JP2017058150A - Ｘ線光学素子及びｘ線光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線を集光する用途では集光径を更に小さくでき、Ｘ線を平行化する用途或いは放射Ｘ線の放射角を変更する用途では出射されるＸ線の更なる拡幅が可能なＸ線光学素子及びＸ線光学装置を提供する。【解決手段】Ｘ線光学素子１Ａは、Ｘ線を入射する第１の側面１０ｂ、Ｘ線を出射する第２の側面１０ｃ、及び、主面１０ａに形成され一対の側壁をそれぞれ有し第１の側面１０ｂから第２の側面１０ｃに達する複数の溝１１、を有する板状部材１０Ａと、複数の溝１１の一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜とを備える。第１の側面１０ｂを含む領域１４ａにおいて複数の溝１１同士の間隔が第２の側面１０ｃに近づくに従い拡大するとともに、第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂにおいて複数の溝１１同士が第２の側面１０ｃに近づくに従い互いに略平行になるように、各溝１１の一対の側壁が湾曲している。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線光学素子及びＸ線光学装置に関するものである。

特許文献１には、Ｘ線光学素子が開示されている。このＸ線光学素子は、半導体基板に形成された断面Ｖ字状の一つの導波溝と、導波溝内に形成された導波層と、導波層上に形成されたキャップ層とを備える。導波溝は、その表面が半導体基板の特定の結晶面となるように形成されている。導波溝の横幅はＸ線の導波方向に沿って次第に細くなっており、導波溝のこのような形状によってＸ線ビームの径が絞られる。

特許文献２には、Ｘ線ビームを平行化するためのコリメータが開示されている。このコリメータは、直線状且つ互いに平行に延びる多数の溝が形成されたシリコン基板が複数枚重ねられて成る。

特許文献３には、Ｘ線を集光、結像するためのＸ線光学装置が開示されている。このＸ線光学装置は、同心円状の複数のスリット（貫通孔）を有する基板と、該スリット内壁面上に形成された反射膜とを備える。反射膜は、ＨｆＯ₂層とＡｌ₂Ｏ₃層とが交互に積層されて成り、これらの層は原子層体積法を用いて成膜される。

特開平１１−３０５０５３号公報 米国特許第７９１６８３９号明細書 特開２０１２−３７４４０公報

近年、医療現場での診断や工業製品の検査等においてＸ線が広く用いられているが、求められる照射形状は様々である。例えば、或る分野では平行化されたＸ線の照射径を更に拡げたいという要望があり、他の分野ではＸ線の集光径を出来る限り小さく絞りたいという要望がある。そこで、Ｘ線の照射形状を変化させるためのＸ線光学素子として、例えばＸ線ポリキャピラリが存在する。Ｘ線ポリキャピラリは、細径のガラス線（キャピラリ）が多数束ねられて構成されており、その一端面からＸ線を入射し、他端面からＸ線を出射させる。このＸ線ポリキャピラリの一方の端面の径を絞ることにより、平行Ｘ線の集光や放射Ｘ線の平行化、放射Ｘ線の放射角の変更等が可能となる。

しかしながら、Ｘ線ポリキャピラリには次のような問題がある。すなわち、Ｘ線ポリキャピラリは多数のガラス線を束ねて一体化した母材を引き延ばすことにより作製されるので、全てのキャピラリを一点に精度良く向けることが難しい。そのため、Ｘ線を集光する場合にはその集光径が大きくなってしまう。例えば、現在市販されているＸ線ポリキャピラリでは、直径１０ｍｍ程度の平行Ｘ線を集光する場合、焦点距離１００ｍｍで集光径が２００μｍ程度である。また、放射Ｘ線を平行化する場合、或いは放射Ｘ線の放射角を変更する場合においても、現在市販されているＸ線ポリキャピラリが出射可能なＸ線の幅は広くても１５ｍｍ程度であり、更なる拡幅が求められている。

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、Ｘ線を集光する用途においては集光径を更に小さくすることができ、Ｘ線を平行化する用途或いは放射Ｘ線の放射角を変更する用途においては出射されるＸ線の更なる拡幅が可能なＸ線光学素子及びＸ線光学装置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Ｘ線光学素子は、Ｘ線を入射する第１の側面、Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し第１の側面から第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、少なくとも複数の溝の一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、を備え、第１の側面を含む第１の領域において複数の溝同士の間隔が第２の側面に近づくに従い拡大するとともに、第２の側面を含む第２の領域において複数の溝同士の間隔が第２の側面に近づくに従い縮小するように、各溝の一対の側壁が湾曲している。

また、本発明による第２のＸ線光学素子は、Ｘ線を入射する第１の側面、Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し第１の側面から第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、少なくとも複数の溝の一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、を備え、第１及び第２の側面のうち一方の側面を含む第１の領域において複数の溝同士の間隔が他方の側面に近づくに従い拡大するとともに、他方の側面を含む第２の領域において複数の溝同士が他方の側面に近づくに従い互いに略平行になるように、各溝の一対の側壁が湾曲している。

また、本発明による第３のＸ線光学素子は、Ｘ線を入射する第１の側面、Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し第１の側面から第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、少なくとも複数の溝の一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、を備え、第１及び第２の側面のうち一方の側面を含む第１の領域、及び他方の側面を含む第２の領域の双方において複数の溝同士の間隔が他方の側面に近づくに従い拡大するとともに、第２の領域における単位長さ当たりの拡大率が第１の領域における拡大率よりも小さくなるように、各溝の一対の側壁が湾曲している。

