JP5299739B2 - Refraction lens unit for X-rays and method for manufacturing a refraction lens for X-rays - Google Patents

Refraction lens unit for X-rays and method for manufacturing a refraction lens for X-rays Download PDF

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Description

本発明は、放射光X線に最適な屈折型集光レンズとその製造方法に関する。   The present invention relates to a refractive condensing lens optimal for synchrotron radiation X-rays and a method for manufacturing the same.

X線は透過力が高く非破壊測定が可能であることから、X線回折、蛍光測定、X線吸収微細構造(XAFS)などの構造解析に広く用いられている。特に放射光X線の出現により性能が飛躍的に向上し、これまで不可能であった高空間分解能での測定や極低濃度物質の検出なども実現するようになった。また最近自由電子レーザの発振が実現し、数年先にはコヒーレントX線の利用が可能になると予想されている。   X-rays are widely used for structural analysis such as X-ray diffraction, fluorescence measurement, and X-ray absorption fine structure (XAFS) because they have high penetrating power and are capable of nondestructive measurement. In particular, the appearance of synchrotron radiation X-rays has dramatically improved performance, and it has become possible to achieve measurements with high spatial resolution and detection of extremely low concentration substances, which were impossible before. Recently, free-electron laser oscillation has been realized, and it is expected that coherent X-rays can be used several years ahead.

X線の最大の課題は、ビームの集光・結像に特別な工夫が必要である点である。赤外光、可視光、紫外光がガラス屈折レンズにより容易に集光・結像が可能であるのに対し、X線では同様の屈折レンズの適用が極めて困難である。これは、X線領域では固体と大気との屈折率の差が10-4台から10-7台と極めて微小であることに基づく。
そのため従来は、X線集光素子として楕円ミラーにX線をすれすれ入射する方法(例えば、非特許文献1を参照)や薄膜に同心円パターンを形成した回折型集光素子であるフレネルゾーンプレート(FZP)を用いる方法(例えば、非特許文献2を参照)が一般的であった。
The biggest problem with X-rays is that special ingenuity is required for beam focusing and imaging. Infrared light, visible light, and ultraviolet light can be easily collected and imaged by a glass refraction lens, whereas application of a similar refraction lens is extremely difficult for X-rays. This is based on the fact that the difference in refractive index between the solid and the atmosphere is extremely small from 10 −4 to 10 −7 in the X-ray region.
Therefore, conventionally, as an X-ray condensing element, an X-ray is grazingly incident on an elliptical mirror (see, for example, Non-Patent Document 1) or a Fresnel zone plate (FZP) which is a diffractive condensing element in which a concentric pattern is formed on a thin film. ) Is generally used (see, for example, Non-Patent Document 2).

最近はX線の集光を目的として屈折レンズを用いる試みも報告されるようになった。その一例を図3に示す。このレンズの素材はベリリウム(Be)である。このレンズの1ユニット101は図3(a)に示すように、レンズ材102として円筒状ベリリウムを用意し、その2つの円筒端面103の中央部分を研磨加工し、回転楕円孔104を加工したものである(例えば、特許文献1を参照)。X線は固体中の屈折率が大気中の屈折率より小さい(可視光線と逆)。したがって図3(a)のような回転楕円孔(凹レンズ)は、X線に対して集光レンズとして機能する。   Recently, attempts to use refractive lenses for the purpose of condensing X-rays have also been reported. An example is shown in FIG. The material of this lens is beryllium (Be). As shown in FIG. 3A, one unit 101 of this lens is prepared by preparing cylindrical beryllium as a lens material 102, polishing the central portion of the two cylindrical end faces 103, and processing the spheroid hole 104. (For example, see Patent Document 1). X-rays have a refractive index in a solid smaller than that in the atmosphere (opposite to visible light). Therefore, the spheroid hole (concave lens) as shown in FIG. 3A functions as a condenser lens for X-rays.

