KR20060086076A

KR20060086076A - 엑스선 복합굴절렌즈 시스템 제조 방법

Info

Publication number: KR20060086076A
Application number: KR1020050006951A
Authority: KR
Inventors: 최재호
Original assignee: 최재호
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-07-31
Also published as: KR100730047B1

Abstract

본 발명은 경 엑스선 광학소자인 복합굴절렌즈 시스템 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에서의 엑스선 복합굴절렌즈는 다수개의 렌즈 조합이 한 개의 렌즈역활을 하는 엑스선 광학렌즈 시스템으로써 개개의 엑스선 굴절렌즈를 정밀하게 정렬하여 복합굴절렌즈 시스템을 제조하는 방법에 관한 것으로 본 발명에서는 가시광선 영역의 레이저 빔을 이용한 간섭계의 적용하여 개개의 엑스선 복합굴절 렌즈를 정렬하여 엑스선 렌즈 시스템을 제조한다.

엑스선, 엑스선 렌즈, 복합굴절렌즈, 간섭계

Description

엑스선 복합굴절렌즈 시스템 제조 방법{Fabrication method of the X-ray Compound Refractive Lens System}

도1은 본 발명에 따른 엑스선 복합굴절렌즈 시스템 제조 장치도

도2는 본 발명에 따른 단일 복합굴절렌즈를 도식한 개략도

도3은 본 발명에 따른 마이크로빔 엑스선 장치를 도시한 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 레이저 20 ; 레이저빔 필터

30 ; 렌즈 40 ; 빔 분리기

50 ; 반사경 60 ; 복합굴절 렌즈 시스템

61 ; 단일 엑스선 굴절렌즈 62 ; 굴절렌즈 홀더

70 ; 상 검출기 80 ; 영상표시 장치

90 ; 엑스선 발생장치 100 ; 엑스선 초점

엑스선은 파장이 수억분의 1보다 작고 투과성과 직진성이 매우 큰 전자기파다. 이 엑스선 고유의 특성을 이용하여 의료용, 공업용, 또는 기초과학용 측정 장치로 이용하고 있다. 기존의 방사선 측정 장치나 영상 장치들은 대부분 엑스선 발생장치에서 발생되는 엑스선빔을 사용목적에 따라 단순한 개구를 통과시켜 사용하여 왔다. 결과적으로 영상장치의 경우 해상도가 떨어지고, 계측장비에서는 데이터를 얻는데 요구되는 시간이 길어지게 된다. 최근에는 가속기로부터 방출되는 엑스선을 이용하여 고해상도 엑스선 영상을 실시간 관측이 가능하게 되었다. 이러한 발전은 가속기로부터 방출되는 엑스선이 광자 수가 많고 빔특성이 우수하며 엑스선 광학계를 사용하기 때문이다.

기존의 일반 실험실 규모에서 사용하고 있는 엑스선빔은 전자빔이 금속표면에 충돌하여 발생하는 즉 광원으로 퍼짐이 매우 큰 엑스선 빔을 일부를 사용하여 왔다. 최근에는 퍼짐성이 큰 엑스선빔을 집속시킬 수 있는 있는 광학소자로 개발되고 있고, 복합굴절렌즈가 그것 중 하나이다. 이 복합굴절렌즈는 엑스선광원을 가시광선 영역에서 나타나는 광학적 현상을 모두 구현할 것이다. 즉 고해상도 엑스선 현미경, 엑스선 홀로그램, 엑스선 간섭계 등이 가능해 지고 있다.

엑스선 복합굴절 렌즈는 오목렌즈 형상으로 가시광선 영역에서의 볼록렌즈의 역할을 하여 엑스선 집광 및 집속에 사용되고 있다. 이는 엑스선 영역에서의 굴절률이 1보다 작은 값을 갖기 때문이다. 수십 개의 굴절렌즈를 정렬하여 복합굴절렌즈 다발을 구성하는 이유는 엑스선 영역에서의 굴절률이 1보다 작지만 매우 근소한 값의 차이를 가지고 있어 단일 굴절렌즈에서 굴절될 수 있는 범위가 매우 작아 엑스선빈의 초점거리가 수십 미터로 매우 길어지기 때문에 다수개의 굴절렌즈를 정렬하여 복합굴절 렌즈 시스템을 구성하여야만 사용자가 사용 가능하게 된다. 기존의 복합굴절렌즈 제조 공정은 금속을 사용하여 오목렌즈를 형상의 굴절렌즈를 제조한 후 엑스선을 직접 조사하며 정렬하였다. 이러한 방법은 가속기 방사광 엑스선빔을 사용할 경우 정확한 정렬을 이룰 수 있으나 가속기를 상시 사용할 수 없고 일반 엑스선 발생기를 사용할 경우 평행광을 얻기가 어렵고, 단결정거울이나 다중스릿을 이용하여 평행광을 형성하였다 하여도 엑스선 광자의 수가 매우 적어 수십개의 굴절렌즈를 정열하는 데는 많은 시간소모가 요구된다.