上記の各Ｘ線光学素子では、板状部材の第１の側面（Ｘ線入射面）から第２の側面（Ｘ線出射面）に達する複数の溝の一対の側壁上にＸ線反射膜が設けられている。そして、入射したＸ線の形状に所望の変更（平行化若しくは集光、或いは放射角の変更）を行う為に、これらの溝の一対の側壁が湾曲している。これらのＸ線光学素子では、第１の側面にＸ線が入射すると、このＸ線は複数の溝の内側を伝搬し、Ｘ線反射膜において反射しながらその進行方向を変更する。そして、第２の側面における溝の向きに従ってＸ線が出射し、その結果、平行化若しくは集光、或いは放射角の変更が行われる。

上記の各Ｘ線光学素子は、従来のＸ線ポリキャピラリに対して次の利点を有する。すなわち、上記の各Ｘ線光学素子では、板状部材に形成された複数の溝によってＸ線の集光や平行化等を行うが、Ｘ線ポリキャピラリとは異なり各溝の側壁を高い精度で加工することが可能であり、各溝の向きを一点に向けることも容易である。また、板状部材の大きさには制限がないので、各溝の長さや複数の溝全体の幅にも制限がない。従って、上記の各Ｘ線光学素子によれば、Ｘ線を集光する用途においては、集光径を更に小さくすることができる。また、放射Ｘ線を平行化する用途或いは放射Ｘ線の放射角を変更する用途においては、平行Ｘ線の更なる拡幅が可能となる。

上記の各Ｘ線光学素子において、Ｘ線反射膜が複数の溝の底面上にも設けられており、複数の溝の底面が板状部材の厚さ方向に湾曲してもよい。これにより、板状部材の主面に沿った方向だけでなく、該主面と交差する方向にもＸ線の進行方向を変化させることができる。

上記の各Ｘ線光学素子において、複数の溝の延在方向に垂直な断面において一対の側壁が互いに略平行であってもよい。これにより、一対の側壁間での反射を繰り返させながら、Ｘ線を好適に伝搬させることができる。

上記の各Ｘ線光学素子において、板状部材のうち少なくとも複数の溝を構成する部分がポリマー製であってもよい。これにより、例えばナノインプリント法などを用いて複数の溝を精度良く且つ容易に形成することができる。

また、本発明による第１のＸ線光学装置は、上記いずれかのＸ線光学素子を複数備え、複数のＸ線光学素子の第１の側面が互いに同じ方向を向き、複数のＸ線光学素子の第２の側面が互いに同じ方向を向いた状態で、複数のＸ線光学素子が積層されている。このＸ線光学装置によれば、上記いずれかのＸ線光学素子を備えることにより、Ｘ線を集光する用途においては集光径を更に小さくすることができ、Ｘ線を平行化する用途或いは放射Ｘ線の放射角を変更する用途においては出射されるＸ線の更なる拡幅が可能となる。また、複数のＸ線光学素子が積層されることにより、Ｘ線光学素子の厚さ方向に幅を有するＸ線に対しても集光若しくは平行化、或いは放射角の変更を行うことができる。

また、本発明による第２のＸ線光学装置は、上記いずれかのＸ線光学素子である第１及び第２のＸ線光学素子を備え、第１のＸ線光学素子の複数の溝と、第２のＸ線光学素子の複数の溝とが互いに対向した状態で、第１及び第２のＸ線光学素子が互いに接合されている。これにより、各溝内にＸ線を閉じ込めることができ、伝搬途中の放出による損失を抑制しつつＸ線を伝搬させることができる。

本発明によるＸ線光学素子及びＸ線光学装置によれば、Ｘ線を集光する用途においては集光径を更に小さくすることができ、Ｘ線を平行化する用途或いは放射Ｘ線の放射角を変更する用途においては出射されるＸ線の更なる拡幅が可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線光学素子の外観を示す斜視図である。 図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。 図３は、Ｘ線が複数の溝の内側を伝搬する様子を示す。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ナノインプリント法を用いてＸ線光学素子を製造する各工程を示す断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ナノインプリント法を用いてＸ線光学素子を製造する各工程を示す断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、板状部材の主面に形成される複数の溝の種々の形状について示す。 図７は、本発明の第２実施形態に係るＸ線光学素子の外観を示す斜視図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係るＸ線光学素子の外観を示す斜視図である。 図９は、本発明の第４実施形態に係るＸ線光学素子の外観を示す平面図である。 図１０は、本発明の第５実施形態に係るＸ線光学素子の外観を示す斜視図である。 図１１は、本発明の第６実施形態に係るＸ線光学装置の外観を示す斜視図である。 図１２は、本発明の第７実施形態に係るＸ線光学装置を部分的に拡大して示す切欠斜視図である。 図１３は、本発明の第８実施形態に係るＸ線光学装置の構成を概略的に示す側面図である。 図１４は、一変形例に係るＸ線光学素子の断面図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、Ｘ線光学素子から出射されるＸ線束の強度分布を示すグラフである。 図１６は、別の変形例に係るＸ線光学素子の断面図である。 図１７は、更に別の変形例に係るＸ線光学素子の平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるＸ線光学素子及びＸ線光学装置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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線光学素子１Ａの外観を示す斜視図である。また、図２は、図１のII−II線に沿った断面図であって、Ｘ線の光軸と交差する断面におけるＸ線光学素子１Ａの構成を示している。本実施形態のＸ線光学素子１Ａは、或る平面内において二次元の放射状に発散しながら入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を平行化して、平行Ｘ線束Ｘ２を出力するものである。

