich des Lichts. Bei ihm werden die Strahlen zunächst an einem kleinen Ausschnitt eines Parabolspiegels und anschließend an einem Ausschnitt eines Hyperbolspiegels reflektiert. Um größere Intensitäten zu erzielen, wurden mehrere solcher Spiegelsysteme ineinander verschachtelt. Denn jedes Spiegelpaar hat wegen des streifenden Einfalls nur einen ganz schmalen Bereich, in dem es Röntgenlicht aufnehmen und in den Brennpunkt bündeln kann. Zum Beispiel sind beim Spiegelsystem des Röntgensatelliten ROSAT vier Wolter-Doppelspiegel gleicher Brennweite ineinander geschachtelt, um eine große Sammelfläche zu erreichen.
  • Aus dem Stand der Technik ist ferner eine Approximation der Wolter-I-Optik bekannt, welche mehrere Stapel von einfach geneigten zylindrischen Flächen verwendet, welche die Paraboloiden und Hyperboloiden ersetzt. Eine solche Approximation ist tolerierbar, wenn große Brennweiten gewählt werden.
  • Ferner wird bislang eine Röntgenlinse durch eine Porenoptik erzeugt, deren reflektierende Oberflächen eine ideale Wolter-I-Optik durch zwei zylindrische Flächen annähert. Eine solche Porenoptik ist in den Figuren 1 A und 1 B dargestellt. Eine Approximation geschieht aus herstellungsrelevanten Gründen: Auf eine zylinderförmige Unterlage 10, wie sie in Figur 1A dargestellt ist, werden Schicht für Schicht die zylindrischen Spiegelschalen 12 aufgebracht (siehe Figur 1 B). Eine Spiegelschale ist auf der Vorderseite poliert und auf der Rückseite mit vielen Stegen 14 versehen. Die Stege 14 der letzten aufgebrachten Spiegelschale 12 werden mit der Spiegeloberfläche der darunter liegenden Spiegelschale 12 verbunden, so dass die letzte Spiegeloberfläche wieder genauso wie die darunter liegende gekrümmt ist. Diese Herstellungsmethode erfordert, dass die zwischen den Stegen 14 und den Spiegelschalen 12 verbleibenden Zwischenräume, die Poren, einen rechteckigen Querschnitt haben.
  • Der Vorteil einer Porenoptik ist es, viele Spiegelschalen präzise herzustellen und hintereinander haltern zu können. Die Spiegelschalen sind durch Stege miteinander verbunden, was zur Geometrie vieler kleiner Poren führt. Ein Nachteil des Standes der Technik ist allerdings, dass die räumliche Auflösung der Röntgenoptiken bekannter Lösungen nicht mehr den heutigen Anforderungen entspricht.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für eine Röntgenoptik zu schaffen, welche im Vergleich zum Stand der Technik eine verbesserte räumliche Auflösung erreicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
    Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Verbesserung des Auflösungsvermögens eines röntgenoptischen Apparates für einen aus einer Einfallsrichtung einfallenden Röntgenstrahl, umfassend
    ein Spiegelelement mit einer Spiegelflanke, wobei die erste Spiegelflanke durch einen ersten Zylinderschalenabschnitt um eine Flankenachse gebildet und das Spiegelelement bezüglich einer zur Einfallsrichtung parallelen Fokusachse durch einen Fokuspunkt des röntgenoptischen Apparates in einer Radialrichtung beabstandet angeordnet ist, und wobei das Spiegelelement ferner um eine sich in Radialrichtung erstreckende Achse gegenüber der Einfallsrichtung gedreht derart angeordnet ist, dass die Flankenachse gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich durch eine Drehung des Spiegelelementes um die Radialachse eine Approximation der parabolischen und hyperbolischen Form erreichen lässt, welche sich näher an der optimalen Form orientiert, als dies eine einfache Approximation aus Zylinderschalen ermöglicht.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie zu einer Verbesserung der räumlichen Auflösung einer Röntgenabbildung führen kann, was bei einer breiten Anwendung von röntgenoptischen Geräten einen weiten Einsatzbereich finden kann. Mit anderen Worten besteht ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, dass diese zu einer geringeren Unschärfe des Bildes führt, was wiederum zu einer besseren Bildqualität führt. Die gewünschte Reduktion der Bildunschärfe kann von der Stapellänge und der Brennweite abhängig sein. Die Verbesserung der Auflösung kann beispielsweise im Bereich von einem Faktor 3 liegen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine an die Spiegelflanke angrenzende zweiten Spiegelflanke vorgesehen sein, die durch einen zweiten Zylinderschalenabschnitt um eine zweite Flankenachse gebildet ist, wobei das Spiegelelement derart angeordnet sein kann, dass eine die Flankenachse und zweite Flankenachse umfassende Ebene gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist. Dies hat den Vorteil, dass nunmehr nicht nur der Übergang zwischen der ersten und zweiten Spiegelflanke besser approximiert werden kann, sondern auch neben der Spiegelflanke die zweite Spiegelflanke durch die Zylinderapproximation kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Um ein Spiegelelement herzustellen, dass der Wolter-I-Optik besonders gut entspricht, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Spiegelflanke einer Approximation einer parabolischen Form und die zweite Spiegelflanke einer Approximation einer hyperbolischen Form entsprechen.