본 발명은 엑스선 광학 소자의 하나로 가시광선 영역에서의 광학소자와는 특이한 특성이 있다. 우선 가장 큰 특징의 하나로 대부분의 재질들은 엑스선 영역에서의 굴절률이 1보다

만큼 작은 값을 갖는다 .즉 일 예로 아크릴 굴절률 실 수부는 0.999995 이다. 즉 엑스선 광학렌즈는 가시광선 영역의 렌즈와는 다른 모양을 갖는다. 즉 엑스선 집속렌즈의 오목렌즈 형태이다. 그리고 굴절률이 1보다 아주 작은 값의 차이를 가지고 있으므로 1개의 굴절렌즈로는 초점거리가 수십미터에 이르게 되어 실제 응용이 불가능하다. 이러한 이유 때문에 다수개의 굴절렌즈를 정렬하여 복합굴절 렌즈 시스템을 구성하여야만 사용자가 사용 가능하게 된다. 본 발명에서는 다수개의 복합굴절렌즈를 정렬하는 공정을 광학간섭계를 이용하고 있다. 레이저에서 발생되는 빔은 광분리기 (40)에서 반사경(50)과 복합굴절렌즈(60) 쪽으로 나누어진다. 반사경과 복합굴절렌즈의 표면에서 반사된 레이저빔은 다시 광분리기(40)을 통하여 상검출기에 입력된다. 이때 반사경(50)과 복합굴절렌즈(60)의 광경로차에 따라 보강갑섭과 소멸간섭 무늬를 만든다. 즉 본 발명에서는 굴절렌즈의 표면의 곡률에 따라 광경로차가 발생하게 되고 원형의 띠모양의 간섭무늬를 관측하게 된다. 굴절렌즈가 광축에 정확히 정렬된 경우 원형 띠를 가진 간섭무늬가 발견되고 정렬이 정확하지 않은 경우 찌그러진 모양의 간섭무늬가 관찰 될 것이다. 보강-상쇠 간섭의 경로차는 간섭계에 사용한 광원 파장의 반배에 해당되므로 예로 광원은 헬륨네온가스레이저를 사용할 경우 약 0.316 마이크로미터의 정확도로 굴절렌즈를 정렬할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 광학 정밀측정 장치의 하나인 간섭계를 사용한 실시예를 상세하게 설명 한다. 본 발명에서 정렬하고자 하는 엑스선 복합굴절렌즈 시스템의 단일 굴절 렌즈는 그림2에서 도식화 되어 있다. 엑스선이 굴절하게되는 굴절렌즈(62)부분을 굴절렌즈 홀더(61)에 의하여 지지하게 된다. 이렇게 구성된 개개의 굴절렌즈는 [도3]의 복합 굴절렌즈 시스템(60)을 이루게 된다.

본 발명을 이 복합 굴절렌즈 소 시스템의 정렬공정을 한 가시광선 간섭계를 적용한다. 광원으로는 헬륨-네온 레이저(10)을 사용하며 빔의 필터링을 위하여 레이저 빔 필터가 사용되고 있으며 이 빔필터는 핀홀 및 빔 확장용 렌즈가 적용되 사용된다. 렌즈(30)을 통과한 레이저 빔은 평행광선의 형태를 이루게 되며 빔분리기(40)을 통과한 빔은 정렬하고자 하는 복합굴절렌즈(60)으로 향하고 빔분리기에서 반사된 빔은 반사경(50)에서 반사하여 광검출기로 입사된다.이 입사되는 빔은 복합굴절렌즈(60) 표면에서 반사되는 레이저 빔과 간섭현상을 일으킬 것이다. 두 빔의 경로차가

파장일 경우 되며 소멸간섭이 일어나 광검출기에 검게 나타나고 두 빔의 경로차가 같으면 광검출기에서 보강간섭으로 강한 빛으로 감지될것이며 영상표시장치(80)에서는 동심원의 형태가 측정될 것이다. 영상표지장치(80)에서 감지된 영상을 컴퓨터에 저장된 이전의 영상과 비교하게 되고, 두개의 간섭무늬가 일치하면 전후 굴절렌즈의 정렬이 정확히 이루어진 것이다. 이러한 공정을 반복하게 되면 전체 굴절렌즈의 정렬이 정확히 이루어져 엑스선 복합굴절렌즈의 투과 효율을 높이며 영상장치에 적용시 고분해능을 가진 영상을 얻을 것이다.

본 발명에 의해 개발된 복합굴절렌즈 시스템은 나노 과학기술이 발전하며 요구되는 정밀측정장치 및 고 분해능 영상장치에 적용될 것이다. 기존의 엑스선 영상장치 및 측정장치는 엑스선 광학소자, 즉, 엑스선 렌즈를 차용하고 있지 않는다. 결과적으로 엑스선 발생원으로 부터 방사되는 대부분의 엑스선 광자를 잃게되며 엑스선 빔 결맞음성이 떨어져 기존의 영상장치선의 해상도는 수배 정도이다. 또한 엑스선 분석장치는 엑스선 광자량이 적기 때문에 분석결과를 얻기 위해 많은 시간 소요가 요구되며 엑스선 빔의 크기가 크므로 측정시료의 크기도 상당히 커야 한다. 그러나 생명공학 영역의 시료는 시료 준비에 상당한 시간이 요구되어 큰 시료를 얻는데 많은 어려움이 있다.

본 발명의 의해 구현하고자 하는 엑스선 복합굴절렌즈 시스템은 방사되는 엑스선원에 정렬이 쉽고 가시광선 영역에서 가능한 물리적 측정 즉, 엑스선 간섭계, 마이크로 빔 측정, 나노영상장치 등에 적용되어 실시간 고효율 엑스선 영상을 획득이 가능하다.

Claims

본 광 간섭계를 이용한 엑스선 광학소자 정렬 장치
제 1항에 의거 간섭계 구성요소에 제한을 두지 않는 간섭계
제 1항의 간섭계는 반사형과 투과형이 가능한 간섭계
제1항의 간섭계의 광원은 제한을 두지 않는다.
제 1항의 간섭계의 검출기는 스크린 또는 광검출 장치 사용이 가능한 검출기 이다.