JP4567261B2 - Ｘ線用屈折装置、屈折型ｘ線レンズ、該レンズを製作する方法、該レンズを含むｘ線の２次元合焦用ｘ線システム、該レンズを使用したｘ線の２次元合焦を提供する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、Ｘ線、より詳細には屈折型Ｘ線装置を用いたＸ線合焦に関する。Ｘ線用屈折装置は、低原子番号材料の部材を備え、前記低原子番号材料の一部がＸ線源から放射されたＸ線を受けるようにされた第１端および前記第１端で受けられた前記Ｘ線が出る第２端および第１と第２表面を有している。本発明はまた屈折型Ｘ線レンズおよび屈折型Ｘ線レンズを製造する方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
第３世代シンクロトロンＸ線源の出現とともに、硬Ｘ線光学系は、研究、材料試験、化学解析および医療用の画像化と治療における適用に関して関心が高まっている分野である。このエネルギー領域における従来技術の合焦要素は、反射または回折を行う方法、たとえば、たわみ結晶、湾曲ミラー、フレネル・ゾーン・プレートおよび毛管光学系を使用している。これらの要素は、通常、高価で、製造が技術的に難しく、商業等級の適用における使用を制限している。
【０００３】
従来技術の試みのような、従来技術の高エネルギーＸ線合焦技術に関する別の欠点は、単一ピーク・エネルギー分布の生成に限定していることである。従って、このような実験的な方法は、デュアル・エネルギーＸ線画像化のような、１つを超えるＸ線エネルギー・ピークを要求している適用にうまく適していない。
【０００４】
（従来技術）
任意の材料の屈折率は、
【数１】
ｎ＝１−δ−ｉβ （１）
と表現されることがよく知られている。１から大きく離れた屈折率ｎと可視光領域において小さな吸収を有している材料が容易に利用できるために、屈折レンズは、可視光領域での使用のために容易に製作されることができる。対照的に、屈折を利用する光学要素は、Ｘ線エネルギー領域において、全ての材料が、１に近い屈折率ｎを有し、大きな吸収を示すために、本質的にＸ線領域での使用のために製作するのが難しい。湾曲半径Ｒを持つ円形回転（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を有する凹状の材料片を考える。こうした材料片は、軸に平行に入っていく平面波を焦点距離ｆで合焦させるであろう。焦点距離は、
【数２】

で与えられる。
式（２）に従って製作されたレンズは、硬Ｘ線領域においてｄが通常１０^-5または１０^-6であるために、非常に大きな焦点距離を有するであろう。こうしたレンズの例は、Ｓｕｅｈｉｒｏら（Ｎａｔｕｒｅ３５２（１９９１）、ｐｐ．３８５〜３８６）により与えられた。相応して（Ｉｎ ａ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ）、この方法は、Ｍｉｃｈｅｔｔｅ（Ｎａｔｕｒｅ３５３（１９９１）、ｐ．５１０）により、任意の実用的な適用に対して除外された。Ｒを減ずることにより焦点距離が縮められる程度は、製作技術および実使用の観点から制限を有している。
【０００５】
Ｓｎｉｇｉｒｅｖら（Ｎａｔｕｒｅ３８４（１９９６）、ｐｐ．４９〜５１）がアルミニウム片にＮ個の穿った穴をカスケード接続した時、大きな改善が行われた。これは、２Ｎ凹状表面に対応しており、それにより、焦点距離を同じファクタだけ減じている。複合レンズの全焦点距離は、
【数３】

