JP4731178B2

JP4731178B2 - 光学反射素子、その製造方法、及びその素子を具備する光学機器

Info

Publication number: JP4731178B2
Application number: JP2005039799A
Authority: JP
Inventors: バヴダスマルコス; ウィルヘルムベイユルスバージェンマルコ
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: FR2866438B1; US7321127B2; US20050185306A1; FR2866438A1; JP2005234573A

Description

本発明は光学反射素子に関し、特にＸ線波長やγ線波長の放射、或いは高エネルギー粒子の微小角入射に用いられる光学反射素子に関する。また、本発明はこのような素子の製造方法にも関する。本発明は更にこのような素子を具備する光学機器、特に望遠鏡に関する。

本発明は、上述のX線範囲での宇宙の特別な領域、特に、非常に熱い放射源を含むものの観察を伴う宇宙の任務に特にしかしそれだけではないが適用されるものである。また、本発明は他の多数の分野に応用されるものでもあり、例えばX線を受ける試験材料や、X線の利用を必要とする医学的な応用などである。

しかしながら、詳しくは、下記文章は本発明の好ましい適用に関するものであり、それについての如何なる範囲の制限なく、本発明は、微小角入射でのX線用の光学反射素子、そして鏡をなすもの、特に望遠鏡への利用に関するものである。現代の天文学において、このような適用は極めて重要なものとなっている。

この種の適用について、X線が非常に特別な問題を生じさせることは広く知られている。X線ビームからの像を得るために、あるいはそのスペクトラムを分析するために、その光線を集束させることが必要である。残念ながら、この波長域（１０ナノメーターから０．１オングストローム）の放射は高エネルギーであり、大部分の物質を、特に従来の光学機器（眼鏡など）を作っている物質でも、透り抜けてしまい、或いは他の物質（例えば、鉛）に吸収されてしまうかである。このためX線は微小角入射での反射面をたたくことでのみ反射でき、エネルギーレベルを増した（より短い波長の）殆どすべてにこれが該当する。

従来技術において、特に、望遠鏡の構成において、光学素子の幾つかの連続した配置が提案されている。主な提案は次のとおりであって、いわゆるカークパトリック・バエズ(Kirkpatrick-Baez)望遠鏡（１９４８年）、タイプ１から３として知られる異なる３種類で実用されているいわゆるウォルター(Wolter)望遠鏡（１９５１年）、そしてエンジェルにより提案されたいわゆる"ロブスターの目（lobster eye）"望遠鏡である。

これらのタイプの望遠鏡についてより詳しい説明については、"Annalen der Physik" に発表された"６．Folge, Band 10" １９５２年、９４頁から２８６頁、Hウォルター(H Wolter)による論文や、或いは"Journal of the Optical Society of America" と題された38号（１９４８年）、７６６頁以下参照、カークパトリック（Kirkpatrick）とA.V.バエズ（A. V. Baez）による論文に有益な引用がなされている。

特に、ウォルター望遠鏡のタイプ１は天文学で最も広く用いられている。このタイプの望遠鏡においては、鏡が同軸の配置を取り、共通の焦点を分けるように配設され、より正確には双曲放物面型の配置をとるものである。

詳しくは、１９９９年１２月１０日に打ち上げられた"XMM-Newton"衛星はこのタイプの３つの望遠鏡を搭載したものである。これら望遠鏡のそれぞれにおいて、共通の整合の上に配置された５８個の同心の曲面板（shells）によって焦点が得られるものとされ、それによって大きな集束表面積が得られる。曲面板は回転対称であり、双曲放物面の区域を結合させたものである。曲面板は金を被覆したニッケルの微細な箔を用いて形成される。各望遠鏡は６０センチメートルの長さを有し、７０センチメートルの径を有する。焦点の長さは、７．５メートルである。

搭載される望遠鏡によって満たされるべき主要な要件は次のとおりであり、特に、望遠鏡を構成する鏡素子の表面において微小角入射時の反射係数が大変良好なこと、前記素子の表面特性が良好な点すなわち粗さが小さくかつ良好な平坦面を有すること、全体の重さが低いこと、角解像度に優れること、そして高感度であることである。