  • Damit das Spiegelelement eine besonders gute Approximation der Wolter-l-Optik darstellt, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Spiegelelement eine Breite aufweisen, die geringer als etwa ein Zehntel des radialen Abstandes des Spiegelelementes bezüglich der Fokusachse ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Approximationsbereich nicht zu groß wird, so dass die Approximation nicht unzulässig wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Spiegelelement eine Breite aufweisen, die einer Bogenlänge von weniger als etwa zwei Grad in die Radialrichtung entspricht. Dieser Bereich der Breite des Spiegelelementes bietet eine noch bessere Approximation der Form der Wolter-I-Optik, da der zu approximierende Bereich sehr klein gegenüber der gesamten parabolischen und hyperbolischen Form der Wolter-I-Optik ist, so dass die Approximation keinen großen Fehler verursacht.
  • Auch kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Neigung zwischen der Flankenachse und der Einfallsrichtung in einem Bereich zwischen etwa einem halben Grad und etwa fünf Grad liegen, was sich als besonders guter Neigungsbereich für die Verbesserung der Auflösungsvermögens des röntgenoptischen Apparates auszeichnet.
  • Um eine weitere Verbesserung des Auflösungsverhaltens des röntgenoptischen Apparates zu erreichen, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein weiteres Spiegelelement mit einer dritten Spiegelflanke und einer an die dritte Spiegelflanke angrenzenden vierten Spiegelflanke vorgesehen sein, wobei die dritte Spiegelflanke durch einen dritten Zylinderschalenabschnitt um eine dritte Flankenachse gebildet und das weitere Spiegelelement bezüglich der Fokusachse in einer weiteren Radialrichtung beabstandet angeordnet ist, und wobei das weitere Spiegelelement ferner um eine sich in die weitere Radialrichtung erstreckende weitere Achse gegenüber der Einfallsrichtung derart gedreht angeordnet ist, dass die dritte Flankenachse gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist. Durch das Vorsehen eines derartigen weiteren Spiegelelementes kann somit eine Verbesserung der Ausbeute der einfallenden Röntgenstrahlen erreicht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das weitere Spiegelelement an das Spiegelelement angrenzen und in einem Abstand von der Fokusachse angeordnet sein, der dem Abstand des Spiegelelementes von der Fokusachse entspricht, und ein lateraler Übergang zwischen dem Spiegelelement und dem weiteren Spiegelelement kann einen Stufenversatz aufweisen. Durch diese verkippte Anordnung der Spiegelelemente kann der Bereich der vertikalen Ausdehnung der Grenzlinie zwischen der ersten und zweiten Spiegelflanke bzw. der dritten und vierten Spiegelflanke in einem sehr engen Bereich gehalten werden, so dass einfallende Röntgenstrahlen an beiden Spiegelelementen auf einen sehr kleinen Fokusbereich bzw. Fokuspunkt abgelenkt werden können. Wäre die Anordnung der Spiegelelemente derart gewählt, dass sich die Grenzlinien zwischen der ersten und zweiten Spiegelflanke und der dritten und vierten Spiegelflanke berühren würden, würde eine solche Anordnung keine optimale Fokussierung auf einen gemeinsamen Fokuspunkt bewirken.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Mehrzahl von zusätzlichen Spiegelelementen umfasst, die einen Ring aus Spiegelelementen um die Fokusachse bilden. Dies bewirkt, dass Röntgenstrahlen von einer Vielzahl von Spiegelelementen auf einen einzigen Fokusbereich bzw. Fokuspunkt abgelenkt werden, was wiederum die Intensität des Lichtflecks in dem Fokuspunkt erhöht. Hierdurch ist dann eine bessere Detektion bzw. Auswertungsfähigkeit der eintreffenden Röntgenstrahlen möglich.