で与えられる。
このレンズは、やはり、球面収差および高い吸収をこうむっており、合焦は、１次元で行われただけであった。これらの欠点は、何人かの著者により対処されてきた。同じような解決策は、また、米国特許第５５９４７７３号および米国特許第５６８４８５２号を介して知られている。
【０００６】
低原子番号材料は、吸収を減ずるために使用されてきたし、また、２次元合焦は、たとえば、Ｅｌｌｅａｕｍｅ（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒ．ａｎｄ Ｍｅｔｈ．Ａ４１２（１９９８）、ｐｐ．４８３〜５０６）により、２つの線形アレイを交差することにより行われてきた。
【０００７】
別のレンズは、「Ａ ＣＯＭＰＯＵＮＤ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ Ｘ−ＲＡＹ ＬＥＮＳ」と題した米国特許出願に記載されており、この出願は、対称軸でレンズを２つの半分の部分に分割することにより放物線状プロファイルを作り、それにより、球面収差および吸収を減ずる、新しい製造技術を開示している。
【０００８】
しかし、収差無し複合屈折型Ｘ線レンズは、それでも、入念で、高価な製造技術にたよっている。従って、こうした屈折レンズは、商業等級の適用にうまく適していない。さらに、こうした従来技術の屈折型Ｘ線レンズは単一ピーク・エネルギー分布の生成に限定されている。さらに別の欠点として、従来技術の屈折型Ｘ線レンズは、あるエネルギーに対して、変えることができない固定した焦点距離を有している。
【０００９】
（発明の概要）
このように、商業適用にうまく適しており、公知のレンズにより受け継がれた欠点をこうむっていない屈折型Ｘ線レンズに対する必要が存在している。Ｘ線源からデュアル・エネルギー分布を生成することができる屈折型Ｘ線レンズに対するさらに別の必要が存在している。あるエネルギーに対する焦点距離が容易に変えられる屈折型Ｘ線レンズに対するさらに別の必要が存在している。さらに、広帯域Ｘ線源からデュアル・エネルギー分布を生成することができる高エネルギーＸ線レンズに対する別の必要が存在している。
【００１０】
さらに、屈折型Ｘ線レンズを低価格で作成することを容易にする方法に対する別の必要が存在しており、従って、たとえば、高エネルギーＸ線光学系は、専門化された研究設備から工業および商業Ｒ＆Ｄにおける一般の適用に道を求めていくべきである。
【００１１】
本発明は、商業適用にうまく適しているＸ線レンズを提供する。本発明は、さらに、複合屈折型Ｘ線レンズを作成することを容易にする方法を提供する。本発明は、また、広帯域エネルギーＸ線源からデュアル・エネルギー分布を生成することができる屈折型Ｘ線レンズを提供する。さらに、本発明は、あるエネルギーに対する焦点距離が容易に変えられるＸ線レンズを提供する。本発明は、新たなＸ線合焦装置、新たなＸ線レンズ作成方法および新たなＸ線用合焦方法により、上述した成果（ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｍｅｎｔ）を達成する。
【００１２】
さらに、本発明は、走査されたスリット上のＸ線束を増やすという目的を有している。
【００１３】
こうした理由で、最初に述べたＸ線用屈折装置は、さらに、前記第１または第２表面の少なくとも１つの上の前記第１および第２端の間に配置された、鋸歯状歯を形成された複数の溝を備えている。前記複数の溝は、前記第１端で受けられ、低原子番号材料の前記部材および前記複数の溝を通過し、そして、前記第２端から出てくる、前記Ｘ線が焦点に屈折されるように向けられている。
【００１４】
低原子番号材料の前記部材は、ポリメタクリル酸メチル、ビニル又はＰＶＣのプラスチック材料で構成されているのが好ましい。前記部材は、また、ベリリウムで構成されてもよい。
