JP2014059173A - ポリキャピラリレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】用途に適した特性を実現することができるポリキャピラリレンズを提供する。
【解決手段】ポリキャピラリレンズ１０Ａは、一端面から他端面へ延びており一端面から入射した放射線又は粒子線を他端面へ導波する複数のキャピラリ１８ａ，１８ｂを有しており、放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、複数の同心円状の領域Ａ１，Ａ２を有する。そして、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａと、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂとは互いに異なっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポリキャピラリレンズに関するものである。

特許文献１には、複数本の束ねられた中空管から構成されるポリキャピラリレンズが記載されている。このポリキャピラリレンズは、入射端面の外方に位置する一点から発した又は平行線として入射するＸ線を、各キャピラリ内に通過させつつ出射端面まで導いて該出射端面の外方に位置する一点に集束させる。或いは、このポリキャピラリレンズは、入射端面の外方に位置する一点から発したＸ線を、各キャピラリ内に通過させつつ出射端面まで導いて平行線として出射させる。

また、特許文献２には、光強度小径Ｘ線ビームを生成するための毛細管光学システムが記載されている。このシステムは、融解により一体成形された複数の毛細管からなる光学装置を備えている。

特開２００５−３２１２４６号公報 特表平１０−５０８９４７号公報

ポリキャピラリレンズは、例えばＸ線回折（ＸＲＤ；X-ray Diffraction）といった種々の用途に用いられるが、用途に応じてポリキャピラリレンズに求められる特性が異なることがある。例えば、中心部のエネルギが周辺部よりも大きいエネルギ分布を有するＸ線を入射し、均一なエネルギ分布のＸ線を出射したい場合、ポリキャピラリレンズの特性としては、周辺部のＸ線透過率が中心部よりも高いことが望ましい。また、単に出射Ｘ線の総エネルギを大きくしたい場合、ポリキャピラリレンズを構成する個々のキャピラリ毎にＸ線の透過率が大きくなるように、各キャピラリが構成されていることが望ましい。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、用途に適した特性を実現することができるポリキャピラリレンズを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による第１のポリキャピラリレンズは、一端面から他端面へ延びており一端面から入射した放射線又は粒子線を他端面へ導波する複数のキャピラリを有するポリキャピラリレンズであって、放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、キャピラリの内径がそれぞれ異なる複数の同心円状の領域が存在することを特徴とする。
また、本発明による第２のポリキャピラリレンズは、一端面から他端面へ延びており一端面から入射した放射線又は粒子線を他端面へ導波する複数のキャピラリを有するポリキャピラリレンズであって、放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、第１の領域におけるキャピラリの内径と、第１の領域を囲む第２の領域におけるキャピラリの内径とが互いに異なることを特徴とする。

ポリキャピラリレンズには、種々の形状のものが存在する。一例を挙げると、点状の線源から一端面に入射した放射線又は粒子線を平行化して他端面から出力するもの、一端面に入射した平行放射線又は平行粒子線を集束線として他端面から出力するもの、点状の線源から一端面に入射した放射線又は粒子線を集束線として他端面から出力するもの等がある。そして、これらの作用を実現するために、ポリキャピラリレンズを構成する複数のキャピラリのうち、或るキャピラリは入射端面と出射端面との間において直線状に延び、また別のキャピラリは入射端面と出射端面との間において湾曲している。

このようなポリキャピラリレンズにおいて、本発明者は、次の事実を見出した。すなわち、直線状に延びているキャピラリでは、その内径が小さいほど内壁での放射線（又は粒子線）の反射回数が多くなり、損失が大きくなって透過率が低下する。図２０は、その様子を概念的に示す図であって、図２０（ａ）は内径が大きいキャピラリ１１０の導波方向に沿った断面を示しており、図２０（ｂ）は内径が小さいキャピラリ１２０の導波方向に沿った断面を示している。これらの図に示されるように、放射線（又は粒子線）ＸＲが或る一定の角度θａで端面に入射した場合、内径が小さいキャピラリ１２０では、内径が大きいキャピラリ１１０と比較して、放射線（又は粒子線）ＸＲの反射間隔Ｇが短くなるので、反射回数が多くなる。したがって、直線状に延びているキャピラリでは、内径が小さいほど放射線（又は粒子線）の損失が大きくなる。

一方、湾曲しているキャピラリでは、その内径が大きいほど内壁への放射線（又は粒子線）の入射角が大きくなり、損失が大きくなる。図２１は、その様子を概念的に示す図であって、図２１（ａ）は内径が大きいキャピラリ１３０の導波方向に沿った断面を示しており、図２１（ｂ）は内径が小さいキャピラリ１４０の導波方向に沿った断面を示している。これらの図に示されるように、放射線（又は粒子線）ＸＲが或る一定の角度θｂで端面に入射した場合、内径が大きいキャピラリ１３０では、内径が小さいキャピラリ１４０と比較して、最初の反射位置Ｆが入射端面から離れるので、内壁への放射線（又は粒子線）ＸＲの入射角θｃが小さくなり、反射率が低下する。したがって、湾曲しているキャピラリでは、内径が大きいほど放射線（又は粒子線）の損失が大きくなり、透過率が低下する。