しかしながら、Beと大気との屈折率差が微小であることからレンズユニット1つで目的の焦点距離とすることは困難である。そこで図3(b)に示すように、レンズユニット101を直列に重ねてレンズケース106に収容することにより所望の焦点距離を有するレンズ105を実現している。
波岡、山下、「X線結像光学」、培風館(1999)、113頁 同上、96頁 特開2005−207962号公報
However, since the difference in refractive index between Be and the atmosphere is very small, it is difficult to achieve the target focal length with a single lens unit. Therefore, as shown in FIG. 3B, a lens 105 having a desired focal length is realized by stacking the lens units 101 in series and accommodating them in a lens case 106.
Namioka, Yamashita, “X-ray imaging optics”, Baifukan (1999), p. 113 Same as above, page 96 JP 2005-207962 A

上記の従来技術において、楕円ミラーによる方法は、精密な楕円形状を製作することが困難であるため、非点収差を生じることが問題である。また加工面の平滑度が充分でないことにより、集光性能にも限界がある。FZPは集光性能が高く、短焦点距離の素子も比較的容易に製作できることから、最近ではX線集光・結像素子として広く用いられるようになった。しかしFZPは回折効率が20〜30%が限界であるため、集光されずに素通りする光(0次光)が存在する。したがってFZPの利用にあたっては、0次光をいかに遮断するかが大きな課題となる。またFZPはアンジュレータを光源とする高強度X線で使用すると短時間で劣化することが知られている。したがって今後自由電子レーザが実用化されてさらに高強度のX線が利用可能となっても、FZPはその耐久性の問題により適用は困難であると考えられる。   In the prior art described above, the method using an elliptical mirror is problematic in that it is difficult to produce a precise elliptical shape, resulting in astigmatism. Moreover, there is a limit to the light collecting performance due to insufficient smoothness of the processed surface. FZP has a high light condensing performance, and an element with a short focal length can be manufactured relatively easily. Therefore, it has recently been widely used as an X-ray condensing / imaging element. However, since the diffraction efficiency of FZP is limited to 20 to 30%, there is light that passes through without being condensed (zero-order light). Therefore, in using FZP, how to block the zero-order light is a big problem. FZP is known to deteriorate in a short time when used with high-intensity X-rays using an undulator as a light source. Therefore, even if free electron lasers are put into practical use in the future and even higher-intensity X-rays can be used, it is considered that FZP is difficult to apply due to its durability problem.

X線用屈折レンズの課題は加工精度である。上述のとおりX線は大気と固体との屈折率の差が微小であるため、短焦点距離を得るためにはレンズの曲率半径を100μm以下にする必要がある。これを実現するための微細穴の精密加工は極めて困難である。またレンズユニットを直列に重ねる際の中心軸のずれにより目的の集光性能を得ることは極めて困難である。   The problem of the X-ray refractive lens is processing accuracy. As described above, since the difference in refractive index between the atmosphere and the solid is very small, the radius of curvature of the lens must be 100 μm or less in order to obtain a short focal length. Precise machining of fine holes to achieve this is extremely difficult. In addition, it is extremely difficult to obtain the desired light collecting performance due to the shift of the central axis when the lens units are stacked in series.