【００１５】
前記溝は、ほぼストレートカットを持つ鋸歯状歯の形を有している。
【００１６】
有利な実施形態において、前記複数の溝が変化しているサイズを有し、前記第１端から前記第２端に向けて連続して減少または増加していく。
【００１７】
本発明による屈折型Ｘ線レンズは、低原子番号材料の部材を備えており、前記部材は、Ｘ線源から放射されたＸ線を受けるようにされた第１端および前記第１端で受けられた前記Ｘ線が出る第２端および第１と第２表面を有している。前記部材は、さらに、前記２つの表面の少なくとも１つの上の前記第１および第２端の間に配置された、鋸歯状歯を形成された複数の溝を備えており、前記複数の溝が、前記第１端で受けられ、前記低原子番号材料の部材および前記複数の溝を通過し、そして、前記第２端から出てくる、前記Ｘ線が焦点に屈折されるように向けられている。
【００１８】
１つの有利な実施形態において、レンズは、複数の溝を持つ表面が互いに向かい合うように配置された２つの部材を備えている。前記２つの部材は、それぞれ、前記Ｘ線の光学軸に対して傾斜角度を有しているのが好ましい。前記部材は、非一致焦点を有している。
【００１９】
レンズの２つの部材のそれぞれの焦点距離は、別々にそれぞれの傾斜角度を変えることにより、変えられる。
【００２０】
前記低原子番号材料の部材は、ポリメタクリル酸メチル、ビニル又はＰＶＣのプラスチック材料で構成されており、または、前記低原子番号材料の部材はベリリウムで構成されている。
【００２１】
さらに、本発明は、Ｘ線システムおよびＸ線用２次元合焦方法に関しており、上述に従って少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズを含んでいる。それぞれのＸ線が両方の屈折型Ｘ線レンズを次々と横切り、前記少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズの１つが他の屈折型Ｘ線レンズに関して光学軸のまわりに回転するように、前記少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズを配置することにより、合焦が得られている。
【００２２】
１つの好ましい適用において、前記屈折型Ｘ線レンズは、複合屈折型Ｘ線レンズのアレイが形成されるように、少なくとも１つの複合屈折型Ｘ線レンズに結合されている。
【００２３】
上記屈折型Ｘ線レンズの製作方法は、彫刻装置（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によりキャリア上に溝の形を転写し（ｔｒａｎｓｆｅｒ）、マスターを生成し、前記マスタを使用して、溝を適当な材料の上にプレスすることを特徴としている。
【００２４】
本発明のこれらおよび他の利点は、種々の図において説明される好ましい実施形態を読んだ後に、間違いなく当分野の技術者に明らかになるであろう。
【００２５】
本発明は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を説明する図に関連して説明を進められていくにつれて、付随する請求項および図からより完全に明らかになるであろう。
【００２６】
基本理論
以下において、よく知られている放射線光学系（ｒａｙ−ｏｐｔｉｃｓ）が、鋸歯状歯幾何学的形状に適用されている。薄いレンズの近似がされている。三角形鋸歯状歯を説明している図７において、定義が説明されている。
【００２７】
屈折の法則は、
【数４】
ｓｉｎ（γ＋α）＝ｎｓｉｎ（γ＋α＋Δα） （ｉ）
を生ずる。
Δαは非常に小さく、α≪γであるため、この式は、
【数５】
ｓｉｎ（γ＋α）＝ｎｓｉｎ（γ＋α）＋ｎｃｏｓ（γ＋α）Δα （ｉｉ）
と書ける。
【数６】