上述した第１のポリキャピラリレンズは、放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、キャピラリの内径がそれぞれ異なる複数の同心円状の領域を有している。また、上述した第２のポリキャピラリレンズでは、放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、第１の領域におけるキャピラリの内径と、第１の領域を囲む第２の領域におけるキャピラリの内径とが互いに異なる。このように、キャピラリの内径を領域毎に異ならせることによって、損失の大きさを領域毎に設定することが可能となる。例えば、直線状のキャピラリを含む領域において、損失を小さくしたい場合にはキャピラリの内径を大きくし、また損失を大きくしたい場合にはキャピラリの内径を小さくするとよい。また、湾曲しているキャピラリを含む領域において、損失を小さくしたい場合にはキャピラリの内径を小さくし、また損失を大きくしたい場合にはキャピラリの内径を大きくするとよい。

以上に説明したように、上述した第１及び第２のポリキャピラリレンズによれば、キャピラリの内径が複数の領域毎に異なることによって、用途に適した特性を実現することができる。

また、上述したポリキャピラリレンズは、複数のキャピラリをそれぞれ構成する複数の中空管が束ねられて各々構成され、面内において二次元状に整列された複数のキャピラリ集合体を備え、面内におけるキャピラリ集合体の断面形状及び大きさが、複数の領域のうち互いに隣接する少なくとも二つの領域間で互いに等しいことを特徴としてもよい。これにより、キャピラリの内径が互いに異なる隣合う領域同士の境界部分においても、各領域の内部と同様にキャピラリ集合体を連続して整列させることができるので、境界部分における隙間の発生を抑えつつ、上記のポリキャピラリレンズを好適に作製することができる。また、この場合、面内におけるキャピラリ集合体の断面形状は正六角形または正方形であることが好ましい。これにより、キャピラリ集合体を隙間なく密に整列させることが容易にできる。

また、上述したポリキャピラリレンズでは、ポリキャピラリレンズの中心に近い領域ほど、キャピラリの内径が大きくてもよい。或いは、上述したポリキャピラリレンズでは、ポリキャピラリレンズの中心に近い領域ほど、キャピラリの内径が小さくてもよい。

また、上述したポリキャピラリレンズは、点状の線源から一端面に入射した放射線又は粒子線を平行化して他端面から出力してもよい。或いは、上述したポリキャピラリレンズは、一端面に入射した平行放射線又は平行粒子線を集束線として他端面から出力してもよい。或いは、上述したポリキャピラリレンズは、点状の線源から一端面に入射した放射線又は粒子線を集束線として他端面から出力してもよい。

本発明によるポリキャピラリレンズによれば、用途に適した特性を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るポリキャピラリレンズを示す側面図である。 （ａ）図１に示されるII−II線に沿ったポリキャピラリレンズの断面を示している。（ｂ）領域Ａ１を拡大して示す断面図である。（ｃ）領域Ａ２を拡大して示す断面図である。 ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材の断面構造を示す図である。 図３に示された母材の断面構造の一部を拡大して示す図である。 （ａ）ポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 一実施形態のポリキャピラリレンズと、キャピラリ内径が均一である比較例のポリキャピラリレンズとで、出射Ｘ線の強度分布を比較した結果を示すグラフである。 （ａ）第１変形例に係るポリキャピラリレンズのＸ線導波方向と交差する断面を示す図である。（ｂ）領域Ａ１を拡大して示す断面図である。（ｃ）領域Ａ２を拡大して示す断面図である。 （ａ）第１変形例に係るポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 第２変形例に係るポリキャピラリレンズを示す側面図である。 （ａ）第２変形例に係るポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 （ａ）第２変形例に係るポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 第３変形例に係るポリキャピラリレンズを示す側面図である。 （ａ）第３変形例に係るポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 （ａ）第３変形例に係るポリキャピラリレンズの側面図である。（ｂ）一端面に入射するＸ線の強度分布の一例を示している。（ｃ）他端面から出射されるＸ線の強度分布の一例を示している。 第４変形例として、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材の断面構造を示す図である。 図１５に示された母材の断面構造の一部を拡大して示す図である。 第４変形例の別の形態を示す図であって、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材の断面構造の一部を拡大して示している。 第５変形例として、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材の断面構造を示す図である。 第５変形例として、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材の断面構造を示す図である。 （ａ）内径が大きいキャピラリの導波方向に沿った断面を示している。（ｂ）内径が小さいキャピラリの導波方向に沿った断面を示している。 （ａ）内径が大きいキャピラリの導波方向に沿った断面を示している。（ｂ）内径が小さいキャピラリの導波方向に沿った断面を示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるポリキャピラリレンズの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るポリキャピラリレンズ（マルチキャピラリレンズ）１０Ａを示す側面図である。図１には、このポリキャピラリレンズ１０Ａに入射するＸ線ＸＲ１と、ポリキャピラリレンズ１０Ａから出射するＸ線ＸＲ２とが併せて示されている。ポリキャピラリレンズ１０Ａは略円柱形状を呈しており、中心軸線に対して垂直な断面は、該中心軸線上に中心を有する円形である。このポリキャピラリレンズ１０Ａは、点状のＸ線源１２から一端面１４に入射したＸ線ＸＲ１を、平行Ｘ線（Ｘ線ＸＲ２）として他端面１６から出力する。そのため、ポリキャピラリレンズ１０Ａの直径は、入射端面１４に近づくにつれて次第に小さくなっている。

図２（ａ）は、図１に示されるII−II線に沿ったポリキャピラリレンズ１０Ａの断面、すなわちポリキャピラリレンズ１０ＡのＸ線導波方向と交差する断面を示している。より詳細には、この断面は、ポリキャピラリレンズ１０Ａの中心軸線Ｂに対して垂直な断面である。

