JPH07504491A - 粒子、ｘ線およびガンマ線量子のビーム制御装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 粒子、Ｘ線およびガンマ線量子のビーム制御装置発明の背景 本発明は、放射ビームを制御する装置であり、より詳しく述べれば、Ｘ線ビーム 、ガンマ線ビーム、および荷電粒子ビームを制御する装置であり、収束ビーム、 発散ビーム、準平行ビームを、広いスペクトル範囲、広い開口角度、短い形成バ スで、形成する装置に関する。

本発明の利点の一つは、Ｘ線、ガンマ線、および中性子ビームを制御して医療用 放射線透過検査および治療へ応用したり、Ｘ線微量検光子およびＸ線回折検光子 用のビームを形成したり、メスバウアー検査でガンマ線を効果的に利用できるこ とである。

本発明のもう一つの利点は、さまざまな放射源から放射されたエネルギーを集束 させることにより、放射ビームを微小領域に高出力密度で生成するのに効果があ り、例えば、電波天文学で、小型で局所化した放射源に同調させた有向放射線検 出器を形成するのに役立つことである。

荷電粒子ビーム、Ｘ線ビーム、およびガンマ線ビームを制御するためにさまざま な装置が使用されている。これらの装置は、例えば、フレネルのミクロ位相板、 多層鏡、およびブラッグの結晶のような放射線干渉および放射線回折に基づいて いる。磁気要素および静電要素も電化ビーム制御に使用されている。しかし、こ れらの装置の致命的な問題点は、その装置が依拠している物理現象のため、スペ クトル幅が狭いことである。

周知のように、さまざまな荷電粒子ビーム、中性子ビーム、Ｘ線ビーム、ガンマ 線ビームを縮合媒体の境界に入射すると、金欠反射が起こる臨界角と呼ばれる一 定のグレージング角度の値が得られる。なお、その角度より小さいと損失が極め て少なくなる。反射面が平滑でその材質の放射吸収度が低い場合、全反射の損失 が大変少ないので、臨界角より小さい角度で複数の反射光を利用してビームを効 果的に制御することができる。

先行技術としては、曲がり束管チャネルで金欠反射を起こして準平行Ｘ線ビーム を集束して形成する装置が知られている。（旧ソ連　物理学士ウズベク、第１５ ７巻、第３号、１９８９年５月発行。Ｖ、Ａ、アクラブエフ（Ａ　ｒ　ｋ　ａｄ ’ｅｖ）、Ａ、１．カラミツエフ（Ｋｏｌｏ＋ｎｉ　ｊ　ｔｓｅｖ）、Ｍ、Ａ、 クマコフ（Ｋｕｍａｋｏｖ）、１．Ｙｕ、ポノマレフ（Ｐｏｎｏｍａｒｅｖ）、 １．Ａ、　：］デーエフ（Ｋｈｏｄｅｙｅｖ）、Ｙｕ　、　Ｐ　、チェルトフ（ Ｃｈｅｒｔｏｖ）、ＩＭ。

シャクバロノフ（Ｓｈａｋｈｐａｒｏｎｏｖ）。「広い角度開口広帯域Ｘ線光学 （Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｘ−ｒａｙ　０ｐｔｉｃｓ　Ｗｉｔｈ　Ｗｉｄｅ−Ａｎｇ ｌｅ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）Ｊ　ｐｐ、　５２９−５３７）この装置は、複数のチ ャネルで構成されており、金欠反射を特徴とする内部面を持ち、入力端が放射源 に向かい、出力端が放射受光器に向かう構成になっている。チャネル形成要素は 、虚数同軸の樽状の母面にある。

この先行技術に基づいた装置の問題点は、管状チャネルを通過する際の放射損失 が大きいことである。その原因は、虚数同軸の樽状の母面にある管状チャネルを 正確に位置づけることができないことと、放射線の入力端と出力端をそれぞれ放 射源と受光器に最適な角度で向けることができないことである。もう一つの問題 点は、管状チャネルの大きさが最適ではないために、スペクトル幅が比較的狭い ことである。

Ｘ線リソグラフィーでは、微小域（点光源）から放射するＸ線やシンクロトロン で生成するＸ線などのさまざまな資源を利用して画像を生成している。しかし、 残念ながら、Ｘ線リソグラフィーを使用したシステムではＸ線を適切に操作でき ないという限界がある。

Ｘ線光学には、可視光線でも赤外線（ＩＲ範囲）でも経験しなかった困難な問題 がある。媒質内部の電子レベルを励起またはイオン化できるエネルギーを有する 光子が強力に吸収されてしまうので、屈折率が異なる媒質を通す屈折ができない のである。ただし、多層鏡またはゾーンプレートまたは位相板で単一結晶に起こ るブラッグ散乱を利用すれば、回折および干渉現象によりＸ線を偏向させること は可能である。確かに、この方法を適用している実例も多いが、エネルギー（波 長）に制約があるので、エネルギースペクトルが広いＸ線ビームを制御するには 使えない。既知の材料の表面にＸ線を広い角度から入射すると、反射係数がとて も小さいので、反射の使用も制約がある。

すれすれ入射光学は、Ｘ線の金欠反射現象に基づいて開発されてきた。すれすれ 入射光学は、平らな鏡で偏向させて曲がった鏡で平行ビームを集束させるシンク ロトロン放射装置で広く使われている。これらの鏡では単一の反射を使用してい るのが通常である。そのような装置では、全外反射角（キロ電子ボルトのエネル ギーで数ミリラジアン）の値が小さいので、開口角が極めて小さくなる。

従来の装置で点光源を使用するＸ線リソグラフィーでは、強度、光信率、半影ブ レおよび光源位置が不安定であるという制約があった。また、シンクロトロン光 源を使用するＸ線リソグラフィーの場合も、強度に制約はないが、ビームを垂直 方向に入射すると有効な発散が見られない。

本発明は、従来技術で長年懸案になっていた問題を解決することにより、Ｘ線の 制御、精密さ、および正確さの点でＸ線リソグラフィーシステムを改良したもの である。

Ｘ線、ガンマ線、および粒子放射線は、現在さまざまな分析器機で使用されてい る。放射線を使用すると、試料の組成や構造などの特性について知ることができ る。

しかし、残念ながら、従来の計測器には強度およびビームの指向性または偏向の 制御という点で制約があった。

試料（物質、成分、または系）を非破壊的に評価する方法で最も重要でかつ広く 使用されているのは、Ｘ線蛍光分析または分光分析（ＸＲＦ）である。Ｘ線蛍光 分析は、分析ツールとして、主として、波長分散分光分析（ＷＤＸＲＦ）および エネルギー分散分光分析（ＥＤＸＲＦ）の２つの方法で開発された。さらに、上 記の２つの測定技術を組み合わせて高い分解能で測定をすれば、高速で半定量的 な分析結果が得られるが、現在商用化されているものは殆どない。

剛性試料に光子を照射することにより放出されるＸ線には、「制動放射」の広い バックグラウンドにある試料の単一エネルギーＸ線特性が含まれている。しかし 、残念ながら、そのようなＸ線放射源により励起された２次Ｘ線スペクトルには 、通常、試料に制動放射を連続すると分散が発生しエネルギーがより低いバック グラウンドになる。

本発明がＸ線蛍光分析を改良した点は、（１）検出器に到達する強度を上げるこ とにより測定時間を短縮した、（２）光子の衝突を引き起こす検出器に到達する 制動放射を減少させることにより測定時間を短縮した、（３）信号対雑音比を増 加させることにより分解能を上げた、（４）検出器に到達する制動放射を減少さ せる、（５）角関係を精密に制御することによりＷＤＸＲＦの分解能を向上させ た、（６）明確に定義した小さな領域を評価する能力を向上させた、（７）操作 により組成分布を判定する能力を向上させた、（８）試料や源開口などの部分を 移動せずに、明確に定義した領域で平均組成を判定する能力を向上させた、（９ ）明確に定義した剛性試料の体積の分析を可能にし、より小型の検出器を使用で きる系で他の組成のコストを減少させた。

本発明者は、特別な形状面から複数の反射を利用したＸ線の集束を初めて提案し 、これらの「クマコフ（Ｋｕｍａｋｈｏｖ）Ｊレンズの透過率は５０％にもなる ことを実証したことがある。さらに、これより低い透過率でも、大きな収集開口 度（０，２５ラジアン）のためにＸ線強度が４倍も増加したことを示した。

放射線ビームは、医療にかかわる診断と治療の両方の分野で幅広く応用されてい る。しかし、従来の医療器機の使用と効果に制約があったのは、（ｉ）容易に濾 光しない所望のエネルギーより高い光子または粒子が存在するため、所望のエネ ルギーでバンド幅が狭くかつ高い強度のビームが得られなかうた、（ｉｉ）所望 の横断面積を有する平行ビームを形成し集光ビームを形成することができなかっ た、（ｉｉｉ）コリメーション時に強度が大幅に損失した、（ｉｖ）体腔のライ ニングに直接放射線を照射する効果的な手段がなかったからである。

これらの制約のため、画像の分解能は低いままであり、高レベルの放射線量が患 者の健康な組繊細胞に影響を与えたり医療員が放射能に汚染されたりすることが あり、光源や検出器などの装置部品が高価になっているのである。クマコフのレ ンズは、放射線の照射が正確でかつ精密なので、上記の問題を最小限に押さえる ことができる。

要約すると、本発明は、Ｘ線リソグラフィー、分析器機、医療器機などに新規に クマコフのレンズを応用するものである。

元旦Ｌ１力 本発明の目的は、ビーム制御装置のチャネルを通しで放射透過を効率化し、制御 中の放射ビームの色幅およびスペクトル幅を拡張し、装置製造にかかわる労力を 減少させ、装置を小型化し、焦点領域を狭くし、ビームのエネルギー集束および 出力装置でのビーム出力密度の効率を向上させ、出力装置での放射ビーム均等性 を向上させ、角ビーム発散を減少させ、形成中の放射ビームにバックグラウンド 放射が与える効果を減少させることにある。

このような目的を実現するために、粒子量子、Ｘ線量子、およびガンマ線量子の 各ビームを制御する装置において、複数の金欠反射を特徴とする内部面に複数の チャネルを設け、入力端が放射源に向い、出力端が受光器に向かうように配置す る。この装置では、虚数同軸の樽状の母面に配置した要素でチャネルを形成する ことが望ましい。本発明の方針に従って、チャネル形成要素を剛性支持構造で空 間に位置づけ、入力端で放射線方向に次の条件を満足するチャネル幅りを各チャ ネルに指定する。

Ｄ、≦　２ＯＤＦ＋Ｄ なお、上記の式で、Ｄｌは効果的な放射源の直径である。

ここからレンズで放射線を捕捉する。θ。は、必要なスペクトル幅で放射する臨 界全外反射角の最小値である。

Ｆは、ビーム伝播の中心軸に沿って測った、放射源からチャネルの入力端までの 距離である。

複数のチャネルを曲がり束管で構成し、虚数同軸の樽状の母面に沿って縦軸を設 定した場合、本発明の剛性支持構造を、円板がビーム伝播の中心軸に垂直になる ように配置し、各円板に蜂の巣形の開ロバターンを設けて束管を収容することに より、虚数同軸の樽状の母面に沿った縦軸をしっかり固定する。このような剛性 支持機構を形成する方法はたくさんある。例えば、リソグラフィーまたはレーザ 旋削のような処理により穴を開けた剛性板を使用したり、平面上で複数の方向に 予め定めた間隔で大きな開口に沿ってパターン内の配線などの資材を配置する剛 性枠を使ったりしても固定することができる。

この方法を使用すれば、曲がりチャネルの形状を正確に形成し、その位置を固定 し、曲率半径の最適値からの偏差を極小にし、放射源および受光器に対してそれ ぞれ入力端および出力端を正確にかつ固定して位置づけることができるので、チ ャネルに入射する放射線を最大限に捕捉し、放射伝播損を最小化することができ る。

本発明の別の側面として、個々の円板を一枚一枚他の円板と相対的に軸方向に沿 って移動できるという特徴がある。例えば、入力端に最も近い円板にこの方法を 適用すると、焦点距離と捕捉角を調整することができる。移動可能な支持機構を 使用すると、伝送エネルギー帯域幅やスペクトルを調整したり、ビーム焦点の大 きさや出口焦点距離を調整したりするのに役立つ。

同軸の樽状ビームの反射層またはエンベロープ間の隙間で、制御中のビームに対 して同軸方向にチャネルを形成した場合、少なくとも２つの剛性格子（例えば、 蜂の巣形のパターン）をチャネルの入力端および出力端に、ビーム軸に垂直に配 置し、エンベロープを入力端および出力端で格子にしっかり固定することにより 、剛性支持構造を形成する。このように設計すると、装置を固定する構造で発生 する放射強度損を最小化したり、装置の組み立てを簡単にしたり、エンベロープ 強化構造を軽量化したり、その強化構造によるエンベロープの変形を最小化した りすることができるという利点がある。

チャネル形成要素として曲がり束管を使用しているので、開口部の蜂の巣形のパ ターンで曲がり束管の位置を制御ビームの中心軸に沿って固定して、支持円板を 位置づけられるという利点もある。なお、その際、支持部の間隔は次の式で表さ れる。Ｌ≦ｖ−１２Ｅ　Ｉ　／　（ＱＲＩ）。

この式で、Ｅは、最大温度での束管の弾性係数である。

なお、この最大温度には、放射吸収に起因する束管の温度上昇分も含んでいる。

■は、中立軸に相対的な束管の横断面の慣性モーメントを表す。Ｑは、単位長ご との束管の質量を示す。Ｒ１＝　２Ｄ／Ｑ”は、必要な放射スペクトルの高エネ ルギー境界で判定した束管の臨界弾性半径である。このようにすると、束管が自 身の重みでたるむのを許容弾性にまで最小化できる。なお、チャネルを通る放射 透過による放射強度損は許容弾性を超えない。

複数のチャネルを毛管として設計する場合、毛管を別々の束にまとめて、束の縦 軸を虚数同軸の樽状の母面に沿って、制御ビームの中心軸に対して同軸になるよ うに配置し、制御ビーム軸に垂直になるように円板を配置して剛性支持構造を設 計し、開口部に蜂の巣形のパターンを用意して毛管のそれぞれの束を収容するこ とができるという特徴がある。このように設計すると、チャネルの直径を小さく してチャネルの数を増やせるので、装置のスペクトル幅を拡張できるという利点 がある。なお、装置を組み立てる労働内容は、チャネルの数ではなく毛管の数に 依存する。また、個々の小さな毛管の強度と比較すると、毛管の束としての強度 の方が強いので破損が少なくなる。チャネルの臨界弾性半径Ｒ１が小さくなるの で、装置を小型化することができる。

前述したように、制御ビームの中心軸と同軸方向に虚数同軸の樽状の母面に沿っ て曲がり束管の縦軸を配置した形態で複数のチャネルを設計すると、本発明によ れば、蜂の巣形のパターンの剛性支持構造を束管壁の外側に形成し、その外面に しっかりと固定し、各束管のチャネル幅をチャネル長に沿って可変にし、束管の 横断面で対応する装置寸法に比例させることができる。このように設計すると、 装置の広い部分でチャネル寸法が大きくなり、焦点方向に向いた入力端および出 力端でチャネルの直径が小さくなるように管束を自由に変形することにより装置 全体を形成することができる。熱可塑性の管束を加熱して引き延ばすなどの方法 が可能である。この方法によれば、焦点領域の直径を数倍も小さくすることがで きるので、放射エネルギーの集束度が高まる。この手法を自動化すれば、本発明 を製造するコストも低くできる。

本発明のもう一つの側面として、複数のチャネルで曲がり束管を構成し、その縦 軸を虚数同軸の樽状の母面に沿って配置することにより、剛性で蜂の巣形のパタ ーンの支持構造のブッシングを形成し、ビーム伝播の中心軸に垂直な平面で各束 管を包み、ブッシングを一つ一つしっかり固定し、接着剤、連動機構または締め 付は装置（例えば、外締め）などで支持構造を構成することができるという特長 がある。この方法を使用すると、装置の組立が簡単になり、装置の作成でチャネ ル形成要素の数を増やせるので、角ビーム制御の範囲を広げることができる。

同様に、複数のチャネルを毛管で設計するにあたり、毛管を束にまとめて、その 縦軸を虚数同軸の樽状の母面に沿って配置し、剛性で蜂の巣形のパターンの支持 構造でブッシングを構成し、制御ビーム軸に垂直な平面で各毛管束を包み、接着 剤、連動機構、または締め付は装置で一つ一つしっかり取り付けるのにも役立つ 。この用法によれば、装置の組立も簡単になる。

ブッシングで各束管または毛管束を包む代わりに、共角積み重ねクレードルを使 用して剛性支持構造を形成することもできる。

剛性支持構造をビーム伝播の中心軸の回りに、一つの単位として回転させて搭載 することもできるので、別々のチャネルからのビーム透過による不規則性を平均 化することにより、ビームの横断面に沿って時間平均の放射強度を等化すること ができる。

さらに、本発明の側面として、チャネルが異なる場合はその波長も変えることが できるという特長がある。すなわち、形成中のビームの横断面の各領域で放射強 度の減衰に従って波長を選択する。この方法によれば、曲率が異なるチャネルを 経由した場合放射透過中の強度損が相違することにより発生する不規則性を取り 除くことにより、形成中のビームの横断面に沿って放射強度を制御することがで きる。最もよく使用されているのは、ビーム強度の等化である。その他、横断面 で密度と厚さが変化する吸収フィルタがある。中心から周辺に向かって吸収度が 下がっていくフィルタをビームパスに置いても同じ効果が得られる。