ここで、ｎ＝１−δで、かつ、β＋γ＝π／２である。
【００２８】
Ｎ個の鋸歯状歯を通過後、全屈折角度は、
【数７】
Δα_tot＝２Ｎδ／ｔａｎ（β） （ｉｖ）（図８を参照のこと）
となるであろう。
この角度が小さいために、放射線は軸に平行な直線でレンズを横切ると仮定されるであろう。
【数８】

ここで、ｆは複合レンズの焦点距離である。
【００２９】
（ｉｖ）と（ｖ）を組み合わせることにより、軸から距離ｙだけ離れたところで、放射線により見られる歯の数が与えられる。
【数９】

放射線がさらに歯を見る前に進まなければならない距離は、
【数１０】

により計算されることができ、材料における付加パス距離が得られる。
【数１１】

全パス距離は、全ての寄与の合計になる。
【数１２】

従って、ｙの関数としてのパス距離が放物線状になるであろうことが示されている。ｙが第１の、そして、最も大きな歯の高さである時、湾曲の半径は、Ｒ＝δｆである。実際、有限の数の歯が存在しているため、連続関数とはならず、放物線は２、３百の直線により近似されている。これは、いくつかの画像化適用において、知覚できる収差効果を与える可能性がある。しかし、その効果は小さく、無視できる。
【００３０】
スリット幅サイズｄ_sの上に完全に投影された有限な線源の場合を考えた場合、減衰距離はλで表示される。横方向の変位ｙを有している放射線は、
【数１３】

のファクタだけ減衰させられる。
従って、ｒｍｓビーム広がりは、
【数１４】

である。
利得は、幾何学的利得とレンズを通した透過度の積となるであろう。
【数１５】

Ｍ_yは横方向拡大率で、誤差関数
【数１６】

が使用される。
誤差関数は、高さが増加し、かつ、

の制限にある時、１に近づくであろう。
【数１７】

これは、明らかに非物質的な制限である。しかし、誤差関数は、急速に１に近づく。ｙ_dに関する２次式的なレンズ長の成長は、固定された焦点距離にはそれほど大きくは寄与しないであろう。焦点距離は実用上および経済的な理由で小さく保たれるべきである。
【００３１】
幾何学的形状およびレンズ・パラメータが固定されると、システムは、１つの単一エネルギーに対して最適化されるであろう。この場合の利得の計算は、あまり直接的ではない。光学軸上の点源からのビームがｓ_i＋Δで合焦すると仮定すると、（図９を参照して）
【数１８】