本発明は、上記の従来のX線集光・結像素子の課題を解決するためになされたものであり、単一ユニットで充分な集光性能を有する耐久性に優れたX線用屈折レンズを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the conventional X-ray condensing / imaging element, and has an excellent durability with a sufficient condensing performance with a single unit. The purpose is to provide.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記目的を達成するために、貫通した円筒状孔を有するレンズ枠と、前記円筒状孔内部で金属を溶融固化して形成した凹面メニスカスとを有するものである。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記凹面の曲率半径が100μm以下であるものが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記凹面の球面精度が、0.1μm以下であるものが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記レンズ枠の材料に対する前記金属の溶融時の接触角が45°以下であるものが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記円筒状孔の直径が、1000μm以下であることが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記円筒状孔の深さが、前記円筒状孔の直径より大きいことが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、前記レンズ枠の材料が、金、銀、銅または黄銅のいずれかであることが好ましく、前記金属が、ハンダ材であるものが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法は、貫通した円筒状孔を有するレンズ枠材を加熱源に接触載置する工程と、前記レンズ枠材に対してぬれ性が高いレンズ材を前記円筒状孔の内部に充填し、加熱溶融する工程と、前記溶融したレンズ材が前記円筒状孔の開口端部に形成する凹面メニスカスを、冷却固化させる工程とを含むものである。
本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法は、前記冷却固化の冷却速度が、10℃/分以下であることが好ましい。
本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法は、前記加熱溶融および冷却固化を不活性ガス中で行うことが好ましい。
The present invention has been made to solve the above problems. That is, the X-ray refractive lens unit according to the present invention includes a lens frame having a penetrating cylindrical hole and a concave meniscus formed by melting and solidifying a metal inside the cylindrical hole in order to achieve the above object. It is what has.
The X-ray refractive lens unit according to the present invention preferably has a concave radius of curvature of 100 μm or less.
The X-ray refractive lens unit according to the present invention is preferably such that the concave surface has a spherical accuracy of 0.1 μm or less.
The X-ray refractive lens unit according to the present invention preferably has a contact angle of 45 ° or less when the metal is melted with respect to the material of the lens frame.
In the X-ray refractive lens unit according to the present invention, the cylindrical hole preferably has a diameter of 1000 μm or less.
In the X-ray refractive lens unit according to the present invention, the depth of the cylindrical hole is preferably larger than the diameter of the cylindrical hole.
In the refractive lens unit for X-rays according to the present invention, the material of the lens frame is preferably gold, silver, copper or brass, and the metal is preferably a solder material.
The method of manufacturing a refractive lens for X-ray according to the present invention includes a step of placing a lens frame material having a cylindrical hole therethrough in contact with a heating source, and a lens material having high wettability with respect to the lens frame material. It includes a step of filling the inside of the cylindrical hole, heating and melting, and a step of cooling and solidifying the concave meniscus formed by the molten lens material at the opening end of the cylindrical hole.
In the method for producing a refractive lens for X-ray according to the present invention, the cooling rate of the cooling and solidification is preferably 10 ° C./min or less.
In the method for producing a refractive lens for X-rays according to the present invention, it is preferable to perform the heating and melting and cooling and solidification in an inert gas.

本発明にかかるX線用屈折レンズは、曲率半径が小さい凹面を有するので、単一ユニットで1m以下の焦点距離を得ることができる。またメニスカスにより形成された凹面は精密な球面であり、原子レベルで平坦であるので高い集光性能が得られる。さらに水冷が可能であり、高強度X線による発熱に対しても容易に対処できる。よって本発明は、単一ユニットで充分な集光性能を有する耐久性に優れたX線用屈折レンズを提供することができる。   Since the refractive lens for X-rays according to the present invention has a concave surface with a small radius of curvature, a single unit can obtain a focal length of 1 m or less. Further, the concave surface formed by the meniscus is a precise spherical surface, and is flat at the atomic level, so that high light condensing performance can be obtained. Furthermore, water cooling is possible, and it is possible to easily cope with heat generated by high-intensity X-rays. Therefore, the present invention can provide a refractive lens for X-rays having a sufficient light collecting performance with a single unit and excellent in durability.