これらの要件の幾つかは、矛盾するかのように現れることがある。特に、微小な入射角度が必要とされることから、望遠鏡は大きなサイズの反射光学素子を使用することになり、これは重い重量となることを先験的に示唆するものである。

第１の要件は、前述のXMM-Newton衛星の望遠鏡で具備される光学素子の場合における金のように、好適な材料を用いることで満足されるものである。シリコンを使用することもまた提案されており、シリコンは優れた光学的な特性、特に優れた反射特性と表面特性を示す。

前述の要件を満足するための試みにおいて、従来の技術では様々な技法が考案されている。例示的に列挙すると、次の書類に記載されたものを挙げることができ、それらの殆どが良好な表面状態と良好な反射を得るためにシリコンを使用するものである。
・M.K.Joyらによる論文でシリコンウエハX線望遠鏡の画像特性と題された、SPIE、１９９４年、第２２７９号、２８３から２８６頁であり、この書類はX線を集束するために台に支持されたシリコンウエハを用いたカークパトリック・バエズ型の光学システムを記載するもの。
・L.V.Knightによる論文で、"X線光学素子としての多層X線反射素子の研究"と題されたDOE/DP/10741-1,１９８９年１２月１５日、１から５２頁であって、背面にエッチングされたリブを有し、表面のそれぞれがX線を集束させるための多層コーティングを担持する構造のシリコンウエハの使用を記載した書類である。
・R.C.Woodburyらによる論文で、"多層構造のための曲面シリコン基板"と題された"Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering"１９８６年７月２日発行の第６９１巻、６６から７５頁であって、エッチングされたリブとX線を集束させるための多層コーティングのための基板として使用されるシリコンウエハの使用を記載した書類である。
・M.W.Beijersbergenらによる論文で、"マイクロチャンネルプレートを用いた高解像度微細孔X線光学，""Proceedings of SPIE"２００１年の第４１４５巻、１８８から１９２頁であって、正方形の孔を有しX線を集束させるため積層されたガラスファイバーの使用について記載した書類である。
・Carlo F LaFiandraによる米国特許第６０４８０７０号、"耐性のある長いストロークの変形可能なミラー"という名称であって、この特許はプレートの背面に弾力のある支持部を形成し、アクチュエーターによって形状が構成されるものであって、プレートが変形可能な鏡として機能することを記載したものである。
・CE.TE.V. Centro Technologie Del Vuoto らによる欧州特許出願 EP 1085528 A2、"反復技術による薄膜多層構造を用いたX線鏡の製造方法"という名称であって、この特許出願はX線反射構造のためのマンドレルからのミラー再生方法について記載したものである。

これらの上述のように簡単にまとめた従来の技術では、不完全な態様でしか前述の要件を満足することができない。

本発明は、幾つかは上述した従来の装置や方法の欠点を低減することを求めるものである。本発明は、光学反射素子を提供することを目的とし、特にX線波長域の照射や粒子のための微小角入射の光学反射素子を提供することを目的とする。

この目的のため、第１の重要な特徴によれば、本発明の光学素子は、背面にリブを設けたプレートを積層することを基本として形成されたものであって、そのプレートは互いに他のプレートに載置されるように配され、前記リブがスペーサーとして機能して非常に精密なプレート間の空隙をもたらす。

非常に正確な特性を有するプレートとリブを用いることで非常に正確な特性の積層部を得ることができる。前記リブはプレート１２一体に形成することもでき、別個に形成することもできる。前記プレート、特にベースプレートすなわち積層部の底部と呼ばれるところのプレートは、その反射表面が良く画定された形状を有するように形成される。例示してみると、その表面は回転体の表面とすることができ、特に円筒、円錐、放物線、楕円、或いは双曲線の形状であって、特に対称的な光学的用途に用いられるものである。とりわけ、"ウォルター"望遠鏡の円錐形の近似を得ることができる。先に詳述した積層部はベースプレート（底部プレート）と同じ形状を反復したプレートに対してあてがうことを可能とする。