【数１９】

が成り立つ。放射線が水平方向に作り、また、スリットと出会う最大角度は、
【数２０】

である。
ここで、
【数２１】

である。
絶対値は、たとえ焦点がスリットの前面にあっても、その関係を有効にする。しかし、ｈは、放射線がレンズを全くそれる（ｍｉｓｓ ｔｈｅ ｌｅｎｓ）ように、レンズの高さｙ_dを超えてはならない。レンズがない時、スリットに出会うであろう、線源により発せられたＸ線の一部は、（正規化ファクタ１／２πを省略して）
【数２２】

となるであろう。
レンズが存在する時で、しかし、Ｘ線吸収がない時、これは、
【数２３】
Ｉ_lens＝θ （ｉｘｘ）
に増加するであろう。
吸収を含むと、スリットに落ちる線束は、線源からの放射線の角度αにわたる積分により与えられる。
【数２４】

ここで、単純化が行われる。開口が、θかｙ_d＝ｓ₀のいずれかにより制限される。しかし、最後の場合においてさえ、積分がθに対してなされる。光学軸から遠く離れた放射線は強く吸収され、線束に対して小さな寄与を有するのみのため、これは良い近似である。
【数２５】

利得は、
【数２６】

となるであろう。
点源が光学軸からｙ_sだけ離れたところにあると仮定し、そして、同様な幾何学的演習（ｅｘｅｒｃｉｓｅ）を行うと、（代数的詳細を省略すると）
【数２７】

得られる。
【００３２】
最大利得がレンズの材料特性にどのように依存しているかを調べるのは興味深い。
式（ｘｉ）、（ｘｉｉｉ）から、
【数２８】
Ｍａｘ ｇａｉｎασ＝ｓｑｒｔ｛ｆδλ｝ （ｘｘｉｖ）
が得られる。従って、δλが最大化されるべきである。減衰長は、原子番号の強い関数であり、最も低い、可能な原子番号を持つ材料が興味深いことは明白である。このエネルギー領域において、δ∝Ｅ^-2をとるのは良い近似であり、また、バーンを単位とするＸ線断面のパラメータ化（∝１／２）は、（表にされた値に対する当てはめから）
【数２９】
２４．１５Ｚ^4.2Ｅ^-9＋０．５６Ｚ （ｘｘｖ）
となる。ここで、２つの項ＺとＥは、それぞれ、光電効果とコンプトン効果（ｋｅＶにおけるＥ）である。そして、最適エネルギーは、
【数３０】
ｄ／ｄＥ（δ．λ）＝０⇒Ｅ_opt＝２．７８Ｚ^1.07ｋｅＶ （ｘｘｖｉ）
を用いて計算されることができる。
【００３３】
ベリリウムおよびＰＭＭＡの例に対して、最適エネルギーは、それぞれ、１２ｋｅＶおよび１９ｋｅＶである。より高い実効Ｚを持ち、従って、コンプトン散乱からより低い寄与を持つＰＶＣは、４８ｋｅＶあたりのずっと高い最適値を有している。ＰＭＭＡが１８ｋｅＶで、ビニルより３倍よいが、４０ｋｅＶでは、８４％だけよいに過ぎない。これは、非常に低い原子番号材料に対する、高いエネルギーでの高いコンプトン散乱による。
【００３４】
（実施形態の詳細な説明）
Ｘ線適用においてレンズとして使用されることができる屈折装置が図１に概略的に説明されている。以降でレンズと呼ばれる、装置１００は、第１端１０５、前記第１端１０５に対向する第２端１０６および長手方向表面１０７〜１１０を有している部材を備えている。部材内で、前記第１端１０５から前記第２端１０６に延びる空洞１０２が配置されている。空洞は、それぞれの空洞の長手方向の軸がほぼ前記第１および第２端に平行になるように配置されている。
【００３５】
それぞれの空洞１０２は、鋸歯状歯が形成された第１（たとえば、上方）および第２（たとえば、下方）レンズ部１０１を連続して形成する、第１（たとえば、上方）および第２（たとえば、下方）峰（ｒｉｄｇｅ）が形成された溝１０３および１０４を備えている。空洞の設計の背後にある理論は上述されている。
【００３６】
動作中、レンズ１００は、たとえば、第１端１０５を通ったＸ線を受けるように配置されており、屈折させられた後のＸ線は第２端１０６から出てくる。
【００３７】
部材の材料はできるだけ低い原子番号、すなわち、低原子番号材料を有するべきである。良い候補は、たとえば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のようなベリリウムおよびプラスチックである。
【００３８】
図２において、本発明による別の鋸歯状歯を持つ屈折型Ｘ線レンズの部分２０１（たとえば、下部）が示されている。鋸歯状歯を形成された溝は、部分の１つの表面２０７上に配置されており、一方、反対の表面２０８は平面である。この実施形態によれば、溝の深さを部材の第１端２０５から第２端２０６の方向へ線形に減ずることにより、溝のサイズが変わる。好ましい実施形態において、断面が、たとえば、深さ２１１が約１００μｍ〜０μｍまで線形に減じ、約９０°の底の角度２１２を持つ、約３００のストレート・カット溝を含んでいる。これは、３０ｍｍの全長を与えるであろう。しかし、底の角度は、自由なパラメータであり、実用上および製造上の問題に関して最適化されることができる。部分の幅２１３は、要求に応じて変わることができ、ｍｍ〜ｄｍの範囲を持っている。
【００３９】
一実施形態において、本発明は、分割された鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズである。図３ａは、図２による２つの部分２０１で構成されているレンズ３００の実施形態の切断図である。鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズは、光学軸の両面に配置された、低原子番号材料の２つの部材２０１を含んでいる。低原子番号材料の部材２０１は、好ましくは、商業等級のＸ線源から発生した商業的に適用可能なエネルギー（ｐｏｗｅｒ）を持つＸ線を受ける第１端３０５を形成している。反対の第２端３０６からＸ線が出る。複数の溝は、第１表面で受けられたＸ線が低原子番号材料の部材および複数の溝を通過するように、向けられている。そうする時に、出てくる単一エネルギーのＸ線は、単一焦点に屈折される。Ｘ線源が可変エネルギ−のＸ線を放射する時、単一焦点で受けられたＸ線のスペクトルは、特有のエネルギーの近くで増強されるであろう。
【００４０】
光学軸に平行に入ってくるＸ線に横切られた材料の量の投影は、図３ｂに示されているように、放物線プロファイルとなるであろう。従って、原理上、記載された幾何学的形状は、
【数３１】