個々の要素をテーパー角θ、で（円錐状に）発散させるのにも役立つことが実証 されている。なお、θ１くθ−Ｄ／ＬＩの関係になる。この式で、θは準平行ビ ームの必須発散角度、Ｌ、は低減する束管部分の長さである。この場合、フレア ーアウトチャネルで放射透過をすると、ビームの発散がテーパー角の値まで減少 する。

本発明の別の側面として、曲率が複合している虚数同軸の母面に沿ってチャネル 形成要素を配置することができる。例えば、チャネルの出力端をチャネル形成要 素といっしょに延長することができる。なお、このチャネル要素を配置する虚数 ドーナツ状の面の母面は、虚数樽状の面の母面と対応しており、出力端は放射受 光器に向けられている。この方法によれば、このようにして形成した放射ビーム の密度を高めることができる。

束管間の隙間を化合物で埋めれば、剛性支持構造を効率的に生産できる。制御ビ ームの放射線を通さない外部遮へいケーシング資材で装置を作るのに適している 。ケーシングの開口部をチャネルの両端に合わせて配置し、曲がりチャネルおよ び放射線を吸収する束管間資材だけを採用して、密閉した放射線受光器または放 射源に対する直線路を遮断することにより、形成した放射ビームにおけるバック グラウンド放射線率を減少させる。このような充填のおかげで、振動のような動 きに対する感受率も下がる。

本発明は、前述したクマコフのレンズでＸ線リソグラフィーシステムも構成でき る。Ｘ線源を必要とし、クマコフのレンズは、通常、Ｘ線源とマスクの間に配置 する。

Ｘ線源は、点光源であってもなくても構わない。クマコフのレンズは、マスクと レジストとの間に配置してもよい。本発明は、次のようなＸ線リソグラフィーの 方法についても提示する。まず、放射源を用意して、放射源からの放射線をクマ コフのレンズを通して集束させ、次に、集束した放射線をマスクに通すのである 。この方法で、クマコフのレンズを追加して、一つのレンズで準平行ビームを形 成し、もう一つレンズで、予め選択したエネルギー帯にビームを集束させる。

さらに、本発明では、クマコフのレンズで構成スル分析器機も規定する。通常、 クマコフのレンズは、放射源と分析試料との間に配置する。この分析器機は、Ｘ 線蛍光装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線回折装置などのＸ線装置でも、イオン顕微鏡のよ うなイオン装置でも、中性子顕微鏡や中性子回折装置のような中性子装置でも、 あるいは、電子ビーム装置でも構わない。

上記の計測器は、通常、モノクロメータで構成する。

この中で放射源は、クマコフのレンズとモノクロメータの両方を横断できる。こ の適用形態では、クマコフのレンズは、発散形のビーム集光器、平行ビーム集光 器、準平行ビーム形成器、準平行ビームマニピュレータのいずれかであるのが普 通である。

本発明の適用形態としては、クマコフのレンズを二次放射源と試料の間に配置す ることもできる。この場合、クマコフのレンズは、発散形のビーム集光器、平行 ビーム集光器、準平行ビーム形成器、準平行ビームマニピュレータのいずれかと して機能する。

本発明では、クマコフのレンズを分析対象の試料と放射線検出器との間に配置す ることもできる。この場合、クマコフのレンズは、発散形のビーム集光器、平行 ビーム集光器、準平行ビーム形成器、準平行ビームマニピュレータのいずれかと して機能する。

クマコフのレンズは、帯域フィルタとしても機能する。

さらに、この計器は、デジタル減算分析で使用するのに適している。

さらに、本発明では、試料を分析する方法も規定する。

まず、放射源を用意して、放射源から放射された放射線をクマコフのレンズに通 して、クマコフのレンズから出てきた放射線に分析対象の試料を接触させて、試 料から出てきた放射線を検出する。

通常、検出した放射線は、次に、その放射線にかかわる既知のパラメータと照合 する。

放射源から出てきた放射線は次のように伝達する。まず、クマコフのレンズから 出てきた放射線を反射し、次に、反射した放射線を別のクマコフのレンズに通す 。この過程では、通常、結晶が必要になる。単結晶のモノクロメータが使用でき る。さらに、試料から出てきた放射線を別のクマコフのレンズに通してから検出 してもよい。

本発明では、医療装置も提供する。医療装置は、診断と治療の両方に適している 。開示する特定の装置には、血管造影装置、内視鏡、Ｘ線断層撮影装置、組織イ オン化装置、中性子捕捉治療装置、Ｘ線蛍光分析装置などがある。さらに、本発 明では、医療装置でクマコフのレンズを使用する方法も提供する。

本発明では、患者に放射線治療をする方法も規定している。まず、放射線ビーム を放射し、次に、クマコフのレンズに通してビームを集束させ、患者に照射する 。さらに、患者の特定の物質の存在を検出する方法も規定する。まず１．放射線 ビームを放射し、次に、クマコフのレンズに通してビームを集束させ、患者に照 射してから、残余のビームを検出する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一つの実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。

蜂の巣形のパターンで配置した開口を有する円板によりチャネル形成要素を固定 する。

第２図は、第１図で示した本発明の実施態様のＡ−Ａ断面図である。

第３図は、第１図で示した本発明の実施態様のＢ−Ｂ断面図である。なお、毛管 が延長して接触していることを示している。

第４図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。蜂の巣 形の格子に接着することにより、チャネル形成要素としての樽状エンベロープを 固定する。

第５図は、第４図の実施態様を放射源側から示した図である。

第６図は、本発明の実施態様の一部を示している。複数の毛管を別々の束にして それぞれチャネル形成要素にしている。

第７図は、曲がり束管を包むブッシングを使用して剛性支持構造を形成している 。

第８図は、−束の毛管を包むブッシングを使用して剛性支持ヨークを形成してい る。

第９図は、積み重ねクレードル部材で構成する剛性支持構造を示している。

第１０図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。束管 を変形して異なるチャネル断面図を形成するようにチャネル形成要素を設計でき る。

束管自身の壁により剛性蜂の巣形のパターンの支持構造を形成している。

第１１図は、中心ビーム軸を中心にして剛性チャネル支持構造を回転させる配置 図である。

第１２図は、支持円板を軸方向に移動できる実施態様を示している。

第１３図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。チャ ネル形成要素は、準平行ビームを形成する束管であり、直線束管部分に広がり、 準平行ビームの断面図で放射線の強度を等化するために長さを変えている。

第１３Ａ図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。準 平行ビームの断面図で放射線の強度を等化するために吸収フィルタを採用してい る。

第１４図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に第２１Ｂ図は、各ビームご との光子の数と光子のエネ沿った断面図である。チャネル形成要素は、準平行ビ ームを形成する束管であり、裾広がりの部分で、準平行ビームの発散を減少させ ている。

第１５図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。チャ ネル形成要素は、虚数同軸の樽状の面の母面に沿って配置され、ドーナツ状の面 の母面に沿って伸びている。

第１６図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。チャ ネル形成束管の間の隙間および束管支持円板の間の隙間には、剛性資材が充填さ れている。

第１７図は、本発明の実施態様を示す制御ビーム軸に沿った断面図である。装置 全体が遮断へいケーシングで覆われており、放射線伝達チャネルの入力端と出力 端が開口部分で整列している。

第１８図は、透過係数と光子の曲げエネルギーとの関係を示している。

第１９図は、毛管の湾曲点近くで特別な形状をした毛管の中を光子が次々に壁に 反射しながら伝達している様子を示している。

第２０図は、透過係数と光子エネルギーとの関係を示している。なお、特別な形 状では高エネルギーカットオフが発生している。

第２１Ａ図は、一連の長方形の毛管の中を初期平行ビームが反射していく様子を 示している。

るビーム間の幅が、第２８図より狭くなっている。

ルギーとの関係を示している。２つのビームエ、とＩ２が特別な分布曲線を示し ている。

第２２図は、幅が可変な毛管を使用してビームを獲得する様子を示している。入 口端に近いほど幅が狭くなっている。

第２３図は、不均一なチャネル断面図に対してレンズで焦点を合わせている様子 を示している。

第２４図は、非対称レンズ系で発散源からの放射線が高強度になる点を得る様子 を示している。

第２５図は、レンズ要素の入力バッフリングを示している。

第２６図は、毛管要素および流体（気体または液体）で冷却する要素間の空間を 示している。

第２７図は、個々のチャネルの直径が１０μｍで、複数の毛管で構成する直径が ３００μｍの毛管束を示している。

第２８図は、放射源、クマコフのレンズ、およびマスクで構成するシステムの略 図である。放射源から放射されたＸ線は、クマコフのレンズを通り、マスクへ向 かうことを表している。

第２９図は、放射源、クマコフのレンズ、およびマスクで構成するシステムの略 図である。放射源から放射されたＸ線は、クマコフのレンズを通り、マスクへ向 かうことを表している。なお、クマコフのレンズから出でくＩ３　（ＪＡ区は、 ＴｆＬ躬源、クマコフのレンズ、マスク、およびウェハで構成するシステムの略 図である。なお、図の記号の意味は次に通りである。

ｇ＝マスクとウェハ間の隙間 θ＝レンズ捕捉角度（ｓ　ｒ） δ＝半径倍率 第３０Ｂ図は、Ｘ線がマスクを通り、ウェハに衝突している様子を示す略図であ る。なお、図の記号の意味は次に通りである。

θ＝軸からの最大発散 ρ＝周辺部のぼけ 第３１図は、レンズの出力端で撮ったビームの断面図の拡大図である。

第３２Ａ図は、シンクロトロンからの発散ビーム、準平行ビームの集束用クマコ フのレンズ、エネルギー帯反射用のクマコフのレンズ、およびビーム形成用クマ コフのレンズを使用したシステムの略図である。

第３２Ｂ図は、Ａ−ＡおよびＢ−Ｂ面で撮ったビームの断面図の略図である。

第３３Ａ図は、シンクロトロンリングから出てくるシンクロトロン放射の略図で ある。

第３３Ｂ図は、シンクロトロンリングから出てくる放射線を断面図が大きくなる ように変形し、発散を少なくしてエネルギーがより高い光子を濾過している様子 を示している。

第３４図は、Ｘ線源、先頭のクマコフのレンズ、マスク、フィルタ、もう一つの クマコフのレンズ、およびレジストで構成するリソグラフィーの拡大略図である 。

第３５図は、第３４図の２番目のクマコフのレンズの拡大図である。

第３６図は、発散ビームがクマコフのレンズを通り集束する様子を示している概 略図である。

第３７図は、平行ビームがクマフフのレンズを通り集束する様子を示している概 略図である。

第３８Ａ図は、クマフフのレンズを通り準平行ビームが形成される様子を示して いる概略図である。

第３８Ｂ図は、別の形で、クマコフのレンズを通り準平行ビームが形成される様 子を示している概略図である。

第３９図は、Ｘ線源、クマコフのレンズ、試料、および検出器で構成するシステ ムの概略図である。Ｘ線が放射源からレンズを通り試料に衝突して、屈折してか ら検出される。

第４０Ａ図は、Ｘ線源、試料、クマコフのレンズ、および検出器で構成するシス テムの概略図である。Ｘ線は、放射源から試料に衝突し屈折してクマコフのレン ズを通ってから検出される。

第４０Ｂ図は、Ｘ線源、試料、２つのクマコフのレンズ、結晶板、および検出器 で構成するシステムの概略図である。Ｘ線は、放射源から試料に衝突し屈折して クマ概略図である。

コツのレンズを通って結晶板で反射してもう一つのクマコフのレンズを通ってか ら検出される。

第４１Ａ図は、Ｘ線源、２つのクマコフのレンズ、試料、および検出器で構成す るシステムの概略図である。

Ｘ線は、放射源からクマコフのレンズを通り試料に衝突し屈折してもう一つのク マコフのレンズを通ってから検出される。

第４１Ｂ図は、試料（第３３Ａ図を参照）で屈折して２番目のクマコフのレンズ に向かうＸ線と試料を通り抜けていくＸ線の様子を示す概略図である。

第４２図は、電源、Ｘ線源、複数のクマコフのレンズ、試料、試料位置決め装置 、エネルギー発散形検出器、単結晶反射鏡または多層反射鏡、電子検出器、完全 な中央分析システムなどで構成する複合分析システムの概略図である。

第４３図は、Ｘ線源、２つのクマコフのレンズ、単結晶モノクロメータ、試料、 および検出器で構成するシステムの概略図である。

第４４Ａ図は、放射源、クマコフのレンズ、および−束の毛管で構成するシステ ムの概略図である。

第４４Ｂ図は、放射源、クマコフのレンズ、および複数の毛管で構成するシステ ムの概略図である。

第４５図は、放射源、クマコフのレンズ、および毛管システムで構成するシステ ムの概略図である。

第４６図は、シンクロトロン放射を利用した顕微鏡のび２次元位置反応検出器で 構成するシステムの概略図で第４７図は、樽形状毛管のレンズモードの概略図で あある。

施態様において、チャネル形成要素は、複数の曲がり中空束管１である。束管１ の前後軸２は、制御ビームの重心軸３に同軸方向で虚数樽状面の母面に沿って配 置する。

チャネル形成要素は、剛性支持構造により相互にしっかり固定する。

剛性支持構造には、制御ビームの軸３に垂直な複数の円板４が含まれる。それぞ れの円板には、蜂の巣状パターンの開口５があり、その開口を通して束管１を固 定している。第２図に示す蜂の巣状のパターンのそれぞれの開口は、中心の開口 の回りに６つの開口がそれぞれ等しい間隔で並んでいる。開口を別な方法で配列 することも可能だが、前記の配列が望ましい。各円板で開口間の間隔は各円板の 軸上での位置により異なるが、樽状面の母面に沿って束管１（第１図）をしっか り固定できるような位置を選択する。各円板４は、剛性資材（例えば、金属また は硬質プラスティックまたは複合材）で作成し、枠６によりしっかり固定する。

曲がり束管１の入力端の方向は放射源７に向かい、出力端は受光器８に向ける。

入力端および出力端は、第３図に示すように、全体が６角形の密集形になるよう に配列することが望ましい。

第１図で、本発明による各チャネルの半径Ｄ（入力端では束管１の直径）は次の ように定義される。

Ｄ、≦２θＤＦ＋Ｄ 上記の式で、Ｄ、は放射源７の有効直径であり、θ。は指定したスペクトル幅で の金欠反射の最小臨界角、Ｆは重心軸３に沿って計測した放射源７から束管１の 入力端までの距離である。

第４図に本発明の別の実施態様を示す。この実施態様では、制御ビーム軸３に同 軸方向に、樽状ビーム反射層またはエンベロープ９の間に隙間を開けてチャネル を構成している。剛性支持構造は、少なくとも２つの格子で構成する。例えば、 制御放射ビーム軸３に垂直なチャネルの入力端と出力端で蜂の巣状に配列したセ ル１１（第５図）を配列する。剛性支持構造は、必ずしも蜂の巣状にする必要は ないが、その場合はブロックした状態でビームに望ましくないパターンが形成さ れる可能性があるので、十分注意して選ぶ必要がある。第４図に示すように、エ ンベロープ９で入力端および出力端を格子１０に（例えば接着することにより） しっかり固定し、格子１０はリング１２に固定し、リング１２は枠６によりしっ かり固定する。

本発明の実施態様では、第４図に示すように、各チャネルの半径幅りは、入力端 での平面で放射状に広がる２つの隣接したエンベロープの間の距離で定義する。

さて、ここで曲がり束管をチャネル形成要素として機能させる実施態様に関する 説明に戻る。束管１のチャネル（第１図）の入力横断面の充填係数を向上させる ために、それぞれの束管１の横断面を３角、矩形、６角形などの形にして装置の 入力横断面の充填係数を最大になるようにする。剛性支持部材は蜂の巣状以外の 形態も可能であるが、その場合は放射線がブロックされてビームに望ましくない パターンが形成される可能性があるので十分注意して選ぶ必要がある。

Ｄサイズのチャネルを有する束管１を均一に曲げ、束管１に平行放射ビームを入 射すると、ゼロからθｍａｘの範囲の角度でチャネル壁に衝突する。なお、θｍ ａｘ＝　（２Ｄ／　Ｒ）　ｌ／２であり、Ｒは束管１の曲がり半径である。

その結果、それぞれの放射に固有の種類とエネルギーレベルは、いわゆる臨界曲 げ半径がＲ１＝２Ｄ／θ２Ｄという特長を有する。この値より低くなると、補足 効果はＲ／Ｒ，に比例して減少する。

チャネルが矩形の場合、この遅延は線形になる。チャネルが円筒形の場合、この 遅延はもっと複雑な形になる。

ビーム制御装置で束管がそれ自身の重さでたるむことにより局所的に曲がる半径 には、Ｒ＞Ｒ１という制限がある。

制御ビームに沿って曲がり束管１を固定している開口５を含む蜂の巣状のパター ンを有する円板４は、それぞれＬ≦（１２Ｅ　Ｉ／ＱＵ１）　””という間隔で 配置することが望ましい。この式で、Ｅは束管１の弾性係数、■は束管の中立軸 に相対的な断面の慣性モーメント、Ｑは単位長さ当りの束管の重さである。なお 、Ｒ１は放射の高エネルギー境界で定義されている束管１の臨界曲げ半径である 。このように円板４を位置づければ、束管１がそれ自身の重さでさらに曲がって も、放射線が透過することにより束管１のチャネルの全充填を保持するのに必要 な値を超えることはない。