本発明にかかるX線用屈折レンズに用いるレンズ枠材としては、例えば高融点金属板に微細な円筒状孔を加工・形成したものを採用することができる。
円筒状孔は通常、貫通孔とする。上記円筒状孔の直径は、レンズの曲率半径を決定するファクターであり、1000μm以下であることが好ましい。1000μmを超えると、金属溶融体の自重により、正確な球面の形成が困難となる場合がある。また上記円筒状孔の深さは、円筒状孔の直径より大きいことが望ましい。円筒状孔は、レーザドリル、あるいは電子線加工を用いて形成することができる。
上記レンズ枠材として用いる高融点金属としては、ハンダ材の融点(200℃〜300℃)より高い融点を有し、かつハンダのぬれ角(接触角)が45°以上の金属が好ましい。具体的には金、銀、銅または黄銅が好ましい。
As a lens frame material used for the X-ray refractive lens according to the present invention, for example, a refractory metal plate processed and formed with a fine cylindrical hole can be employed.
The cylindrical hole is usually a through hole. The diameter of the cylindrical hole is a factor that determines the radius of curvature of the lens, and is preferably 1000 μm or less. If it exceeds 1000 μm, it may be difficult to form an accurate spherical surface due to the weight of the metal melt. The depth of the cylindrical hole is preferably larger than the diameter of the cylindrical hole. The cylindrical hole can be formed using a laser drill or electron beam machining.
The refractory metal used as the lens frame material is preferably a metal having a melting point higher than the melting point of the solder material (200 ° C. to 300 ° C.) and a solder wetting angle (contact angle) of 45 ° or more. Specifically, gold, silver, copper or brass is preferable.

レンズ材として用いる低融点金属としては、上記高融点金属に対してぬれ性が高く、かつ上記高融点金属より融点が低い金属であれば特に限定されないが、耐熱強度、X線の大気中と当該低融点金属との屈折率差等の観点から、錫−銀ハンダ、錫−鉛ハンダが好ましい。
ぬれ性が高く接触角(ぬれ角)が小さいほど曲率半径の小さい凹面が得られる。よって前記レンズ枠材に対して前記レンズ枠材にする溶融時の接触角(ぬれ角)45°以下にあるものが好ましい。本明細書において、上記接触角は、実体顕微鏡、あるいは走査型電子顕微鏡を用いた断面観察により測定される。
The low melting point metal used as the lens material is not particularly limited as long as it has high wettability with respect to the high melting point metal and has a lower melting point than the high melting point metal. From the viewpoint of the difference in refractive index from the low melting point metal, tin-silver solder and tin-lead solder are preferable.
A concave surface having a smaller radius of curvature is obtained as the wettability is higher and the contact angle (wetting angle) is smaller. Therefore, it is preferable that the lens frame material has a contact angle (wetting angle) of 45 ° or less when the lens frame material is melted. In this specification, the contact angle is measured by cross-sectional observation using a stereomicroscope or a scanning electron microscope.

本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法は、前記レンズ枠材に対してぬれ性が高い、好ましくは溶融時の接触角が上記範囲内にあるレンズ材を前記円筒状孔の内部に充填し、加熱溶融する工程を含む。加熱温度としては、上記レンズ材となる低融点金属の融点に依存するが、冷却時の熱収縮を防止する意味から300℃程度であることが望ましい。また溶融金属表面の酸化を防止する観点から溶融、固化は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。上記レンズ材の充填量としては、円筒状孔の端部に凹面メニスカスを形成するために、溶融時の体積が円筒状孔の容積より小さくなり、溢れない程度の量が好ましい。   The method of manufacturing a refractive lens for X-rays according to the present invention fills the inside of the cylindrical hole with a lens material that has high wettability with respect to the lens frame material, and preferably has a contact angle at the time of melting within the above range. And heating and melting. The heating temperature depends on the melting point of the low melting point metal used as the lens material, but is preferably about 300 ° C. in order to prevent thermal shrinkage during cooling. From the viewpoint of preventing oxidation of the molten metal surface, melting and solidification are preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The filling amount of the lens material is preferably such that the volume at the time of melting is smaller than the volume of the cylindrical hole so as not to overflow in order to form a concave meniscus at the end of the cylindrical hole.