図２（ａ）に示されるように、このポリキャピラリレンズ１０Ａは、Ｘ線導波方向と交差する面内において、複数（本実施形態では２つ）の同心円状の領域Ａ１，Ａ２を有している。換言すれば、ポリキャピラリレンズ１０Ａは、Ｘ線導波方向と交差する面内において、第１の領域（有効中心部）Ａ１と、第１の領域Ａ１を囲む第２の領域（周辺部）Ａ２とを有している。なお、これらの領域Ａ１，Ａ２に共通の中心は、例えばポリキャピラリレンズ１０Ａの中心軸線Ｂ上にあり、導波されるＸ線束の中心軸線と一致する。領域Ａ１の直径は、例えば領域Ａ２の直径の１／２である。

図２（ｂ）は、領域Ａ１を拡大して示す断面図である。また、図２（ｃ）は、領域Ａ２を拡大して示す断面図である。図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、ポリキャピラリレンズ１０Ａは、複数のキャピラリ１８ａを領域Ａ１に、複数のキャピラリ１８ｂを領域Ａ２にそれぞれ有している。複数のキャピラリ１８ａは、Ｘ線導波方向と交差する面内の領域Ａ１において、二次元状に整列されている。同様に、複数のキャピラリ１８ｂは、Ｘ線導波方向と交差する面内の領域Ａ２において、二次元状に整列されている。キャピラリ１８ａ及び１８ｂは、ポリキャピラリレンズ１０Ａの入射端面（一端面）１４から出射端面（他端面）１６へ延びる空孔であって、これらの面間を貫通して形成されている。キャピラリ１８ａ及び１８ｂは、入射端面１４側の開口に入射したＸ線（入射Ｘ線ＸＲ１）をその内部で導波し、出射端面１６側の開口から平行Ｘ線ＸＲ２を出射する。なお、図では円形断面のキャピラリ１８ａ及び１８ｂが示されているが、キャピラリ１８ａ及び１８ｂの断面形状は、例えば正多角形（一例では正六角形）や、正多角形の角が丸みを帯びた形状であってもよい。

前述したように、本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａでは、点状のＸ線源１２から入射したＸ線ＸＲ１を平行Ｘ線ＸＲ２として出力する為に、入射端面１４に近づくにつれて、断面径が次第に小さくなっている。具体的には、点状のＸ線源１２から放射されて次第に拡がるＸ線ＸＲ１を効率良く入射させるため、入射端面１４におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線の延長線がＸ線源１２を通るように、入射端面１４付近のキャピラリ１８ａ及び１８ｂはレンズ１０Ａの中心へ向けて傾斜している。一方、平行Ｘ線ＸＲ２を出射するため、出射端面１６におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線は、レンズ１０Ａの中心軸線に対して平行となっている。そして、このような形態のキャピラリ１８ａ及び１８ｂの内部をＸ線が好適に導波するように、キャピラリ１８ａ及び１８ｂは、レンズ１０Ａの中心軸線上及びその付近では直線状に延びており、中心軸線から離れるほど大きな曲率で湾曲している。すなわち、中心軸線に近い領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａは直線状か若しくはやや湾曲しており、中心軸線から離れた領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂは大きく湾曲している。

更に、本実施形態では、領域Ａ１のキャピラリ１８ａの内径Ｌａと、領域Ａ２のキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂとが互いに異なっている。例えば本実施形態では、図２に示されるように、中心軸線Ｂに近い領域Ａ１のキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、中心軸線Ｂから離れた領域Ａ２のキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい。ここで、内径Ｌａは内径Ｌｂに対して例えば２倍といった大きさを有しており、このような内径Ｌａと内径Ｌｂとの差は、いわゆる寸法誤差や製造工程における温度分布の偏り等により生じる内径差よりも十分に大きなものである。

このようなポリキャピラリレンズ１０Ａは、キャピラリ１８ａ，１８ｂを構成する複数の中空管が束ねられて成るキャピラリ集合体（中空マルチファイバ）を複数束ねて母材を作製し、その母材に熱を加えてテーパ状に引き延ばすことによって製造される。図３は、ポリキャピラリレンズ１０Ａの製造に用いられる母材２０の断面構造を示す図であって、Ｘ線導波方向と交差する断面を示している。また、図４は、図３に示された母材２０の断面構造の一部を拡大して示す図である。なお、図３において、中心軸線Ｂ付近のハッチングが施された領域は、図２（ａ）に示された領域Ａ１となる領域である。また、その周囲のハッチングが施されていない領域は、図２（ａ）に示された領域Ａ２となる領域である。

図３に示されるように、母材２０は、複数のキャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂを備えている。領域Ａ１では、複数のキャピラリ集合体２１Ａが、Ｘ線導波方向と交差する面内において二次元状に整列されている。また、領域Ａ２では、複数のキャピラリ集合体２１Ｂが、Ｘ線導波方向と交差する面内において二次元状に整列されている。図４に示されるように、キャピラリ集合体２１Ａは、キャピラリ１８ａを構成する複数の中空管２２ａが束ねられて構成されており、キャピラリ集合体２１Ｂは、キャピラリ１８ｂを構成する複数の中空管２２ｂが束ねられて構成されている。本実施形態では、Ｘ線導波方向と交差する面内におけるキャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂの断面形状は正六角形であり、隣合うキャピラリ集合体２１Ａ（または２１Ｂ）同士の正六角形の一辺が互いに接するような蜂の巣状の配列がなされている。母材２０のこのような形態はポリキャピラリレンズ１０Ａにも受け継がれ、ポリキャピラリレンズ１０Ａもまた、正六角形断面の複数のキャピラリ集合体を備えている。