本発明装置の運用スペクトル範囲を拡大して中性子ビームの制御に適用すると、 金欠反射の臨界角を小さくし、束管１の直径を小さくすることができる。束管の 直径が１００μｍより小さくすると、装置を組み立てる手順がかなり複雑になる 。

チャネル形成要素が管状であると、複数の毛管を相互につなげてそれぞれの束管 １を製造することができるという利点がある。これにより反射面が平滑になり、 複数の金欠反射が可能になる（第６図および第２７図）。このように構成すると 、有効なチャネルの直径を数倍縮小することができる。その結果、運用スペクト ル幅をより高いエネルギー領域に拡大して束管１の曲げ半径を小さくすることが できる。これは、臨界曲げ半径が束管１の直径ではなく、毛管チャネル１３の直 径で決まるからである。したがって、チャネルの直径をサブミクロンのレベルま で小さくすることにより、チャネル数を数倍に増やすことができる。一方、装置 を組み立てるのに要する労力は複数の毛管で構成する束管の数で決まるので、元 の管状設計のレベルに維持することができる。

複数のチャネルで曲がり束管１（第１図）を構成する実施態様では、第７図に示 すように、虚数同軸の樽状面の母面に沿って前後軸が配置されているので、制御 ビ−ム軸に垂直な平面で各画がり束管を覆うブッシング２０で剛性蜂の巣状の構 造を支持することもできる。ブッシングは、接着剤、連動機構、または締め付は 機構で相互にしっかり固定する。

同様に、複数の毛管１３（第６図）をまとめて別々の束管にして、その前後軸を 虚数同軸の樽状面の母面に沿って配置した場合、剛性蜂の巣状構造は、制御ビー ム軸に垂直な平面で、複数の毛管１３で構成するそれぞれの束管を覆うブッシン グ２１（第８図）の形にすることもできる。ここでも、ブッシングは、接着剤ま たは包帯止めで相互に固定してヨークを形成する。

あるいは、第９図に示すように、クレードル部材２２に束管１（毛管１３の束） の所望の位置にしっかり固定することもできる。

管状チャネルの場合、組み立て手順を簡素化し、束管１の直径をできるだけ最小 にして、ビーム集束領域のサイズを極小化することにより、その領域でのビーム 密度を増加したい場合、束管１の壁をその外面にしっかり固定することにより、 剛性蜂の巣状の構造を形成することもできる。本発明では、ガラス管のような熱 塑性プラスティック管で装置を作成することを想定している。その場合、束管１ の両端Ｄ０から中央部Ｄ　ｍａｘまで範囲でチャネル幅を変えることができる。

本発明の実施態様では、チャネル幅は対応する束管の樽状面の直径に比例する。

このような状態で、束管１の臨界的がり半径は、入力半径Ｄ０で定義する。チャ ネルの断面を装置の両端を透過する放射線で満たすのが不完全であっても透過効 率の観点では重要ではないからである。

第１０図に望ましい実施態様を示ｔ０それぞれの束管１は、円弧に近い曲線に沿 って曲げられている。装置の入力端で補足する放射線をフレアリングアオウトを 経由して透過させてから、必要に応じて正のガウスの曲率を有する反射だけでチ ャネルを逓減させ、反対側の壁に到達しないようにすることにより、装置入力端 で獲得したすれすれ入射角の範囲を放射線が出力端に達するまで保持する。本発 明によれば、束管１の直径は入力端で少なくともＤｏになる。反対側の壁からの 放射線を避けることが不可能だからである。その結果、すれすれ入射角が金欠反 射の臨界角θ。を超えるので、放射損失が増えることになる。

本発明装置を使用して準平行放射ビームを生成することにより、長距離エネルギ ー伝送（例えば、データ伝送）、ゆがみなしの物体画像の伝送、プラナ−結晶に よるブラッグの放射モノクロ化などに応用することができる。

多くの場合（例えば、Ｘ線リンググラフィー）、放射ビームの均一性と平行性が 高くなければならない。しかし、管状システムで複数の金欠反射で準平行ビーム を生成すると、ビームの断面で放射分布が均一ではなくなる。その原因は、別々 の束管１を経由した放射透過が離散的（ミクロ的均一性）であるからである。ま た、ビームの中心から端に至るまでの間に強度が低下するのは、束管１の曲率の 大きい部分で放射透過の効率が低下する（マクロ的均一性）からである。

複数のチャネルを経由した離散的な放射透過が均一性を失うことが重大な問題に なる場合、本発明による剛性蜂の巣状の構造を制御ビーム軸３を中心にして回転 できるようにすることにより、露出時間を平均化してビームの強度を等価するこ ともできる。例えば、第１１図に示すように、外部駆動型の周歯車装置２３を使 用して回転させる。この構造は、例えば、Ｘ線リンググラフィーなどで準平行ビ ームを生成するのに応用できる。

第１２図に本発明の実施態様を示す。この実施態様では、束管１の入力端の近く にある支持円板４′を軸方向に平行移動できる。ウオーム歯車機構２５を駆動す るロッド２４を使用して静止円板４に対して円板４゛を平行移動させる。逆に、 円板４′を入力端に向かって移動させると、焦点長Ｆが増加し、同時に補足角θ が小さくなる。円板４′を出力端に向かって移動させると、焦点長Ｆが減少し、 補足角θが大きくなる。この様な操作をすると、透過エネルギー帯域幅とスペク トルを調整することができる。

複数の束管１チヤネルの前後軸をそれぞれ出力端で平行になるようにして、放射 ビームを透過させると、チャネルの曲率が異なるために放射透過効率も異なる。

その結果発生する出力ビームの不規則性を補正するために、均一な断面を有する 直線セクション１４（第１３図）をチャネルの出力端で延長させる。この直線セ クション１４の長さは、成形ビーム断面の各部分でのビームの強度の減衰度に応 じて選択する。準平行ビームの中央で強度が低下する場合、延長束管１で放射吸 収を行う。束管１の両端は必ずしも均一にする必要はない。強度分布に応じて、 中央から周辺に向かって出力端を短くしていく。

ビームバスに吸収フィルタ４０（第１３ａ図）を設ける方法もある。成形ビーム の均一さのばらつきに応じて中央から周辺に向かって吸収フィルタの密度または 厚みを減らしていく。このフィルタは、例えば、放射の種類に応じてレジストを 選択して成形準平行ビームに露光させれば、作成できる。

ビームを成形する個々のチャネルからの放射発散は、金欠反射の臨界角θ。を超 えない。放射発散を減少させる必要がある場合、束管１の出力端にフレアリング 円錐形セクション１５（第１４図）を設ける。その際、テーパ角は、θ１≦θ　 −Ｄ　／　Ｌ　１となる。この式で、θは準平行ビームで必要な発散角、Ｌｌは 円錐形セクション１５の長さをそれぞれ示す。フレアリングアウトチャネルを透 過するビームは、ビームの発散がテーパ角まで減少する。

均一に曲げた束管１を使用して準平行ビームを成形する場合、束管１の出力端と 入力端のそれぞれの間隔を等しくすることはできない。したがって、虚数ドーナ ツ状面の母面に沿ったセクション１６（第１５図）で出力端を延長させて、元の 樽状面と結合して、出力端のセクション１６を受光器の方向に向けるようにして 準平行ビームを成形することが望ましい。この場合、準平行ビームの別の部分を いっしょにして出力準平行放射ビームの密度を増加する。必要に応じて、他の複 合曲率を有する虚数同軸面の母面に沿ってチャネル形成部材を配置してもよい。

管状チャネルを有する装置を設計する際、固定資材３０（第１６図）の剛性蜂の 巣状の構造で束管１および円板４の間の隙間を充填する。なお、場合によっては 、円板４を設けずに、固定資材だけを使用して束管１を固定してもよい。細い束 管１を大量に使用して装置を作成する場合には、この構造の方が組み立てが簡単 である。例えば、多孔性ポリマーを固定資材として使用して束管を平行に位置づ けて、樽状ケーシング内部を圧縮することにより樽状面を成形することができる 。この構成では、支持重構造が不要になるので重量がずっと軽くなる。例えば、 この設計は宇宙でＸ線望遠鏡を設計するのに重要になる。

蜂の巣状のパターンを開口５に合わせてチャネル形成要素（例えば、束管１）を 円板４に固定する際、チャネルの入力端を放射源７に向け、チャネルの出力端を 受光器８に向け、チャネル形成要素を均一に曲げて正確に位置づける。その結果 、Ｄ１≦２θＦ＋Ｄを満足すると、放射源７の任意の地点から放射線をθ。より 小さいずれすれ角でチャネル壁に入射することができるので、チャネルで放射線 の金欠反射を補足することができる。チャネルを均一にかつ正確に曲げると、チ ャネル壁にすれすれ角で入射させ、チャネルの入力端から出力端まで効果的に放 射透過をさせ、その方向を受光器８に向けることが容易になる。

上記で記述した準平行ビーム成形装置で透過の方向を逆にすることにより平行放 射ビームを集中することもできる。例えば、前述した「出力」端を元の平行ビー ムの方に向け、「入力」端を焦点の方に向けるのである。

放射のモノクロ化を達成する場合は、準平行ビームに対してブラッグ角で結晶を 配置する。

許容限度を超える高いバックグラウンド放射がある場合、第１７図に示すように 、ビーム制御装置全体（支持構造は図中に示していない）を覆うことが望ましい 。受光器８（または放射源７）、制御放射を伝導しない資材で外部遮へいケーシ ング１７を作成し、チャネルの軸に対して開口１８と１９を入力端と出力端にそ れぞれ合わせる。この実施態様では、中心軸に沿ったチャネル形成要素は、省略 してもブロックしてもよい。複数の束管１の間の隙間は、放射を吸収またはブロ ックする部材３６で充填する。その結果、好ましくないバックグラウンド放射が 透過する際、受光器８へ直線で向かうパスはなくなる。

ガンマ線、Ｘ線、および粒子線のビームを制御する装置は、基本的には、特定の 方向に向けて反射する面を制御するシステムである。複数の内部反射の全体効果 に基づき、等方放射源から準平行ビームへ発散放射およびその焦点を変形する。

この装置は、ガラスの曲がり管の束または同軸の「樽状」反射面を重ね合わせて 設計してもよい。

本装置でガンマ線およびＸ線の放射を制御すると、放射エネルギーに応じて、等 方放射源からの放射補足角が１００度から数１０度の範囲で補足できるエネルギ ーは、１ｘｌＯ”ｅＶ　から１ｘｌＯ’ｅＶの範囲になる。準平行ビームの発散 は、臨界反射角を超えないので、１０−’ラジアンまで小さくすることができる 。この装置を放射線の集束に使用すると、ガンマ線、Ｘ線、または粒子線を焦点 部に集中できる度合は、この装置のような光学集束装置を使用しなかった場合と 比較すると、数万倍も高くなる。焦点部の直径は、集束管の直径の制約を受ける が、１０″″ｃｍまで小さくすることができる。

本装置は、広範囲の科学技術分野で新規の定性装置に応用できる。

本発明の実施態様は、曲がり束管を多層化したシステムであり、特定の層のチャ ネルの長さは、隣接する層のチャネルの長さと同じなので、透過特性がほぼ同じ になる。さらに、Ｘ線と粒子線の導波管入射方向に向けられているので、チャネ ル壁でのビームのすれすれ入射角は、全外反射角を超えない。導波管から入射す るビームの反射数は、ビームの中実軸からの距離に比例して増加する。

その結果、広角度でビームを曲げることができる。このような機能により、ビー ムの集束とビーム補足角の拡大が容易になる。

装置の設計を簡素化し、装置の組み立ての精度を向上させる場合は、システムに 円板（あるいはそれに相当する支持構造）を追加し、円板の開口に束管放射導波 管を装着する。なお、自在Ｘ線導波管の長さと各円板間の距離は、前述した制限 事項の制限を受ける。１束の放射導波管で構成するシステムから隙間で区切って 重ね合わせた複数の二次面で構成するシステムに移行した方が製造の合理化が可 能で装置の組み立てと生産にかかわる労力が低減できる。さらに、この方が焦点 部分を微小化でき、放射透過でのエネルギー損失も減少できる。

システムを伸張し放射源に対向する位置で縮小することにより、屈折点で二次面 に正接する面を臨界反射角より小さい角度にすると、準平行ビームの密度を増加 させることができる。

本装置のこのような実施態様は、放射ビーム制御性能を効果的に向上させること ができるので、競争力のある装置および器機の設計に使用できる。

高エネルギー光子放射源で最も重要なものは、シンクロトロンである。シンクロ トロン放射は、曲線バスで屈折により荷電粒子を加速した時に放出される放射で ある。

放射エネルギーは、電子エネルギーまたは陽電子エネルギーおよび曲率により決 まる。一般に、シンクロトロン放射源は、スペクトルの真空紫外線およびＸ線の 範囲で放射するように設計する。クマコフのレンズは原理的には光子エネルギー が０．１ｋｅＶ（１〜１００人）という低い値でも動作できるが、実際的には、 光子エネルギーが０．５ｋｅＶからＩＭｅｖ（１〜０．０１人）で動作するよう に設計されている。クマコフのレンズは、一定の種類の粒子に対して働くが、シ ンクロトロンは粒子の放射源ではない。この放射源の特長は強度が高く、エネル ギー範囲が広くかつ連続していることである。Ｘ線の強度は、ストレイシリング で回転する電子（あるいは陽電子）の数（電流）および屈折率の半径により決ま る。

光子の強度とエネルギーは、ウィグラーと呼ばれる波動装置を使用して高度化す る。この装置は、交互信号の周期的磁気静電界を使用して振幅が小さく周波数が 高い垂直面でビームを振動させることができる。光子のエネルギーは、非常に低 いエネルギー（可視）から最大エネルギーまで連続して広がっている。

シンクロトロンからの放射は、粒子ストレイシリング内の曲率の高い曲がり管か ら光子が扇状に放出される。

扇の高さは、通常０．５から２ｍｍの範囲である。幅は、数度になることもある 。例えば、ナショナルシンクロトロン光源では、各地点での扇の幅は６度にもな る。したがって、薄いベリリウムウィンドウを通り各ポートからグラ−ビームは 、５ｍｒａｄの発散になる）。クマコフ放射すると、６’ｘ１ｍｍの幅になり、 垂直方向の平行性が高く、水平方向に発散する。このような放射を効果的に使用 するためには、複数のビーム線をこの狭い角範囲に密集させ、そのそれぞれの線 で１度ぐらいの放射を捕捉する。放射を使用する際の制限としては、ビームモノ クロメータ、屈折鏡、および装置を６°のくさびの範囲内に置く物理的な空間が 必要だということだけである。

余裕をとるためには、ビーム線を長くする場合が多い。

その結果、ビームの強度は、水平方向の発散のために減少する。

非同軸レンズを点放射源といっしょに使用することもできる。同軸レンズと非同 軸レンズを平行放射源（例えば、シンクロトロン）といっしょに使用することも できる。準平行放射源および拡張放射源を前述の放射源といっしょに使用するこ ともできる。しかし、この技術は、同軸レンズを点放射源といっしょに使用する だけに限定されるわけではない。シンクロトロンの場合、レンズ装置の入力端は 、レンズに入力するＸ線の方向に合わせる必要がある。点放射源を使用する場合 、チャネルはすべて点放射源の方向に向けるが、平行ビームの場合は入力端は通 常並列になる。各点から等方向に発散する発散源の場合、入力チャネルを並列に しても放射源の１点に向けてもあるいはその中間の角度に設定しても構わない。

シンクロトロンビームは、水平面方向に発散する。

（例えば、ナショナルシンクロトロン光源のｘ１７ウイ合、公式１゜θ。＝　Ｌ θ　がら発散θを得ることができる。

のレンズを使用すると、発散ビームを準平行ビームに変形することができる。平 行性は約０．１θ、で得られる。

なお、θ、は臨界屈折角である。例えば、３０ｋｅＶの光子に対してガラスロー ５２レンズを使用すれば、０゜１　ｍｒａｄの発散が得られる。１例として、初 期ビーム損失は約３０％から４０％になる。

ここで推奨する光学装置では、シンクロトロン放射ビームを、約１ミクロンはど の非常に小さい点に集束することができる。このような微小点での強度は、１ｏ ４より大きくすることもできる。

毛管光学を利用すると、高エネルギーの光子を高角で回転させることができる。

さまざまな材料とエネルギー範囲に対して光子を９０°回転させた場合の透過係 数の依存関係を第１８図に示す。１０　ｋｅＶから３０　ｋｅＶの光子を回転さ せるには、強度を３０％だけ失うだけで済むことが分かる。このような高い効率 が得られるのは、毛管の内部面が高い反射性能を有していることに関係がある。

シンクロトロンビームは断面が小さく発散が少ない。

ビームの放射開始時点では約０．５ｍｍＸ５ｍｒａｄかそれ以下でこともある。

このため、クマコフのレンズを使用して発散が極端に小さなビーム幅を得ること ができる。例えば、ルーイビルの理論に基づいてシンクロトロン放射ビームをサ イズがＬの平行ビームに変形する場Ａｏ（７ｏ　＝　ＬＪ、ｌ−Ｏ１ｍ　Ｘ　ｍ 　ｒ　ａ　ｄ　で　Ｌ　”　１０ｃｍ　の場合、θ　＝　２．５　ｘ　１０−’ 　ｒａｄ　になる。