本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法は、前記溶融したレンズ材が前記円筒状孔の2つの開口端部に形成する凹面メニスカスを、冷却固化させる工程を含む。冷却速度としては、10℃/分以下であることが望ましい。急速に冷却すると溶融金属が局所的に固化して精密な球面が得られない場合がある。   The X-ray refractive lens manufacturing method according to the present invention includes a step of cooling and solidifying the concave meniscus formed by the molten lens material at the two opening ends of the cylindrical hole. The cooling rate is desirably 10 ° C./min or less. When cooled rapidly, the molten metal may solidify locally and a precise spherical surface may not be obtained.

本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法により得られた凹面レンズもまた、本発明の一つである。本発明にかかるX線用屈折レンズの製造方法により得られた凹面レンズは、レンズ枠材から取り出して用いてもよいし、レンズ枠材の中に形成したものをそのまま用いてもよい。また本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、単一ユニットで焦点距離が充分短いものであるが、直列に組み合わせて複合レンズとして使用してもよい。   The concave lens obtained by the method for producing a refractive lens for X-ray according to the present invention is also one aspect of the present invention. The concave lens obtained by the method for manufacturing a refractive lens for X-rays according to the present invention may be taken out from the lens frame material, or may be used as it is formed in the lens frame material. The refractive lens unit for X-rays according to the present invention is a single unit and has a sufficiently short focal length, but may be used in combination as a composite lens in series.

本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、曲率半径が小さい凹面を有し、100μm以下のものも可能であるので、単一ユニットで1m以下の焦点距離を得ることができる。前記凹面の曲率半径の下限は、最小円筒状孔の半径で決定される。電子線加工による円筒状孔の最小半径はおよそ50nmであるから前記凹面の曲率半径の下限も約50nmである。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットのレンズ凹面は精密な球面を形成しており、その走査型電子顕微鏡を用いた断面観察により測定される球面精度を、数nm以下とすることができる。
Since the refractive lens unit for X-ray according to the present invention has a concave surface with a small radius of curvature and can be 100 μm or less, a single unit can obtain a focal length of 1 m or less. The lower limit of the radius of curvature of the concave surface is determined by the radius of the smallest cylindrical hole. Since the minimum radius of the cylindrical hole by electron beam machining is about 50 nm, the lower limit of the radius of curvature of the concave surface is also about 50 nm.
The concave lens surface of the X-ray refractive lens unit according to the present invention forms a precise spherical surface, and the spherical accuracy measured by cross-sectional observation using the scanning electron microscope can be several nm or less.

本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは、固体中の屈折率が大気中の屈折率より小さいX線の集光に好適に用いることができ、10keV〜100keVのX線の集光に特に好適に用いることができる。
本発明にかかるX線用屈折レンズユニットの用途としては、X線CT、X線回折装置等に好適に採用することができる。
The refractive lens unit for X-ray according to the present invention can be suitably used for condensing X-rays whose refractive index in solid is smaller than the refractive index in air, and is particularly suitable for condensing X-rays of 10 keV to 100 keV. Can be used.
As an application of the refractive lens unit for X-rays according to the present invention, it can be suitably employed for X-ray CT, X-ray diffractometer and the like.