また、図４に示されるように、領域Ａ１に含まれるキャピラリ集合体２１Ａを構成する中空管２２ａの内径及び外径は、領域Ａ２に含まれるキャピラリ集合体２１Ｂを構成する中空管２２ｂの内径及び外径よりも大きい。これにより、この母材２０が加熱され引き延ばされた後のポリキャピラリレンズ１０Ａにおいても、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａの内径は、領域Ａ２におけるキャピラリ１８ｂの内径よりも大きくなる。

但し、図４に示されるように、Ｘ線導波方向と交差する面内におけるキャピラリ集合体２１Ａの断面形状及び大きさと、キャピラリ集合体２１Ｂの断面形状及び大きさとは互いに等しい。具体的には、キャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂの断面形状は共に正六角形であり、且つ、それらの外径Ｌ１及びＬ２は互いに等しい。

以上に説明した本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａによって得られる効果について説明する。図５は、ポリキャピラリレンズ１０Ａの特性を説明するための図である。図５（ａ）はポリキャピラリレンズ１０Ａの側面図であり、図５（ｂ）は端面１４に入射するＸ線ＸＲ１の強度分布の一例を示しており、図５（ｃ）は端面１６から出射されるＸ線ＸＲ２の強度分布の一例を示している。なお、比較のため、図５（ｃ）には、キャピラリの内径が均一である場合に想定される強度分布が破線で示されている。

このポリキャピラリレンズ１０Ａでは、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａがほぼ直線状に延びており、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂが大きく湾曲している。そして、このような場合、領域Ａ１，Ａ２におけるキャピラリの内径が互いに等しいと、図２０及び図２１を示して説明したように、領域Ａ１ではキャピラリの内径が狭くＸ線の損失が増し、また、領域Ａ２ではキャピラリの内径が広くＸ線の損失が増すこととなる。これに対し、本実施形態では、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい。これにより、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が長くなるので（図２０（ａ）を参照）、反射回数が減り、Ｘ線の損失を低減して透過率を高めることができる。また、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂでは、入射Ｘ線の最初の反射位置が端面１４に近づくので、内壁へのＸ線の入射角が大きくなって反射率が高まり（図２１（ｂ）を参照）、Ｘ線の損失を低減して透過率を高めることができる。したがって、出射Ｘ線ＸＲ２の全体で強度を大きくすることができ、例えば大きなＸ線量が必要なＸＲＤ等を好適に実施することができる。

図６は、本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａと、キャピラリ内径が均一である比較例のポリキャピラリレンズとで、出射Ｘ線の強度分布を比較した結果を示すグラフである。図６において、横軸は出射端面の径方向位置を表し、縦軸はＸ線強度を表している。また、グラフＧ１１は本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａの強度分布を示しており、グラフＧ１２は比較例のポリキャピラリレンズの強度分布を示している。なお、入射Ｘ線の強度分布は互いに等しい。また、比較例のポリキャピラリレンズでは母材の段階でのキャピラリ内径を一律６μｍとし、本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａでは母材２０の段階での領域Ａ１のキャピラリ内径Ｌａを１２μｍ、領域Ａ２のキャピラリ内径Ｌｂを６μｍとした。

図６に示されるように、本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａでは、比較例に対し、領域Ａ１及びＡ２の双方において出射Ｘ線の強度が高くなっていることがわかる。すなわち、本実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａによれば、Ｘ線の損失を低減して効率良くＸ線を平行化することができる。

なお、本実施形態では、中心軸線Ｂに近い領域Ａ１におけるキャピラリ内径Ｌａを大きくし、中心軸線Ｂから離れた領域Ａ２におけるキャピラリ内径Ｌｂを小さくしたが、各領域間でのキャピラリ内径の大小は、ポリキャピラリレンズの用途や求められる特性に応じて適宜設定されるとよい。例えば、直線状のキャピラリ１８ａを含む領域Ａ１において損失を大きくしたい場合には、領域Ａ１のキャピラリ１８ａの内径Ｌａを小さくするとよい。また、湾曲しているキャピラリ１８ｂを含む領域Ａ２において損失を大きくしたい場合には、キャピラリ１８ｂの内径Ｌｂを大きくするとよい。このように、キャピラリの内径を複数の領域毎に異ならせることにより、用途に適したレンズ特性を実現することができる。

また、キャピラリ１８ａ，１８ｂの内壁においてＸ線が反射する際の全反射臨界角（ここでの全反射臨界角とは、導波方向に沿った内壁面の接線と、内壁面に入射するＸ線との成す角度であって、Ｘ線が全反射し得る最も大きい角度をいう）は、Ｘ線のエネルギーが高いほど小さく、Ｘ線のエネルギーが低いほど大きい。また、全反射臨界角はポリキャピラリレンズ１０Ａの構成材料の密度にも依存し、密度が大きいほど全反射臨界角は大きくなる。例えば、ポリキャピラリレンズ１０Ａの構成材料がホウケイ酸ガラスである場合、Ｘ線エネルギーが８ｋｅＶであるときの全反射臨界角は約０．２２°であり、２０ｋｅＶであるときの全反射臨界角は０．０８°である。したがって、Ｘ線のエネルギーが高い場合には、全反射臨界角が小さいので領域Ａ２（周辺部）のキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂは小さいことが好ましい。これにより、入射各を大きくして損失を効果的に低減することができる。逆に、Ｘ線のエネルギーが低い場合には、全反射臨界角が大きいので領域Ａ２（周辺部）のキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂは大きいことが好ましい。これにより、反射回数を少なくして損失を効果的に低減することができる。このように、本実施形態では、Ｘ線のエネルギーに応じて適切なキャピラリ内径を選択することにより、ポリキャピラリレンズ１０Ａから出力されるＸ線全体の強度を高めることができる。