超平行シンクロトロンビームを得るためには、チャネルの両端を逓減させてから 広げる必要がある。

従来の装置を使用して高エネルギー光子または高エネルギー粒子をフィルタリン グするのは非常に困難であるので、応用分野を広げるたり放射源の種類を多様化 するのが難題であった。シンクロトロンのような平行ビームの場合、結晶モノク ロメータを使用すればモノクロビームを得ることができる。しがし、除去するの が非常に難しい高エネルギー高周波が発生する。

クマコフのレンズの利点の一つは、広帯域の光子エネルギーおよび粒子エネルギ ーを透過できることである。

一方、エネルギーの透過を制御する技術の応用分野は広い。具体的には、レンズ の素材を選ぶことにより放射を選択して吸収したり、レンズの設計パラメータを 変えることにより透過放射を選択したりすることができる。このような制御は、 光子や中性子のような粒子に対して適用できる。前述した例はＸ線の場合である 。

レンズ要素の間隔（円形断面の毛管から作成したレンズの場合、毛管の内径にな る）およびレンズ要素の曲率で透過帯域幅を制御する。一般に、間隔が狭く曲率 が大きい場合、高エネルギー光子の透過が増加する。間隔が広く曲率半径が小さ い場合、低エネルギー光子の透過が増加する。一般に、透過が最適になるのは、 ｙ＝Ｒ（θｃｒ　）／２Ｄで、γ≧１．００になるときである。この式で、Ｒは レンズ要素の曲率半径、θｃｒは全作反射の臨界角、Ｄは毛管ベースレンズの場 合側々の毛管のチャネル幅をそれぞれ示す。効果的な透過帯域幅は、資材とパラ メータを選択することにより、数ｋｅ■という値まで小さくすることができるが 、実際には約１０　ｋｅＶから２０　ｋｅＶあるいはそれより大きいのが普通で ある。低エネルギー光子電子多重散乱、コンプトン散乱、または高エネルギー光 子の熱拡散散乱により発生するバックグラウンド放射を除去するためにエネルギ ー帯域幅を選択できるので、応用分野が広くなる。

レンズ要素の内部面を形成する素材を選択することにより、透過光子のエネルギ ーを制御することができる。

例えば、銅でコーティングすると、約０．６　ｋｅＶから１ｋｅＶおよび６　ｋ ｅＶから１０ｋｅＶの範囲で光子は透過する。一般に、低エネルギー光子は選択 的に吸収されるが、ベリリウムでコーティングすると、光子のエネルギーを１０ ０ｅＶまで下げて効果的な透過が可能になる。

ガラス製の毛管は、内部面が良好なので、反射係数はθｃｒ以上角で非常に高く なる。例えば、Ｅ＝３０　ｋｅＶ（θｃｒ　＝１．１１ｘｌＯ−”　ｒａｄ）で 、半反射係数Ｒ，＝０，９９５　（θ１ｎｃｉｄ　＝＝　１０−”）である。こ の値は研磨面の反射係数よりわずかに高い。同時に、θ≧θｃｒで、反射係数は 急減する。例えば、θ１ｎｃｉｄ＝１．１ｘｌＯ−”で、Ｒ１＝０．９８７、θ １ｎｃｉｄ　＝１．２ｘｌＯ””では、Ｒ１は既に０．２に低下している。この 数字は、入射角で１０％の変化があり、反射係数ではほぼ５倍減少していること になる。

θｃｒに近いときにＲ１が急減するという現象は、光子が複数のの反射をする場 合、フィルタリングするのに効果的に応用することができる。しかし、この技術 を使用して選択フィルタリングをするためには°、ビームの発散が極めて小さく なければならない。この条件は正にシンクロトロン放射の特長でもある。例えば 、Ｎ５ＬＳでの垂直発散は、１０−”ｒａｄ近（にまでなる。

Ｅ＝３０　ｋｅＶおよび３３　ｋｅＶのときの高エネルギーのフィルタリング計 算結果を表１に示す。

表から明瞭に分かるように、反射数が１０以上になると、３３　ｋｅＶの光子の 強度は、３０　ｋｅＶの光子の５倍以上も減少する。ところが、３０ｋｅＶの光 子の強度は殆ど同じである。

なお、上記の例では、１．１ｘｌＯ−”　ｒａｄの角度でビームを直線毛管に入 射したことに注意されたい。

この方法は、γ範囲を含む高エネルギーにも適用できる。

毛管を特別な形状（第１９図）にすると、毛管の屈折点近くで、光子が次々に壁 に衝突し反射していく。この光子をチャネル内にとどめておくためには、この新 しい面に対する入射角を臨界角より小さくする必要がある。

高エネルギー光子の反射角は小さいのでこの光子は毛管を離脱してしまう。

点放射源からビームを発散させた実験結果を第２０図に示す。光子の透過は、Ｅ ＝３３からＥ＝４０にかけて急激に減少し、Ｅ＝５０では１０−４になってしま う。

毛管の曲率半径を変化させると、フィルタリング境界も変化する。半径を小さく すると、フィルタリングエネルギーは減少し、半径を大きくすると、フィルタリ ングエネルギーは増大する。

第２０図に示した数値は、最初に実験した結果である。

毛管の形状をさらに工夫すれば、エネルギーフィルタリングをもっと急減させる こともできる。

ビームに対して毛管を一定の角度にして捕捉すると、非常に狭い範囲のビームを カットして２つのビームを効果的に分離することが可能になる。一つは、選択し たエネルギーより高いエネルギーのビームであり、もう一つは選択したエネルギ ーより低いエネルギーのビームである。フレネル角より大きい角で面に衝突する 光子の多くは、材料をそのまま通過してしまう。もっと高いエネルギーの場合は 、吸収される光子は極く僅かしかない。

この設計を応用する場合、ビームの発散は少なければならない。良い結果を得る には、矩形の毛管１つまたは複数の矩形毛管で構成するシステムまたは複数の平 面を使用する必要がある。

第２１Ａ図について説明する。初期平行ビームＩ。ｍが面目または毛管面にθ。

角で衝突した場合、θｃｒｉｔｉｃａｌ〉θ。を有する光子が反射し、それより 高いエネルギー、すなわち、θｃｒｉｔｉｃａｌ　＜θ。を有する光子は通過す る。

したがって、第２１Ｂ図に示すようなスペクトル分布を有する■、と１２の２つ のビームが得られる。

上記の技術を複数回使用すると、狭い帯域幅を修正することができる。例えば、 第２１Ａ図に示すビームＩ。

は、別の毛管、平面、または毛管システムに入射角θ。

（最初に衝突した面より少し小さい角度）で衝突すると、θ、く　θｃｒｉｔｉ ｃａｌ　＜　θ。を有する光子は、■、として反射する。■、のスペクトル分布 は第２１Ｂ図に示す。

同様にしてこの操作を繰り返すと、複数の帯域幅が選択できる。例えば、第２１ Ｂ図の１．がそうである。１つのシンクロトロンビームから複数の準モノクロビ ームを得ることができる。このビーム幅は、エネルギー幅／エネルギー率が数１ ０１であり、エネルギーのビーム強度の損失が５０％しかない。このようにして 修正した帯域幅を使用すると、結晶モノクロメータがら得られるモノクロビーム よりはるかに流量の多い準モノクロビームを得ることができる。そして、所望の エネルギーで狭い帯域幅のビームを複数得ることもできる。

光子の強度は非常に強いので、入射する光子が極く僅かであってもその吸収によ り温度が何百度にもなることがある。時には、金属の融点を超える程高熱になり 、非常に大きな熱勾配を呈して、機械にひずみが出たり変形したりすることも多 い。この効果は、絶縁ウィンドウ、回折結晶、または屈折鏡などの吸収で重大な 問題になる。

１つのクマコフのレンズの入力端で光子の流量と強度を吸収するためには、さま ざまな設計上の工夫が必要になる。

第２５図に示すように、中空の入力阻止バッフルを設けて流体（液体または気体 ）で冷却したり、中実の六方阻止バッフルを設けて面または周辺でコイルにより 冷却したりすることができる。

放射線はレンズ要素の端に衝突し停止するので、その放射線を阻止することによ りレンズが加熱するのを防止する。レンズ要素に入射する放射線が衝突するレン ズの壁が入口点と異なる位置になるのは、曲率がゆるやがであるためである。（ 透過する光子のエネルギーが最も高い場合の全作反射は臨界角より小さい）。し たがって、斜め入射よりはるかに広い領域に分布する。

融点の高いガラス、セラミック、または金属でレンズを製造することもできる。

例えば、純Ｓｔｅｍ（石英）で製造すると、融点が２０００℃もの高温になるの で光子の透過に適している。レンズ要素のコーティング材料としては、タングス テン、シリコン、カーバイド、炭素などのように融点が高く熱伝導率も高い元素 または化合物が使用できる。

レンズ要素を冷却するには次の方法がある。

ｉ：　熱伝導率の高い固体でレンズ要素を覆い、バルクまたは周辺部の開口部で 液化ガスを通して固体を冷却する。または断面積の大きな冷却フィンを特別にレ ンズ要素に取り付ける。

ｉｉ：　流体（液体または気体）の冷却剤をレンズ要素間に通す。レンズを真空 中で操作してもレンズ要素の壁が真空障壁として機能する（第２６図）ので冷却 が可能になる。

ｉｉｉ：　冷却ガスをレンズに通す。高エネルギーの光子を透過するときに、ヘ リウムのような冷却ガスを使用する。ヘリウムは、熱伝導率が高く透過光子の断 面での吸収率が低い。

クマコフのレンズの利点は、放射ビームの方向と断面を制御できることである。

面を設計することにより、所望のビーム断面を得ることができる。例えば、毛管 を使用してシンクロトロンから放射した場合、毛管または毛管束（多重毛管）（ 第２７図参照）の方向を調整することにより四角ビームまたは円形ビームを放射 するような薄い矩形ビームを捕捉することは容易である。したがって、元のビー ムの垂直寸法より大きい領域に放射しなければならない場合、シンクロトロンで 応用できるという利点がある。シンクロトロンビームを１ｍｍから６ｃｍの平行 ビームに広げても強度の損失は５０％しかないのである。

シンクロトロンから放出される光子ビームのような形にするために、透過レンズ の入力形を構成することができる。シンクロトロンの場合、この形は通常非対称 になる。粒子ストレイシリングから正接して放射され、放射界が扇状になるから である。しかし、放射源から放出されるビームに合わせるために任意の形にする ことは可能である。

９０°以上の角度でビームを屈折させることにより、例えば、水平方向の目標で はなく垂直方向の目標だけを照射することも可能である。

ビームの向きを変えることができるので、ビームを分割して分離することも可能 である。ただし、この技術はまだ実験段階である。

クマコフのレンズの一定の実施態様では、ビームの一部が他の角より大きい角で 通過したり、ビームの他の部分より小さな半径で屈折するものがある。ビームの 断面で強度を制御する（通常は均一な強度を得るため）方法については前述した 。例えば、フィルタリングやチャネルの一部の長さを選択的に伸張してビームの 対応部分で損失を増加させる方法について紹介した。しかし、この２つの方法は いずれも損失を大きくすることにより強度を制御するという欠点があった。すな わち、光子の強度が下がると、レンズの効果も減少するのである。このような欠 点を改善してビーム全体の強度を制御する方法としては、チャネル間の隙間を調 整する方法がある。すなわち、強度を下げる場合は間隔を大きくし、強度を上げ る場合は間隔を狭くする。このようにして、光子を阻止するのではなく再分配す るのである。ただし、この方法にはマイクロ均一性が減少するという欠点がある 。

放射源には空間的に不安定なものが多い。例えば、シンクロトロンビームは、一 定のゆらぎを受ける。クマコフのレンズは、放射源の大きさを超えた領域からの 放射でも捕捉することができる。したがって、放射源の位置がほんの少し変化し た程度なら、クマコフのレンズから放射される光子ビームの強度、平行性、およ び均一性には余り影響はない。この効果は放射源の空間的な位置を安定化させる ことができる。

発散を小さくする目的で、入力端から扇状に広がる樽状の毛管（第２２図参照） が使用できる。この例で、放射源のサイズが小さく、チャネルの曲率半径が大き い場合、臨界反射角よりはるかに小さな発散を出口で得ることができる。

焦点を小さくする場合は、し〕／ズを収束させる（第２３図参照）。

放射の強度を高める場合は、第２４図に示すような形が使用できる。放射源の後 ろに、樽状を半分にした形を設けて、発散放射を準平行ビームに変形し、次に、 円錐形の毛管を配備する。この樽形を通った後の放射をθ。

とした場合、円錐形の広い部分の直径をｄｌ、収束した部分の直径をｄ！とじた 比率は、次のような関係になる。

ｄ＋／ｄ＊　々　θｃｒ　／θ。

上記の式で、θｅｒは完全外部反射（ＣＥ　Ｒ）角を示す。

Ｘ線光子に対する最小サイズｄ１は回折の制限を受けるので、〜　ｃ／ｗｐ（ｃ は光速、ｗｐはプラズマ周波数）となり、その結果、約１００人となる。イオン の場合、この寸法は原子レベルの数値になる。

チャネルの断面は円形である必要はない。例えば、ビームのエネルギー幅を狭く する場合、チャネルの側面は平らなので矩形でもよい。複数の毛管、毛管束、多 重毛管の個々のチャネルでは円形ではない場合が多い。６角形、四角形、３角形 などの方が効率的に束ねることができ、その結果、レンズの断面でのオーブン領 域が大きくなり強度も高くなる。

イオンを制御する場合レンズが最も効果的である。チャネルを構成する材料また はチャネルのコーティングに電気的な伝導性がある場合、静電空間電荷が累積し ないので、イオンを排斥しないからである。そのため、面の仕上げが非常に重要 になる。

中性子を制御する場合、チャネル面をコーティングする材料としては、チャネル の断面で中性子を吸収する率が高くないものを選択する必要がある。例えば、ホ ウ素を含むガラス製の毛管は、中性子を吸収する率が極めて低い。

クマコフのレンズを使用すると、複数の機能を同時に実行することができる。例 えば、１つのレンズで、発散ビームを捕捉して準平行ビームを成形するだけでは なく、光子エネルギーを選択的にフィルタリングして、外部チャネルでの損失を 補正することができる。

クマコフのレンズでは、臨界外部反射（ＣＥ　Ｒ）角（波長により異なるが半径 が１０−８レベル）より小さな入射角で平滑面からＸ線を鏡面反射している。密 接に並べた複数の面で構成すると、Ｘ線に対する導波管の役目を果たす。

クマコフのレンズをＸ線リンググラフィーとして利用することもできる。すなわ ち、Ｘ線源およびマスクとウェハの組合せの間にレンズを配置して、ビームの形 、強度、方向、およびエネルギー分配を制御する。クマコフのレンズは、密集し た媒体の平滑な境界で複数の放射を利用してＸ線ビームを制御する。この媒体は 、特別な形をしており、金欠反射の臨界角より大きな角度ではビームのかなりの 部分を反射しないことが保証できるのである。ウィンドウを使用し、真空または 気体をシステムまたはシステムの一部の媒体として選択するのが本発明の一貫し た特長である。

点光源のＸ線リンググラフィーの場合、発散ビームを捕捉し、Ｘ線ビームを準平 行ビームに変形し、マスク方向に向けることができるクマコフのレンズを選択す る。

本発明の実施例を第２８図および第２９図に示す。なお、第２９図に示す例の方 がビームの強度を高めることができるので望ましい。レンズの構成は前述したい ずれの構造でも構わない。

リンググラフィーシステム（第３０Ａ図および第３０Ｂ図を参照）を使用すると 、次のような利点がある。

（１）放射源を最大出力せずに強度を高めることができる。放射源からの放射を 固定角φで収集するので、放射源の出力をもっと高めでウェハへ送ることができ るからである。レンズからの出力がほぼ平行なので、マクスまでの距離が余り重 要ではなくなる。なお、平行でないと、ビームの強度は距離の二乗で低下する。

（２）装置の半径を拡大しいで済む。ビームはその断面で、方向と発散が一定で あるので、マスクとウェハとの間の距離や平行性を非常に厳密に調整する必要が なくなる。マスクを制作する際に振れの補正をする必要がなくなる。（３）磁界 を拡大できる。磁界の大きさは、放射増幅または視差の制限を受けないので、要 件を満足するレンズを設計することにより制御できる。７　ｃｍ　ｘ　７　ｃｍ 以上のビームを扱えるレンズが製造できる。（４）半影ぶれが減少する。Ｓ、Ｌ 、、Ｌ　ｔ、およびり、に関わらず、ρ＝２ｓｉｎ　θとなる。端で広がる毛管 のようなレンズチャネルを使用すればさらに半影ぶれを減少させることができ、 その結果θも減少する。（５）放射源の不安定さの影響を受けにくくなる。レン ズがＸ線を同じ画像焦点領域から受け取り同じ方向にＸ線を集束するので、多少 、放射源の位置がずれてマスクに送る強度に影響が出ても、ビームの方向、マス ク、およびウェハの間の位置関係には影響を与えない。（６）マスクと放射源と を分離する。

クマコフのレンズを使用することにより、準平行ビームが放出できるだけではな く、放射源と試料を物理的に分離しであるので、放射源から蒸着またはスパッタ ーした材料の一連の視認透過もマスクや試料には届かない。このことは、放射源 として電子ビームやレーザーを使用する場合に特に重大であり、プラズマの場合 も問題になることがある。試料や薄いマスクにほんの少量でも汚染があると、性 能が低下したり寿命が短くなるからである。