  • Auch kann die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein zusätzliches Spiegelelement aufweisen, welches in der Radialrichtung von der Fokusachse beabstandet angeordnet ist, wobei ein Abstand des zusätzlichen Spiegelelementes von der Fokusachse größer ist, als der Abstand des Spiegelelementes zu der Fokusachse. Insbesondere ist eine solche Vorrichtung dann vorteilhaft, wenn das zusätzliche Spiegelelement zwei Spiegelflanken aufweist, die eine Neigung zueinander haben, so dass ein in der Einfallsrichtung einfallender Röntgenstrahl auf einen im wesentlichen identischen Fokuspunkt reflektiert wird, wie ein Röntgenstrahl, der am Spiegelelement abgelenkt wird. Somit kann durch eine geschachtelte Anordnung ebenfalls eine Verbesserung des Auflösungsverhaltens erreicht werden.
  • Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
  • Die Zeichnungen zeigen in:
  • Fig. 1A und 1 B
    Darstellungen des Aufbaus einer Porenoptik;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung von zwei aufeinanderfolgenden Spiegelschalen gemäß der Wolter-l-Anordnung;
    Fig. 3
    eine Darstellung von Zylindersegmenten einer Spiegelschale;
    Fig. 4
    eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Drehung von Zylindersegmenten um die radiale Achse der Teleskopanordnung;
    Fig. 5A und 5B
    Darstellungen eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in zwei unterschiedlichen Schnittansichten;
    Fig. 6
    eine Darstellung der Ablenkung von Lichtstrahlen an dem Teleskop;
    Fig. 7
    ein Spotdiagramm in der Fokalebene, wobei konische Spiegelschalen zur Erzeugung des Spotdiagramms verwendet werden;
    Fig. 8
    ein Diagramm der Abweichung bei Verwendung eines Spiegelelementes aus zwei Zylinderflächen;
    Fig. 9A und 9B
    Diagramme der Abweichung der Zylindernäherung einer konischen Fläche für einen Paraboloiden (Fig. 9A) bzw. eine Hyperboliden (Fig. 9B);
    Fig. 10
    eine Darstellung der Beleuchtung des Spiegelelementes aus zwei Zylinderschalen;
    Fig. 11
    ein Spotdiagramm in der Fokalebene, das durch ein Spiegelelement mit Zylinderflächen erzeugt wird;
    Fig. 12A und 12B
    Diagramme der Abweichung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung von einer unmodifizierten Zylinderapproximation für die erste Spiegelflanke (Fig. 12A) und die zweite Spiegelflanke (Fig. 12B); und
    Fig. 13
    ein Spotdiagram in der Fokalebene, das durch ein Spiegelelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Zur genaueren Erklärung der vorliegenden Erfindung sollen zunächst die Grundüberlegungen näher erläutert werden, die zur erfindungsgemäßen Vorrichtungen führen. Absolute Größenangaben in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind nur beispielhafte Angaben, welche die Erfindung nicht einschränken.