図２に示されるように、本実施形態のＸ線光学素子１Ａは、板状部材１０Ａと、Ｘ線反射膜２０とを備える。板状部材１０Ａは、主面１０ａに形成された複数の溝１１を有する。図２では一例として１７本の溝１１が示されている。これらの溝１１は、板状部材１０Ａの厚さ方向に凹んでおり、互いに対向する一対の側壁１１ａ及び１１ｂと、底面１１ｃとをそれぞれ有する。Ｘ線反射膜２０は、少なくとも複数の溝１１の側壁１１ａ及び１１ｂ上に設けられる。図２では一例として、Ｘ線反射膜２０が側壁１１ａ上、側壁１１ｂ上、及び底面１１ｃ上に設けられている。板状部材１０Ａのうち少なくとも複数の溝１１を構成する部分は、ポリマー製若しくはシリコン（Ｓｉ）製である。図２では一例として、板状部材１０Ａの全体がポリマー製である。Ｘ線反射膜２０は、例えば金（Ａｕ）などの金属膜である。

溝１１の横幅Ｗ１は２０μｍ以下であり、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、一例では１０μｍである。溝１１の深さＤ１は１ｍｍ以下であり、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、一例では５００μｍである。隣り合う溝１１同士の間隔Ｈ１は０．５μｍ以上５μｍ以下であり、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、一例では５μｍである。板状部材１０Ａの厚さは０．１ｍｍ以上であり、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。

図１に示されるように、板状部材１０Ａは、略四角形状の主面１０ａと、該四角形において互いに対向する一対の辺のうち一方を含む第１の側面１０ｂと、他方を含む第２の側面１０ｃとを有する。本実施形態では、第１の側面１０ｂと第２の側面１０ｃとは互いに略平行である。主面１０ａの一辺の長さは、例えば５０ｍｍである。第１の側面１０ｂには拡大Ｘ線束Ｘ１が入射される。第２の側面１０ｃからは平行Ｘ線束Ｘ２が出射される。

複数の溝１１は、第１の側面１０ｂから第２の側面１０ｃに達する。具体的には、複数の溝１１の延在方向における各一端は第１の側面１０ｂに形成されており、これらの溝１１は第１の側面１０ｂから外方へ開放されている。同様に、複数の溝１１の延在方向における各他端は第２の側面１０ｃに形成されており、これらの溝１１は第２の側面１０ｃから外方へ開放されている。従って、第１の側面１０ｂに入射したＸ線は、板状部材１０Ａに遮られることなく複数の溝１１の内側に入る。また、複数の溝１１の内側を伝搬したＸ線は、板状部材１０Ａに遮られることなく第２の側面１０ｃから外部へ出射する。第２の側面１０ｃにおいて、複数の溝１１全体の幅（すなわち溝１１の延在方向と交差する方向における一端の溝１１から他端の溝１１までの幅）Ｗ２は、１５ｍｍよりも大きい。

また、主面１０ａの法線方向（すなわち板状部材１０Ａの厚さ方向）から見て、各溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂは湾曲している。第１の側面１０ｂを含む領域１４ａ（本実施形態の第１の領域）における複数の溝１１同士の間隔は、第２の側面１０ｃに近づくに従い拡大する。そして、この湾曲によって、第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂ（本実施形態における第２の領域）では、複数の溝１１同士が、第２の側面１０ｃに近づくに従い互いに略平行となる。なお、複数の溝１１のうち１本（例えば、複数の溝１１の並び方向の中央に位置する１本）に関しては、湾曲せず直線状に延在してもよい。また、側壁１１ａ，１１ｂの湾曲は一方向への単調な曲げであり、一例では円弧状である。

以上に説明した構成を備えるＸ線光学素子１Ａによる作用効果は、次の通りである。Ｘ線光学素子１Ａでは、板状部材１０Ａの第１の側面１０ｂ（Ｘ線入射面）から第２の側面１０ｃ（Ｘ線出射面）に達する複数の溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂ上にＸ線反射膜２０が設けられている。そして、入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を平行化する為に、これらの溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂが湾曲している。Ｘ線光学素子１Ａでは、第１の側面１０ｂに拡大Ｘ線束Ｘ１が入射すると、図３に示されるように、このＸ線が複数の溝１１の内側を伝搬する。このときＸ線は、一対の側壁１１ａ，１１ｂ上に設けられたＸ線反射膜２０において反射しながらその進行方向を変更する。そしてＸ線は、第２の側面１０ｃにおける溝１１の向きに従って出射する。その結果、拡大Ｘ線束Ｘ１の平行化が行われて平行Ｘ線束Ｘ２が第２の側面１０ｃから出力される。

このＸ線光学素子１Ａでは、板状部材１０Ａに形成された複数の溝１１によってＸ線の平行化を行うが、Ｘ線ポリキャピラリとは異なり、切削加工やエッチング、或いはナノインプリント技術等によって、各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂを高い精度で加工することが可能である。従って、第２の側面１０ｃにおける各溝１１の平行度を容易に高めることができる。また、板状部材１０Ａの大きさには制限がないので、各溝１１の長さや複数の溝１１全体の幅にも制限がない。従って、本実施形態のＸ線光学素子１Ａによれば、Ｘ線ポリキャピラリと比較して、平行Ｘ線束Ｘ２の幅を格段に拡げることができる。なお、本実施形態では、第２の側面１０ｃにおける複数の溝１１全体の幅Ｗ２が１５ｍｍよりも大きいので、平行Ｘ線束Ｘ２の幅を１５ｍｍよりも大きく（例えば３０ｍｍ〜５０ｍｍ）することができる。