（７）帯域幅が選択できる。クマコフのレンズを使用すると、望ましくない光子 エネルギーのフィルタリングができる。通常、高エネルギーの光子をフィルタリ ングするのは困難である。しかし、クマコフのレンズを使用して、高エネルギー 光子のフレネル角（金欠反射の臨界角）を超える反射角にすれば、高エネルギー 光子のフィルタリングが可能になる。光子エネルギーが大きくなるに伴いフレネ ル角を小さくすれば、選択フィルタリングが可能になる。

レンズを円形毛管チャネルで構成している場合、レンズには離散チャネルがある ので、レンズを通るＸ線の強度には第３１図に示すように断面にはさまざまな形 がある。これを補正するには、マスクがら十分離れた位置にレンズを配置すれば よい。各チャネルから発散するビームの角度が小さい場合、レンズの断面で強度 を均一化することができる。あるいは、その代わりにレンズを回転してもよい。

レンズの中心軸から最も離れたレンズから放出されるＸ線ビームの部分は、通常 強度が低くなる。

これはレンズの形状のためである。そこで、選択的にチャネルの長さを変えるこ とによりレンズを修正したりフィルタを使用したりすれば、ビームの中心軸がら の距離が遠くなってもビームの強度の低下を避けることができる。

Ｘ線リンググラフィーシステムとしてシンクロトロンを放射源に使用する設計で は、クマコフのレンズを複数使用して、発散ビームを捕捉してから準平行ビーム に集束するか、またはビームを再成形して操作が不要な二次元領域に照射する。

複合レンズまたはレンズを組み合わせて（第３２Ａ図および第３２Ｂ図）、ビー ムの方向を変えたり、ビームを分割して複数の方向に向けたり、エネルギーの帯 域幅の一部を選択したりする。これにより、ビーム形の修正、ビーム効率の向上 、ビーム方向の変更、シンクロトロンビームの切り替え、およびエネルギー帯域 幅の選択が可能になる。

シンクロトロンを放射源として使用するＸ線リンググラフィーという設計は、点 光源ではないリソググラフィー源が利用可能になったとしても適用できる。

射影Ｘ線リンググラフィーとは、マスクとレジスト上の画像との間に縮小がある Ｘ線リンググラフィーを指す。

これにより、画像から生成した装置の特長よりマスク上の特長を大きくすること ができる。ただし、射影Ｘ線リンググラフィーの市販可能性については実証され ていない。

本発明の射影Ｘ線リンググラフィーは、毛管光学に基づいている。第３４図は、 等方放射源を使用した実施態様を示している。放射源の後ろにクマコフのレンズ を配置して発散ビームを準平行ビームに変形する。このビームはパターンまたは マスクに衝突しフィルタと２番目のクマコフのレンズを通過してからレジストに 到達する。

フィルタは必ずしも必要ではないが、断面が均一なレジストにビームを衝突させ ることにより、性能を向上させることができる。補正をしないと、ビームは中実 軸がら離れるに伴い弱まる。その理由は、毛管の角度が広がり、ビームの損失が 大きくなるからである。最初のレンズとマスクの間、またはマスクと２番目のク マコフのレンズ（第３４図参照）の間のいずれかにフィルタを配置することがで きる。ビームの非均一性を実現する他の方法も利用できる。

毛管の直径を減少させるようにマスクとレジストの間にクマコフのレンズを配置 する例を第３５図に示す。毛管の内径がｄｏからｄ、へ縮小するような実施態様 が望ましい。毛管の間の壁の厚さを縮小することにより、全断面の一部または全 部を縮小することもできる。しかし、そのようなレンズを製造することは非常に 困難である。

そのようなレンズを作るには、壁の厚さを内径より小さくする必要があるからで ある。もちろん、一定の直径を有する毛管を作ることは理論的には可能であるが 、入口から離れ出口に直近した位置に配置しなければならない。

本発明装置をサブミクロンのりソゲグラフィーで使用するためには、ｄｌを所望 の機能寸法の数分の１にする必要がある。ｄ、の最小値をｃ　／　ｗ　ｐより小 さくすることはできない。なお、Ｃは光速、ｗｐは毛管の材料のプラズマ周波数 をそれぞれ示す。ｃ　／　ｗ　ｐの値は、はぼ１００人に近い。ｄ、が余りに小 さい場合、回折発散が大きくなりすぎる。例えば、Ｅ＝１　ｋｅＶ、λ（波長） ＝１２人、ｄ、＝１２０人のＸ線は、回折発散θは約１０−”ｒａｄ（θ＝λ／ ｄ１）になる。毛管の断面が円形である必要はない。

クマコフのレンズから一定の距離にレジストを配置する必要がある。この距離は Ｌ＝ｄ／θ以上であり、ｄは毛管の壁の厚さ、θはクマコフのレンズから放出さ れるビームの発散をそれぞれ示している。この条件は、近隣毛管からビームを混 在させるのに必要である。同時に、お互いに離れている毛管からのビームを混在 できなくなる程りを大きくしてはならない。

そのような装置をシンクロトロンと一緒に放射源として使用することもできる。

シンクロトロン源を使用する場合、マスクの前にクマコフのレンズを置かなくて もよい場合がある。しかし、シンクロトロン源とマスクの間にクマコフのレンズ を配置する実施態様が望ましい。前述したようにこのレンズを使用してビームの 断面の形を変えたり、ビームの方向を変えたり、エネルギー帯域幅を制御するこ とができる。

もう一つの実施態様を第３４図に示す。この実施態様では、マスクもパターンも 別々の要素ではなく、クマコフのレンズの端または中に組み込んである。

クマコフのレンズは分析器機に適している。毛管の直径が２００から４００ミク ロンのレンズが、多くのＸＲＦ分野で必要となるエネルギー範囲より低い５００ ｅＶから１０ｋｅＶのＸ線の透過に適している。

クマコフのレンズには次の３つの種類がある。一つは、発散ビーム集中器（第３ ６図）で、発散Ｘ線放射源から数１０度の開口角で放射線を集め、集束ビームに 変えるものである。必要なら、ビームを微小点に集束させることもできる。（放 射エネルギーおよびしｌンズの設計により異なるが、直径が１００ミクロン以下 にすることも可能である）。もう一つは、平行ビーム集中器（第３７図）で、平 行ビームを集め、集束ビームに変えるものである。

さらに、準平行ビーム成形器（第３８Ａ図および第３８Ｂ図）で、発散ビームを 準平行ビームに変えるものである。現在利用できるレンズでは、発散角が金欠反 射の臨界角の約１／２に等しいものが多い。もっとも、特別なレンズを使用すれ ば、発散を１０−’半径以下にまで減少させることも原理的には可能である。準 平行ビーム成形器の場合、チャネル縦断面に沿った曲率が１つの方向しかないも のもある。実際は、発散ビーム成形器（第３８Ａ図）の半分である。準平行ビー ム成形器の場合、曲率を複雑にして、もっと小さい領域に準平行ビームを集束さ せることもできる（第３８Ｂ図）。

特別な応用目的に対応するためにさまざまな形態が可能である。例えば、複合曲 率を変えて焦点距離を長くしたり、レンズの設計を変えてビームの方向を変えた り、分割したりすることもできる。確かに、断面の形状としては、平面、四角、 矩形など任意な形が可能であるが、円形が望ましい実施態様である。

Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）装置は、試料から放出されたＸ線を測定する装置である。元 素の相対的な存在度を非破壊的にかつ定性的に測定する。ＸＲＦ装置にクマロン のレンズを組み込むと性能を向上させることができる。クマロンのレンズをＸ線 に対して使用すると、収集角の拡大、ビームの平行化、バックグラウンドＸ線の 減少、ビームの発散、明確に定義した微小領域がらの集光などができる。クマロ ンのレンズをＸＲＦ装置といっしょに使用すると、感度の向上、測定時間の短縮 などの利点がある。

さらに、放射源、コリメータおよび検出器などの装置構成要素の仕様の厳格度を 緩和できるので、コストの低減や空間解像度の向上に役立つ。また、試料の内部 を測定する非接触型のＸＲＦ分析などという全く新しい機能も実現できる。

ＸＲＦ分析でクマロンのレンズを利用する形態には次の３つがある。１）Ｘ線を 集め試料に集束して入射する。

２）試料から放出された二次Ｘ線を集めて集束する。３）上記の両方の機能をす る。

放射源と試料の間にクマロンのレンズを配置した例を第３９図に示す。現在使用 されているコリメータと比較すると、入射Ｘ線ビームを試料に集束することによ り、局所化領域分析において強度と空間解像度が大幅に向上できる。例えば、市 販されているＥＤＸＲＦシステムで可能な解像度は０，２５　ｘ　１．２５　ｍ ｍ霊であるが、クマロンのレンズを使用した例では、空間解像度が最大３０ミク ロン（０，０３ｍｍ）までが可能であり、強度は少なくとも２００倍増大する。

なお、レンズを使用しない場合、放射源と試料との間の距離はもっと近くなるこ とを考慮している。クマロンのレンズを使用した実施態様では、強度が高くなり 焦点が小さくなるだけではなく、試料の回りに空間的な余裕があるので、コリメ ータから放出される二次Ｘ線によるブロック効果やバックグラウンド放射などの 問題を回避することができる。Ｘ線放射源が二次対象Ｘ線蛍光分析（ＳＴＸＲＦ ）としての−次放射源ではない場合、クマロンのレンズを使用することが重要で ある。−火源と二次源の間にレンズを配置すると、二次源からの放射を増加させ ることができる。

さらに重要な点は、二次源と試料の間にレンズを配置することもできるというこ とである。試料をスキャンするのは、レンズと放射源を移動するかまたは試料を 移動すればよい。分析−領域−検出器という形態では、試料を移動する方が望ま しい。

多くの適用形態では、試料の全部または一部で平均化することが望ましい。レン ズで集束ビームを成形する場合、レンズと試料の間の距離を変えることにより分 析領域や励起領域の大きさを調整することが簡単にできる。

レンズと試料との間を距離を長くすると、照射される領域も拡大する。この場合 は、試料−検出器の形態を保持するためには試料ではなくレンズを動かした方が 望ましい。

同じ時または別な時に複数の放射源を使用する場合、複数のレンズを使用して試 料の照射を正確に制御することができる。通常、同じ領域を照射するように制御 する。

選択した領域だけを励起するように試料を位置づけるには、通常Ｘ線源を配置す る位置に別の電磁放射源を一時的に配置すれば、簡単に実現できる。したがって 、励起対象領域を直接判定することも可能になる。可視光源を使用して領域を直 接見ることが望ましい実施態様であるが、別のスペクトルを使用して計測器で観 察することもできる。

試料と検出器の間にレンズを配置する構成例を第４０Ａ図と第４０Ｂ図に示す。

この構成例では、試料の選択対象点から放射されるＸ線をレンズで集めて、選択 領域分析に使用することができる。全試料からの放射を集めるＥＤＸＲＦまたは ＷＤＸＲＦ検出器を使用して測定値を平均化することも同時に実行できる。試料 と検出器の間に配置されたクマロンのレンズは、帯域フィルタとして機能する。

すなわち、低エネルギーまたは高エネルギーの放射を除去したり、より小さな領 域の使用だけを可能にしたりできる。したがって、値段が安く容量は小さいが、 ＥＤＳ検出器（第４０Ｂ図）の解像度が高くなる。

ＷＤＸＲＦの場合、試料と結晶の間および結晶と検出器の間にレンズを配置する ことができる。これらのレンズを使用すると、吸収損失が高いという現在のシス テムの問題を改善して平行性を向上させることができる。

放射源と試料の間および試料と検出器の間にそれぞれ１つづつレンズを配置した 例を第４１Ａ図と第４１Ｂ図に示す。検出器の側と放射源の側にそれぞれ１つづ つレンズが配置されているという利点がある。この例では、第４１Ｂ図に示すよ うに、最初のレンズの対象焦点および２番目のレンズの画像焦点の合流点で、測 定試料の容量が定義される。試料を動かずことにより、試料の内部に焦点を合わ せることもできる。このようにすると、３次元マイクロビームＸ線蛍光分析が可 能になる。クマコフのレンズを使用しなければ、放射源や検出器を大きくしたり 、コリメータを放射状に配置したりする必要がある。しかし、光子のカウント率 が低いし、二次放射や分散という問題が発生する。クマコフのレンズを使用すれ ば、焦点を３０ミクロン、さらには３ミクロン程に小さくすることができる。

クマコフのレンズの焦点距離はかなり長く、試料領域に対して比較的大きな収集 角を可能にしている。したがって、第４２図に示すように、さまざまな測定器機 を組み合わせて１つの装置を構成することができる。この図は完全な器機構成を 示すものではなく、一部またはその組合せでさまざまな機能が実行できることを 示している。

クマコフのレンズを利用した高度なＸＲＦ応用例を第４３図に示す。この例では 、クマコフのレンズで準平行ビームを生成し、次にモノクロ結晶でブラッグの回 折を実現している。単エネルギービームを平行化してから、単結晶試料でブラッ グ回折を行う。回折ビームを直接測定することもできるし、２番目のクマコフの レンズで集めてから集束することもできる。試料から放出される蛍光放射を集め て直接分析することもできるし、クマコフのレンズを通してから分析することも できる。Ｘ線定在波を放出している例を４３図に示す。Ｘ線定在波を蛍光Ｘ線と いっしょに使用すると、結晶バルクまたは結晶面または結晶境界面で不純原子の 位置を正確に（０，０５オングストロームより小さい精度）判定したり、格子熱 振動振幅および異方性を判定したりすることができる。

モノクロメータ結晶から回折角に応じて、回折Ｘ線ビームを偏光することもでき る。このような偏光ビームをＸＲＦ測定器で使用すると、バックグラウンド放射 を減少し、感度を向上することができる。

クマコフのレンズは高感度デジタル減法分析に適している。２つの異なる波長の Ｘ線を試料領域に順番に照射して検出したＸ線放射を減法することにより、バッ クグラウンド放射を除去して高感度を実現することができる。

２つの異なる波長のＸ線を得るにはさまざな方法がある。

例えば、放射源と試料の間でＸ線をフィルタリングする。

モノクロメータを使用して波長を選択する。二次放射源を２つ使用する。クマコ フのレンズを使用して帯域幅を修正する。ラウェジオメトリの結晶を使用するこ ともできる。２つ以上の波長を得るには、モノクロメータを使用して角度を変え て異なる波長を回折させればよい。感度を最大化するには、試料を励起するのに 使用する２つの波長を元素の波長または対象となる化合物の波長にできるだけ接 近させればよい。

２つの放射源を使用してそれぞれの放射源をほとんど同じ位置または同じ軸上の 位置に順番になるように移動した場合、放射源と試料の間に配置した１つのレン ズを使用して感度を上げて同じ試料対象点を励起することができる。２つの放射 源を使用してそれぞれの放射源の位置を分析作業中変えない場合、２つのレンズ または複合しどズを使用して感度を上げて同じ試料対象点を励起することができ る。放射源を１つだけ使用する場合、帯域フィルタリング特性が異なる２つのレ ンズを使用して、２つの異なる波長を獲得して試料を照射することもできる。放 射源を１つと複数のブラッグの回折結晶を使用する場合、放射源と結晶の間にレ ンズを配置すれば、強度を上げて、ビームの発散を減少させ、ビームを成形する ことが可能になる。結晶と試料の間にレンズを配置すれば、強度を上げて、励起 する試料の領域を変えて同じ試料対象点を励起することができる。−次放射源を １つまたは複数用意して、複数のの二次放射源といっしょに使用する場合、−次 放射源（１つまたは複数）と二次放射源の間にレンズを配置すると、強度を上げ 、二次放射源の焦点の大きさを減少させることができる。二次放射源は、別々に 固定した位置に置くこともできるし、移動させてほぼ同じ位置に順番に配置する こともできる。二次放射源と試料の間にレンズを配置すると、強度を上げ、試料 の同じ領域を励起し、励起する試料の領域の大きさを調整することができる。

本発明の先行技術として、ゲーテインゲンのＸ線顕微鏡がある。（参考文献：Ｘ 線顕微鏡（Ｘ−ｒａｙ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ゲーテインゲン（Ｇｏｅｔｔ ｉｎｇｅｎ）、９月１４−１６．１９６３年：編集者Ｓ、シュブオール（Ｓｃｈ ｗａｌｌ）、光学サイエンス春期骨（Ｓｐｒｉｎｇ　５ｅｒｉｅｓ　ｉｎ　０ｐ ｔｉｃａｌ　５ｃｉｅｎｃｅｓ）、第４３巻。シュブリンガーファーラグ（Ｓｐ ｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、ベルリン、ハイデルベルグ、ニューヨーク、東 京、１９８４年）この顕微鏡は、他のどのＸ線顕微鏡より空間解像度と明るさが 優れている。しかし、残念ながら、この大きいので、シンクロトロンから放射さ れるような平行ビームが必要であった。

クマコフのレンズを有するＸ線管のような普通のＸ線放射源といっしょにこのＸ 線顕微鏡を使用することもできる。すなわち、放射源の後ろに配置して発散放射 を準平行ビームに変形する。次に、円錐形の毛管を１つ配置する（第４４Ａ図） 。クマコフのレンズを通過した後の焦点領域が広い場合、円形の毛管を複数用意 する（第４４Ｂ図）。

必要があれば、複数の毛管を曲げたシステム（第４５図）を使用して、クマコフ のレンズを通過した放射を集束してもよい。装置の毛管を一定の距離に対して断 面が一定になるようにして、焦点に近付くにつれて円形に曲げることもできる。

