WO2022092060A1 - Ｘ線光学装置 - Google Patents

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WO2022092060A1
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reflecting
reflection
reflective
ray
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智至 松山
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国立大学法人大阪大学
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K7/00—Gamma- or X-ray microscopes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray optical device of an imaging optical system.
  • X-rays have high penetrating power
  • an X-ray microscope is suitable for observation in a real environment such as inside a thick sample, in water, or in gas. Since X-rays have a short wavelength, high resolution can be realized in principle. By utilizing the high energy of X-rays, it is possible to perform imaging while performing local analysis.
  • oblique incident optical systems are often constructed from the viewpoint of throughput, radiation resistance, and the size of the effective area.
  • a typical oblique incident optical system includes a Kirkpatch-Baez (KB) mirror in which two mirrors are arranged in orthogonal series.
  • KB Kirkpatch-Baez
  • the KB mirror is used in the X-ray condensing optical system, it cannot be used as an imaging optical system due to its large coma aberration. Therefore, in order to use the KB mirror as an imaging optical system, an Advanced KB mirror having four mirrors has been proposed (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). Since coma aberration is corrected in the Advanced KB mirror, it can be used as an objective lens of an X-ray microscope. Further, the present inventor has proposed an optical system in which a concave mirror and a convex mirror are combined (Patent Document 2). According to this optical system, a compact and large-magnification microscope can be constructed.
  • an object of the present invention is to provide an X-ray optical device capable of forming a sharp image.
  • One embodiment of the X-ray optical apparatus of the present invention that has achieved the above object includes a first reflective convex surface that reflects X-rays, a second reflective convex surface that reflects X-rays, and a first reflective convex surface.
  • the second reflective convex surface has a curvature in only one direction, and the first reflective convex surface and the second reflective convex surface have a gist in that they each have a bicurved shape.
  • a virtual image is formed by reflecting X-rays twice by the first reflecting convex surface and the second reflecting convex surface.
  • the second focal point of the hyperbola of the first reflective convex surface and the first focal point of the hyperbola of the second reflective convex surface are shared with each other.
  • the first focal point and the second focal point of the hyperbola of the first reflecting convex surface and the first focal point and the second focal point of the hyperbola of the second reflecting convex surface are arranged on the same straight line. ..
  • the absolute value of the slope of the asymptote of the hyperbola of the first reflection convex surface is smaller than the absolute value of the slope of the asymptote of the hyperbola of the second reflection convex surface.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface are formed on the same base material.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface are formed on different substrates.
  • the X-ray optical apparatus further includes an X-ray source, a sample holding portion, a third reflecting surface that reflects X-rays, and a fourth reflecting surface that reflects X-rays.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface each have a concave shape, the third reflecting surface has a hyperbolic shape, and the fourth reflecting surface has an elliptical shape. ..
  • X-rays are reflected in the order of the third reflecting surface, the fourth reflecting surface, the first reflecting convex surface, and the second reflecting convex surface.
  • X-rays are reflected in the order of the second reflective convex surface, the first reflective convex surface, the fourth reflective surface, and the third reflective surface.
  • the X-ray optical apparatus further has a light receiving portion at a position related to the image formation with the position of the sample holding portion, and the center of the light receiving portion is located at a position deviated from the optical axes of the third reflecting surface and the fourth reflecting surface. Is preferable.
  • the image formation point formed by the first reflection convex surface is located at a position deviated from the optical axes of the third reflection surface and the fourth reflection surface.
  • coma aberration can be easily corrected, and a sharp image can be formed over a wide field of view.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the locus of X-rays when the 1st reflection convex surface and the 2nd reflection convex surface are reflected in the X-ray optical apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the optical system of the X-ray optical apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. 2 It is a perspective view of the optical system of the X-ray optical apparatus in Embodiment 2.
  • FIG. It is a perspective view of the optical system of the X-ray optical apparatus in Embodiment 3.
  • FIG. It is a geometric schematic diagram of the optical system including the X-ray optical apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the visible light optical system which has the same geometric function as the optical system including the X-ray optical apparatus shown in FIG. It is a perspective view of the optical system of the X-ray optical apparatus in Embodiment 4.