本発明の実施形態においては、シリコンウエハを用いてプレートが形成され、上述のように、Ｘ線の微小角入射において非常に良好な表面特性と非常に優れた係数反射を得ることが可能とされる。更に、シリコンは非常に正確な厚みを得ること可能とする。その接着する性質からシリコンの使用はまた製造方法においても有益であり、単結晶体ブロックとして得ることができる。

反射面は、金、イリジウム或いは同等な物質の層で被覆され、或いは多層若しくは分散した格子として形成されていても良い。

最後に、"積層部"の構成は、そのように必要とするならば、剛性な構造を取得することを可能とし、所望の形状が容易に維持され、同様なサイズの従来の装置の重さと比較してより軽い重さにすることができる。

リブを有したプレートは方位に応じて異なる硬さを有することができ、画定された軸に沿っての弾性変形を簡素化するという利点を呈することになる。シリコンはたとえばアルミニウム、ベリリウム、ニッケル、それらの組み合わせなどの他の材料で代用することができる。非弾性な材料の使用は、弾性変形だけではなく非弾性変形も得られるようにすることができる。

本発明の他の目的は、このような素子の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、このような光学反射素子を用いて製造される光学機器を提供することである。

本発明は特に前述のタイプ１のウォルター構造を有する望遠鏡を製造することを可能とし、２つの積層部を縦列するように配置することで、双曲放物面形状の回転体の表面を結合する。

より好ましい変形例においては、本発明の光学機器はモジュラー型であり、これは下記に"花弁 (petals)"と称される、それ自身がサブセクターやモジュールに区分けされるセクターによって利点を以って構成される。その集合体は"多孔質（porous）"とも言うことができる光学システムを構成し、当該光学機器の重量や全体のサイズを非常に大きく低減させることができ、良好な円錐形状の近似を得ることができるものとなる。また、本発明の配備は１桁あるいはそれ以上もの大きさで前述の重量を低減するように機能する。

本発明はこのようにＸ線やγ線、或いは高エネルギー粒子のビームの微小角入射に用いられる光学反射素子を主に提供するものにかかり、その光学反射素子は、積層部を形成する少なくとも２つの重なったプレートを有し、各プレートは前記ビームを反射する"上側"の第１の面と、２つの繰り返し並べられる反射面の間の間隔を画定するように前記積層部の２つの繰り返し並べられるプレート間のスペーサーを構成する数個のリブを有する第２の面とを有することを特徴とする。

また、本発明はこのような光学素子を製造する方法をも提供するものである。本発明にかかる製造装置は、静電装置及び真空装置の少なくとも一方を具備する。また、本発明はこのような光学素子を具備する光学機器を提供する。

以下、また如何なる方法で発明の範囲が制限されることもなく、反するように言及しない限りにおいて、本発明のより好ましい適用の文脈から、微小角入射のＸ線反射ついて記載するものである。光学反射素子の例とそれらがどのように製造されるかについては、図１から図５Ｄを参照しながら以下に説明する。図中、同一の素子、要素については同じ参照番号が付与され、必要な場合のみ再度説明される。

図１は高度に図案化されており、参照符号１が与えられる素子の基本構造を示す。本発明の主たる特徴によれば、光学反射素子１が、互いに積層された参照番号１０から１２が付与された図１の例では３個のプレートとされる複数のプレートからなる。これらのプレート１０〜１２は、スぺーサーを形成し良好に定められたプレート間の距離を画定する背面側に配されるリブ１００〜１２０とともに提供される。リブ１００〜１２０は、プレート１０から１２と共に一体的に形成されても良く、また別個に形成されていても良い。

プレート１０〜１２の表面１０１〜１２１は、微小角入射、すなわち非常に小さい大きさの角度で、図１で点Ｏで上側プレート１０の表面１９１を叩く単一光線Ｒｘで象徴的に表されるように、Ｘ線を反射する。実際のところ、Ｘ線はプレート１００〜１２０の表面１０１〜１２１のそれぞれで反射される。

プレート１０〜１２は、反射表面が例えば前述のように円筒、放物線、楕円、或いは双曲線の回転体の表面など所定の形状の面Ｓを占めるよう曲げられたものとすることができる。