本発明にかかるX線用屈折レンズは、上述のように貫通した円筒状孔中の2つの開口部付近に凹面を2面形成したレンズであるが、貫通していない円筒状孔を形成し、該円筒状孔の1つの開口端部に凹面を形成した1面凹面レンズを得たのち、該1面凹面レンズを2組背中合わせで組み合わせることによって2つの凹面を有するX線用屈折レンズを得ることもできる。   The X-ray refractive lens according to the present invention is a lens in which two concave surfaces are formed in the vicinity of two openings in a cylindrical hole that penetrates as described above, but a cylindrical hole that does not penetrate is formed, After obtaining a one-surface concave lens having a concave surface formed at one opening end of the cylindrical hole, a two-surface concave lens is combined back to back to obtain an X-ray refractive lens having two concave surfaces. You can also.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1に第一の実施例を示す。レンズ枠材1として厚み30μmの銅板(Cu)にレーザドリルを用いて孔開け加工をし、直径20μmの円筒状貫通孔2を形成した。得られた円筒状貫通孔を有する銅板を、ガス流通容器内のヒータブロックにネジで固定した。レンズ材5としては錫(Sn)を主成分とする半田(組成Sn96.5%,Ag3%,Cu0.5%Ag,品番:HS−302,HOZAN社製)を用いた。レンズ材の所定量を上記貫通孔2に溢れない程度に充填し、窒素雰囲気中でヒータブロック上でレンズ枠材1とともに約250℃に加熱し、冷却速度5℃/分で冷却することにより、図1に示すような凹面メニスカス3、4を有するレンズ5をレンズ枠材1の貫通孔内に形成した。このメニスカス3、4の曲率半径は約10μmであった。本実施例ではX線のフォトンエネルギーをE=10keVとする。このエネルギーにおいて、大気とSnとの間の屈折率差は1−n≒10-5である。よって曲率半径Rと屈折率nと焦点距離fとの関係式より、
f=R/(1−n)×1/2〜10×10-6m/10-5=0.5m
(1)
となる。上記式(1)で1/2を乗じているのは凹面メニスカスが2面存在するためである。半田充填量と貫通孔の直径から求めたレンズの平均厚さは約10μmであり、この厚さでのE=10keVのX線のレンズ透過率は約40%であった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
FIG. 1 shows a first embodiment. As a lens frame member 1, a 30 μm thick copper plate (Cu) was drilled using a laser drill to form a cylindrical through hole 2 having a diameter of 20 μm. The obtained copper plate having a cylindrical through hole was fixed to the heater block in the gas distribution container with a screw. As the lens material 5, a solder mainly composed of tin (Sn) (composition Sn 96.5%, Ag 3%, Cu 0.5% Ag, product number: HS-302, manufactured by HOZAN) was used. A predetermined amount of the lens material is filled to the extent that it does not overflow into the through hole 2, heated to about 250 ° C. together with the lens frame material 1 on the heater block in a nitrogen atmosphere, and cooled at a cooling rate of 5 ° C./min. A lens 5 having concave meniscuses 3 and 4 as shown in FIG. 1 was formed in the through hole of the lens frame member 1. The radii of curvature of the meniscuses 3 and 4 were about 10 μm. In this embodiment, the photon energy of X-rays is E = 10 keV. At this energy, the refractive index difference between the atmosphere and Sn is 1−n≈10 −5 . Therefore, from the relational expression of the radius of curvature R, the refractive index n, and the focal length f,
f = R / (1-n) × 1/2 to 10 × 10 −6 m / 10 −5 = 0.5 m
(1)
It becomes. The reason why the above formula (1) is multiplied by ½ is that there are two concave menisci. The average thickness of the lens determined from the solder filling amount and the diameter of the through hole was about 10 μm, and the lens transmittance of X = ray at E = 10 keV at this thickness was about 40%.