また、本実施形態のように、キャピラリ集合体の断面形状及び大きさは、相互に隣接する領域Ａ１，Ａ２間で互いに等しいことが好ましい。これにより、キャピラリの内径が互いに異なる隣合う領域Ａ１，Ａ２の境界部分においても、各領域Ａ１，Ａ２の内部と同様にキャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂを連続して整列させることができる。したがって、境界部分における隙間の発生を抑えつつ、ポリキャピラリレンズ１０Ａを好適に作製することができる。なお、キャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂの断面形状は、本実施形態のような正六角形であることが好ましい。これにより、キャピラリ集合体２１Ａ，２１Ｂを隙間なく密に整列させることが容易にできる。

（第１の変形例）
図７（ａ）は、第１変形例に係るポリキャピラリレンズ１０ＢのＸ線導波方向と交差する断面を示す図である。このポリキャピラリレンズ１０Ｂと上記実施形態のポリキャピラリレンズ１０Ａとの相違点は、領域Ａ１に含まれる複数のキャピラリ１８ａの内径Ｌａと、領域Ａ２に含まれる複数のキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂとの大小関係である。本変形例では、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示されるように、内径Ｌｂが内径Ｌａよりも大きい。なお、その他の構成は上記実施形態と同様である。

このようなポリキャピラリレンズ１０Ｂを作製するためには、図３及び図４に示された母材２０において、領域Ａ２に含まれるキャピラリ集合体２１Ｂの中空管２２ｂの内径及び外径を、領域Ａ１に含まれるキャピラリ集合体２１Ａの中空管２２ａの内径及び外径よりも大きくするとよい。

図８は、ポリキャピラリレンズ１０Ｂの特性を説明するための図である。図８（ａ）はポリキャピラリレンズ１０Ｂの側面図であり、図８（ｂ）は端面１４に入射するＸ線ＸＲ１の強度分布の一例を示しており、図８（ｃ）は端面１６から出射されるＸ線ＸＲ２の強度分布の一例を示している。なお、比較のため、図８（ｃ）には、キャピラリの内径が均一である場合に想定される強度分布が破線で示されている。

このポリキャピラリレンズ１０Ｂでは、中心軸線Ｂに近い領域Ａ１においてキャピラリ１８ａの内径Ｌａが小さくなっている。これにより、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が短くなるので（図２０（ｂ）を参照）、反射回数が増し、Ｘ線の損失を大きくすることができる。したがって、図８（ｃ）に示されるように、出射Ｘ線ＸＲ２の中心軸線付近の強度を低下させて、強度分布を均一に近づけることができる。このようなポリキャピラリレンズ１０Ｂは、例えばＸＲＤの試料に対してＸ線を均一に照射したい場合に好適に用いられる。

（第２の変形例）
図９は、第２変形例に係るポリキャピラリレンズ１０Ｃを示す側面図である。図９には、このポリキャピラリレンズ１０Ｃに入射するＸ線ＸＲ３と、ポリキャピラリレンズ１０Ｃから出射するＸ線ＸＲ４とが併せて示されている。ポリキャピラリレンズ１０Ｃは略円柱形状を呈しており、中心軸線に対して垂直な断面は、該中心軸線上に中心を有する円形である。このポリキャピラリレンズ１０Ｃは、図２に示された断面構造と同様の断面構造を有しており、Ｘ線導波方向と交差する面内において、同心円状の領域Ａ１，Ａ２を有している。

このポリキャピラリレンズ１０Ｃは、一端面１４に入射した平行Ｘ線ＸＲ３を、集束点Ｄへ向けて集束する集束Ｘ線ＸＲ４として他端面１６から出力する。そのため、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの直径は、出射端面１６に近づくにつれて次第に小さくなっている。

具体的には、平行Ｘ線ＸＲ３を効率良く入射させるため、入射端面１４におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線の延長線がＸ線源１２を通るように、入射端面１４付近のキャピラリ１８ａ及び１８ｂの延伸方向は、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線に対して平行となっている。一方、集束点Ｄへ向けてＸ線ＸＲ４を集束させるため、出射端面１６におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線の延長線が集束点Ｄを通るように、出射端面１６付近のキャピラリ１８ａ及び１８ｂはポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線へ向けて傾斜している。そして、このような形態のキャピラリ１８ａ及び１８ｂの内部をＸ線が好適に導波するように、キャピラリ１８ａ及び１８ｂは、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線及びその付近では直線状に延びており、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線から離れるほど大きな曲率で湾曲している。すなわち、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線に近い領域Ａ１（図２を参照）に含まれるキャピラリ１８ａは直線状か若しくはやや湾曲しており、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線から離れた領域Ａ２（図２を参照）に含まれるキャピラリ１８ｂは大きく湾曲している。