リブを備えたプレート１０〜１２はその方位に応じて異なる硬さを有することができ、画定された軸に沿っての弾性変形を簡素化することができる。

図２Ａは、図において上向きにひっくり返された裏面と共に、プレートの１つの実施形態、すなわちプレート１０を示す。ベース材料は、利点を有した単結晶シリコンであるが、アルミニウム、ベリリウム、ニッケル、その他の類似で同様な特性を有する材料を用いることも同様に好ましい。非弾性な材料の使用は、弾性変形だけではなく非弾性変形も得られるようにすることができる。

プレート１０は両面１０１、１０２が研磨され、例えば金などの高い反射力を有する材料の薄い層１０１０を反射表面１０１にコーティングすることが好ましい。図２Ｂに詳しく特に示すように、背面１０２はリブ１００を指示しており、先験的に規則的に離れている。金層１０１０は、イリジウムの層や類似の材料で代用でき、或いは多層若しくは分散した格子として形成されていても良い。

プレート１０（最後の状態まで）を製造する方法については以下のとおりである。図３は、主要な製造方法の工程を示す。工程Ｉにおいて、Ｗaの参照番号が付された"生の"シリコンウエハが当業者には周知の好適な計量機器で調べられ、既に確立された仕様をウエハＷａが満たすことを確かめられる。

工程ＩＩでは、Ｗｂの参照番号が付されたシリコンウエハの２つの面が保護材料Ｃ_１、Ｃ_２の各層で被覆される。

工程ＩＩＩでは、Ｗｃの参照番号が付された、その面が任意に背面と称されるところのシリコンウエハの１つの面１０２がリブ１００を得るためにチャンネルを掘るように機械的に加工され、この作用がここでＣ'_２の参照符号が与えられた保護膜を透して起こる。

工程ＩVでは、ここでＷｄ'の参照番号が付されたシリコンウエハの両面が保護材料の層を除去するように化学的にエッチングされる（工程Vにおいて、ウエハが参照符号We）。

工程VIでは、の微細層が上側の面すなわちここでＷｆの参照番号が付されたシリコンウエハの反射面１０１に適用される。

工程VIIでは、最終状態（図２A及び図２B）のプレート１０を得るためにシリコンウエハは所定の形状、たとえば正方形に切断される。

工程VIIIでは、最終製品すなわちプレート１０がサイズ、反射係数、表面特性などに関する既に確立された仕様に適合するのを確かめるため、従来からの測定が行われる。

これらの工程Iから工程VIIIの後、"基本"構造と称され得る反射構造（プレート１０）が得られることになる。それ自体、この構造は或る従来からの構造に類似している。本発明の主要な特徴に従って得られた種々のプレートは積層されるものとなる。

図４Ａから図４Ｄは、本発明の当該解釈にかかる積層型の反射素子を作成するために必要な追加の工程を示す。

図４Ａは、２つのプレート、すなわちプレート１０、１１（図１の上側プレート）の積層部１'を示す。この積層構造１'は、"最小限（minimal）"と称される本発明に従う光学反射素子を構成する。実際、そして後述するように、積層されるプレートの数は一般的にさらにもっと多く、典型的には幾十程度の数とされる。具体例においては、５０個のプレートが互いに積層される。

図４Ｂに示すように、第１の工程は、これらの図に描かれた例における２つの繰り返し並べられるプレート１０、１１を配置することで行われる。これを行うため、従来からの計量手段が使用される。

２つのの繰り返し並べられるプレート１０、１１が適宜並べられたところで、上側プレート１０のリブ１００の底部と底側プレート１１の表面１１１を介して一緒に結合される（図４Ｃ）。

次にアニーリング工程がなされて結合が安定化される（図４Ｄ）。これらの工程の後、２つの重なったプレート１０、１１のユニット構造、すなわちスぺーサーを形成するリブ１００によって画定される間隔で金層１０１０、１１１０の形式の２つの反射面を有する構造が得られることになる。