また、このＸ線光学素子１Ａによれば、従来のＸ線ポリキャピラリとは異なり、溝１１の内側にＸ線反射膜２０を容易に形成することができる。そして、Ｘ線反射膜２０を備えることによって、高エネルギーＸ線が側壁１１ａ，１１ｂを突き抜けて所期の方向以外へ進行することを効果的に抑制できる。

なお、このＸ線光学素子１Ａにおいては、溝１１の本数が多いほど、平行Ｘ線束Ｘ２を連続的なＸ線束に近づけ得るので好ましい。また、溝１１の断面積は大きいほど、第２の側面１０ｃにおける各溝１１の開口率を高め得るので好ましい。また、溝１１の深さＤ１は深いほど好ましい。また、一対の側壁１１ａ，１１ｂの表面粗さが小さいほど、Ｘ線の反射効率を高め得るので好ましい。また、Ｘ線反射膜２０の面密度が大きいほど、高エネルギーのＸ線を反射させ得るので好ましい。この点、本実施形態ではＸ線反射膜２０として金属膜を用いている。このような金属膜を従来のＸ線ポリキャピラリに成膜することは困難であり、Ｘ線反射膜２０を設け得ることは本実施形態の有利な点の一つである。また、Ｘ線の進行方向におけるＸ線光学素子１Ａの長さ（すなわち第１の側面１０ｂと第２の側面１０ｃとの距離）が短いほど、Ｘ線の反射による損失が低減するので好ましい。

また、前述したように、板状部材１０Ａのうち少なくとも複数の溝１１を構成する部分がポリマー製であってもよい。これにより、例えばナノインプリント法などを用いて複数の溝１１を精度良く且つ容易に形成することができる。図４及び図５は、ナノインプリント法を用いてＸ線光学素子１Ａを製造する各工程を示す断面図である。図４（ａ）に示されるように、まず、板状部材１０Ａの裏面１０ｄに加熱プレート３１を貼り付け、板状部材１０Ａをガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度まで加熱する。これにより、板状部材１０Ａのポリマー部分（図では板状部材１０Ａの全体）を軟化させる。これと並行して、複数の溝１１に対応する複数の凸部３２を有する金型（モールド）３０を用意する。

次に、図４（ｂ）に示されるように、金型３０を板状部材１０Ａの主面１０ａに押し付ける。これにより、板状部材１０Ａの主面１０ａに金型３０の複数の凸部３２が食い込む。そして、その状態を維持しながら、板状部材１０Ａを硬化させる。すなわち、板状部材１０Ａが熱硬化性ポリマーからなる場合には、加熱プレート３１によって板状部材１０Ａを更に高温まで加熱し、架橋反応を生じさせる。また、板状部材１０Ａが光硬化性ポリマーからなる場合には、板状部材１０Ａに光を照射することにより架橋反応を生じさせる。

続いて、板状部材１０Ａをガラス転移温度（Ｔｇ）未満の温度まで冷却したのち、図５（ａ）に示されるように、板状部材１０Ａから金型３０を引き離す。こうして、板状部材１０Ａの主面１０ａに、一対の側壁１１ａ，１１ｂ及び底面１１ｃを有する複数の溝１１が形成される。その後、板状部材１０Ａから加熱プレート３１を取り外し、図５（ｂ）に示されるように、複数の溝１１の内面にＸ線反射膜２０を成膜する。なお、複数の溝１１の形成後、Ｘ線反射膜２０を成膜前に、必要に応じて一対の側壁１１ａ，１１ｂの平滑化処理（例えば研磨など）を行ってもよい。

ここで、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、板状部材１０Ａの主面に形成される複数の溝の種々の形状について示す図であって、溝の延在方向に垂直な断面形状を示している。なお、これらの図では、Ｘ線反射膜２０の図示を省略している。

図６（ａ）は、本実施形態の溝１１の形状を示す。前述したように、溝１１は一対の側壁１１ａ，１１ｂ及び底面１１ｃを有する。側壁１１ａ，１１ｂは平坦且つ互いに平行であって、板状部材１０Ａの厚さ方向に延び、主面１０ａに対して略垂直である。このように、複数の溝１１の延在方向に垂直な断面において一対の側壁１１ａ，１１ｂが互いに略平行であることにより、一対の側壁１１ａ，１１ｂ間での反射を繰り返させながら、Ｘ線を好適に伝搬させることができる。底面１１ｃは平坦であって、側壁１１ａ，１１ｂに対して略垂直（すなわち主面１０ａに対して略平行）である。

図６（ｂ）は、一変形例に係る溝１２の形状を示す。溝１２は、一対の側壁１２ａ，１２ｂ及び底部１２ｃを有する。側壁１２ａ，１２ｂの間隔は、主面１０ａに近づくに従って徐々に狭くなっている。また、底部１２ｃの断面は半円状となっている。図６（ｃ）は、別の変形例に係る溝１３の形状を示す。溝１３は、一対の側壁１３ａ，１３ｂ及び底面１３ｃを有する。側壁１３ａ，１３ｂは平坦且つ互いに傾斜しており、主面１０ａに対してもそれぞれ傾斜している。側壁１３ａ，１３ｂの間隔は、主面１０ａに近づくに従って徐々に広くなっている。底面１３ｃは平坦であって、主面１０ａに対して略平行である。本実施形態の板状部材１０Ａは、溝１１に代えて、図６（ｂ）に示される溝１２、或いは図６（ｃ）に示される溝１３を有してもよい。そのような場合であっても、上述した本実施形態の効果を好適に得ることができる。但し、Ｘ線を効率良く伝搬するために、溝１１若しくは溝１２の構成がより好ましい。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るＸ線光学素子１Ｂの外観を示す斜視図である。本実施形態のＸ線光学素子１Ｂは、入射する平行Ｘ線束Ｘ２を集光することにより、集光Ｘ線束Ｘ３を出力するものである。なお、Ｘ線光学素子１Ｂの断面構成は第１実施形態（図２を参照）と同様なので、詳細な説明を省略する。