  • 1. Konische Approximation zur Wolter-I-Optik für Röntgenastronomie
  • Ein Röntgenteleskop kann aus Spiegelschalen 20, 22 bestehen, die eine so genannte Wolter-I-Optik darstellen. Dann ist die dem Objekt zugewandte Spiegelschale 20 ein Ausschnitt eines Paraboloiden und die der Bildebene zugewandten Spiegelschale 22 ein Ausschnitt eines Hyperboloiden. Demnach wäre die erste Spiegelschale 20 der Paraboloidausschnitt und die zweite Spiegelschale 22 der Hyperboloidausschnitt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
  • Um stets im Bereich des streifenden Einfalls von Röntgenstrahlen 24 zu arbeiten, sind die Ausschnitte des Paraboloiden und des Hyperboloiden schmale Spiegelschalen. Sie werden üblicherweise gestaffelt angeordnet, um eine größere Lichtmenge auf die Fokalebene 23 im Abstand 24a von den Spiegelschalen 20, 22 abzubilden. Es ist gängig, die schmalen schalenförmigen Ausschnitte des Paraboloiden und des Hyperboloiden durch konische Elemente anzunähern. In diesem Fall stellen die Spiegel 20 und 22 ringförmige Ausschnitte von Kegelmäntel mit einem Radius 26 dar. Die beiden zugrunde liegenden Kegel habe eine Kegelachse, die mit der Teleskopsymmetrieachse (oder Fokusachse 25) identisch ist. Die Kegelwinkel sind so gewählt, dass sich die Kegelflächen am Ort der Spiegelschalen 20 und 22 tangential aneinander anschmiegen. Im Anwendungsbeispiel ist einleitend eine konische Approximation einer Wolter-I-Optik beschrieben.
  • Ein Kriterium zur Beurteilung der Qualität der optischen Abbildung ist der Durchmesser des Lichtflecks 27 in der Fokalebene 23. Ein kleiner Fleck 27 bedeutet, dass das Auflösungsvermögen des Teleskops groß ist, während bei einem großen Lichtfleck 27 zwei nahe beieinander liegende Objekte nicht unterschieden werden können. Daher ist es das Ziel jeden optischen Teleskops, einen möglichst kleinen Lichtfleck 27 in der Fokalebene 23 zu erzeugen.
  • 2. Zylinderapproximation
  • Eine Fertigung ganzer Spiegelschalen 20, 22 ist aufwendig. Es ist zweckmäßig, eine azimutale Segmentierung 30 vorzunehmen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Ein solches Spiegelsegment 32 bzw eine Spiegelflanke kann näherungsweise durch eine Ausschnittsfläche eines Zylindermantels beschrieben werden. Das erleichtert die Fertigung der Spiegelschalensegmente sehr. Diese Näherung führt allerdings auch dazu, dass der Durchmesser des Lichtflecks in der Focalebene größer wird.
  • Die Zylinderapproximation besteht darin, eine Zylinderfläche an die konische Fläche, welche den Paraboloidausschnitt repräsentiert, anzupassen. Das gelingt gut, sofern die azimutale Segmentgröße 30 im Vergleich zu dem Radius der Schalen 34 klein ist, d.h. bSegment « RSchale gilt. Die Folge dieser Approximation ist, dass der Lichtfleck in der Fokalebene größer wird.
  • 3. Zylinderapproximation mit gedrehten Zylinderflächen
  • Gegenstand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist eine Modifikation der Zylinderapproximation, die es ermöglicht, den Lichtfleckdurchmesser gegenüber der Zylinderapproximation deutlich zu verkleinern. Damit ist es möglich, mit Zylinderschalenausschnitten einen Lichtfleck der Größe der konischen Approximation zur Wolter-1-Optik zu erzielen. Auf diese Weise hat man die Vorteile der einfacheren Fertigung von Zylinderschalensegmenten ohne signifikanten Verlust des Auflösungsvermögens des Teleskops erwirkt.
  • Die Modifikation besteht gemäß einem Ausführungsbeispiel darin, dass die Zylindersegmente 40 um die radiale Achse 42 der Spiegelschalenanordnung des Teleskops, welche durch das Zentrum des Spiegelschalensegments verläuft, gedreht werden. Eine derartige Anordnung der Drehung der Zylindersegmente um die radiale Achse der Teleskopanordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Das Anwendungsbeispiel zeigt, dass damit der Durchmesser des Lichtflecks in der Fokusebene um einen Faktor drei reduziert werden kann. Die Verbesserung ist abhängig vom Abstand des Spiegelsegments zur Symmetrieachse: Sie nimmt mit kleinerem Abstand zu. Da das Anwendungsbeispiel sich auf ein Spiegeltandem der Peripherie des Teleskops bezieht, werden für die inneren Spiegeltandems deutlich kleinere Lichtfleckdurchmesser erreicht.