好適な実施形態においては、上述のように、積層されるプレート１０〜１２が所定の面Ｓを占めるように形成される。

図５Ａから図５Ｄは、当該タイプの光学反射素子を得るために必要な主たる工程を示す模式図である。

図５Ａに示す工程において、図３の工程Ｉから工程ＶＩＩＩの後の工程で得られるように、平面型のプレート１０が、その上部プレート２０が前述の面Ｓに配された位置合わせ積層用治具２を用いて形成される。

図５Ｂに示す工程では、ここで参照符号１０ａが与えられたプレート１０が治具２の上部面２０に対して圧接され、その面２０に対して結合される。

図５Ｃに示す工程において、本発明にかかる積層構造の光学反射素子を形成するために、参照番号１０ｂ〜１０ｐが付与される複数のプレートが繰り返し積層され、整合され、他のプレート上に結合され、今参照番号３が付与される。

より一般的には、接着物質の使用は必ずしも必要ではないことから、プレートは互いに固着される。表面が高品質なシリコンの場合のように、或る物質においては、接着物質の追加なしで単に接合される２つの表面を一緒に押圧することで自然に結合が生じる。

適切な位置合わせと結合を得るために、図４Ｂから図４Ｃを参照して記載される作業が、重ね合わされたプレート、すなわちプレート１０ａ、１０ｂの各対に施される。

その良好な結合の性質から、シリコンを用いることで単結晶体の光学ブロックを取得することが可能とされる。

リブは機械的、化学的、若しくはその両方の方法、または当業者に周知の他の方法により得ることができる。プレートは電気鋳造法により形成することができる。

実際の実施形態では、積層されるプレート１０ｘの数は、前述のように典型的にはｘ＝５０の値に届く数にすることができる。

図５Ｄに示すように、このように得られた集合体は２つのベース素子の間に配置される。図５Ｄの例では、第一のベース素子は治具２によって構成される。上側ベース素子４は下側ベース素子２の上面２０の形状と相補的な形状の底面４０を有する。

集合体素子は底部２１、２２と上部４１に設けることができる。これらの素子は上述のタイプの複数の積層部を互いに固定させたり、あるいはこれらの積層部の１つを、参照番号５を付与したモジュールを形成したりすることで、好適なフレームに固定させたりすることも可能である。この結果としての構造（モジュール５）は、後述する理由により、"花弁（petal）" と呼ばれるものである。

このように集合体若しくはモジュール５は、金（図４中、１０１０と１１１０）の各層が微小角入射でＸ線が突き当たり反射するのに好適であるところの多面光学反射素子を構成する。

この光学反射素子のモジュール５は、"多孔質（porous）"であるいうことができるものである。もう一度図２Ｂと図４Ａを参照してみると、プレート１０、１１に具体的な形状を与え、前述の典型的なサイズを与えたところで、素子５の"正面"の壁５０の大部分は物質で埋まっているものではないことが容易に分かる。

図６Ａから図８を参照して、このような光学反射素子を具備する光学機器の製造について説明する。これらの図面において、同一の要素や図１から図５Dの要素と同じ要素については、同じ参照番号を与え、必要な場合に限り再度説明をする。

図６Ａから図６Cは、先に説明した"花弁（petal）" と呼ばれるところの図５Dのタイプのモジュール５を多数一緒に集合させることで得られる大きなサイズの鏡を示す。

図６Ａは、面を見たときに見える鏡６を適宜示すものである。これは光軸について回転対称である。より正確には、記載される例においては、鏡６は３つの同心円のリング６０〜６２を有しており、各リングは複数の隣接セクター６００〜６２０を平面な周囲壁を以って有している。

図６Ｂは中間のリング６２のセクターの１つを示しており、そのセクターは６２０ｘの参照番号が付与されている。２つの側壁（すなわち、リング６２０において周囲のモジュールに接する壁）は参照番号６２００Ｘと６２０１ｘが付与され、平面とされる。上部壁６２０２ｘと称される２つの壁（すなわちリング６２０と接する壁）と底部壁６２０３ｘ（すなわちリング６２０と接する壁）は円形の弧の領域を占める。