図７に示されるように、Ｘ線光学素子１Ｂの板状部材１０Ｂは、第１実施形態の板状部材１０Ａと同様に、主面１０ａ、第１の側面１０ｂ、及び第２の側面１０ｃを有する。そして、第１の側面１０ｂには平行Ｘ線束Ｘ２が入射され、第２の側面１０ｃからは集光Ｘ線束Ｘ３が出射される。

第１実施形態と同様に、複数の溝１１は、第１の側面１０ｂから第２の側面１０ｃに達する。また、主面１０ａの法線方向から見て、各溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂは湾曲している。但し、本実施形態では、第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂ（本実施形態の第１の領域）における複数の溝１１同士の間隔が、第１の側面１０ｂに近づくに従い拡大する。そして、この湾曲によって、第１の側面１０ｂを含む領域１４ａ（本実施形態の第２の領域）では、複数の溝１１同士が、第１の側面１０ｂに近づくに従い互いに略平行となる。なお、本実施形態においても、複数の溝１１のうち１本（例えば、複数の溝１１の並び方向の中央に位置する１本）に関しては、湾曲せず直線状に延在してもよい。

このＸ線光学素子１Ｂでは、入射する平行Ｘ線束Ｘ２を集光する為に、複数の溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂが湾曲している。Ｘ線光学素子１Ｂでは、第１の側面１０ｂに平行Ｘ線束Ｘ２が入射すると、図３に示されたように、このＸ線が複数の溝１１の内側を伝搬し、一対の側壁１１ａ，１１ｂ上に設けられたＸ線反射膜２０（図２を参照）において反射しながらその進行方向を変更する。そしてＸ線は、第２の側面１０ｃにおける溝１１の向きに従って出射する。その結果、平行Ｘ線束Ｘ２が集光され、集光Ｘ線束Ｘ３が第２の側面１０ｃから出力される。

このＸ線光学素子１Ｂにおいても、各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂを高い精度で加工することが可能である。故に、第２の側面１０ｃにおける各溝１１を精度良く一点に向けることができる。従って、本実施形態のＸ線光学素子１Ｂによれば、Ｘ線ポリキャピラリと比較して、集光径を格段に小さくすることができる。また、板状部材１０Ｂの大きさには制限がないので、各溝１１の長さや複数の溝１１全体の幅にも制限がない。従って、平行Ｘ線束Ｘ２の入射可能な幅を格段に拡げることができる。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係るＸ線光学素子１Ｃの外観を示す斜視図である。本実施形態のＸ線光学素子１Ｃは、放射状に発散しながら入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を集光することにより、集光Ｘ線束Ｘ３を出力するものである。なお、Ｘ線光学素子１Ｃの断面構成は第１実施形態と同様である。

図８に示されるように、Ｘ線光学素子１Ｃの板状部材１０Ｃは、第１実施形態の板状部材１０Ａと同様に、主面１０ａ、第１の側面１０ｂ、及び第２の側面１０ｃを有する。そして、第１の側面１０ｂには拡大Ｘ線束Ｘ１が入射され、第２の側面１０ｃからは集光Ｘ線束Ｘ３が出射される。

第１実施形態と同様に、複数の溝１１は、第１の側面１０ｂから第２の側面１０ｃに達する。また、主面１０ａの法線方向から見て、各溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂは湾曲している。但し、本実施形態では、第１の側面１０ｂを含む領域１４ａ（本実施形態の第１の領域）における複数の溝１１同士の間隔が、第２の側面１０ｃに近づくに従い拡大する。そして、この湾曲によって、第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂ（本実施形態の第２の領域）では、複数の溝１１同士の間隔が、第２の側面１０ｃに近づくに従い縮小する。なお、本実施形態においても、複数の溝１１のうち１本（例えば、複数の溝１１の並び方向の中央に位置する１本）に関しては、湾曲せず直線状に延在してもよい。

このＸ線光学素子１Ｃでは、入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を集光する為に、複数の溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂが湾曲している。Ｘ線光学素子１Ｃでは、第１の側面１０ｂに拡大Ｘ線束Ｘ１が入射すると、図３に示されたように、このＸ線が複数の溝１１の内側を伝搬し、一対の側壁１１ａ，１１ｂ上に設けられたＸ線反射膜２０（図２を参照）において反射しながらその進行方向を変更する。そしてＸ線は、第２の側面１０ｃにおける溝１１の向きに従って出射する。その結果、拡大Ｘ線束Ｘ１が集光され、集光Ｘ線束Ｘ３が第２の側面１０ｃから出力される。

このＸ線光学素子１Ｃにおいても、各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂを高い精度で加工することが可能である。故に、第２の側面１０ｃにおける各溝１１を精度良く一点に向けることができる。従って、本実施形態のＸ線光学素子１Ｃによれば、Ｘ線ポリキャピラリと比較して、集光径を格段に小さくすることができる。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係るＸ線光学素子１Ｄの外観を示す平面図である。本実施形態のＸ線光学素子１Ｄは、放射状に発散しながら入射する拡大Ｘ線束Ｘ１の放射角を小さく変更して、拡大Ｘ線束Ｘ４を出力するものである。なお、Ｘ線光学素子１Ｄの断面構成は第１実施形態（図２を参照）と同様なので、詳細な説明を省略する。