  • FIG. It is a perspective view of the optical system of the X-ray optical apparatus in Embodiment 5. It shows the X-ray optical path (projection of y in the vertical direction) of the X-ray optical apparatus in Embodiment 6.
  • the X-ray optical device is preferably used for an imaging optical system, but can also be used for a condensing optical system.
  • An image can be formed using at least one of transmitted X-rays, fluorescent X-rays, and scattered X-rays from a sample irradiated with X-rays.
  • the X-ray optical device may be used as a magnifying optical system or a reduced optical system. These can be selected by changing the incident direction of X-rays. Examples of the X-ray optical device include an X-ray imaging mirror, an X-ray microscope, an X-ray measuring device, an X-ray inspection device, an X-ray exposure device, and the like.
  • the X-ray optical apparatus includes a first reflection convex surface and a second reflection convex surface as shown in FIGS. 2 to 5 and 7 to 98.
  • the X-ray optics comprises an X-ray source in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • the X-ray optics comprises a sample holder in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • the X-ray optics further include a third reflective surface in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • the X-ray optics further include a fourth reflective surface in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface, as shown in FIGS. 4-5 and 7-9.
  • the X-ray optics comprises a light receiving portion in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • X-ray source The type of X-ray source that emits X-rays is not particularly limited, and electron accelerators (synchrotrons) such as X-ray tubes and synchrotron radiation facilities (SPring-8, etc.) can be used, especially for laboratory applications. Small X-ray tubes are preferably used. Similar to the visible light region, it is desirable to use Koehler illumination or critical illumination in the X-ray optical device, and it is desirable to use a light source capable of realizing these illuminations. Since it is difficult to use complicated Koehler illumination in the X-ray region, critical illumination is usually performed or X-rays having a wide field of view are appropriately irradiated. As a result, the sample to be observed can be irradiated with X-rays of uniform intensity, and a clear image with less blur can be obtained.
  • electron accelerators synchrotrons
  • SPring-8 synchrotron radiation facilities
  • the type of X-rays handled by the X-ray optical device is not particularly limited, and soft X-rays, X-rays, and hard X-rays can be used.
  • the X-ray optical device can also be applied to far ultraviolet rays having a wavelength close to that of soft X-rays.
  • the energy of soft X-rays can be classified into 0.1 keV or more and 2 keV or less, the energy of X-rays can be classified into 2 keV or more and 20 keV or less, and the energy of hard X-rays can be classified into 20 keV or more and 100 keV or less.
  • the sample holding unit may be any instrument as long as it has a function of holding the sample to be observed on the optical path of X-rays.
  • the sample holding portion may be, for example, a support base having a support surface on which the sample is placed.
  • the sample holding portion may be two dielectric flat plates for holding the sample.
  • the sample holding portion may be a dielectric single plate for fixing the sample, a frame-shaped object for suspending the sample, or a container for holding the liquid sample. Any form of instrument having the function of holding the sample on the optical path of X-rays can be used as the sample holding part.
  • the material constituting the sample holding portion is not particularly limited, but when the sample holding portion directly hits X-rays, a material capable of transmitting X-rays may be used. It is desirable that the sample holding portion is made of a material in which charge accumulation due to X-ray irradiation is unlikely to occur.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface have a convex shape of the reflection surface provided on the surface of the mirror.
  • the reflective surface is a mirror surface provided on the surface of the mirror, and is a portion that reflects X-rays.
  • the mirror includes a substrate and a reflective surface provided on the surface of the substrate. In the following, each of the first reflection convex surface and the second reflection convex surface may be referred to as each reflection convex surface.
  • the base material may be formed in a flat plate shape or a block shape.
  • glass quartz glass, single crystal Si, SiC and the like can be used.
  • the reflective surface is the surface of a single-layer film or a multilayer film provided on the surface of the base material.
  • the material of the monolayer film include Pt and Au.
  • the multilayer film can have a first layer composed of heavy elements and a second layer composed of light elements having less X-ray absorption than the first layer.
  • heavy elements include Re, W, Pt, Au, Ta, Mo, and Pd.