制動放射、チャネル放射、プラズマ放射、レーザープラズマ放射などを放射源と して使用することができる。

シンクロトロン放射（ＳＲ）を放射源として使用する場合、モノクロメータを使 用してモノクロ放射を選択してから円形毛管に通すこともできる。ＳＲは非常に 強力なので毛管の壁で損失があると、毛管の内面が加熱することがある。毛管の 直径が最小の部分が最も加熱する。

この問題を避けるためには、円形の角度を毛管の直径に比例して小さくしていく とよい。効果的に集束するには、円形の角度を金欠反射の臨界角（フレネルの角 度）より小さくするとよい（第４６図参照）。このようにすると、ゲーテインゲ ンのＸ線顕微鏡より数倍効果が向上する。

発散放射源を使用する場合、各毛管が樽状に曲がっているクマコフのレンズ（第 ４７図）を使用することもできる。毛管の直径は端が小さく中央が大きいという 特徴がある。各毛管およびシステム全体の表面は、対応する投射平面が周辺の１ セクシヨンになるように成形する。

放射は外面に沿って透過する（第４８図）。レンズの直径は入口と出口で等しく なるようにすることが望ましい。

このような光学システムを作成する場合、焦点の大きさが個々の毛管の端の大き さに近くするのが理想的である。

実際には、１μｍより小さくすることができる。Ｘ線顕微鏡で影像を視覚化する のに、Ｘ線ビジコンなどの方法がある。プロトタイプのＸ線顕微鏡の空間解像度 には約１００人の回折という物理的な制約がある。

このＸ線顕微鏡は、放射電子のエネルギー分析器のような計測器といっしょに使 用することもできる。さらに、クマコフのレンズといっしょに発散放射源を使用 することもできる。クマコフのレンズで平行ビームを成形し、帯域板にビームを 通して放射を集束させるのである。この場合、焦点の大きさが毛管の大きさの制 限を受けないので、焦点を非常時小さくすることができる。

第４４Ａ図から第４８図までを参照してイオン顕微鏡に応用することもできる。

Ｘ線光学装置の内面と円形毛管を導電層で覆うことにより、ビームが静電空間荷 電でブロックされるのを防止する必要がある。内面からの反射イオン係数を最小 にするためには、毛管でできるだけ平滑にする必要がある。この平滑さは、Ｘ線 よりイオンの場合もっと重要になる。イオン顕微鏡の空間解像度の物理的な制約 は、原子レベル、すなわち、約１人である。

焦点部分では高い強度が得られるので、例えば、イオン蒸着やりソゲグラフィー のような技術にこの顕微鏡を利用することもできる。

中性子を放射源として使用し、毛管の素材または毛管の内面の覆いを中性子を吸 収しない材料で構成すれば、第４４Ａ図から第４８図までで紹介したシステムを 中性子顕微鏡として使用することもできる。

電子顕微鏡分析は、Ｘ線蛍光と非常に似ているが、Ｘ線ではなく電子を照射する 点が異なっている。電子を使用すると、小さな領域を励起することができる。こ の電子顕微鏡は、試料と検出器の間に１つまたは複数のクマコフのレンズを配置 するＸ線蛍光装置と一部にているところがある。

試料と検出器の間にレンズを配置した例を第４０Ａ図に示す。電子顕微鏡に応用 する場合、Ｘ線の代わりに電子を使用すればよい。この例では、試料の選択点か ら反射するＸ線をレンズで集めているので、分散によるバックグラウンド放射が 少ない。試料と検出器の間にクマコフのレンズを配置すると、帯域フィルタとし て機能させることもできる。帯域フィルタは、低エネルギーまたは高エネルギー で放射をカットしてより小さな領域を使用できるように設計した装置である。し たがって、値段も安く、静電容量も小さい（解像度は高くなる）エネルギー発散 型検出器になる。ＷＤＸＲＦの場合、試料と結晶の間に１つ、結晶と検出器の間 に１つレンズを用意する。

このようにレンズを配置すると、吸収損失が高いという現在のシステムの問題を 回避して平行性を高めることができる。（第４０Ｂ図を参照）。

試料から反射されるＸ線の角分布を評価する技術としてＸ線回折が広く利用され ている。試料が単結晶以外の場合、例えば、粉末の場合、試料を照射するにはか なり平行性の高いビームが必要になる。単結晶の場合、集束ビームを使用するこ ともできる。

Ｘ線の角分布は現在研究中なので、クマコフのレンズを使用して、試料から発散 光を集めて平行ビームまたは集束ビームを成形する方法が役立つかどうかは必ず しも断言できない。ただし、放射源と試料の間にクマコフのレンズを配置すると 、所望分析に必要な断面の大きさおよび形に合わせて平行ビームまたは集束ビー ムを変形することができるという利点がある。さらに、不要な光子エネルギーを フィルタリングしてからＸ線を試料に照射できるという利点もある。この場合、 レンズを組み合わせたりクマコフのレンズチャネルを曲げたりする設計が必要に なる。例えば、低エネルギーを吸収する材料を使用して高いエネルギーをフィル タリングしたり、クマコフのレンズを使用して帯域幅を修正したりする必要があ る。

クマコフのレンズを使用すると、試料から反射される平行Ｘ線を集めてその光子 を検出器に集束させることもできる。この構成は、試料から反射されるＸ線の角 範囲が狭い場合だけに適用できる。この場合、通常の平行化に固有な損失がなく 、また検出器も小さいものでよい。

Ｘ線回折で説明したのと同じジオメトリが中性子回折にも適用できる。例えば、 エネルギーの帯域幅を制御するフィルタリングも同じである。しかし、クマコフ のレンズを中性子に対して使用する場合、中性子を吸収する度合が低い材料でレ ンズを作るかまたはコーティングする必要がある。例えば、ホウ素は、中性子を 吸収する度合が高いのでホウ素を含む材料は好ましくない。

医療装置の場合、放射源と対象物の間にクマコフのレンズを配置することもでき る。なお、ここでいう対象物には、患者（人間または動物）、生物、化学物質、 材料などが含まれる。医療装置の場合、発散ビームの一部または平行ビームを捕 捉するように設計することもできる。

とができる。画像処理の目的では、断面が対象領域を画像化するのに十分大きい 場合矩形が一般的である。

好ましくない放射レベルをフィルタリングできるようにレンズを設計することも できる。例えば、Ｘ線の場合、高エネルギー（よりハードな）Ｘ線をフィルタリ ングにより除去することが望ましい。次に、レンズのパラメータを調整して平行 性（分散の減少）を実現する。応用形態に応じて、集束ビーム、準平行ビーム、 または発散ビームを生成する。画像処理用には、平行ビームを生成できるクマコ フのレンズを有する装置が望ましい。治療用には、集束ビームを生成できるレン ズを有する装置が望ましい。例えば、体腔のような人体の中で直接接触すること ができない部分に放射を向けられるようにレンズを構成することもできる。複数 のレンズを使用して複数の機能を実現することもできるが、１つのレンズを使用 することが望ましい。

放射源と患者の間にクマコフのレンズを配置する医療装置の場合、ビームを他の 面に衝突させてから患者に照射することもできる。反射ビームを利用した実施態 様を２つ紹介する。実施態様の一つは、発散放射源から放射をレンズで捕捉して 、強力な準平行ビームを生成し、そのビームをモノクロビーム反射面（例えば、 ブラッグ回折から得る）に照射する。−その結果、帯域幅の狭いビームが得られ る。このビームの強度はクマコフのレンズなしでは得られない。もう一つの実施 態様は、発散放射源または平行放射源からの放射利用するものである。まず、ク マコフのレンズで放射を捕捉して、材料に対して集束させる。その結果、その材 料固有の放射特性を放出する。

例えば、強度が高く帯域幅の広いＸ線を純粋な材料に照射する。その結果、一旦 Ｘ線を吸収してから、その材料固有のエネルギーレベルで強度の高いＸ線を放出 する。

他のエネルギーレベルでは放射がほとんどないので、エネルギーレベルに固有で 精度の高いビームが必要になる。

対象物以外の材料に放射を向ける場合、対象物と照射材料の間にクマコフのレン ズを配置することもできる。この構成の場合、ビームの成形、平行化、フィルタ リング、方向の制御、発散などが望ましい。

医療装置の場合、対象物と検出手段の間にクマコフのレンズを少なくとも１つ配 置することができる。この配置には、次の利点があります。（ｉ）平行ビームを 成形する（分散によるバックグラウンド放射が減少する）。

（ｉｉ）少なくとも１つの検出器に向けてビームの方向を制御する。（ｉ　ｉ　 ｉ）必要な検出器の大きさを小さくできるようにビームを集束したり、位置感度 の高い検出器を緩和するためにビームを拡大する。

本発明装置は次の装置にも適用できる。本発明のさまざまな側面について特定の 実施態様を元に説明してきた。

これまで述べてきた原理は提示した実施態様だけに限定されるものではない。

クマコフのレンズは、血管造影装置のさまざまな放射源といっしょに使用するこ とができる。また、回転対陰極のさまざまな放射源またはパルスＸ線放射源をそ の装置で使用することもできる。例えば、回転対陰極源を使用した場合、有効焦 点の大きさは、１　ｘ　１　ｍｍ”以下のレベルになり、回転対陰極源の線形速 度は、１００ｍ／ｓになる。ヨウ素線（例えば、ランタン、セリウム、ベリリウ ムなど）に近い特性を有する物質で陰極を構成することもできる。電子のエネル ギーが約５００ｋｅ　ｙから約６００ｋｅｙの間で、電流が０．５　Ａであれば 、非常に短い期間で十分な数の光子を得ることができる。

従来のフィルタを使用するこの方法（いわゆる「二重化」）は既に提案されてい る。しか【７、残念ながら制動放射の問題が未解決であり、濾光がほとんど不可 能である。さらに、光子ビームが放射源から等方に発散するので、結晶モノクロ メータが有効には使用できない。

本発明を血管造影に適用した例を第５０図に示す。本発明ではＸ線光学装置を放 射源の前に配置する。この例では、発散ビームを所望の大きさく普通、約１５　 ｘ　約１５　ｃｍ）の準平行ビームに変形する。同時に、放射のハードな部分を フィルタリングする。

Ｘ線光学装置の後ろに、ラウェジオメトリの結晶モノクロメータを２つ配置する 。ここで２つの特性ビーム（ヨウ素吸収線の前後）を回折する。次に、結晶と検 出器の間に対象物を置く。

典型的な実施態様では、クマコフのレンズを使用して、等方ビームの１０−ｓ分 を集めて、約０．５　ｍｒａｄの発散を有する準平行ビームに変形する。この発 散および約２０　ｃｍの厚さを有する対象物の場合、空間解像度が（７００／２ ００）　ミクロンが得られる。全光子数が約３から５　ｘ　１０”であるビーム が約１０−”ｓの間に対象者の体に照射される。放射量は、数レントゲンである （すなわち、従来の血管造影法よりはるかに低い量である）。しかも、照射時間 が約１０′″”ｓ　Ｌかかからないので、心臓の筋肉の収縮による影像のぶれも ない。

この方法の利点は、カテーテルを使用してヨウ素を心臓に注入する必要がないこ とである。これは、安全な濃度のヨウ素を腕の静脈から注入することができるか らである。

本発明の実施態様として血管造影装置にクマコフのレンズを使用する方法はその 他にもまだある。ラウェジオメトリで結晶モノクロメータを使用する代わりに、 非対称にカットした結晶をモノクロメータとして使用することもできる。例えば 、クマコフのレンズを使用して、強力な準平行ビームを２つ生成する方法がある 。（第５１図にこのビームの１つのパスを示す）。次に、各ビームは、非対称形 にカットした結晶で反射する。この結晶は、ブラッグの反射により所望のエネル ギーのＸ線光子を選択して、１つの方向のビームの大きさを増大できるように設 計する。次に、ビームが、非対称形にカットしたもう一つ別の結晶で反射して、 同じ光子エネルギーを反射して、別の方向のビームの大きさを拡大できるように 設計する。この結果、断面が大きく、帯域幅が非常に狭いビームが生成できる。

このビームを対称物に照射する。

レンズから放出される２番目のビームを分光して別のエネルギーにすることによ り、２つのビームのエネルギーで対象となる吸収エネルギーを覆う。２番目のビ ームは、最初のビームと似たようなパスを通り、対象物の位置で最初のビームと 交差する。

クマコフのレンズを使用したコリメータまたは他のコリメータを患者の前または 患者と検出器の間に配置すると、解像度を向上させることができる。患者の後ろ にコリメータを配置しても空間解像度の損失を減少させることができる。しかし 、この方法では解像度は向上するが、光子数が少し減少する。

デジタル減法血管造影法では、患者から十分離れた位置に検出器２つ配置するこ ともできる。この方法では、２つのビームの角度が相違するので、２つのビーム が重ならないだけ十分距離を開けて分離することができる。

代替方法としては、１つの検出器を対象に極めて接近させて配置することもでき る。この場合、対象から検出器までの距離が非常に狭くなるので、空間解像度が かなり向上する。これは、ビームの発散による影像ぶれが減少するからである。

本発明の以前は、この方法をデジタル減法血管造影法に使用するのは困難であり 、実際的ではなかった。

対象から発散がある場合、コリメータを使わなければ解像度が減少してし２まう 。２つのビームをお互いの角度を変えて患者に照射すると、従来のコリメータで は各ビームをブロックしてしまう（第５２図を参照）。交差するビームが形成す る面にスリットを有するコリメータを使用すれば、２つのビームを通過させても 損失が少なくて済むし、コリメータのスリットに平行でない発散放射を吸収する ことができる。

デジタル減法血管造影法で１つの検出器を使用すると、さらに重大な問題が発生 する。それは、２つのビームから放出される光子を区別することができないから である。

２つのビームの光子エネルギーが相違していても、その相違が極く僅かなので（ ２００ｅＶはどの小ささ）、二次元位置感度検出器では区別できないのである。

それぞれの光子ビームに標識を付けることにより２つの光子を区別する方法もあ る。この方法を採用した例を第５３図に示す。透過検出器ＡまたはＢとＣとの間 で透過時間の相違を比較することにより、光子がどちらのチャネルを通過してき てのかを識別することができる。位置判定検出器で光子の位置情報を記録すると きにこの標識を付けることができる。この情報を使用して記録した影像をそれぞ れのビームごとに識別することにより、デジタル減法血管造影を実施する。透過 検出器には、薄いシンチレーション結晶など、さまざまな種類がある。位置判定 検出器が十分高速な場合、透過検出器Ｃの代わりに使用することもできる。

この方法には光束量の制約がない。ビームを分離して単一のエネルギーを有する 光子だけが一定の時間内に到達するかからである。例えば、２つのビームを交互 に放射したならば、位置判定検出器に到達する光子の情報をそれぞれのビームと は独立して蓄積することができる。

次に、デジタル減法血管造影法による画像処理にこの情報を使用することができ る。この方法では、位置感度検出器が少なくとも１つあればよい。モノクロメー タに衝突する広いスペクトルビームを１つ使用してエネルギーを分割してから、 明確に定義した時間間隔でやはり明確に定義した２つの位置でモノクロメータを 固定するとよい。モノクロメータを２つのいずれかの位置に配置して、異なるエ ネルギーを有する光子を選択する。位置判定検出器で収集したデータを検出器の 位置情報と照合することにより、それぞれのエネルギーを有する２つの光子のデ ータを別々に収集することができる。モノクロメータが動作中に到達した光子の 情報は収集できない。ビームが不安定であったり、モノクロメータが動作中であ ったりした場合、モノクロメータを非常に短時間でロックしたり解除したりする ことができる。それぞれのエネルギーごとのデータを時間で平均化し、エネルギ ー間で不偏化することにより、デジタル減法血管造影用のデータにする。ブラッ グの回折結晶、多層装置、ラウェのジオメトリに基づいた結晶回折などさまざま なモノクロメータが使用できる。

広い領域でデジタル減法血管造影法による画像処理を応用する望ましい実施態様 を第５４図に示す。広いエネルギースペクトルを有する準平行ビームをクマコフ のレンズで成形する。ラウェのジオメトリの結晶モノクロメータでビームを回折 する。モノクロメータビームを患者に照射する。ビームをコリメータに通して、 発散した光子を除去する。位置感度検出器で光子の位置を記録する。

異なるエネルギーを有するビームを得るには、モノクロメータを筈かに回転させ て、ビームに対する角度を変えればよい。回転させるには、結晶に衝撃を与え、 圧電性結晶で回転を駆動させる。方向を変えるには、初期ビームから僅かにずれ た角度で僅かに異なるエネルギーを有するビームを結晶で回折させればよい。血 管造影などに応用する場合、短時間で結晶のロックと解除を繰り返せばよい。光 子の位置データは、２つの位置に対応するそれぞれのエネルギーごとに集めるこ とができる。この実施態様では、次の方法で、放射源の相違や解像度の低下を防 ぐことができるという利点がある。すなわち、十分平行化た準平行ビームで強度 の高いビームを使用する。