図９に示されるように、Ｘ線光学素子１Ｄの板状部材１０Ｄは、第１実施形態の板状部材１０Ａと同様に、主面１０ａ、第１の側面１０ｂ、及び第２の側面１０ｃを有する。そして、第１の側面１０ｂには拡大Ｘ線束Ｘ１が入射され、第２の側面１０ｃからは拡大Ｘ線束Ｘ４が出射される。

第１実施形態と同様に、複数の溝１１は、第１の側面１０ｂから第２の側面１０ｃに達する。また、主面１０ａの法線方向から見て、各溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂは湾曲している。本実施形態では、第１の側面１０ｂを含む領域１４ａ（本実施形態の第１の領域）、及び第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂ（本実施形態の第２の領域）の双方において、複数の溝１１同士の間隔が、第２の側面１０ｃに近づくに従い拡大する。そして、側壁１１ａ，１１ｂの湾曲によって、領域１４ｂにおける単位長さ当たりの間隔の拡大率が、領域１４ａにおける間隔の拡大率よりも小さくなっている。なお、本実施形態においても、複数の溝１１のうち１本（例えば、複数の溝１１の並び方向の中央に位置する１本）に関しては、湾曲せず直線状に延在してもよい。

このＸ線光学素子１Ｄでは、入射する拡大Ｘ線束Ｘ１の放射角を変更する為に、複数の溝１１の一対の側壁１１ａ，１１ｂが湾曲している。Ｘ線光学素子１Ｄでは、第１の側面１０ｂに拡大Ｘ線束Ｘ１が入射すると、図３に示されたように、このＸ線が複数の溝１１の内側を伝搬し、一対の側壁１１ａ，１１ｂ上に設けられたＸ線反射膜２０（図２を参照）において反射しながらその進行方向を変更する。そしてＸ線は、第２の側面１０ｃにおける溝１１の向きに従って出射する。その結果、拡大Ｘ線束Ｘ１の放射角が変更され、拡大Ｘ線束Ｘ４が第２の側面１０ｃから出力される。

このＸ線光学素子１Ｄにおいても、各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂを高い精度で加工することが可能である。故に、第２の側面１０ｃにおける各溝１１の方向を、所望の放射角に合わせて精度良く形成することができる。また、板状部材１０Ｄの大きさには制限がないので、各溝１１の長さや複数の溝１１全体の幅にも制限がない。従って、本実施形態のＸ線光学素子１Ｄによれば、Ｘ線ポリキャピラリと比較して、拡大Ｘ線束Ｘ４の幅を格段に拡げることができる。

なお、本実施形態の変形として、第１の側面１０ｂを含む領域１４ａを第２の領域とし、第２の側面１０ｃを含む領域１４ｂを第１の領域とし、これらの領域の双方において、複数の溝１１同士の間隔が、第１の側面１０ｂに近づくに従い拡大してもよい。その場合、側壁１１ａ，１１ｂの湾曲によって、領域１４ａにおける単位長さ当たりの間隔の拡大率が、領域１４ｂにおける間隔の拡大率よりも小さいと良い。これにより、集光されるＸ線束の放射角（集光角）を好適に変更することができる。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係るＸ線光学素子１Ｅの外観を示す斜視図である。本実施形態のＸ線光学素子１Ｅは、第１実施形態と同様に、放射状に発散しながら入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を平行化して、平行Ｘ線束Ｘ２を出力するものである。但し、Ｘ線光学素子１Ｅが備える板状部材１０Ｅは、厚さ方向に湾曲している。これにより、複数の溝１１の底面１１ｃ（図２を参照）もまた板状部材１０Ｅの厚さ方向に湾曲する。従って、各溝１１の内側に入射したＸ線は、底面１１ｃ上に設けられたＸ線反射膜２０（図２を参照）によって反射しながら伝搬するので、板状部材１０Ｅの主面１０ａに沿った方向だけでなく、主面１０ａと交差する方向にもＸ線の進行方向が変化する。その結果、このＸ線光学素子１Ｅから出射される平行Ｘ線束Ｘ２の進行方向は、入射する拡大Ｘ線束Ｘ１の進行方向に対し、板状部材１０Ｅの厚さ方向に或る角度（＞０°）を有することとなる。

Ｘ線反射膜２０が複数の溝１１の底面１１ｃ上にも設けられている場合、本実施形態のように、複数の溝１１の底面１１ｃが板状部材１０Ｅの厚さ方向に湾曲してもよい。これにより、板状部材１０Ｅの主面１０ａに沿った方向だけでなく、主面１０ａと交差する方向にもＸ線の進行方向を変化させることができる。

（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態に係るＸ線光学装置１Ｆの外観を示す斜視図である。このＸ線光学装置１Ｆは、第１実施形態のＸ線光学素子１Ａが複数積層されて成る。複数のＸ線光学素子１Ａの各第１の側面１０ｂは互いに同じ方向を向いており、好適には全て面一である。これらの第１の側面１０ｂは、Ｘ線光学装置１ＦのＸ線入射面１５を構成する。また、複数のＸ線光学素子１Ａの各第２の側面１０ｃは互いに同じ方向を向いており、好適には全て面一である。これらの第２の側面１０ｃは、Ｘ線光学装置１ＦのＸ線出射面１６を構成する。積層方向に垂直な面内における複数の溝１１の位置は、互いに一致している。