図2に本発明の第二の実施例を示す。この実施例は第一の実施例で得られた本発明にかかるX線用屈折レンズをX線CTに適用したものである。本図には示されていないSPring−8に設置されたアンジュレータで発生した放射光X線を、本図に示されていないSi111反射モノクロメータでE=10keVに単色化して試料6に照射した。試料6としては微細空孔を有する金属フィルター用多孔質金属を用いた。試料6を透過したX線ビームは本発明にかかるX線用屈折レンズ1を通過させてCCDカメラ8に入射させた。レンズ1からCCDカメラ8までの距離はL2=10mである。試料6とレンズ1との距離は、L1=fL2/(L2−f)=0.53mである。したがって試料6のX線透過像がCCDカメラ8に拡大投影され、乱拡大率はm=L2/L1=19である。ここで用いるCCDカメラの画素サイズは20×20μm2であるので、直接測定における空間分解能は約20μmである。しかしながら本実施例においては透過像が19倍に拡大されるので、空間分解能=20/19≒1μmの測定が可能となる。この配置で試料6を回転軸9の回りに回転させ、CT画像演算により、試料内微細空孔の3次元画像を再構成することができた。 FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the X-ray refractive lens according to the present invention obtained in the first embodiment is applied to X-ray CT. Radiated X-rays generated by an undulator installed in SPring-8 (not shown in the figure) were monochromatized to E = 10 keV with a Si111 reflection monochromator not shown in the figure and irradiated on the sample 6. As the sample 6, a porous metal for a metal filter having fine pores was used. The X-ray beam transmitted through the sample 6 passed through the X-ray refractive lens 1 according to the present invention and was incident on the CCD camera 8. The distance from the lens 1 to the CCD camera 8 is L 2 = 10 m. The distance between the sample 6 and the lens 1 is L 1 = fL 2 / (L 2 −f) = 0.53 m. Therefore, the X-ray transmission image of the sample 6 is enlarged and projected onto the CCD camera 8, and the random enlargement ratio is m = L 2 / L 1 = 19. Since the pixel size of the CCD camera used here is 20 × 20 μm 2 , the spatial resolution in direct measurement is about 20 μm. However, in this embodiment, the transmission image is enlarged 19 times, so that measurement with spatial resolution = 20 / 19≈1 μm becomes possible. With this arrangement, the sample 6 was rotated around the rotation axis 9 and a three-dimensional image of the fine pores in the sample could be reconstructed by CT image calculation.

以上、実施例に基づき説明したように、本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは曲率半径が小さい凹面を有するので単一ユニットで1m以下の焦点距離を得ることができることがわかった。またメニスカスにより形成された凹面は精密な球面であり、原子レベルで平坦であるので高い集光性能が得られた。本発明にかかるX線用屈折レンズユニットは凹面が放物面でないことによる収差(球面収差)は発生するが、光軸近傍の光(近軸光線)を用いることにより収差を無視できる条件で利用することは容易である。さらに高強度X線による発熱が問題になる場合も、水冷が容易である点で優れている。   As described above, it has been found that since the X-ray refractive lens unit according to the present invention has a concave surface with a small curvature radius, a single unit can obtain a focal length of 1 m or less. Further, the concave surface formed by the meniscus is a precise spherical surface, and is flat at the atomic level, so that high condensing performance was obtained. The X-ray refractive lens unit according to the present invention generates aberration (spherical aberration) due to the concave surface not being a paraboloid, but is used under the condition that the aberration can be ignored by using light near the optical axis (paraxial light beam). It's easy to do. Furthermore, when heat generation due to high-intensity X-rays becomes a problem, it is excellent in that water cooling is easy.

図1は本発明にかかるX線用屈折レンズユニットの模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an X-ray refractive lens unit according to the present invention. 図2は本発明にかかるX線用屈折レンズユニットのX線CTへの適用に関する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram regarding application of the X-ray refractive lens unit according to the present invention to X-ray CT. 図3(a)は従来のX線集光レンズユニットであり、図3(b)は従来のX線集光レンズユニットを組み合わせた複合レンズを円筒端面から見た図、および、A−A断面図である。FIG. 3A shows a conventional X-ray condenser lens unit, and FIG. 3B shows a compound lens combining the conventional X-ray condenser lens unit as viewed from the end face of the cylinder, and a cross section taken along the line AA. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 X線用屈折レンズ
2 レンズ枠材
3 円筒状孔
4 凹面メニスカス
5 レンズ材
6 試料
7 単色X線
8 CCDカメラ
9 回転中心軸
101 レンズユニット
102 レンズ材(円筒状ベリリウム)
103 円筒端面
104 回転楕円孔
105 X線集光レンズ
106 レンズケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refraction lens for X-rays 2 Lens frame material 3 Cylindrical hole 4 Concave meniscus 5 Lens material 6 Sample 7 Monochromatic X-ray 8 CCD camera 9 Rotation center axis 101 Lens unit 102 Lens material (cylindrical beryllium)
103 cylindrical end face 104 spheroidal hole 105 X-ray condenser lens 106 lens case