  • Die Figuren 5A und 5B zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spiegelelementes in verschiedenen Schnittdarstellungen. Hierbei zeigt die Figur 5A eine Querschnittsdarstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Spiegelelementes. das Spiegelelement umfasst dabei eine erste Spiegelflanke 52 und eine zweiten Spiegelflanke 54, welche beide aneinander angrenzen. Hierbei ist die erste Spiegelflanke 52 in einem radialen Abstand 56 um eine erste Flankenachse 58 herum angeordnet. Die erste Spiegelflanke 52 bildete sich aus einem Zylindersegment bzw. einem Zylinderoberflächenabschnitt. Hierbei ist die erste Flankenachse 58 gegenüber der Fokusachse 25 geneigt. Weiterhin besteht auch die zweite Spiegelflanke 54 aus einem Zylinderoberflächenabschnitt, der in einem zweiten in radialen Abstand 60 um eine zweite Flankenachse 62 herum angeordnet ist. Die zweite Flankenachse 62 ist dabei gegenüber der ersten Flankenachse 58 geneigt, so dass das aus der ersten in Spiegelflanke 52 und der zweiten Spiegelflanke 54 bestehende Spielelement eine geknickte Form aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Röntgenstrahlen, die in einer zur Fokusachse 25 parallelen Einfallsrichtung auf das Spiegelelement auftreffen, auf einen im Figur 5A nicht dargestellten Fokuspunkt fokussiert werden.
  • Fig. 5B zeigen eine Grundrissdarstellung des in Fig. 5A dargestellten Spiegelelements wobei zugleich benachbart angeordnete Spiegelelemente ebenfalls dargestellt sind. In Fig.5B ist ebenfalls wieder die Fokusachse 25 sowie die erste Flankenachse 58 sowie die zweite Flankenachse 62 dargestellt ist. Die erste und zweite Spiegelflanke 52 beziehungsweise 54 der einzelnen Spiegelelemente sind dabei wieder Zylinderoberflächenabschnitte, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 5A beschrieben wurde. Ferner ist in Fig. 5B dargestellt, dass erfindungsgemäß eine Rotation um eine zur Fokusachse 25 rechtwinklig angeordnete Radialachse (hier nicht dargestellt) gedreht ist, so dass zwischen der Fokusachse 25 unter der ersten bzw. zweiten Flankenachse 58 beziehungsweise 62 ein Versatzwinkel 64 entsteht. Durch diesen Versatzwinkel 64 kann nun die Verbesserung in der optischen Auflösung erreicht werden, welche erfindungsgemäß angestrebt werden soll.
  • Weiterhin können auch benachbarte Spiegelelemente, wie sie in Fig. 5B durch die Bezugszeichen 66 und 68 dargestellt sind, in einem Stufenversatz 70 angeordnet sein, so dass sich die in Fig. 5B dargestellte Struktur ergibt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine Begrenzung zwischen der ersten Spiegelflanke 52 und der zweiten Spiegelflanke 54 möglichst in einem schmalen lateralen Bereich liegt, so dass eine Fokussierung von Lichtstrahlen bzw. Röntgenstrahlen von verschiedenen Spiegelelementen möglichst alle auf einen kleinen Fokuspunkt fokussiert werden. Auch kann durch die in Fig. 5B dargestellte Struktur eine Ringform um in die Fokusachse 25 erstellt werden, wie es beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Ansatzweise ist eine solche Form auch bereits in Fig. 4 angedeutet.
  • Erfindungsgemäß wird die Verbesserung bei der Fokussierung eines Röntgenstrahles dadurch erreicht, dass durch den Versatzwinkel 64 eine bessere Approximation der Wolter-I-Optik erreicht werden kann, als er wenn die Begrenzungslinie zwischen einer der ersten Spiegelflanke 52 und der zweite Spiegelflanke 54 waagerecht, das heißt rechtwinklig zur Fokusachse 25 ist.
  • Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer konischen sowie einer einfachen Zylinderapproximation näher beschrieben.