  • the light element include Be, B, C and Si.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface each have a curvature in only one direction.
  • the shape of each reflective convex surface is represented by a function of a one-variable polynomial.
  • Each reflective convex surface can also be understood as a cutout of a small portion of the curvature of the mirror surface of the rotating hyperbolic manifold.
  • Each reflective convex surface has a convex surface shape, but the mirror as a whole is close to a flat plate shape, so compared to a general cylindrical Walter mirror that has a rotating hyperboloid and a spheroidal surface. The surface is easy to process.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface have curvatures in the same direction.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface may have a hyperbolic curvature in the vertical direction and no curvature in the horizontal direction.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface collect light in the vertical plane, and it is possible to form an image in the vertical direction (vertical direction).
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface have a hyperbolic curvature in the horizontal direction and no curvature in the vertical direction.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface condense light in the horizontal plane, and horizontal (horizontal) image formation becomes possible.
  • the X-ray optical device has a pair of the first reflection convex surface and the second reflection convex surface, it is possible to form an image in the vertical direction or the horizontal direction, so that an optical system corresponding to a one-dimensional concave lens in the visible light region is formed. be able to.
  • the X-ray optical device has two pairs of the first reflective convex surface and the second reflective convex surface, it is possible to form images in the vertical direction and the horizontal direction, so that an optical system corresponding to a two-dimensional concave lens in the visible light region is formed. can do.
  • the angle of incidence of X-rays on the first reflection convex surface and the second reflection convex surface is not particularly limited.
  • the angle of incidence of the X-rays on the first reflection convex surface may be smaller or larger than the angle of incidence of the X-rays on the second reflection convex surface.
  • the angle of incidence of X-rays on each reflection convex surface may be, for example, 0.5 mad or more, 1 mad or more, 3 mad or more, and 20 mad or less, 15 mad or less, 10 mad or less is also allowed.
  • At least one of the first reflection convex surface and the second reflection convex surface may be an oblique incident optical system or a direct incident optical system.
  • X-rays may be totally reflected by at least one of the first reflection convex surface and the second reflection convex surface.
  • At least one of the first reflection convex surface and the second reflection convex surface may be the surface of a single layer provided on the surface of the base material. In that case, it is preferable that the angle of incidence of the X-rays on the first reflection convex surface and the second reflection convex surface is an oblique incident angle.
  • At least one of the first reflective convex surface and the second reflective convex surface may be the surface of the multilayer film provided on the surface of the base material.
  • X-rays may be incident on the first reflection convex surface and the second reflection convex surface at an oblique angle of incidence, or may be vertically incident.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the locus of X-rays when the first reflection convex surface and the second reflection convex surface are reflected in the X-ray optical apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the hyperbola H1 of the first reflection convex surface has a first focal point F1 and a second focal point F2.
  • the hyperbola H2 of the second reflection convex surface has a first focal point f1 and a second focal point f2.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface each have a hyperbolic shape.
  • the second focal point F2 of the hyperbola H1 of the first reflective convex surface and the first focal point f1 of the hyperbola H2 of the second reflective convex surface are shared with each other.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface in this way, the light emitted from the focal point F1 forms a virtual image at the focal point F2 (focal point f1) due to the geometrical properties of the twin bends. It is reflected by (first reflection convex surface). Further, it can be reflected on the H2 plane (second reflection convex plane) so as to form a virtual image at the focal point f2.
  • a virtual image is formed by reflecting X-rays twice by the first reflecting convex surface and the second reflecting convex surface. Since coma aberration can be corrected by reflecting twice, a sharp virtual image can be created. Further, by combining the first reflection convex surface and the second reflection convex surface of the bicurve shape, a refraction type one-dimensional concave lens in the visible light region having the focal point F1 as a physical point and the focal points F2 (f1) and f2 as virtual image points can be obtained. Can be made to work. By forming a virtual image with the first reflection convex surface and the second reflection convex surface, the enlargement magnification or reduction magnification can be improved.
  • first reflection convex surface and the second reflection convex surface are arranged in tandem.