図１０は、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい場合における、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの特性を説明するための図である。図１０（ａ）はポリキャピラリレンズ１０Ｃの側面図であり、図１０（ｂ）は端面１４に入射するＸ線ＸＲ３の強度分布の一例を示しており、図１０（ｃ）は端面１６から出射されるＸ線ＸＲ４の強度分布の一例を示している。なお、比較のため、図１０（ｃ）には、キャピラリの内径が均一である場合に想定される強度分布が破線で示されている。

このポリキャピラリレンズ１０Ｃでは、上記実施形態と同様に、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線に近い領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、その周囲の領域Ａ２におけるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい。これにより、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が長くなるので（図２０（ａ）を参照）、反射回数が少なくなり、Ｘ線の損失を小さくすることができる。したがって、出射Ｘ線ＸＲ４の全体で強度を大きくすることができ、例えば大きなＸ線量が必要なＸＲＤ等を好適に実施することができる。

また、図１１は、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも小さい場合における、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの特性を説明するための図である。このポリキャピラリレンズ１０Ｃでは、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が短くなるので（図２０（ｂ）を参照）、反射回数が多くなり、Ｘ線の損失を大きくすることができる。これにより、図１１（ｃ）に示されるように、ポリキャピラリレンズ１０Ｃの中心軸線付近における出射Ｘ線ＸＲ４の強度を低下させて、強度分布を均一に近づけることができる。このようなポリキャピラリレンズ１０Ｃは、例えば試料面から発生したＸ線を均一な強度で集光したい場合に好適に用いられる。

（第３の変形例）
図１２は、第３変形例に係るポリキャピラリレンズ１０Ｄを示す側面図である。図１２には、このポリキャピラリレンズ１０Ｄに入射するＸ線ＸＲ５と、ポリキャピラリレンズ１０Ｄから出射するＸ線ＸＲ６とが併せて示されている。ポリキャピラリレンズ１０Ｄは略円柱形状を呈しており、中心軸線に対して垂直な断面は、該中心軸線上に中心を有する円形である。このポリキャピラリレンズ１０Ｄは、図２に示された断面構造と同様の断面構造を有しており、Ｘ線導波方向と交差する面内において、同心円状の領域Ａ１，Ａ２を有している。

このポリキャピラリレンズ１０Ｄは、点状のＸ線源１２から一端面１４に入射したＸ線ＸＲ５を、集束点Ｄへ向けて集束する集束Ｘ線ＸＲ６として他端面１６から出力する。そのため、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの直径は、中心軸線方向における中心部から入射端面１４に近づくにつれて次第に小さくなっており、また、中心軸線方向における中心部から出射端面１６に近づくにつれて次第に小さくなっている。

具体的には、点状のＸ線源１２から放射されて次第に拡がるＸ線ＸＲ５を効率良く入射させるため、入射端面１４におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線の延長線がＸ線源１２を通るように、入射端面１４付近のキャピラリ１８ａ及び１８ｂはポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線へ向けて傾斜している。一方、集束点Ｄへ向けてＸ線ＸＲ６を集束させるため、出射端面１６におけるキャピラリ１８ａ及び１８ｂの中心軸線の延長線が集束点Ｄを通るように、出射端面１６付近のキャピラリ１８ａ及び１８ｂはポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線へ向けて傾斜している。そして、このような形態のキャピラリ１８ａ及び１８ｂの内部をＸ線が好適に導波するように、キャピラリ１８ａ及び１８ｂは、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線及びその付近では直線状に延びており、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線から離れるほど大きな曲率で湾曲している。すなわち、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線に近い領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａは直線状か若しくはやや湾曲しており、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線から離れた領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂは大きく湾曲している。

図１３は、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい場合における、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの特性を説明するための図である。図１３（ａ）はポリキャピラリレンズ１０Ｄの側面図であり、図１３（ｂ）は端面１４に入射するＸ線ＸＲ５の強度分布の一例を示しており、図１３（ｃ）は端面１６から出射されるＸ線ＸＲ６の強度分布の一例を示している。なお、比較のため、図１３（ｃ）には、キャピラリの内径が均一である場合に想定される強度分布が破線で示されている。

このポリキャピラリレンズ１０Ｄでは、上記実施形態と同様に、中心軸線Ｂに近い領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、その周囲の領域Ａ２におけるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも大きい。したがって、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が長くなるので（図２０（ａ）を参照）、反射回数が少なくなり、Ｘ線の損失を小さくすることができる。また、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂでは、入射するＸ線ＸＲ５の最初の反射位置が端面１４に近づくので、内壁へのＸ線の入射角が大きくなって反射率が高まり（図２１（ｂ）を参照）、Ｘ線の損失を低減することができる。したがって、出射Ｘ線ＸＲ６の全体で強度を大きくすることができ、例えば大きなＸ線量が必要なＸＲＤ等を好適に実施することができる。

また、図１４は、領域Ａ１に含まれるキャピラリ１８ａの内径Ｌａが、領域Ａ２に含まれるキャピラリ１８ｂの内径Ｌｂよりも小さい場合における、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの特性を説明するための図である。このポリキャピラリレンズ１０Ｄでは、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａ内でのＸ線の反射間隔が短くなるので（図２０（ｂ）を参照）、反射回数が多くなり、Ｘ線の損失を大きくすることができる。これにより、図１４（ｃ）に示されるように、ポリキャピラリレンズ１０Ｄの中心軸線付近における出射Ｘ線ＸＲ６の強度を低下させて、強度分布を均一に近づけることができる。このようなポリキャピラリレンズ１０Ｄは、例えば試料の一点から発生したＸ線を均一な強度で集光したい場合に好適に用いられる。