Ｘ線入射面１５には、拡大Ｘ線束Ｘ５が入射する。拡大Ｘ線束Ｘ５は、Ｘ線光学装置１Ｆの積層方向（Ｘ線光学素子１Ａの厚さ方向）から見ると、拡大Ｘ線束Ｘ１（図１を参照）と同様に放射状に発散しながらＸ線入射面１５に入射するが、該積層方向と垂直な方向から見ると、その幅（積層方向における幅）Ｗ３は拡大Ｘ線束Ｘ１よりも広い。拡大Ｘ線束Ｘ５の幅Ｗ３は、Ｘ線光学素子１Ａの積層数に対応する。すなわち、Ｘ線光学素子１Ａの積層数が多いほど、入射可能な拡大Ｘ線束Ｘ５の幅Ｗ３が広くなる。拡大Ｘ線束Ｘ５は、Ｘ線入射面１５に入射したのち、各Ｘ線光学素子１Ａが有する複数の溝１１の内側を伝搬し、Ｘ線出射面１６に達する。その過程で、各溝１１を伝搬するＸ線は各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂにおいて反射しながら進行方向を変え、平行Ｘ線束Ｘ６としてＸ線出射面１６から出射される。なお、積層方向における平行Ｘ線束Ｘ６の幅Ｗ３もまた、Ｘ線光学素子１Ａの積層数に対応する。

本実施形態のＸ線光学装置１Ｆは複数のＸ線光学素子１Ａにより構成されるので、第１実施形態と同様に、各溝１１の側壁１１ａ，１１ｂを高い精度で加工することが可能である。従って、Ｘ線出射面１６における各溝１１の平行度を容易に高めることができる。また、Ｘ線光学素子１Ａの大きさには制限がないので、各溝１１の長さや複数の溝１１全体の幅にも制限がない。勿論、Ｘ線光学素子１Ａの積層数にも制限がない。従って、本実施形態のＸ線光学装置１Ｆによれば、Ｘ線ポリキャピラリと比較して、平行Ｘ線束Ｘ６の断面積を格段に大きくすることができる。

（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態に係るＸ線光学装置１Ｇを部分的に拡大して示す切欠斜視図である。なお、図１２ではＸ線反射膜２０の図示を省略している。このＸ線光学装置１Ｇは、第１実施形態のＸ線光学素子１Ａが２枚重ねられて成る。具体的には、一方のＸ線光学素子１Ａ（第１のＸ線光学素子）の複数の溝１１と、他方のＸ線光学素子１Ａ（第２のＸ線光学素子）の複数の溝１１とは互いに対向しており、その状態でこれらのＸ線光学素子１Ａが互いに接合されている。

本実施形態のＸ線光学装置１Ｇによれば、各溝１１内にＸ線を閉じ込めることができる。従って、伝搬途中の放出による損失を抑制しつつＸ線を伝搬させることができる。

（第８実施形態）
図１３は、本発明の第８実施形態に係るＸ線光学装置１Ｈの構成を概略的に示す側面図である。図１３に示されるように、本実施形態のＸ線光学装置１Ｈは、第１実施形態のＸ線光学素子１Ａと、湾曲ミラー３３と、Ｘ線発生源３４とを備える。Ｘ線発生源３４は、湾曲ミラー３３を介してＸ線光学素子１Ａの第１の側面１０ｂと光学的に結合されている。

Ｘ線発生源３４は、放射状に発散する拡大Ｘ線束Ｘ７を出射する。拡大Ｘ線束Ｘ７は、拡大Ｘ線束Ｘ１とは異なり、三次元の放射状に発散しながら進むＸ線束である。拡大Ｘ線束Ｘ７は、湾曲ミラー３３において反射する際、湾曲ミラー３３の湾曲する反射面によって或る方向（Ｘ線光学素子１Ａの厚さ方向）に平行化され、拡大Ｘ線束Ｘ１となる。この拡大Ｘ線束Ｘ１は、Ｘ線光学素子１Ａの第１の側面１０ｂに入射する。

本実施形態のＸ線光学装置１Ｈによれば、或る平面内において二次元の放射状に発散しながら入射する拡大Ｘ線束Ｘ１を好適に生成し、Ｘ線光学素子１Ａに入射させることができる。なお、湾曲ミラー３３に代えて、湾曲分光結晶が設けられてもよい。その場合、拡大Ｘ線束Ｘ１の単色化も併せて行うことができる。

（実施例）
第１実施形態のＸ線光学素子１Ａを実際に作製する際の設計値の例を以下に示す。
平行Ｘ線束Ｘ２の幅Ｗ２を３０ｍｍ、第１の側面１０ｂと第２の側面１０ｃとの間隔を５０ｍｍ、溝１１の横幅Ｗ１を１０μｍ、Ｘ線反射膜２０の材料をＡｕ（密度１９．３ｇ／ｃｍ³）、拡大Ｘ線束Ｘ１のエネルギーを１０ｋｅＶ（全反射臨界角０．５０°）とするとき、点状のＸ線発生源と第１の側面１０ｂとの好適な距離は５１ｍｍ、最も外側に位置する溝１１の側壁１１ａ，１１ｂの好適な曲率半径は２５９ｍｍである。

本発明によるＸ線光学素子及びＸ線光学装置は、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、上述した各実施形態を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、第２の側面における溝の間隔や横幅は一定でなくてもよく、望まれるＸ線束の幅方向の強度分布（プロファイル）に応じて適宜変化してもよい。