により与えられる、単一放物線表面により置きかえられることができる。ここで、Ｒは湾曲の半径で、ｘおよびｙは図３ａにおいて定義されている。しかし、これは製造するのが非常に難しいであろう。本発明は、製作を単純化するため、低原子番号材料を再流通（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）することとみることができる。上述した幾何学的形状により、Ｒ＝０．１６７ｍである。低原子番号材料がベリリウムであると仮定すると、２０ｋｅＶでｄ＝８．５×１０^-7である。これは、式２により、２０ｋｅＶのＸ線に対して焦点距離Ｆ＝１９５ｍｍを与えるであろう。従って、従来技術の実験的高エネルギーＸ線合焦デバイスに関連したメータ・レベルの焦点距離と違って、本実施形態の鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズ３００は、ｄｍのオーダの焦点距離が得られる。
【００４１】
図４で概説されている実施形態において、レンズ４００は、ギザギザ（歯）４１６が全て同じサイズを有している部分４０１で構成されている。光学軸４１５に関して部分４０１を少し傾けることにより、図３と同じ合焦作用が得られている。溝の深さは、たとえば、１００ｍｍである。前の実施形態と同じ合焦特性を得るために、やはり３００個の鋸歯状歯が必要とされるが、鋸歯状歯を有した屈折型レンズの全長は、２倍にされ、６０ｍｍとなるであろう。分離４１３は溝の深さの２倍、すなわち、２００ｍｍであるべきである。これにより、約０．１°の傾斜角度４１４が与えられるであろう。低原子番号材料のこれらの部材は、他の幾何学的形状よりも製造を実質的に容易にするであろう。この実施形態において、レンズは、調整可能な鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズである。従って、Ｘ線が通過する、複数のストレートカット溝を含んでいる低原子番号材料の部材４０１は、それぞれ、光学軸に対して小さな角度を有している。焦点距離は、この角度の関数となるであろう。角度４１４を変えることにより、あるエネルギーに対する焦点は、並行移動（ｔｒａｎｓｌａｔｅｄ）させられるであろう。別法として、固定点にて角度を変えることにより、スペクトルが増強されるエネルギーは、必然的に変えられるであろう。
【００４２】
図５は、図４に示されている実施形態に関する鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズ５００の１次元合焦幾何学的形状の側面図である。線源Ｓからの発散ビームは、焦点Ｐのラインに合焦させられている。この実施形態によるレンズは、部材の一面のみの代わりに両面に鋸歯状歯を持って設計されている、屈折装置の２つの半分の部分を備えている。この設計は、さらに、レンズの合焦特性を改善するであろう。
【００４３】
図６ａおよび図６ｂは、２つの鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズおよびが２次元合焦を達成するために使用されている実施形態の、それぞれ、側面図および上面図を示している。第２鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズは、第１鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズに関して光学軸のまわりに９０°回転している。線源Ｓからの発散ビームは、焦点Ｐの点に合焦させられている。
【００４４】
（図示されていない）さらに別の実施形態において、本発明は、鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズを用いて、Ｘ線源からデュアルエネルギー分布を提供する方法を述べている。この実施形態において、鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズは、光学軸の両側に配置された、低原子番号材料の２つの部材を含んでいる。低原子番号材料の部材は、Ｘ線が通過するであろう、複数のストレートカット溝を含んでいる。部材のそれぞれは、光学軸に対して小さな特有の角度を有している。２つの半分の部分に対して異なる角度を有することにより、それぞれの半分は、別々の焦点を有するであろう。光学軸上のある点において、Ｘ線スペクトルは、２つの別々のエネルギーで増強され、従って、２峰性分布を生ずるであろう。
【００４５】
本発明の屈折型Ｘ線レンズを製造する１つの好ましい方法によれば、溝の形状は、キャリアに溝の形を転写する制御装置により制御されたホット彫刻ポインタを備えている彫刻機械（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）により、キャリア（たとえば、プラスチック）上に転写される。そして、キャリアを用いて、（金属）マスタが形成される。マスタは、直接に、または、溝を適当な材料にプレス（ｐｒｅｓｓ）する加圧モールドを作成する中間ステップを通して、使用されてもよい。
【００４６】