  • the second focal point F2 of the hyperbola H1 of the first reflection convex surface and the first focal point f1 of the hyperbola H2 of the second reflection convex surface are easily shared with each other.
  • the first focus F1 and the second focus F2 of the hyperbola H1 of the first reflection convex surface and the first focus f1 and the second focus f2 of the hyperbola H2 of the second reflection convex surface are on the same straight line x. It is preferable that it is arranged.
  • the absolute value of the slope of the asymptote of the hyperbola H1 of the first reflection convex surface is smaller than the absolute value of the slope of the asymptote of the hyperbola H2 of the second reflection convex surface. Since the two hyperbolas H1 and H2 have such a shape, the optical path lengths from the object point to the image point are the same regardless of where the reflection convex surface is reflected, so that a sharp image can be formed.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface are formed on the same substrate. Since it is formed on the same substrate, it is possible to obtain an integrated convex imaging mirror having a small alignment error between the first reflection convex surface and the second reflection convex surface. In addition, since it is resistant to vibration and temperature changes and is easy to use, an optical system that is user-friendly and has high stability can be obtained. It is preferable that the first reflection convex surface and the second reflection convex surface are arranged in a V shape.
  • the first reflection convex surface and the second reflection convex surface may be formed on different substrates. Each time it is used, the positions of the two reflective convex surfaces can be finely adjusted.
  • the first reflective convex surface and the second reflective convex surface are preferably combined with an optical system corresponding to a convex lens in the visible light region. Above all, it is more preferable to combine it with an optical system that forms a real image.
  • an X-ray optical device may have an other reflective surface in addition to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • the X-ray optics may further include an X-ray source, a sample holder, a third reflective surface that reflects X-rays, and a fourth reflective surface that reflects X-rays. good.
  • the enlargement magnification or the reduction magnification can be improved. It is preferable that a real image is formed by the third reflecting surface and the fourth reflecting surface.
  • the third reflective surface and the fourth reflective surface are reflective surfaces provided on the surface of the base material constituting the mirror, similarly to the first reflective convex surface and the second reflective convex surface.
  • the third reflection surface has a curvature in only one direction.
  • the fourth reflecting surface has a curvature in only one direction.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface have curvatures in the same direction.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface have a curvature in the vertical direction and no curvature in the horizontal direction.
  • the light is condensed in the vertical plane by the third reflecting plane and the fourth reflecting plane, and the image formation in the vertical direction (vertical direction) becomes possible.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface have a curvature in the horizontal direction and no curvature in the vertical direction.
  • the light is condensed in the horizontal plane by the third reflecting surface and the fourth reflecting surface, and horizontal (horizontal) image formation becomes possible.
  • the X-ray optical device has a pair of a third reflecting surface and a fourth reflecting surface, which enables horizontal or vertical imaging.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface have a curvature in the same direction as the first reflecting convex surface and the second reflecting convex surface.
  • a set of a first reflective convex surface, a second reflective convex surface, a third reflective surface, and a fourth reflective surface is responsible for horizontal or vertical imaging.
  • the angle of incidence of X-rays on the third reflecting surface and the fourth reflecting surface is not particularly limited.
  • the angle of incidence of the X-rays on the third reflecting surface may be smaller or larger than the angle of incidence of the X-rays on the fourth reflecting surface.
  • the angle of incidence of X-rays on each reflecting surface may be, for example, 0.5 mad or more, 1 mad or more, 3 mad or more, and 20 mad or less, 15 mad or less, 10 mad or less is also allowed.
  • the angle of incidence of X-rays on the first reflection surface may be smaller than the angle of incidence of X-rays on the third reflection surface.
  • the angle of incidence of X-rays on the second reflective convex surface may be smaller than the angle of incidence of X-rays on the third reflective surface.
  • the angle of incidence of the X-rays on the first reflection surface may be smaller than the angle of incidence of the X-rays on the fourth reflection surface.
  • the angle of incidence of X-rays on the first reflection surface may be smaller than the angle of incidence of X-rays on the fourth reflection surface.
  • At least one of the third reflecting surface and the fourth reflecting surface may be an oblique incident optical system or a direct incident optical system. X-rays may be totally reflected on at least one of the third reflecting surface and the fourth reflecting surface.