Claims (8)

貫通した円筒状孔を有するレンズ枠と、前記円筒状孔内部で金属を溶融固化して形成した凹面メニスカスとを有し、
前記レンズ枠の材料に対する前記金属の溶融時の接触角が45°以下であり、
前記レンズ枠の材料が、金、銀、銅または黄銅のいずれかであり、前記金属が、ハンダ材であることを特徴とするX線用屈折レンズユニット。
A lens frame having a cylindrical hole therethrough, and a concave meniscus formed by melting and solidifying a metal inside the cylindrical hole;
The contact angle at the time of melting of the metal with respect to the material of the lens frame is 45 ° or less,
A material for the lens frame is gold, silver, copper, or brass, and the metal is a solder material.
前記凹面メニスカスの凹面の曲率半径が、100μm以下である請求項1に記載のX線用屈折レンズユニット。 2. The X-ray refractive lens unit according to claim 1, wherein a radius of curvature of the concave surface of the concave meniscus is 100 μm or less. 前記凹面メニスカスの凹面の球面精度が、0.1μm以下である請求項1または2に記載のX線用屈折レンズユニット。 The X-ray refractive lens unit according to claim 1 or 2, wherein the concave surface of the concave meniscus has a spherical accuracy of 0.1 µm or less. 前記円筒状孔の直径が、1000μm以下である請求項1ないし3のいずれかに記載のX線用屈折レンズユニット。   The X-ray refractive lens unit according to claim 1, wherein the cylindrical hole has a diameter of 1000 μm or less. 前記円筒状孔の深さが、前記円筒状孔の直径より大きい請求項1ないし4のいずれかに記載のX線用屈折レンズユニット。   The refractive lens unit for X-rays according to any one of claims 1 to 4, wherein a depth of the cylindrical hole is larger than a diameter of the cylindrical hole. 貫通した円筒状孔を有するレンズ枠材を加熱源に接触載置する工程と、
前記レンズ枠材に対してぬれ性が高いレンズ材を前記円筒状孔の内部に充填し、加熱溶融する工程と、
溶融した前記レンズ材が前記円筒状孔の開口端部に形成する凹面メニスカスを、冷却固化させる工程とを含み、
前記レンズ枠材の材料に対する前記レンズ材の溶融時の接触角が45°以下であり、
前記レンズ枠材の材料が、金、銀、銅または黄銅のいずれかであり、前記レンズ材の材料が、ハンダ材であるX線用屈折レンズの製造方法。
A step of placing a lens frame member having a penetrating cylindrical hole in contact with a heating source;
Filling the inside of the cylindrical hole with a lens material having high wettability with respect to the lens frame material, heating and melting,
Cooling and solidifying the concave meniscus formed by the molten lens material at the opening end of the cylindrical hole,
The contact angle at the time of melting of the lens material with respect to the material of the lens frame material is 45 ° or less,
The method of manufacturing a refractive lens for X-rays, wherein a material of the lens frame material is any of gold, silver, copper, or brass, and a material of the lens material is a solder material.
前記冷却固化の冷却速度が、10℃/分以下である請求項6に記載のX線用屈折レンズの製造方法。   The manufacturing method of the refractive lens for X-rays of Claim 6 whose cooling rate of the said cooling solidification is 10 degrees C / min or less. 前記加熱溶融および冷却固化を不活性ガス中で行う請求項6または7に記載のX線用屈折レンズの製造方法。   The manufacturing method of the refractive lens for X-rays of Claim 6 or 7 which performs the said heat melting and cooling solidification in inert gas.
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