図６Ｃに示すように、各セクター６２０ｋはそれ自身更に細かく分けられており、参照番号５ｘが与えられる複数の隣接モジュールによって構成される。

このように鏡６は花の花弁をしのばせる形状を有しており、各花弁はモジュール５の１つによって構成されている。

具体的な例として、実用的な実施形態においては、セクター６２０ｘの高さ（リング間の距離）は典型的には約６０ｃｍとされ、花弁の高さは約６０ｍｍとされる。

Ｘ線は積層部の正面から入射し、微小角入射で鏡６に突き当たり、花弁５ｘにおいて積層されるプレートに伴う反射面（図４Ａ参照、１０１０，１１１０）で回折される。このような鏡６は望遠鏡、たとえば前述のタイプ１の様なウォルター望遠鏡を作成するのにも散られることができる。

図７Ａから図７Ｃはこのような望遠鏡が動作する原理を示しかつその基本的な形状を示す模式図である。

図７Ａは、参照番号Ｔ_ＷＩが付与されたタイプ１のウォルター望遠鏡の動作原理を示す。この望遠鏡は２つの鏡を順次的に接続し、放物面状の鏡Ｍ_Ｐを望遠鏡Ｔ_ＷＩの入り口側に、双曲面状の鏡Ｍ_Ｈを出口側に配している。

望遠鏡の光軸と平行に当該望遠鏡を貫通するように入射するＸ線の平行光線は２つの連続する鏡Ｍ_Ｐ、Ｍ_Ｈによって反射され、光軸上にある焦点Ｐ_０の焦点面Ｐ_Ｆで集束される。

図７Ａを参照して上述のように説明した構造は、従来技術の一部をなすものであり、例えば、これはXMM-Newton衛星に搭載された望遠鏡の構造を構成する。重要な違いは使用される鏡の特性にある。

XMM-Newton衛星においては、共通の軸上の５８個の同心円状に配されるシェルを基本に構築されている。

本発明にかかる装置においては、各鏡が図６Ａの鏡に類似の型のものであり、すなわち、"花弁"と称されるモジュール５ｘ（図６Ｃ）を基礎とするものであって、"多孔質（porous）"と称される構造を集合体が構成する。

図７Ｂは本発明による２つの鏡Ｍ_Ｐ、Ｍ_Ｈを縦列させて配置した望遠鏡Ｔ_ＷＩの形状についての軸方向断面である。図７Ｃは同じ望遠鏡を上から見た（入り口面を見ている）ものを示す。

共通の焦点を得るために、望遠鏡Ｔ_ＷＩの光軸に関する反射角を半径Ｒの関数として変化させることが必要である（図７Ａ）。

これを行うために、また図８に模式的に示すように、"花弁"モジュール５ｘ（図６Ｃ）を構成するプレートと関連した反射面（図４Ａ参照、１０１０，１１１０）の間の距離ｄ_ｘは、半径Ｒｙの関数、すなわち光軸上の反射面といずれかの点の間の距離の関数として所定の関係に従って変化する。

"花弁"の厚みは従って光軸に平行な方向で変化する。これは焦点に向かって小さくなる。

鏡Ｍ_Ｐ、Ｍ_Ｈは好適なフレームにそれ自身従来の方法で固定することができる。

宇宙での任務のため、鏡Ｍ_Ｐ、Ｍ_Ｈの、特に鏡を構成する"花弁"５ｘ（図６Ｃ）の光学的及び地理的な特性（位置あわせなど）は地上で好適な計測機器（光学台、その他）を用いて調整できる。もし、"花弁"５ｘがアクチュエーターと共に搭載されるならば、地上からの遠隔操作や他の手段、搭載電子機器などで花弁を能動的に軌道上で位置合わせすることができる。

上記から、本発明が達成すべき目的を達成することを簡単に理解できる。特に、また、その全ての利点を繰り返すこともなく、本発明では光学機器の全体の重量を大きく下げることが可能となり、本明細書の導入部分に記載した用件も満足すると共に実現可能とし、これは特に波長が関連する事項（Ｘ線、γ線、若しくは高エネルギー粒子）でそうである。また特に、導入部で述べたように、本発明に従って反射素子を具備する光学機器は、従来の同等なシステムよりも顕著に重量が軽くされた特徴を有する。