  • the surface shape of the third reflecting surface is not particularly limited, but can be an arc shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, or a parabolic shape. Further, the curvature and the curvature distribution of the third reflecting surface are not particularly limited. From the viewpoint of obtaining good imaging characteristics, it is preferable that the third reflecting surface has a hyperbolic shape.
  • the surface shape of the fourth reflecting surface is not particularly limited, but can be an arc shape, an elliptical shape, a hyperbolic shape, or a parabolic shape. Further, the curvature and the curvature distribution of the fourth reflecting surface are not particularly limited. From the viewpoint of obtaining good imaging characteristics, it is preferable that the fourth reflecting surface has an elliptical shape.
  • the third reflecting surface has a concave shape and the fourth reflecting surface has a concave shape.
  • the third reflecting surface has a hyperbolic shape and the fourth reflecting surface has an elliptical shape.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface can function like a refraction-type one-dimensional convex lens in the visible light region.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface are arranged in tandem so that the geometrical focal points are aligned.
  • the third reflecting surface has a hyperbolic concave shape and the fourth reflecting surface has an elliptical concave shape
  • one focal point of the hyperbola of the third reflecting surface and one focal point of the ellipse of the fourth reflecting surface are. It is preferable that they are shared with each other. Due to the geometric properties of ellipses and hyperbolic properties, the optical path length is constant no matter where on the reflective surface, and a sharp image can be formed.
  • the third reflecting surface has a hyperbolic concave shape and the fourth reflecting surface has an elliptical concave shape
  • the two focal points of the hyperbola of the third reflecting surface and the two focal points of the ellipse of the fourth reflecting surface are. , It is preferable that they are arranged on the same straight line.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface are formed on the same base material. Since it is formed on the same substrate, it is possible to obtain an integrated imaging mirror having a small alignment error between the third reflecting surface and the fourth reflecting surface. In addition, since it is resistant to vibration and temperature changes and is easy to use, an optical system that is user-friendly and has high stability can be obtained. It is preferable that the third reflecting surface and the fourth reflecting surface are arranged in a V shape.
  • the third reflecting surface and the fourth reflecting surface may be formed on different base materials.
  • the positions of the two reflective surfaces can be finely adjusted each time they are used.
  • the shape and material of the base material of the mirror having the third reflecting surface and the fourth reflecting surface, and the material of the single-layer film or the multilayer film constituting these reflecting surfaces refer to the description of the first reflecting convex surface and the second reflecting convex surface. be able to.
  • the X-ray optical device has a pair of a third reflecting surface having a bicurve concave shape and a fourth reflecting surface having an elliptical concave shape, thereby forming an optical system corresponding to a one-dimensional convex lens in the visible light region. can do.
  • the X-ray optical device may have two pairs of a third reflecting surface and a fourth reflecting surface. This makes it possible to form an optical system corresponding to a two-dimensional convex lens in the visible light region.
  • X-rays are reflected in the order of the third reflecting surface, the fourth reflecting surface, the first reflecting convex surface, and the second reflecting convex surface.
  • X-rays may be reflected in the order of the second reflective convex surface, the first reflective convex surface, the fourth reflective surface, and the third reflective surface. This makes it possible to use the X-ray optical device as a reduction optical system.
  • the light-receiving part is a member that receives at least an imaged X-ray image formed by a first reflection convex surface and a second reflection convex surface.
  • the light receiving member is typically an array sensor, preferably a two-dimensional array sensor.
  • As the two-dimensional array sensor for example, a CCD element or a CMOS element can be used.
  • the pixel pitch of the array sensor is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 9 ⁇ m or less, still more preferably 3 ⁇ m or less, from the viewpoint of clearly receiving the imaged X-ray image.
  • the center of the light receiving unit is the center of the image, in other words, the center of the array sensor.
  • the light receiving unit may be a fluorescent plate that converts the received X-rays into light having a wavelength longer than that of the X-rays, typically ultraviolet rays or visible light.
  • a fluorescent plate for example, a base material containing a fluorescent material can be used.