  • Ein Modell der konischen Approximation der Wolter-I-Optik und der unmodifizierten und modifizierten Zylinderapproximation (d.h. eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung) der konischen Approximation der Wolter-I-Optik wurde mit Hilfe des Optik-Programms "ASAP" erstellt. Mithilfe geometrischoptischen Strahldurchrechnungen wurde der Lichtfleck in der Fokalebene der Anordnung (Spotdiagramm) berechnet.
  • - Geometrieparameter
  • Abstand zwischen Spiegelschalen und Fokalebene: f = 50000mm
    Radius der Spiegelschalen Begrenzung: R = 3500mm
  • - Konische Approximation der Wolter-I-Optik Lichtquelle:
  • Lichtstrahlen 24 (speziell Röntgenstrahlen) fallen parallel zur Symmetrieachse 25 des Teleskops auf die ringförmige Anordnung eines Spiegeltandems 40, das aus der Spiegelschale, welche die konische Approximation des Paraboloiden darstellt, und der zweiten Spiegelschale, welche die konische Approximation des Hyperboloiden darstellt, besteht. Das Raster der Lichtstrahlen ist in Fig. 6 angedeutet, wobei das linke Teilbild eine Grundrissdarstellung und das rechte Teilbild eine Aufrissdarstellung eines solchen Teleskopes wiedergibt.
  • Lichtfleck in der Fokalebene:
  • Es ergibt sich dann ein rotationssymmetrischer Lichtfleck im Zentrum der Fokalebene, dessen Durchmesser etwa 0.6mm beträgt. Das geht aus den Dimensionen des in Fig. 7 dargestellten Diagrams hervor, das die Auftreffpunkte der Strahlen in der Fokalebene darstellt. Wie erwartet werden kann, ist die Symmetrie erhalten und die Bildpunkte der einzelnen Strahlen liegen auf Kreisen. Eine Verschiebung der Fokalebene entlang der Teleskopachse hat zur Folge, dass der Lichtfleck größer wird, unabhängig von der Verschieberichtung. Das zeigt, dass tatsächlich die Fokalebene vorliegt. Die Fig. 7 zeigt dabei ein Spotdiagram in der Fokalebene. Die beiden konischen Spiegelschalen werden mit axialen Lichtstrahlen beleuchtet. Der Spotdurchmesser beträgt 0.42mm.
  • - Zylinderapproximation
  • Ein azimutales Segment entspricht beispielsweise einem 360-stel eines Kreisbogens, also einem Grad. Bei einem Kreisradius von 3500mm bedeutet das eine Bogenlänge von b=(2π/360) 1 deg 3500mm = 61 mm. Es ist jeweils eine Zylinderfläche an die konischen Flächen 1 und 2 angepasst worden, die den Spiegelflächen 52 und 54 entsprechen. Das ist sehr gut möglich, weil die Bogenlänge sehr viel kleiner als der Kreisradius ist. Fig. 8 zeigt eine Abbildung eines solchen Tandems aus zwei Zylinderflächen.
  • Die Abweichung der Zylinderflächen von den konischen Flächen ist stets kleiner als ein Mikrometer. Die Figuren 9A und 9B zeigen, dass die Differenz im Fall der Spiegelfläche 1 (entsprechend der Spiegelflanke 52, daher mit dem Bezugszeichen 52' gekennzeichnet) weniger als 10 nm beträgt (Fig. 9A), im Fall der Spiegelfläche 2 (entsprechend der Spiegelflanke 54, daher mit dem Bezugszeichen 54' gekennzeichnet) sind es weniger als 200 nm (Fig. 9B). Somit ist in Fig. 9A die Abweichung von der konischen Approximation als Differenz zwischen der Zylindernäherung der konischen Fläche dargestellt, die den Paraboloiden der Wolter-I-Optik beschreibt, während in Fig. 9B die Abweichung von der konischen Approximation als Differenz zwischen der Zylindernäherung der konischen Fläche dargestellt ist, die den Hyperboloiden der Wolter-l-Optik beschreibt. Die y-Achse gibt die Abweichung in Mikrometern an.
  • Lichtquelle:
  • Das Tandem aus Zylinderspiegeln 52', 54' wird mit Lichtstrahlen 24 beleuchtet. Die Lichtstrahlen 24 verlaufen parallel zur Teleskopachse 25, ihre räumliche Anordnung ist in Figur 10 gezeigt, in der die Beleuchtung des Tandems aus zwei Zylinderschalen 52' und 54' dargestellt ist. Der Kreisbogenausschnitt ist übertrieben dargestellt; tatsächlich ist der Azimutwinkel etwa 1 Grad.