例えば図１４の断面図に示されるように、中央部近傍では溝１１の横幅Ｗ１を狭く且つ間隔（壁幅）Ｈ１を広くしてＸ線の取り込み量を少なくし、周縁部近傍では溝１１の横幅Ｗ１を広く且つ間隔Ｈ１を狭くしてＸ線の取り込み量を多くしてもよい。言い換えれば、板状部材の幅方向において溝１１が占める割合を、周縁部において大きく、中央部において小さくしてもよい。これにより、第２の側面から出射されるＸ線束の幅方向の強度分布（プロファイル）を平坦化することが可能である。すなわち、横幅Ｗ１及び間隔Ｈ１が中央部から周縁部に亘って一定である場合には、図１５（ａ）に示されるように出射されるＸ線束の強度分布は山型となるが、横幅Ｗ１及び間隔Ｈ１が図１４のような形態である場合には、図１５（ｂ）に示されるように中央部近傍の強度が抑えられ、Ｘ線束の強度分布を平坦化できる。

また、溝内に充填する材料を変更することによっても、強度分布を変化させることができる。すなわち、上記各実施形態では溝１１の内部は空隙となっており、Ｘ線光学素子の外部環境に応じて、大気や何らかのガスで満たされるか或いは真空状態となる。これに対し、例えば図１６に示されるように、溝１１の内部に樹脂等の充填材１７を設けるとともに、充填材１７の分布を溝１１毎に設定することによって、Ｘ線伝搬効率を各溝１１毎に調整し、Ｘ線束の強度分布を自在に制御することができる。

また、第２の側面において、複数の溝の向きが互いに独立していることにより、出射されるＸ線束の方位を自在にパターン化することができる。例えば、図１７に示されるように、複数の溝１１を２以上の群に分け、各群毎に異なる点へ溝１１を向けることにより、１つのＸ線束から２以上の集光点を形成することができる。

１Ａ〜１Ｅ…Ｘ線光学素子、１Ｆ〜１Ｈ…Ｘ線光学装置、１０Ａ〜１０Ｅ…板状部材、１０ａ…主面、１０ｂ…第１の側面、１０ｃ…第２の側面、１０ｄ…裏面、１１〜１３…溝、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…側壁、１１ｃ，１３ｃ…底面、１２ｃ…底部、１４ａ，１４ｂ…領域、１５…Ｘ線入射面、１６…Ｘ線出射面、２０…Ｘ線反射膜、３０…金型、３１…加熱プレート、３２…凸部、３３…湾曲ミラー、３４…Ｘ線発生源、Ｘ１，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ７…拡大Ｘ線束、Ｘ２，Ｘ６…平行Ｘ線束、Ｘ３…集光Ｘ線束。

Claims (8)

1. Ｘ線を入射する第１の側面、前記Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し前記第１の側面から前記第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、
   少なくとも前記複数の溝の前記一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、
   を備え、
   前記第１の側面を含む第１の領域において前記複数の溝同士の間隔が前記第２の側面に近づくに従い拡大するとともに、前記第２の側面を含む第２の領域において前記複数の溝同士の間隔が前記第２の側面に近づくに従い縮小するように、各溝の前記一対の側壁が湾曲している、Ｘ線光学素子。
2. Ｘ線を入射する第１の側面、前記Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し前記第１の側面から前記第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、
   少なくとも前記複数の溝の前記一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、
   を備え、
   前記第１及び第２の側面のうち一方の側面を含む第１の領域において前記複数の溝同士の間隔が他方の側面に近づくに従い拡大するとともに、前記他方の側面を含む第２の領域において前記複数の溝同士が前記他方の側面に近づくに従い互いに略平行になるように、各溝の前記一対の側壁が湾曲している、Ｘ線光学素子。
3. Ｘ線を入射する第１の側面、前記Ｘ線を出射する第２の側面、及び、主面に形成され一対の側壁をそれぞれ有し前記第１の側面から前記第２の側面に達する複数の溝、を有する板状部材と、
   少なくとも前記複数の溝の前記一対の側壁上に設けられたＸ線反射膜と、
   を備え、
   前記第１及び第２の側面のうち一方の側面を含む第１の領域、及び他方の側面を含む第２の領域の双方において前記複数の溝同士の間隔が前記他方の側面に近づくに従い拡大するとともに、前記第２の領域における単位長さ当たりの拡大率が前記第１の領域における前記拡大率よりも小さくなるように、各溝の前記一対の側壁が湾曲している、Ｘ線光学素子。
4. 前記Ｘ線反射膜が前記複数の溝の底面上にも設けられており、
   前記複数の溝の前記底面が前記板状部材の厚さ方向に湾曲している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線光学素子。
5. 前記複数の溝の延在方向に垂直な断面において前記一対の側壁が互いに略平行である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線光学素子。
6. 前記板状部材のうち少なくとも前記複数の溝を構成する部分がポリマー製である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線光学素子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線光学素子を複数備え、
   前記複数のＸ線光学素子の前記第１の側面が互いに同じ方向を向き、前記複数のＸ線光学素子の前記第２の側面が互いに同じ方向を向いた状態で、前記複数のＸ線光学素子が積層されている、Ｘ線光学装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のＸ線光学素子である第１及び第２のＸ線光学素子を備え、
   前記第１のＸ線光学素子の前記複数の溝と、前記第２のＸ線光学素子の前記複数の溝とが互いに対向した状態で、前記第１及び第２のＸ線光学素子が互いに接合されている、Ｘ線光学装置。

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