  • An X-ray image formation in a light receiving unit is acquired by forming an image of light whose wavelength is converted by a fluorescent plate with a visible light lens and photographing it with an array sensor, preferably a two-dimensional array sensor, for example, a CCD element or a CMOS element. be able to.
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical system of the X-ray optical device 1 according to the first embodiment.
  • the X-ray optical device 1 has a mirror 6, and the mirror 6 has a first reflection convex surface 21 and a second reflection convex surface 22.
  • the first reflection convex surface 21 and the second reflection convex surface 22 have a curvature in only one direction.
  • the first reflection convex surface 21 and the second reflection convex surface 22 each have a hyperbolic shape, a virtual image can be sharply imaged over a wide field of view.
  • the second focal point F2 of the hyperbola of the first reflective convex surface (corresponding to H1 in FIG.
  • the first reflection convex surface 21 and the second reflection convex surface 22 are formed on the same base material 11.
  • an integrated mirror 6 can be obtained. Since it is resistant to vibration and temperature changes and is easy to use, an optical system that is user-friendly and has high stability can be obtained.
  • the integrated type means that the mirror has a plurality of reflecting surfaces.
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical system of the X-ray optical device 1 according to the second embodiment.
  • the X-ray optical device 1 in the second embodiment is different from the X-ray optical device 1 in the first embodiment in that the first reflection convex surface 21 and the second reflection convex surface 22 are formed on different substrates. .. Other points are the same as those of the X-ray optical device 1 in the first embodiment.
  • the X-ray optical device 1 has mirrors 6A and 6B.
  • the mirror 6A has a base material 11A and a first reflective convex surface 21 formed on the base material 11A.
  • the mirror 6B has a base material 11B and a second reflective convex surface 22 formed on the base material 11B.
  • the two mirrors 6A and 6B are arranged in series in the optical axis direction.
  • the positions of the two reflection convex surfaces can be finely adjusted each time the X-ray optical apparatus 1 is used.
  • connection includes a mode in which two elements are directly connected and a mode in which two elements are indirectly connected via one or more other elements. Examples of the connection method include methods such as welding, adhesion with an adhesive, engagement, physical fixing such as connection, or a method in which these are combined.
  • FIG. 4 is a perspective view of the optical system of the X-ray optical device 1 according to the third embodiment.
  • the X-ray optical device 1 in the third embodiment has mirrors 6 to 9.
  • the mirror 6 has a base material 11, a first reflection convex surface 21 and a second reflection convex surface 22 formed on the base material 11.
  • the mirror 7 has a base material 12, a first reflection convex surface 23 and a second reflection convex surface 24 formed on the base material 12.
  • the mirror 8 has a base material 13, a third reflecting surface 25 and a fourth reflecting surface 26 formed on the base material 13.
  • the mirror 9 has a base material 14, a third reflecting surface 27 and a fourth reflecting surface 28 formed on the base material 14.
  • the third reflecting surface 27 has a hyperbolic shape and a concave shape
  • the fourth reflecting surface 28 has an elliptical shape and a concave shape.
  • the x-axis is the optical axis, which is the same as the x-axis shown in FIG.
  • the X-ray 3 emitted from the X-ray source 2 irradiates the sample holding portion 4 that holds the sample.
  • the X-ray 3 (including light emission and scattered light) transmitted through the sample holding portion 4 includes a third reflecting surface 25, a fourth reflecting surface 26, a third reflecting surface 27, a fourth reflecting surface 28, and a first reflecting convex surface 21.
  • the second reflective convex surface 22, the first reflective convex surface 23, and the second reflective convex surface 24 sequentially reflect and reach the light receiving unit 5 at a position related to the image formation with the position of the sample holding unit 4.
  • FIG. 5 is a geometric schematic diagram of an optical system including the X-ray optical device 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a visible light optical system having a geometric function equivalent to that of the optical system of the X-ray optical device 1 shown in FIG.
  • the light emitted from the position of the object 30 has a third reflecting surface 25, a fourth reflecting surface 26, a third reflecting surface 27, and a fourth reflecting surface 28 so as to form a real image 31. Reflects on. Next, reflection is performed by the first reflection convex surface 21, the second reflection convex surface 22, the first reflection convex surface 23, and the second reflection convex surface 24 so as to form a virtual image 32.