これは大開口部を有しそれ故に高感度な望遠鏡を作成することを可能とし、対応する重量の過度の増加なしで高感度な望遠鏡を作成することは、軌道に置かれ衛星に搭載される光学機器にとって特に重要なことである。

しかしながら、特に図１〜図８を参照して説明した格別な実施形態に、本発明が限定されないことは明らかなことである。

特に、作成される機器はタイプ１のウォルター望遠鏡に限定されるものではなく、タイプ２の、さらには微小角入射で反射するところの本発明にかかる少なくとも１つの光学素子を有する他のどのようなタイプの機器にも適用される。

上述のように、本発明は宇宙の任務（Ｘ線源を観察する任務やその類似の任務）に関連する応用に限定されるものではない。本発明は数多くの他の分野への応用を見つけるものであって、Ｘ線を手段とする試験材料や、Ｘ線の使用を必要とする医学応用などが挙げられる。

また、本発明はγ線や高エネルギー粒子などの他の波長のものに対しても適用できる。

最後に、与えられた数値や好適な材料の例は単に具体例によって提供されているものであるが、これら本発明の範囲に対する如何なる種類の限定とならないものである。これらは当業者の能力のうちの技術的な選択事項に過ぎないものである。

本発明の微小角入射X線を反射する光学素子の実施例を示す図である。本発明の光学反射素子の基部を構成するリブを有するプレートを示す図である。本発明の光学反射素子の基部を構成するリブを有するプレートを示す図である。前記プレートを製造する主要ステップを示す図である。このタイプのプレートを２つ組み立てて積層部を得るための主要ステップを示す図である。このタイプのプレートを２つ組み立てて積層部を得るための主要ステップを示す図である。このタイプのプレートを２つ組み立てて積層部を得るための主要ステップを示す図である。このタイプのプレートを２つ組み立てて積層部を得るための主要ステップを示す図である。本発明の好ましい実施例においてこのタイプのプレートを組み立てて図１の光学反射素子を構成するモジュールを得るための主要ステップを示す図である。本発明の好ましい実施例においてこのタイプのプレートを組み立てて図１の光学反射素子を構成するモジュールを得るための主要ステップを示す図である。本発明の好ましい実施例においてこのタイプのプレートを組み立てて図１の光学反射素子を構成するモジュールを得るための主要ステップを示す図である。本発明の好ましい実施例においてこのタイプのプレートを組み立てて図１の光学反射素子を構成するモジュールを得るための主要ステップを示す図である。前記モジュールを使用する鏡の実施例を示す。前記モジュールを使用する鏡の実施例を示す。前記モジュールを使用する鏡の実施例を示す。タイプ１のウォルター望遠鏡の製造における前記鏡の応用を示す図である。タイプ１のウォルター望遠鏡の製造における前記鏡の応用を示す図である。タイプ１のウォルター望遠鏡の製造における前記鏡の応用を示す図である。望遠鏡を構成する鏡に関した技術的配置を示す図である。

符号の説明

１光学反射素子
２下側ベース素子
４上側ベース素子
５、５ｘモジュール
６鏡
１０〜１２プレート
１００〜１２０リブ
１０１〜１２１反射面
６２０リング
１０１０、１１１０金層（反射面）
Ｍ_Ｐ、Ｍ_Ｈ鏡
Ｔ_ＷＩ望遠鏡