（第４の変形例）
図１５は、第４変形例として、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材２５の断面構造を示す図であって、Ｘ線導波方向と交差する断面を示している。また、図１６は、図１５に示された母材２５の断面構造の一部を拡大して示す図である。

図１５に示されるように、母材２５は、複数のキャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂを備えている。複数のキャピラリ集合体２６Ａは、Ｘ線導波方向と交差する面内の領域Ａ１において縦方向及び横方向の二次元状に整列されている。また、複数のキャピラリ集合体２６Ｂは、Ｘ線導波方向と交差する面内の領域Ａ２において縦方向及び横方向の二次元状に整列されている。図１６に示されるように、キャピラリ集合体２６Ａはキャピラリ１８ａ（図４参照）を構成する複数の中空管２２ａが束ねられて構成されており、キャピラリ集合体２６Ｂはキャピラリ１８ｂ（図４参照）を構成する複数の中空管２２ｂが束ねられて構成されている。

本実施形態では、Ｘ線導波方向と交差する面内におけるキャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂの断面形状は正方形であり、隣合うキャピラリ集合体２６Ａ（または２６Ｂ）同士の正方形の一辺が互いに接するような配列がなされている。母材２５のこのような形態はポリキャピラリレンズにも受け継がれ、ポリキャピラリレンズもまた、正方形断面の複数のキャピラリ集合体を備える。

なお、図１５において、中心付近のハッチングが施された領域は、領域Ａ１となる領域である。また、その周囲のハッチングが施されていない領域は、領域Ａ２となる領域である。一例では、領域Ａ１に含まれるキャピラリ集合体２６Ａを構成する中空管２２ａの内径及び外径は、領域Ａ２に含まれるキャピラリ集合体２６Ｂを構成する中空管２２ｂの内径及び外径よりも大きい（若しくは小さい）。これにより、この母材２５が加熱され引き延ばされた後のポリキャピラリレンズにおいても、領域Ａ１におけるキャピラリ１８ａの内径は、領域Ａ２におけるキャピラリ１８ｂの内径よりも大きくなる（若しくは小さくなる）。

また、図１６に示されるように、Ｘ線導波方向と交差する面内における、領域Ａ１のキャピラリ集合体２６Ａの断面形状及び大きさと、領域Ａ２のキャピラリ集合体２６Ｂの断面形状及び大きさとは互いに等しい。具体的には、キャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂの断面形状は共に正方形であり、且つ、それらの一辺の長さは互いに等しい。

本変形例のように、キャピラリ集合体の断面形状は正方形であってもよく、そのような形状であってもキャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂを隙間なく密に整列させることができる。また、本変形例のように、キャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂの断面形状及び大きさが互いに等しいことにより、隣合う領域Ａ１，Ａ２の境界部分においても各領域Ａ１，Ａ２の内部と同様にキャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂを連続して整列させることができる。したがって、境界部分における隙間の発生を抑えつつ、ポリキャピラリレンズを好適に作製することができる。

図１７は、本変形例の別の形態を示す図であって、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材２８の断面構造の一部を拡大して示している。この母材２８と図１６に示された母材２５との相違点は、領域Ａ１，Ａ２におけるキャピラリ集合体の大きさである。すなわち、母材２８では、領域Ａ１におけるキャピラリ集合体２６Ａの一辺の大きさと、領域Ａ２におけるキャピラリ集合体２６Ｂの一辺の大きさとが互いに異なっており、キャピラリ集合体２６Ａの一辺の大きさは例えばキャピラリ集合体２６Ｂの一辺の大きさの２倍である。なお、大きさ以外のキャピラリ集合体２６Ａ，２６Ｂの構成は、図１５及び図１６に示されたものと同様である。

本変形例のようにキャピラリ集合体の断面形状が正方形である場合、図１７に示されたように、互いに隣合う二つの領域Ａ１，Ａ２のキャピラリ集合体の大きさはそれぞれ異なっても良い。そのような場合であっても、隣合う領域Ａ１，Ａ２の境界部分においてキャピラリ集合体を連続して整列させることができ、境界部分における隙間の発生を抑えることができる。

（第５の変形例）
図１８は、第５変形例として、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材２４の断面構造を示す図である。図１８に示されるように、母材２４は、複数のキャピラリ集合体２１を備えている。これらのキャピラリ集合体２１は、前述した実施形態と同様に、キャピラリを構成する複数の中空管が束ねられて構成された断面正六角形の部材であって、Ｘ線導波方向と交差する面内において蜂の巣状に整列されている。

また、図１９は、ポリキャピラリレンズの製造に用いられる母材２９の断面構造を示す図である。図１９に示されるように、母材２９は、複数のキャピラリ集合体２６を備えている。これらのキャピラリ集合体２６は、前述した第４変形例と同様に、キャピラリを構成する複数の中空管が束ねられて構成された断面正方形の部材であって、Ｘ線導波方向と交差する面内において縦横に整列されている。