角度が僅かに相違する２つのビームを用意する。エネルギーがほぼ等しいビーム を２つ用意する。対象物と検出器との間の距離を最小にする。

上記の技術は、任意のデジタル減法画像処理に応用できるのであて、冠状血管造 影法だけに限定されるものではない。従来の血管造影装置にクマコフのレンズを 利用してもかなりの利点がある。放射源から固定した広い角度で放射を集め、発 散ビームを平行ビームに変換することにより、光子の光束を増加することができ る。光束が高くなればなるほど、画像を獲得できる時間が短くなるという利点が ある。したがって、動きに対する人工的な制約がなくなる。さらに、ビームの強 度が高く、平行性が高いので、帯域幅の狭いエネルギーを選択して対象物に照射 することができる。対象識別剤の吸収線より低いエネルギーを有する広い帯域幅 ではなく、吸収線より僅かに狭い帯域幅を使用することにより、より高い内容が 得られる。狭い帯域幅を得る最も一般的な方法は、モノクロメータを使用する方 法である。

ビームの強度を向上しくしたつがて、解像度も向上する）、露出時間を短縮する と、使用するエネルギー帯域幅を広げることになる。非常に狭い帯域幅をモノク ロメータで選択する。ゲルマニウムのような結晶を使用して、シリコンより広い 帯域幅を選択しても、帯域幅は非常に狭いままである。この非常に狭い帯域幅は 、元のビームのその他の光子はすべて除去されてしまうので、低光束になる。選 択したエネルギーでの帯域幅を一定量だけ増り大量の光子を使用することができ る。

加すると、光束をかなり増゛加させることができる。しかも、対象識別剤の吸収 線から得られる対比も殆ど目に見えるほどの減少はないのである。クマコフのレ ンズを使用して帯域幅を選択する例を第５５図に示す。このような帯域幅の選択 手法は、対象識別媒体を使用した従来の画像処理やデジタル減法画像処理でも重 要である。デジタル減法画像処理では、帯域幅を２つ使用する。一つは対象識別 剤の吸収線の直上で、もう一つは直下になる（第５６図を参照）。

このような利点（照射量が極めて少なくて済む、解像度が高い、プローブを使用 しないので安全、コストが低い）があるので、住民の大量診断などに効果的であ る。

シンクロトロン放射（ＳＲ）を使用すると、患者に照射する放射線の量を低くす ることができる。例えば、シンクロトロンビームを使用した場合、放射量は、約 ２ｘ　１０”光子になる。この量は、上記で述べた装置を使用した場合よりほぼ １桁少ない値である。これは、結晶−モノクロメータのおかげで、シンクロトロ ンの連続スペクトルから２つの線を選択するからである。この線は、ヨウ素の吸 収線に極めて近くなる。デジタル血管造影対比は、約１／（Δμ）２である。こ の式で、Δμは、ヨウ素吸収係数と使用した２つのビームのエネルギーとの差で ある。元素の特性線は、シンクロトロン放射から選択した線よりヨウ素吸収線か ら選択した線の方が離れている。そのため、シンクロトロン放射を有する装置よ シンクロトロン放射は、デジタル減法血管造影法でも対象物に放射線を大量に照 射しなければならないといれば改善できる。なお、制動放射は、電子を加速（最 大１０　ｍｅＶまで）して目標に照射すると、発生する。

次の計算をする。１０　ｍｅＶエネルギーを有する電子を使用する。２つの線上 の約７　ｘ　１０’光子／電子は、−△Ｅ＋＝△Ｅｉ＝１００　ｅＶｏこの値は 、３３１６９／ヨウ素吸収線の前後で得られる。

クマコフのレンズでの損失が２／３であり、結晶での損失が２／３であるとする と、患者に到達する光子数は約７ｘｌＯ−’光子／電子になる。したがって、約 １０−１の照射をするためには、電子ビームの電流として０．　５Ａが必要にな る。このパルスを生成する方法もいくつかある。一つは、誘導加速器を使用する 方法がある。この方法ではパルスごとに目標を除去することができる。この電子 加速器は、シンクロトロンリングよりはるかに安い。

相対論的電子ビームからの制動放射は、クマコフのレンズを使用すれば、極めて 効果的に捕捉できる。これは、制動放射が直線方向に進むからである。前述した 例（シンクロトロン放射）では、ヨウ素吸収線の前後にある２つの狭い線を、２ つの結晶−モノクロメータで選択している。患者に照射する量はルントゲンより 少なくすることができる。

使用されている。クマコフのレンズを使用すると、シンクロトロンに基づいた血 管造影装置のパラメータをかなり向上だせることができる。

ＳＲビームは水平面方向に発散する。この水平方向に発散したＳＲビームのかな りの部分を、Ｘ線光学装置を使用して準平行ビームに変形して、血管造影に利用 することができる。

例えば、１　ｍｍという制限された高さを有するシンクロトロンビームを、レン ズを使用して所望の面積、例えば、（１５ｘ　１５）ａｍ”に変形することがで きる。

ビームを成形する間の発散を最大１桁程度まで減少させることができる。この場 合、空間解像度は著しく向上する。（例えば、心臓の最も小さな血管でも観測で きる）。

発散が約１０−６の場合、解像度は最大数ミクロンになる。クマコフのレンズを 使用して、シンクロトロンのハードな部分をフィルタリングすることにより、高 エネルギー光子の一部が結晶モノクロメータから所望のエネルギー範囲の高調波 で反射するのを防止するすることができる。

内視鏡の直径は、オリフィスの大きさの制約を受ける。

通常、内視鏡（Ｘ線部分）の直径は、約（４−５）ｍｍより小さい。しかも、所 望の領域から放射線が偏向しないように保護する必要がある。

数１０ミクロンＸ数１００ミクロンの大きさのＸ線放射源と捕捉角が約０，１ｒ ａｄのクマコフのレンズを使用すると、放射源の有効領域は約１０ミクロン３に なる。エネルギーが数１０　ｋｅＶの場合、電子ビームのエネルギーを放射線に 変換する効率は約１０−”になる。

上記の要因を考慮し、輸送光子の損失が約８０％であると仮定すると、１分当り 約ルントゲンから１０レントゲンの範囲で放射強度を得ることができる。

望ましい実施態様を第５７図に示す。クマコフのレンズの最初の部分は、準樽状 になっており、発散放射を準平行ビームに変形する（２）。集光した後のレンズ の部分を輸送セクションと呼ぶ（３）。このセクションは、比較的大きな直径（ 約数１００ミクロン）を有する毛管のような放射チャネルで構成されている。な お、このセクションのチャネルをセクション（２）や（４）のように直径を小さ くすることもできる。最後のセクション（４）は曲がっている。人体のオリフィ スの直径には制約があるので、曲率の小さい半径でビームを曲げることが望まし い。セクション（３）と（４）との間の境界面で放射透過の損失を防止するには 、セクション（４）を構成する毛管の直径をできれば約０．１μより小さくする ことが望ましい。これは、捕捉放射の占有率がＲθｃ”／２ｄとなるからである 。この式で、Ｒはセクション（４）の曲率半径、θＣはフレネル角、ｄは毛管の 内径をそれぞれ示す。セクション（４）は通常多重毛管で構成する。

最後のセクション（４）は、特殊なシステムで機械的に曲げることもできるし、 システムの軸の回りを回転させることもできる。通常は、装置にシールドを施し て、分散光子または粒子が人体を通過しないようにする。

腫瘍を照射するのに内視鏡を使用することもできる。

例えば、喉を通すために内視鏡をかなり曲げなければならない場合、もっと強力 な放射源が必要になる。これは、急角度で曲げると、光束でかなりの損失が発生 するからである。そのような場合、強力なＸ線管などの点光源の代わりに、加速 器（例えば、チャネル放射や制動放射）を使用することもできる。

放射内視鏡は、既存の光管内視鏡で組み立てることもできる。例えば、オリンパ ス製のＧｉＦＫ／Ｄ３型の場合、直径は約１２ｍｍである。自在型の放射導波管 としてバイオプシー導管を使用することもできる。セクション（４）（第５７図 ）でＸ線を曲げることは、チャネルの壁で腫瘍を検出するのに必要になる。

内視鏡全体が剛性の場合、照射量を事前に計算しておくこともできる。放射源が 一定の場合、放射量は、照射時間により決まる。内視鏡の出口に特別な線量計を 用意する必要がなくなるので重要である。最後のセクション（４）を脱着可能に すると、必要な角度に応じて別のセクションを取り付けることができる。

第５２図に示すシステムを使用すれば、通常ではアクセスするのが困難な場所の 欠陥（航空機などの空洞、直径の小さなパイプなど）を検査する装置として使用 することもできる。

内視鏡の最終端に検出器を取り付けると、放射量を監視し制御することができる 。毛管の先端に取り付ける小さな検出器にはさまざまな種類がある。例えば、線 をバックアップする電気信号を発する半導体の検出器、照射すると可視光を発す る検出器などがある。この可視光は、光学導波管または内視鏡の一部を構成する 導波管で観測することができる。

薄い放射保護シールドを内視鏡の端に付けることにより、異物が放射チャネルに 入るのを防止することができる。

断層撮影法では、特性線ばかりではなく広いエネルギーの制動放射を含むスペク トルを有するＸ線管放射源を使用している。ここで、「ビームの硬化」という問 題がある。「ビームの硬化」とは、スペクトルの低エネルギー端の方が高エネル ギー端より減衰が進み、スペクトルの平均エネルギーを高いエネルギーの方へ移 行させるという効果である。この効果は、コンピューター断層撮影法（ＣＴ）で は大きな問題になる。異なる角度のＸ線影像のビーム硬化誤差が断層撮影中に複 合するからである。

一つの解決方法としては、結晶モノクロメータを使用しているＸ線放射源からの 特性線だけを使ってビームのフィルタリングを行うことである。しかし、発散点 光源からかなり多くの光線がストレイジ角に入射してしまう。

クマコフのレンズを使用すれば、発散放射を平行ビームに変形できる。まず、ク マコフのレンズで発散放射を平行ビームに変形してから、次に、結晶−モノクロ メータを使用して、必要な大きさのモノクロビームを得る。

５０ＬＷの回転対陰極（ランタニドの陰極で、線Ｅ　、ｄｌ＝３３．４４　ｋｅ Ｖ、　Ｅｈｄ２＝３３．０３　ｋｅＶ）を使用すると、２本の線で約３　ｘ　１ ０”光子／Ｓが得られる。ただし、回転速度が約１００ｍ／ｓ、有効点の大きさ が約１　ｘ　１　ｍｍであるとする。

クマコフのレンズを使用すると、約３　ｘ　１０”光子／Ｓの平行電流Ｘ特性光 子のｒａｄを得ることができる。この電流は、５ＳＲＬ　５４　ボールでのスタ ンフォードの電流によく似ている。クマコフのレンズを使用しなかった場合、同 じ角間隔の回転対陰極からは、約３ｘｌｏ”光子／　Ｓ　Ｌか得ることができな い。本発明の実施態様でクマコフのレンズを使用すると、平行ビームの光束が約 ４倍増加する。

他にも平行ビームを生成する方法はある。（例えば、ダイオード、プラズマ、レ ーザー放射源など）。

放射線が対象者の体を通過するとき、コンプトン散乱放射が発生し、ＣＴで画像 を得ることが困難になる。モノクロ平行ビームを使用し、対象者から十分離した 位置に検出器を移動すれば、散乱を防止することができる。

この平行モノクロビームを使用すれば、「ビームの硬（ＥＪという効果を制限す ることもできる。

例えば、３０ｋｅＶおよび８０　ｋｅＶの領域で二重光子吸収（ＤＰＡ）ＣＴを 使用するには、異なるエネルギーを有する複数のビームが必要になる。１つのエ ネルギーは、低２元素の濃度を表す。別のエネルギーは、中間Ｚ元素（Ｐ、Ｓ、 Ｓｅ、に、Ｃａ５Ｆｅ）を表す。２番目のグループの元素には、神経学的に重要 なｋとＣａが含まれている。これらの元素の濃度高いが異常な脳組織があれば、 虚血および初期異常などの疾患を意味する可能性がある。［参考資料：ミーグ（ Ｍｉｅｓ）　Ｇ　、他、神経学紀要（Ａｎｎ　Ｎｅｕｒｏｌ）、１６　：　２３ ２−７．１９８４；およびシージョ（Ｓｉｅｓｊｏ）Ｂ、　Ｋｏ、Ｅ−０ツバ神 経学（ＥｕｒＮｅｕｒｏｌ）、２５　：　４５−５６．１９８６］。

クマコフのレンズを使用した上記の装置では、広いエネルギー範囲で準モノクロ ビームを得ることができるので、ＤＰＡＣＴ問題も解決できる。

大きさを確定する断層撮影法を実施して腫瘍の形を確認するには、放射性元素を 体内に注入して、しばらくしてその放射性元素が腫瘍に集積してがら、多くのコ リメータで構成するガンマチャンバで放出される放射線を検出する。しかし、残 念ながらこの方法には、次の欠点がある。空間解像度が不十分で、バックグラウ ンド放射（ノイズ）が高いので、腫瘍の３次元画像が得られないのである。

本発明によれば、これらの問題をかなり解決できる。

断層撮影法にクマコフのレンズを適用した例を第５８図に示す。対象となる腫瘍 は患者の体内の（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）点にあるとする。放射捕捉角φ。は、０． １から０．３ｒａｄとする。レンズ内でのエネルギー損失を含めて、放射源から の放射の０．１％から１％が検出器に到達する。例えば、放射能が１マイクロキ ユーリー（約１０４光子／　ｓ　）とすると、１秒当り数１０から数１００の光 子が検出器に来る。

クマコフのレンズの焦点部に検出器を配置すると、信号雑音比が急増する。クマ コフのレンズを使用したシステムの空間解像度は、数１０ミクロンはどに小さく することができる。この値は、従来のガンマチャンバの解像度をかなり超えてい る。

腫瘍の位置が不明な場合、人体の断層撮影は次の２段階で実施する。第１段階で は、焦点範囲が広く、開口角が大きいＸ線光学装置を使用して腫瘍を探す。第２ 段階では、焦点を狭くした（つまり、解像度は高い）クマコフのレンズを使用し て腫瘍の詳細な３次元画像を得る。

レンズの焦点を調節できる場合、第１段階と第２段階の両方で同じクマコフのレ ンズを使用して装置を作ることもできる。

従来のガンマチャンバを第１段階、Ｘ線光学装置を第２段階にそれぞれ使用する こともできる。Ｘ線光学装置で走査しても完全な画像を得ることができる。この 方法は、放射捕捉角が非常に大きいので、高速である。さらに、信号雑音比が高 いので、多くの光子を登録する必要かない。

医者が腫瘍のおよその位置を知っている場合、高解像度の画像を即座に得ること ができる。腫瘍の検出と検査に要する放射量は少なくて済む。例えば、約０．１ マイクロキユーリ（約３　ｘ　１０”光子／　ｓ　）の放射能を出す放射源を数 分間で詳細に検査することができる。

クマコフのレンズは点よりも平面から集光することができる。集光レンズに受光 チャネルを設けて対象領域超えた発散点に向けたり、受光端に平行なチャネルを 設けたりすることもできる。レンズの放射端を位置感度検出器に向けて画像情報 を収集する。

放射線治療で放射の方向やスペクトルを制御する（健康な組織に害を与える可能 性がある）のは難しい。現在、手術できない脳腫瘍に対しては、炭素の同位体を 放射源とした有向コリメータを使用して照射している。しかし、残念ながら、こ の方法には、コストが高い、システムが大きて重い、生態学的な危険性がある、 照射エネルギーが固定している、焦点領域が広い、などの欠点がある。

しかし、好運なことに、従来のＸ線源とクマコフのレンズを使用すれば、焦点を 合わせて適切な量を照射することができる。Ｘ線光学装置の焦点領域を、腫瘍の 大きさに合わせて数ミクロンから１センチの範囲で変えることができる。Ｘ線管 の陰極を変更することにより、放射エネルギーも変えることができる。

平行ビームを使用することにより、照射対象が周辺の健康な組織より多くの放射 線を受けるようにすることができる。また、平行ビームまたは発散ビームを複数 使用することもできる。

ビームを集束させ、帯域幅を修正することにより、放射線治療を改善することが できる。例えば、ＯＪ電子励起は、発散ビームが対象となる体積に対して使用で きるので魅力がある。帯域幅を修正して、蛍光放射が低い元素の吸収線の直上の エネルギーにすることにより、必要な放射量を著しく減少させることができる。

クマコフのレンズとモノクロメータで準平行ビームを生成することにより、ビー ムを修正することができる。あるいは、モノクロビームより広いが、すべての光 子が高吸収エネルギーであるのに十分な狭さになるように、クマコフのレンズで 帯域幅を修正することもできる。

中性子捕捉治療はホウ素中性子捕捉に集中している。

現在の技術の問題点は、ビームからガンマ線と高エネルギー中性子を分離できな いこと、中性子ビームを集束できないことなどがある。

本発明では、クマコフのレンズを使用して、ガンマ線と高エネルギー中性子を分 離することにより、患者が受ける放射量を減少させる装置が含まれる。発散ビー ムを成形するクマコフのレンズを使用することもできる。発散ビームの場合、対 象領域で受ける放射量が増えるが、体面近くの健康な組織が受ける放射強度は減 少する。腫瘍が大きい場合、焦点の大きいクマコフのレンズを使用するか、また は焦点が小さいレンズで腫瘍を走査することもできる。

従来のプレーナー型Ｘ線画像処理装置にクマコフのレンズを使用してもいくつか 利点がある。クマフフのレンズは、点光源から放出される広い固定角の放射を捕 捉できるので、低い電源を使用しでも放射源をハードにしない。したがって、寿 命が長くなる。クマコフのレンズを使用して帯域幅を選択することにより、ビー ムの硬化を緩和できる。軟Ｘ線を除去できる。軟Ｘ線は、対象物に対する放射量 を増加させるが、対象物は通過しない。また、画像の質を高める可能性が高い。