Claims

微小角入射でのＸ線、γ線、若しくは高エネルギー粒子の光線用の光学反射素子であって、該素子は積層型構造を形成する少なくとも２つの重なるプレートを有し、前記各プレートは前記光線を反射する上側の第１面と、２つの連続的に並べられる反射面の間の所定の間隔を画定するように前記積層型構造の２つの連続的に設けられるプレートの間のスぺーサーを形成する複数のリブと共に設けられる第２面とを有し、前記上側の第１面は高反射特性を有する材料の層に被覆されていることを特徴とする光学反射素子。
前記積層型構造はスぺーサーを構成するリブによって離間された複数の重ねられたプレートにより構成されることを特徴とする請求項１記載の光学反射素子。
前記リブは前記プレートと一体の部分とされることを特徴とする請求項２記載の光学反射素子。
前記プレートは単結晶シリコン、アルミニウム、ベリリウム、ニッケルからなるグループから選ばれる少なくとも１つの材料からなるウエハから作成されたものであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の光学反射素子。
前記プレートは非弾性変形特性を呈するように単結晶シリコン、アルミニウム、ベリリウム、及びニッケルからなるグループから選ばれる少なくとも１つの非弾性材料からなるウエハから作成されたものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の光学反射素子。
前記高反射特性を有する材料は金属コーティングであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光学反射素子。
前記層は多層であることを特徴とする請求項６に記載の光学反射素子。
前記プレートは前記第１面が当該光学反射素子の光軸を形成する軸周りの回転体の所定の表面に存在するような形状とされることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の光学反射素子。
前記回転体の表面は円筒、円錐、放物面、楕円面、若しくは双曲面であることを特徴とする請求項８に記載の光学反射素子。
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の光学反射素子を製造する方法であって、該方法は少なくとも次の、
前記プレートを少なくとも第１の所定の材料のウエハから形成する工程と、
前記プレート間のスぺーサーを形成する前記リブを形成する工程と、
前記プレートを得るために前記ウエハを切断して所定の形状にする工程と
を含むことを特徴とする光学反射素子を製造する方法。
第２の所定の材料の少なくとも１層で前記ウエハの上側表面が被覆される工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の製造方法。
前記プレートの第１及び第２の面のそれぞれを保護材料からなる各層で被覆する工程と、
前記リブを得るために機械加工、化学加工、若しくはこれらの組み合わせにより、前記保護材料の前記層を介して前記第２の面を加工する工程と、
前記プレートの前記第１及び第２の面を化学的に加工して前記保護材料からなる層を除去する工程と
を含むことを特徴とする請求項１１記載の製造する方法。
前記リブで分けられる少なくとも２つのプレートを位置あわせする工程と、
前記２つのプレートを一緒に積層し結合させる工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
前記反射する上側の第１面がそれぞれ所定の表面を占めるように、積層されるプレートを造形する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
前記第１の材料は単結晶シリコン、アルミニウム、ベリリウム、ニッケル、又はこれらの組み合わせからなる材料であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１３の何れか記載の製造方法。
前記ウエハの上側面を被覆する前記第２の材料の層は、金又はイリジウムからなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４の何れか記載の製造方法。
前記第２の材料の層は多層であることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
少なくとも１つの鏡を有する光学機器であって、前記鏡は請求項１乃至請求項１２に記載の複数の光学反射素子を有し、前記光学反射素子は、前記Ｘ線、前記γ線、若しくは高エネルギー粒子の入射光線が焦点面上に集束されるように、当該光学機器の光軸と称される当該光学機器の軸まわりに配設され、前記光線は前記複数の光学反射素子のプレートの前記反射する上側の第１面で反射されることを特徴とする光学機器。
当該光学機器は前記光軸周りで回転対称に形成され、且つ第１の複数の同心円リングを有し、前記リングのそれぞれは第２の複数の隣接セクターに分割され、それらセクターのそれぞれは第３の複数の光学反射素子によって構成されることを特徴とする請求項１８記載の光学機器。
当該光学機器は、２つの鏡を縦列するように配置し、前記鏡の第１のものの前記光学反射素子の前記プレートの前記第１の反射面は回転体の放物面を得る形状とされ、前記鏡の第２のものの前記光学反射素子の前記プレートの前記第１の反射面は回転体の双曲面を得る形状とされ、タイプ１又は２として知られるウォルター望遠鏡、若しくはその円錐状の近似、或いはカークパトリック・バエズ型のシステムをなすように、微小角入射で望遠鏡の前方に入る前記Ｘ線の光線、前記γ線の光線、若しくは高エネルギー粒子のために前記第１の鏡は当該光学機器の入り口側に配置されることを特徴とする請求項１９記載の光学機器。
前記光学反射素子の前記プレートの２つの連続した第１の反射面の間の前記間隔は、共通の焦点を得るために前記光軸と前記反射面の間の距離の関数として所定の関係に従って変化することを特徴とする請求項２０記載の光学機器。