  • Lichtfleck in der Fokalebene:
  • Ein Zylinderspiegeltandem erzeugt einen Lichtfleck im Zentrum der Fokalebene, welcher unsymmetrisch ist. Seine maximale Ausdehnung liegt in der Richtung senkrecht zu dem Spiegeltandem und beträgt etwa 0.82mm, wie in dem Spotdiagramm aus Fig. 11 zu entnehmen ist. Eine Anordnung aus mehreren Zylinderspiegeltandems derart, dass ein kompletter Ring aus Spiegelschalen entsteht, hat dann einen runden Lichtfleck in der Mitte der Fokalebene zur Folge, dessen Durchmesser etwa 0.82mm beträgt. Fig. 11 zeigt dabei ein Spotdiagramm in der Fokalebene, das ein Tandem aus zwei beschrieben Zylinderflächen aus den axial einfallenden Lichtstrahlen erzeugt. Der Spotdurchmesser beträgt 0.82mm.
  • - Zylinderapproximation mit gedrehten Zylinderflächen (Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung)
  • Die Oberflächen der modifizierten (d.h. der erfindungsgemäß gedrehten) und unmodifizierten Zylinderapproximation der Spiegelfläche 52 bzw. 52' unterscheiden sich um weniger als 40 Mikrometer; die Oberflächen der modifizierten und unmodifizierten Zylinderapproximation der Spiegelfläche 54 und 54' unterscheiden sich um weniger als 60 Mikrometer. Obwohl das kleine Zahlen im Vergleich zu den lateralen Dimensionen der Spiegelflächen sind, stellen sie doch signifikante Abweichungen dar, wenn man bedenkt, dass der Unterschied zwischen Zylinder- und konischer Approximation um drei Größenordnungen kleiner ist. In Fig. 12A ist die Abweichung der modifizierten (gedrehten) und unmodifizierten Zylinderapproximation für die Spiegelfläche 52 bzw. 52' dargestellt, wogegen in Fig. 12B die Abweichung der modifizierten (gedrehten) und unmodifizierten Zylinderapproximation für die Spiegelfläche 2 des Spiegeltandems dargestellt ist.
  • Lichtquelle:
  • Um einen direkten Vergleich zu haben, ist die gleiche Lichtquelle wie im vorangegangen Abschnitt verwendet worden.
  • Lichtfleck in der Fokalebene:
  • Durch Drehung des Tandems aus den beiden Zylinderspiegeln 52 und 54 um die radiale Achse der Teleskopanordnung um 1,00713 Grad kann der Durchmesser des Lichtflecks deutlich verkleinert werden. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, beträgt die maximale Ausdehnung des Lichtflecks etwa 0.25 mm. Eine Anordnung aus mehreren Zylinderspiegeltandems derart, dass ein kompletter Ringe aus Spiegelschalen entsteht, hat dann einen runden Lichtfleck in der Mitte der Fokalebene zur Folge, dessen Durchmesser etwa 0.25 mm beträgt. Das ist etwa um einen Faktor 3.3 kleiner als im Fall der unmodifizierten Zylinderapproximation und etwa um einen Faktor 2.4 kleiner als im Fall der konischen Approximation der Wolter-I-Optik.
    Fig. 13 zeigt dabei ein Spotdiagramm in der Fokalebene, das ein Tandem aus zwei gedrehten Zylinderflächen aus den axial einfallenden Lichtstrahlen erzeugt. Der Spotdurchmesser beträgt 0.25mm.