不要な低エネルギー放射を除去できる簡単なフィルタは他にはない。しがし、所 望の放射より高いエネルギーを除去するのにクマコフのレンズを使用することが できる。その他の手段では極めて困難である。これらの高いエネルギーの光子が 感度を低下するのは、対象物では殆ど吸収されないからである。クマコフのレン ズを使用して平行化ができることもある。

Ｘ線蛍光装置を使用して分析することにより、選択した元素のレベルを判定する ことができる。このような測定により、体内に蓄積した不要な重元素の存在や濃 度を判定することができる。クマコフのレンズを使用しなければ、通常体内の検 査には使えない。その理由は、健康な組織が高い放射を浴びてしまい、分散によ りバックグラウンド放射が高く、さらに、光子の収集効率が低いので信号雑音比 が低くなるなどの問題が発生するからである。

クマコフのレンズを使用すれば、発散放射源からＸ線を集めて、評価対象領域に そのＸ線を集束することができる。画像焦点が最初のレンズと同じレンズをもう 一つ用意する。このレンズで発散光子を集めてその光子をエネルギー感度検出器 に集束させる。患者に対する放射線照射が、全体としても局部的ににも最小化で きる。対象領域に合わせて測定方法を選択できる。収集効率が高まる。信号対バ ックグラウンド放射比が向上する。利点はまだある。帯域幅を修正できるクマコ フのレンズを使用することにより、ビーム帯域幅を修正して、対象元素の吸収線 の直上の光子に合わせることができる。あるいは、モノクロメータを使用するこ とにより、モノクロビームを得ることもできる。さらに、収集クマコフのレンズ を修正することにより、断面が円形以外の領域から集光して領域全体の平均測定 値を得ることもできる。

これまで、本発明にかかわる、主として、ガンマ線、Ｘ線、および粒子線を制御 する原理を図示しながら特定の実施態様について述べてきた。この技術に優れた 人なら、さまざまな修正、代替、追加などを本発明の精神から離れずに実施でき ることは明白であり、以降のフレイムで、本発明にかかわる特許請求の範囲およ び均等物を限定する。

Claims (108)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子、Ｘ線量子、およびガンマ量子のビームを制御する装置であり、複数の 全外反射を提示する内面を有する複数のチャネル、放射源に向けた入力端、放射 受光器に向けた出力端、虚数制御面の母面に沿って配置したチャネル形成要素で 形成した当該チャネルで構成し、当該チャネル形成要素は、剛性支持構造により 複数の位置でお互いに相対的にしっかりと固定してあり、当該複数のチャネル支 持手段は、高い透過効率が望ましい放射スペクトルに対してチャネル形成要素の たるみがビーム伝播と干渉を開始する間隔に以下の支持間隔を有する当該チャネ ルに沿って配置した、装置。
2. ２．当該チャネルのそれぞれで入力端の放射幅ＤがＤ１≦２θＤＦ＋Ｄより小さ く、この式の記号の意味は次のとおりである、請求項１の装置。 Ｄ１は、レンズで放射を捕捉する当該放射源の有効直径である。 θＤは、指定スペクトル幅での全外反射の最小臨界角である。 Ｆは、当該中心軸に沿って計測したチャネルの入力端までの当該放射源の距離で ある。
3. ３．束管で当該チャネルを形成した、請求項１の装置。
4. ４．束管を収容し固定するための開口を有する当該円板または板を持つ束管の縦 軸の方向に対する角で配置した円板または板で剛性支持構造を構成している、請 求項１の装置。
5. ５．ビーム伝播の中心軸に垂直に、円板または板を配置した、請求項４の装置。
6. ６．円板または板の開口を蜂の巣状パターンで配置した、請求項４の装置。
7. ７．複数のチャネルまたは毛管束で当該束管の少なくとも１つを構成した、請求 項３の装置。
8. ８．それぞれの束管を円形に固定しているブッシング、例えば、接着剤、連動機 構、または締め付け装置によりお互いにしっかり固定したブッシングで剛性支持 構造を構成した、請求項３の装置。
9. ９．複数の束管の間の隙間を充填する化合物で剛性支持構造を構成した、請求項 ３の装置。
10. １０．当該チャネル支持手段の他の手段に対して相対的な位置にある中心軸に沿 って、当該支持手段の少なくとも１つを平行移動できる、請求項３の装置。
11. １１．外面によりしっかり固定した当該チャネルの壁により、当該剛性支持構造 を構成した、請求項１の装置。
12. １２．当該チャネルの長さに沿ってチャネル幅を変更できる、請求項１１の装置 。
13. １３．当該装置の各断面に於ける装置の直径に比例し、各チャネルの長さに沿っ て、各チャネルの幅を変更できるようにした、請求項１２の装置。
14. １４．入力端でのチャネル幅が、 Ｒ（θｃｒ）２／２Ｄ＞１を実現するのに必要な値より小さい装置であり、なお 、この式で、Ｒはチャネルの曲率半径、θｃｒは対象となるエネルギーに対する 全外反射の臨界角、Ｄはチャネルの幅をそれぞれ表しており、臨界角より小さい 出口発散を得る目的で構成した、請求項１２の装置。
15. １５．出力端での当該チャネルの幅が、入力端でのチャネルの幅以上であるよう にした、請求項１２の装置。
16. １６．反射層の間の隙間により当該チャネルを形成した、請求項１の装置。
17. １７．当該チャネルの入力端および出力端で当該剛性支持構造をしっかり固定し た、請求項１６の装置。
18. １８．当該剛性支持構造が開放房付き格子である、請求項１７の装置。
19. １９．反射面の間に配置された低密度材料で当該チャネルを形成した、請求項１ ６の装置。
20. ２０．ビーム伝播の中心軸に対して同軸方向に、当該チャネル形成要素を配置し た、請求項１の装置。
21. ２１．ビーム伝播の中心軸の回りを回転するように、当該チャネル形成要素を配 置した、請求項２１の装置。
22. ２２．発散放射を捕捉するように、チャネルの入力端の方向を向けた、請求項１ の装置。
23. ２３．平行放射を捕捉するように、チャネルの入力端の方向を向けた、請求項１ の装置。
24. ２４．発散ビームを形成するように、チャネルの出力端の方向を向けた、請求項 １の装置。
25. ２５．準平行ビームを形成するように、チャネルの出力端の方向を向けた、請求 項１の装置。
26. ２６．ブラッグの回折により生成された準平行ビームにプレーナ結晶を配置した 、請求項２５の装置。
27. ２７．放射光束の所望の減衰を得て、ビームの断面で強度を制御するために、各 チャネルの長さを選択した、請求項２５の装置。
28. ２８．直線セクションの出力端でチャネルの長さを変更して準平行ビームを成形 した、請求項２７の装置。
29. ２９．吸収フィルタリングを使用してビームの断面で強度を制御した、請求項１ の装置。
30. ３０．準平行ビームを成形した、請求項２９の装置。
31. ３１．装置で生成した放射ビームを材料に照射することにより、リソグラフィー プロセスでフィルタを作成した、請求項２９の装置。
32. ３２．チャネルの入力端での間隔が装置の断面全体に対して一定ではなく、ビー ムの断面全体の強度を制御するために間隔を選択した、請求項１の装置。
33. ３３．ビームの発散を減少するために、チャネルの出力端が外側に向けて扇形に 広げた、請求項１の装置。
34. ３４．準平行ビームを成形した、請求項３３の装置。
35. ３５．チャネルの扇形に広がった出力端は、θ−ＤＬ１以下であるテーパ角を有 しており、θは準平行ビームの指定発散角、Ｌ１は円錐形束管セクションの畏さ をそれぞれ表している、請求項３３の装置。
36. ３６．ビーム伝播の中心軸の方向が可変である、請求項１の装置。
37. ３７．ビームの断面の形が可変である、請求項１の装置。
38. ３８．ビームを分割したり合成したりできる、請求項１の装置。
39. ３９．チャネル形成要素が複合曲率になっている、請求項１の装置。
40. ４０．準平行ビームを形成したときに、発散放射を捕捉する、請求項３９の装置 。
41. ４１．当該樽状面の母面に対応して接合している虚数ドーナツ状面の母面に沿っ て当該チャネル形成要素が伸張している、請求項３９の装置。
42. ４２．制御ビーム放射を伝導できない材料で作成した一部または完全な外部ケー シングで構成する装置であり、当該ケーシングは当該チャネルの両端が整列して いる開口を有している、請求項１の装置。
43. ４３．当該開口の間で放射線の直線的な透過をブロックしている、請求項４２の 装置。
44. ４４．当該剛性支持手段が積み重ね可能なクレードル部材で構成されている、請 求項１の装置。
45. ４５．当該チャネル形成要素が、一定の半径で固定的にかつ均一に曲げられてい る、請求項１の装置。
46. ４６．放射スペクトルの選択エネルギー範囲で透過効率が他のエネルギーより高 くなっている、請求項１の装置。
47. ４７．全外反射の異なる臨界角を有する異なるエネルギーに基づいて、異なるエ ネルギーに対する透過効率を制御している、請求項４６の装置。
48. ４８．高透過効率が所望されている最も高いエネルギーの臨界角に近い角で複数 の放射をすることにより、透過効率を実現している、請求項４７の装置。
49. ４９．格子または粒子がチャネルの壁を反射しながら伝わるチャネルの複合曲率 を使用することにより、透過効率を実現している、請求項４７の装置。
50. ５０．曲率とカットオフエネルギーを調整した、請求項４７の装置。
51. ５１．放射ビームがチャネル壁に一定の角度で衝突し、指定角以上に大きい臨界 角を有する放射線だけをチャネルに入射させる、請求項４７の装置。
52. ５２．最初の一連のチャネルでは捕捉できないビームの部分に、別のチャネルの 入口を複数配置し、最初の一連のチャネルの角より小さい放射に対してチャネル 壁が一定の角度になる状態で、当該追加チャネルの入口を配置し、最初の一連の チャネルで捕捉した放射幅より小さい臨界角を有する放射幅を当該追加チャネル 入口で捕捉するようにした、請求項５１の装置。
53. ５３．チャネルの断面が平面または矩形になっている、請求項４７の装置。
54. ５４．選択吸収を得るために材料を変更することにより、異なる透過効率を実現 している、請求項４６の装置。
55. ５５．チャネル壁の材料により選択吸収を実現している、請求項５４の装置。
56. ５６．チャネル壁のコーティング材料により選択吸収を実現している、請求項５ ４の装置。
57. ５７．装置を冷却している、請求項１の装置。
58. ５８．入力バッフルを使用して当該冷却を実現している、請求項５７の装置。
59. ５９．当該入力バッフルは中空であり、流体により当該冷却を実現している、請 求項５８の装置。
60. ６０．当該入力バッフルを表面または周辺で冷却している、請求項５８の装置。
61. ６１．冷却用熱伝導材料でチャネル形成要素を覆っている、請求項５７の装置。
62. ６２．チャネル形成要素の近くに流体冷却剤を流すことにより装置を冷却してい る、請求項５７の装置。
63. ６３．チャネルを貫通して流体を流すことにより装置を冷却している、請求項５ ７の装置。
64. ６４．軟化温度が高い材料でチャネル形成要素を作成した、請求項１の装置。
65. ６５．熱伝導がよく、融点が高い材料でチャネルのコーティングをした、請求項 ６４の装置。
66. ６６．荷電粒子ビームを制御しており、当該チャネル形成要素を電気伝導材で作 成するかまたはコーティングした、請求項１の装置。
67. ６７．準平行ビームを成形し、テーパ毛管に向ける装置であり、当該テーパ毛管 は長さに沿って幅が狭くなる、請求項１の装置。
68. ６８．ｄ１／ｄ２はほぼθｃｒ／θに等しくなっており、ｄ１は当該テーパ毛管 の幅の中で最も広い値、ｄ２は当該テーパ毛管の幅の中で最も狭い値、θは当該 テーパ毛管に入射する準平行ビームのビーム発散、θｃｒは全外反射に対する臨 界角をそれぞれ示すような構成になっている、請求項６７の装置。
69. ６９．複数の毛管で構成する束であり、それぞれの毛管にはチャネルが１つあり 、粒子、Ｘ線量子、およびガンマ線量子が複数回反射しながらチャネルを通過し ていくものであり、複数の毛管は同じ方向に並べてお互いに結合されている。
70. ７０．クマコフのレンズを備えたＸ線リンググラフィーシステム。
71. ７１．Ｘ線放射源とマスクの間にクマコフのレンズを配置した、請求項１のシス テム。
72. ７２．複数の曲がり束管でクマコフのレンズを構成した、請求項７０のシステム 。
73. ７３．少なくとも１つの曲がり束管で毛管束を構成した、請求項７２のシステム 。
74. ７４．束管および毛管の離散パターンにより発生するビーム強度の相違を均一化 するのに十分な距離を置いてレンズとマスクを配置した、請求項７３のシステム 。
75. ７５．クマコフのレンズでエネルギー幅を選択する、請求項７０のシステム。
76. ７６．マスクとレジストの間にクマコフのレンズを配置した、請求項７０のシス テム。
77. ７７．点光源、当該点光源から放出される発散ビームを捕捉できるクマコフのレ ンズ、マスクを保持する手段、およびビームの断面を減少できる別のクマコフの レンズで構成した、請求項７６のシステム。
78. ７８．Ｘ線リンググラフィーにおけるクマコフのレンズの使用。
79. ７９．放射源を用意し、放射源からの放射をクマコフのレンズで集束し、集束放 射をマスクに通過させる、Ｘ線リソググラフィーの方法。
80. ８０．マスクから出て来る放射をフィルタに通し、２番目のクマコフのレンズで ビームの幅を狭くしてから、放射をレジストに衝突させる、請求項７９の方法。
81. ８１．放射源を用意し、放射源からの放射をクマコフのレンズで集束して準平行 ビームを成形し、２番目のクマコフのレンズで準平行ビームを集束して、事前に 選択した帯域内のエネルギーを有するビームを成形し、放射をマスクに通過させ る、Ｘ線リソググラフィーの方法。
82. ８２．事前に選択した帯域内のエネルギーを有するビームを３番目のクマコフの レンズで集束して、事前に選択した形を有するビームを生成してから、放射をマ スクに通過させる、請求項８１の方法。
83. ８３．クマコフのレンズを備えた分析装置。
84. ８４．放射源と分析対象の資料との間にクマコフのレンズを配置した、請求項８ ３の装置。
85. ８５．装置としてＸ線装置を使用した、請求項８３の装置。
86. ８６．装置としてイオン装置を使用した、請求項８３の装置。
87. ８７．装置として中性子装置を使用した、請求項８３の装置。
88. ８８．装置として電子ビーム装置を使用した、請求項８３の装置。
89. ８９．さらに、モノクロメータを備えた、請求項８４の装置。
90. ９０．もう一つ別の放射源と資料との間にクマコフのレンズをもう一つ配置した 、請求項８４の装置。
91. ９１．分析対象の資料と放射検出手段との間にクマコフのレンズを配置した、請 求項８３の装置。
92. ９２．クマコフのレンズを帯域フィルタとして機能させた、請求項８３の装置。
93. ９３．クマコフのレンズの分析装置における使用。
94. ９４．以下の方法で資料を分析すること。 （ａ）放射源を用意する。 （ｂ）放射源で生成した放射の方向をクマコフのレンズへ向ける。 （ｃ）クマコフのレンズから放出された放射を、分析対象の資料に衝突させる。 （ｄ）資料から放出された放射を検出する。
95. ９５．資料から放出された放射を２番目のクマコフのレンズに通してから検出す る、請求項９４の方法。
96. ９６．クマコフのレンズを備えた医療装置。
97. ９７．発散放射源から放射をクマコフのレンズで集めることのできる、請求項９ ６の医療装置。
98. ９８．さらに、モノクロメータを追加して構成した、請求項９６の医療装置。
99. ９９．さらに、もう一つクマコフのレンズを備えた、請求項９８の医療装置。
100. １００．診断に適した、請求項９６の医療装置。
101. １０１．治療に適した、請求項９６の医療装置。
102. １０２．組織をイオン化できる、請求項９６の医療装置。
103. １０３．クマコフのレンズの医療装置における使用。
104. １０４．以下に規定するステップで対象を照射する方法。 （ａ）放射ビームを発生する。 （ｂ）クマコフのレンズを使用してビームを集束させる。 （ｃ）ビームを対象に向ける。
105. １０５．さらに、前記の放射ステップ（ｃ）のビームをモノクロメータに通すス テップを追加した、請求項１０４の方法。
106. １０６．以下に規定するステップで、対象内の一定の物質の存在を検出する方法 。 （ａ）放射ビームを発生する。 （ｂ）クマコフのレンズを使用してビームを集束させる。 （ｃ）ビームを対象に向ける。 （ｄ）対象に照射した後の残留放射を検出する。
107. １０７．もう一つのクマコフのレンズで残留ビームを集束させる、請求項１０６ の方法。
108. １０８．複数の支持体の間隔が（１２ＥＩ／ＱＲ１）１／２であり、Ｅは当該チ ャネルの弾性係数、Ｉは中立軸に相対的な当該チャネルの断面の慣性モーメント 、Ｑは単位長さ当りの当該チャネルの重さ、Ｒ１＝２Ｄ／Ｑ２であり、当該チャ ネルの曲がりの臨界半径であり、高透過効率が望まれる放射スペクトルの指定高 エネルギー境界で定義する値である、請求項１の装置。