  • the horizontal z image formed by the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26 is magnified by the first reflecting convex surface 21 and the second reflecting convex surface 22. Further, the image formation in the vertical direction y formed by the third reflection surface 27 and the fourth reflection surface 28 is enlarged by the first reflection convex surface 23 and the second reflection convex surface 24.
  • the X-ray optical apparatus 1 has the first reflection convex surface 21, the second reflection convex surface 22, the third reflection surface 25, the fourth reflection surface 26, and the image formation in the vertical direction y, which are responsible for the image formation in the horizontal direction z. It may have a first reflection convex surface 23, a second reflection convex surface 24, a third reflection surface 27, and a fourth reflection surface 28.
  • the pair of the first reflection convex surface 21 and the second reflection convex surface 22, or the pair of the first reflection convex surface 23 and the first reflection convex surface 24 corresponds to a refraction type one-dimensional concave lens in the visible light region. Therefore, the set of the first reflection convex surface 21, the second reflection convex surface 22, the first reflection convex surface 23, and the second reflection convex surface 24 corresponds to a refraction type two-dimensional concave lens 41 in the visible light region as shown in FIG.
  • the pair of the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26, or the pair of the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28 corresponds to a refracting one-dimensional convex lens in the visible light region.
  • the set of the third reflecting surface 25, the fourth reflecting surface 26, the third reflecting surface 27, and the fourth reflecting surface 28 corresponds to the refraction type two-dimensional convex lens 42 in the visible light region as shown in FIG.
  • the geometrical nature of the ellipse and hyperbolic nature ensures that the optical path length is constant and a sharp image is formed no matter where on the reflecting surface. can do.
  • the image magnification in the horizontal direction z is calculated by the product of the image magnifications of the mirrors 6 and 8
  • the image magnification in the vertical direction y is calculated by the product of the mirrors 7 and 9. Therefore, it is possible to obtain a larger image magnification than using only the mirrors 8 and 9.
  • Such an X-ray optical device 1 can be used as a magnifying optical system such as an X-ray microscope.
  • FIGS. 4 to 5 show an example in which two reflective surfaces are provided on one base material as shown in FIG. 2.
  • mirrors having one reflective surface on one substrate such as the mirrors 6A and 6B in FIG. 3, have the same positional relationship as those in FIGS. 4 to 5. You may arrange them in.
  • the order of mirror placement is not particularly limited.
  • a horizontal imaging mirror 8, a vertical imaging mirror 9, a horizontal imaging mirror 6, and a vertical imaging mirror 7 are arranged in this order from the sample holding unit 4 side to the light receiving unit 5 side.
  • the horizontal imaging mirror 8, the vertical imaging mirror 9, the vertical imaging mirror 7, and the horizontal imaging mirror 6 may be arranged in this order.
  • the vertical imaging mirror 9, the horizontal imaging mirror 8, the vertical imaging mirror 7, and the horizontal imaging mirror 6 are arranged in this order from the sample holding unit 4 side to the light receiving unit 5 side.
  • the mirror 9 for vertical imaging, the mirror 8 for horizontal imaging, the mirror 6 for horizontal imaging, and the mirror 7 for vertical imaging may be arranged in this order.
  • FIG. 7 is a perspective view of the optical system of the X-ray optical device 1 according to the fourth embodiment.
  • the X-ray optical device 1 in the fourth embodiment is different from the X-ray optical device 1 in the third embodiment in that it does not have a mirror 6.
  • the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26 are responsible for image formation in the horizontal direction z.
  • the third reflecting surface 27, the fourth reflecting surface 28, the first reflecting convex surface 23, and the second reflecting convex surface 24 are responsible for the image formation in the vertical direction y.
  • the distance between the main surface of the imaging optical system formed from the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26 and the sample holding portion 4 is the imaging optical formed from the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28.
  • the magnifying power in the horizontal direction z by the mirror 8 may be larger than the magnifying power in the vertical direction y by the mirror 9. Therefore, by providing the mirror 7, it becomes easy to adjust so that the magnifications in the horizontal direction z and the magnification in the vertical direction y of the entire optical system match.