  • Bezugszeichen
  • 10
    Unterlage
    12
    zylindrische Spiegelschalen
    14
    Stege
    20,22
    Spiegelschalen
    23
    Fokusebene
    24
    Lichtstrahlen, Röntgenstrahlen
    24a
    Abstand zwischen der Fokalebene und den Spiegelschalen
    25
    Fokusachse, Teleskopachse
    26
    Radius der Spiegelschalen
    27
    Lichtfleck
    30
    azimutate Segmentierung
    32
    Spiegelsegment
    34
    Radius der Schalen der Zylinderapproximation
    40
    Zylindersegment
    42
    radiale Achse, Radialachse
    52
    erste Spiegelflanke
    54
    zweite Spiegelflanke
    56
    radialer Abstand von der ersten Spiegelflanke zur ersten Flankenachse 58
    58
    erste Flankenachse
    60
    radialer Abstand von der zweiten Spiegelflanke zur zweiten Flankenachse 62
    62
    zweite Flankenachse
    64
    Versatzwinkel
    66,68
    weitere Spiegelelemente
    70
    Stufenversatz

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Verbesserung des Auflösungsvermögens eines röntgenoptischen Apparates für einen aus einer Einfallsrichtung einfallenden Röntgenstrahl (24), umfassend
    ein Spiegelelement (52, 54) mit einer Spiegelflanke (52), wobei die Spiegelflanke (52) durch einen Zylinderschalenabschnitt um eine Flankenachse (58) gebildet und das Spiegelelement (52, 54) bezüglich einer zur Einfallsrichtung parallelen Fokusachse (25) durch einen Fokuspunkt des röntgenoptischen Apparates in einer Radialrichtung (42) beabstandet angeordnet ist, und wobei das Spiegelelement (52, 54) ferner um eine sich in Radialrichtung (42) erstreckenden Achse gegenüber der Einfallsrichtung derart gedreht angeordnet ist, dass die Flankenachse (58) gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine an die Spiegelflanke (52) angrenzende zweite Spiegelflanke (54) vorgesehen ist, die durch einen zweiten Zylinderschalenabschnitt um eine zweite Flankenachse (62) gebildet ist, wobei das Spiegelelement (52, 54) derart angeordnet ist, dass eine die Flankenachse (58) und zweite Flankenachse (62) umfassende Ebene gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spiegelflanke (52) einer Approximation einer hyperbolischen Form und die zweite Spiegelflanke (54) einer Approximation einer parabolischen Form entspricht.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Spiegelelement (52, 54) eine Breite aufweist, die geringer als etwa ein Zehntel des radialen Abstandes des Spiegelelementes bezüglich der Fokusachse (25) ist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Spiegelelement (52, 54) eine Breite aufweist, die einer Bogenlänge von weniger als etwa zwei Grad in die Radialrichtung (42) entspricht.
  6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Neigung zwischen der Flankenachse (58) und der Einfallsrichtung in einem Bereich zwischen etwa einem halben Grad und etwa 5 Grad liegt.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung ein weiteres Spiegelelement (66, 68) mit einer dritten Spiegelflanke (52) und einer an die dritte Spiegelflanke (52) angrenzenden vierten Spiegelflanke (54) aufweist, wobei die dritte Spiegelflanke (52) durch einen dritten Zylinderschalenabschnitt um eine dritte Flankenachse gebildet und das weitere Spiegelelement (66, 68) bezüglich der Fokusachse in einer weiteren Radialrichtung beabstandet angeordnet ist, und wobei das weitere Spiegelelement (66, 68) ferner um eine sich in die weitere Radialrichtung erstreckende weitere Achse gegenüber der Einfallsrichtung derart gedreht angeordnet ist, dass die dritte Flankenachse gegenüber der Einfallsrichtung geneigt ist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das weitere Spiegelelement (66, 68) an das Spiegelelement (52, 54) angrenzt und in einem Abstand von der Fokusachse (25) angeordnet ist, der dem Abstand des Spiegelelementes (52, 54) von der Fokusachse (25) entspricht und wobei ein Übergang zwischen dem Spiegelelement (52, 54) und dem weiteren Spiegelelement (66, 68) einen Stufenversatz (70) aufweist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung eine Mehrzahl von zusätzlichen Spiegelelementen (66, 68) umfasst, die einen Ring aus Spiegelelementen um die Fokusachse bilden.
  10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung ein zusätzliches Spiegelelement aufweist, welches in der Radialrichtung von der Fokusachse beabstandet angeordnet ist, wobei ein Abstand des zusätzlichen Spiegelelementes von der Fokusachse (25) größer ist als der Abstand des Spiegelelementes (52, 54) zu der Fokusachse (25).
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