従って、鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズはビニル製レコード盤に似ている。粗い計算によれば、このレコード盤の溝のピッチは約１２０μｍ（３３ｒｐｍで２５分で１０ｃｍ）であるべきである。振動の広がり（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）を分断するために、底の角度は、ステレオ・モードで９０°、すなわち、「ＢＡＳＩＣ ＴＨＥＯＲＹ」に記載されているように、βは４５°でなければならない。従って、溝の間に内部空間がない時、深さは６０μｍになるであろう。ビニル製レコード盤のプロファイルの計測により、内部空間が表面の半分を占めており、それにより、わずか３０μｍの深さが与えられることが示された。しかし、切断（ｃｕｔｔｉｎｇ）は多くの自由パラメータを持つ柔軟な方法である。制約は、約９０μｍに深さを制限し、従って、１８０μｍに幅を制限する、マスタ上の１００μｍラッカー層である。マスタは、内部空間なしで９０°の深さで切断され、６０μｍ長の部分が取り除かれた、ビニル（ＰＶＣ）がレコード・プレスされた。切断部の表面はむしろ悪い品質であるように見え、また、利得は最適でないことが予想されるべきである。レンズの半分は、正しい傾斜角度を与えるために、顕微鏡下でマイクロメータねじにより調整されたアルミニウム支持部に取り付けられた。端において１８０μｍだけ分離されて、湾曲の半径は、Ｒ＝（９０μｍ）２＝（２＼Ｄｅｌｔａ３００ｍｍ）＝０：１３５μｍである。これは、２３ｋｅＶに対して２１８ｍｍの焦点距離を与える。
【００４７】
上述した方法は、単に例として与えられており、ダイアモンド旋盤加工技術、レーザ切断などのような、他の方法が使用されてもよい。
【００４８】
本発明による屈折型Ｘ線レンズは、マモグラフィ、骨密度解析、歯科適用、Ｘ線顕微鏡または結晶学などのような、全てのＸ線適用において使用されてもよい。
【００４９】
図１０に示されているように、Ｘ線結晶学装置１００において、サンプル１０１上に入射する屈折されたＸ線ビーム１０２の空間パターンを検出することにより、サンプル１０１の結晶構造が決定される。小さなＸ線源１０４からの発散ビームは、レンズ１０３により結晶サンプル上に投影される。入射ビームは、より詳細には、結晶１０１のモザイク状広がりより低いか、または、それに等しい、低い発散、（十字火）を有していることが重要である。幾何学的形状により、サンプル上に入射するビームは、非常に小さな発散を有している。これにより、サンプル上の線束の利得が得られ、従って、画像収集時間が減ぜられる。線源からサンプルまでの最少距離は、ビーム発散上の制約により決定される。典型的なパラメータは、
線源サイズ：２０μｍ
サンプル・サイズ：１００μｍ
線源からレンズまでの距離：１５ｃｍ
レンズからサンプルまでの距離：７５ｃｍ
【００５０】
レンズが有彩（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ）であるため、線源からの広帯域Ｘ線スペクトルから、狭いエネルギー・ピークが選択されることができる。これにより、画質および信号対雑音比が向上するであろう。この多様性は、すべてのサンプルに対して最適なエネルギーを選択するのに使用されることができる。
【００５１】
理想的には、直列に配置された２つのレンズは、２次元合焦および２乗利得を得るために使用されることができるであろう。
【００５２】
図１１および図１２に示されるように、別の適用はＸ線顕微鏡である。両者の場合、２つのレンズ１１１、１１２、１２１および１２２は、Ｘ線ビームを非常に小さな、通常、２、３μｍより小さなスポットに合焦するのに使用される。図１１の装置において、サンプル１１３は、焦点面に配置されている。放射されたビームは、単一Ｘ線検出器１１４上に入射する。全２次元画像を得るために、対象は、並進ステージにより逐一走査されなければならない。第１レンズ１１１は、ビームをｙ方向に合焦させ、第２レンズ１１２は、ビームをｘ方向に合焦させる。
【００５３】
図１２による装置において、サンプル１２３は、静止しており、レンズの焦点の下（または上に）配置されている。対象の拡大された画像は、画素分割された（ｐｉｘｅｌａｔｅｄ）面検出器１２４により観察され、走査は必要ではなくなっている。
【００５４】
本発明は、好ましい実施形態と関連して説明されたが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図がないことが理解されるべきである。逆に、本発明は、付随する請求項により定義されるように、本発明の範囲内に含まれてもよい、別法、修正および等価なものを含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による屈折型Ｘ線レンズの斜視略図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態による鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズの断面の斜視略図である。
【図３ａ】 図２による断面を備える鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズの側面略図である。
【図３ｂ】 鋸歯状歯形状により得られた放物線状レンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）形状を示す仮想投影図である。
【図４】 第２の実施形態による屈折型Ｘ線レンズの側面略図である。
【図５】 図４に示される実施形態による鋸歯状歯を有した屈折型Ｘ線レンズの１次元合焦幾何学的形状の側面図である。
【図６ａ】 別の実施形態の側面図である。
【図６ｂ】 別の実施形態の平面図である。
【図７】 理論的説明のために示されている鋸歯状歯を表す図である。
【図８】 理論的説明のために示されている鋸歯状歯を表す図である。
【図９】 理論的説明のために示されている鋸歯状歯を表す図である。
【図１０】 本発明によるレンズを備えている、結晶学的アプリケーション用装置の概略図である。
【図１１】 本発明によるレンズを含む顕微鏡の概略説明図である。
【図１２】 本発明によるレンズを含む顕微鏡の概略説明図である。