図１８に示される母材２４、及び図１９に示される母材２９は、Ｘ線導波方向と交差する断面において、３つの同心円状の領域Ａ３〜Ａ５を有している。なお、図１８及び図１９において、領域Ａ３は中心付近の密なハッチングが施された領域であり、領域Ａ４はその周囲の粗いハッチングが施された領域であり、領域Ａ５は更にその周囲のハッチングが施されていない領域である。したがって、これらの母材２４，２９から作製されるポリキャピラリレンズもまた、Ｘ線導波方向と交差する断面において、領域Ａ３〜Ａ５に相当する３つの同心円状の領域を有することとなる。換言すれば、母材２４，２９から作製されるポリキャピラリレンズは、Ｘ線導波方向と交差する面内において、第１の領域と、第１の領域を囲む第２の領域と、第２の領域を囲む第３の領域とを有することとなる。なお、これらの領域に共通の中心は、例えばポリキャピラリレンズの中心軸線上にあり、導波されるＸ線束の中心軸線と一致する。

一例では、キャピラリ集合体２１，２６を構成する中空管の内径及び外径は、領域Ａ３において最も大きく、領域Ａ５において最も小さい。これにより、これらの母材２４，２９が加熱され引き延ばされた後のポリキャピラリレンズにおいても、領域Ａ３におけるキャピラリの内径が最も大きく、領域Ａ５におけるキャピラリの内径が最も小さくなる。このように、ポリキャピラリレンズの中心軸線に近い領域ほどキャピラリの内径が大きいことにより、ポリキャピラリレンズの中心軸線付近におけるキャピラリ内でのＸ線の反射間隔が長くなるので、反射回数が減り、Ｘ線の損失を低減することができる。

また、別の一例では、キャピラリ集合体２１，２６を構成する中空管の内径及び外径は、領域Ａ５において最も大きく、領域Ａ３において最も小さい。これにより、これらの母材２４，２９が加熱され引き延ばされた後のポリキャピラリレンズにおいても、領域Ａ５におけるキャピラリの内径が最も大きく、領域Ａ３におけるキャピラリの内径が最も小さくなる。このように、ポリキャピラリレンズの中心軸線に近い領域ほどキャピラリの内径が小さいことにより、中心軸線付近におけるキャピラリ内でのＸ線の反射間隔が短くなるので、反射回数が多くなり、Ｘ線の損失を大きくすることができる。したがって、ポリキャピラリレンズの中心軸線付近における出射Ｘ線の強度を低下させて、強度分布を均一に近づけることができる。

本発明によるポリキャピラリレンズは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び各変形例では、キャピラリ集合体の断面形状として正六角形および正方形を例示したが、キャピラリ集合体の断面形状はこれらに限られるものではない。また、上記実施形態及び各変形例では、Ｘ線導波方向と交差する面内において２つ（或いは３つ）の領域のキャピラリ内径がそれぞれ異なるとしたが、４つ以上の領域間でキャピラリ内径がそれぞれ異なってもよい。

また、上記実施形態及び各変形例ではポリキャピラリレンズの導波対象としてＸ線を例示したが、本発明のポリキャピラリレンズは、ガンマ線といった他の放射線、或いは荷電粒子や中性子線といった粒子線を導波対象としてもよい。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…ポリキャピラリレンズ、１２…Ｘ線源、１４…一端面（入射端面）、１６…他端面（出射端面）、１８ａ，１８ｂ…キャピラリ、２０，２４，２５，２８，２９…母材、２１Ａ，２１Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ…キャピラリ集合体、２２ａ，２２ｂ…中空管、Ａ１〜Ａ５…領域、Ｂ…中心軸線、Ｄ…集束点、Ｌａ，Ｌｂ…キャピラリ内径、ＸＲ１，ＸＲ３，ＸＲ５…入射Ｘ線、ＸＲ２，ＸＲ４，ＸＲ６…出射Ｘ線。

Claims (9)

1. 一端面から他端面へ延びており前記一端面から入射した放射線又は粒子線を前記他端面へ導波する複数のキャピラリを有するポリキャピラリレンズであって、
   放射線又は粒子線の導波方向と交差する面内において、前記キャピラリの内径がそれぞれ異なる複数の同心円状の領域が存在することを特徴とする、ポリキャピラリレンズ。
2. 前記複数のキャピラリをそれぞれ構成する複数の中空管が束ねられて各々構成され、前記面内において二次元状に整列された複数のキャピラリ集合体を備え、
   前記面内における前記キャピラリ集合体の断面形状及び大きさが、前記複数の領域のうち互いに隣接する少なくとも二つの領域間で互いに等しいことを特徴とする、請求項１に記載のポリキャピラリレンズ。
3. 前記面内における前記キャピラリ集合体の断面形状が正六角形または正方形であることを特徴とする、請求項２に記載のポリキャピラリレンズ。
4. 前記ポリキャピラリレンズの中心に近い前記領域ほど、前記キャピラリの内径が大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリキャピラリレンズ。
5. 前記ポリキャピラリレンズの中心に近い前記領域ほど、前記キャピラリの内径が小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリキャピラリレンズ。
6. 一端面から他端面へ延びており前記一端面から入射した放射線又は粒子線を前記他端面へ導波する複数のキャピラリを有するポリキャピラリレンズであって、
   前記放射線又は前記粒子線の導波方向と交差する面内において、第１の領域における前記キャピラリの内径と、前記第１の領域を囲む第２の領域における前記キャピラリの内径とが互いに異なることを特徴とする、ポリキャピラリレンズ。
7. 点状の線源から前記一端面に入射した放射線又は粒子線を平行化して前記他端面から出力することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のポリキャピラリレンズ。
8. 前記一端面に入射した平行放射線又は平行粒子線を集束線として前記他端面から出力することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のポリキャピラリレンズ。
9. 点状の線源から前記一端面に入射した放射線又は粒子線を集束線として前記他端面から出力することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のポリキャピラリレンズ。
   

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