Claims (22)

1. 低原子番号材料の部材（１０１、２０１、３０１、４０１）を備え、前記低原子番号材料の部材がＸ線源から放射されたＸ線を受けるようにされた第１端（１０５、２０５、３０５）および前記第１端（１０５、２０５、３０５）で受けられた前記Ｘ線が出る第２端（１０６、２０６、３０６）および第１と第２表面（２０７、２０８）を有しているＸ線用屈折装置において、
   該Ｘ線用屈折装置が、前記第１または第２表面（２０７、２０８）の少なくとも１つの上で前記第１および第２端（１０５、２０５、３０５；１０６、２０６、３０６）の間に配置された、鋸歯状歯に形成された複数の溝（１０３、１０４）をさらに備え、前記第１端で受けられた前記Ｘ線が低原子番号材料の前記部材および前記複数の溝を通過し、前記第２端から出て、焦点に屈折されるように、前記複数の溝が向けられていることを特徴とするＸ線用屈折装置。
2. 低原子番号材料の前記部材が、ポリメタクリル酸メチル、ビニル又はＰＶＣのプラスチック材料で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線用屈折装置。
3. 低原子番号材料の前記部材がベリリウムで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線用屈折装置。
4. 前記溝がストレートカットを持つ鋸歯状歯の形状を有していることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＸ線用屈折装置。
5. 前記複数の溝が変化しているサイズを有し、前記第１端から前記第２端に向けて連続して減少または増加していくことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線用屈折装置。
6. 低原子番号材料の部材（１０１、２０１、３０１、４０１）を含み、前記部材が、Ｘ線源から放射されたＸ線を受けるようにされた第１端（１０５、２０５、３０５）および前記第１端（１０５、２０５、３０５）で受けられた前記Ｘ線が出る第２端（１０６、２０６、３０６）および第１と第２表面（２０７、２０８）を有している屈折型Ｘ線レンズ（１００、３００、４００、５００、６００）において、
   前記部材が、前記少なくとも２つの表面（２０７、２０８）の少なくとも１つの上で前記第１および第２端（１０５、２０５、３０５；１０６、２０６、３０６）の間に配置された、鋸歯状歯に形成された複数の溝（１０３、１０４）をさらに備え、前記第１端で受けられた前記Ｘ線が、前記低原子番号材料の部材および前記複数の溝を通過し、前記第２端から出て、焦点に屈折されるように、前記複数の溝が向けられていることを特徴とする屈折型Ｘ線レンズ。
7. 前記屈折型Ｘ線レンズが、前記複数の溝を持つ前記表面が互いに向かい合うように配置された２つの部材（１０１、２０１、３０１、４０１）を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
8. 前記２つの部材が、それぞれ、前記Ｘ線の光学軸に対して傾斜角度を有していることを特徴とする、請求項７に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
9. 前記部材が、非一致焦点を有していることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
10. 前記レンズの２つの部材のそれぞれの焦点距離が、別々にそれぞれの傾斜角度を変えることにより変わることを特徴とする、請求項８に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
11. 前記低原子番号材料の部材が、ポリメタクリル酸メチル、ビニル又はＰＶＣのプラスチック材料で構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
12. 前記低原子番号材料の部材が、ベリリウムで構成されていることを特徴とする、請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズ。
13. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを少なくとも２つ含む、Ｘ線の２次元合焦用Ｘ線システムであって、それぞれのＸ線が両方の屈折型Ｘ線レンズを次々と横切り、前記少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズ配置し、前記少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズの１つが他の屈折型Ｘ線レンズに関して光学軸のまわりに回転するように、前記少なくとも２つの屈折型Ｘ線レンズを配置することにより、合焦が得られることを特徴とする、Ｘ線の２次元合焦用Ｘ線システム。
14. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを２つ使用することによって、Ｘ線の２次元合焦を提供する方法であって、それぞれのＸ線が両方の屈折型Ｘ線レンズを次々と横切り、前記２つの屈折型Ｘ線レンズの一方が他方の屈折型Ｘ線レンズに関して光学軸のまわりに回転するよう、請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを２つ使用することによって、Ｘ線の２次元合焦を提供する方法。
15. 複合屈折型Ｘ線レンズのアレイであって、請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズが少なくとも１つの複合屈折型Ｘ線レンズに結合されていることを特徴とする、複合屈折型Ｘ線レンズのアレイ。
16. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを用いてＸ線源から２峰性エネルギー分布を提供する方法。
17. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを製作する方法であって、
    彫刻装置によりキャリア上に溝の形を転写すること、
    マスタを生成すること、および
    マスタを用いて、溝を適当な材料にプレスすることを特徴とする制作方法。
18. 前記材料がビニルまたはＰＶＣであることを特徴とする、請求項１７に記載の制作方法。
19. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＸ線用屈折装置を含むマモグラフィＸ線装置。
20. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを含むマモグラフィＸ線装置。
21. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを含むＸ線結晶学装置。
22. 請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の屈折型Ｘ線レンズを含むＸ線顕微鏡装置。

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