  • the X-ray optical device 1 when the mirror 9 is arranged closer to the sample holding portion 4 than the mirror 8, the X-ray optical device 1 has the mirror 6 and does not have the mirror 7, unlike FIG. 7. It may be configured.
  • the number of reflective surfaces used for the horizontal z image formation and the vertical y image formation was the same as four.
  • two reflecting planes were used for the image formation in the horizontal direction z
  • four reflection planes were used for the image formation in the vertical direction y.
  • the number of reflecting surfaces used for the image formation in the horizontal direction z and the image formation in the vertical direction y may be different from each other.
  • the number of reflecting surfaces used for imaging in the horizontal direction z and the vertical direction y is not particularly limited as long as it is an even number, and may be 4 or more or 6 or more, and may be 12 or less or 10 or less, respectively. ..
  • FIG. 8 is a perspective view of the optical system of the X-ray optical device 1 according to the fifth embodiment.
  • the X-ray optical device 1 in the fifth embodiment is different from the X-ray optical device 1 in the third embodiment in that the arrangement order of the reflecting surfaces is different. Other points are the same as those of the X-ray optical device 1 in the third embodiment.
  • the X-ray 3 is the second reflection convex surface 24, the first reflection convex surface 23, the second reflection convex surface 22, the first reflection convex surface 21, the fourth reflection surface 28, the third reflection surface 27, and the fourth reflection.
  • the surface 26 and the third reflecting surface 25 are reflected in this order.
  • the image of the light receiving unit 5 can be made smaller than that of the sample holding unit 4.
  • the X-ray optical device 1 as shown in FIG. 8 can be used as a reduction optical system.
  • FIG. 9 shows the X-ray optical path (projection in the vertical direction y) of the X-ray optical device according to the sixth embodiment.
  • the image formation in the vertical direction y formed by the third reflection surface 27 and the fourth reflection surface 28 is magnified by the first reflection convex surface 23 and the second reflection convex surface 24.
  • the pair of the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28 is excellent in terms of spatial resolution, but due to curvature of field aberration, the focal point shifts and blurs as it approaches the edge of the field of view, and the field of view becomes blurred with other lenses. It has the disadvantage of being narrower than that.
  • the curvature of field due to the pair of the third reflective surface 27 and the fourth reflective surface 28 is formed with the first reflective convex surface 23 and the first.
  • the negative curvature of field due to the pair of the two reflective convex surfaces can be canceled out, and the field of view can be widened.
  • the X-ray optical device further has a light receiving unit 5 at a position related to the image formation with the position of the sample holding unit 4, and the center of the light receiving unit 5 is the third reflecting surface 27.
  • the fourth reflecting surface 28 is located at a position deviated from the optical axis.
  • the optical axes of the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28 extend in the left-right direction of FIG.
  • the center of the light receiving portion 5 does not exist on the optical axes of the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28.
  • the image forming point formed by the first reflecting convex surface 23 is located at a position deviated from the optical axis of the third reflecting surface 27 and the fourth reflecting surface 28.
  • the X-ray optical apparatus according to the sixth embodiment is different from the X-ray optical apparatus according to the third to fifth embodiments in that the optical axes of the first reflection convex surface 23 and the second reflection convex surface 24 are the third reflection surface 27 and the fourth. It can be said that the point is inclined with respect to the optical axis of the reflecting surface 28.
  • the optical axes of the first reflective convex surface 23 and the second reflective convex surface 24 and the optical axes of the third reflective surface 27 and the fourth reflective surface 28 coincide with each other.
  • the optical axes of the first reflection convex surface 23 and the second reflection convex surface 24 are tilted by an angle ⁇ with respect to the optical axes of the third reflection surface 27 and the fourth reflection surface 28.
  • the angle ⁇ is preferably 5 mrad or more, more preferably 6 mrad or more, and even more preferably 7 mrad or more. Further, the angle ⁇ is preferably 20 mrad or less, more preferably 18 mrad or less, and further preferably 15 mrad or less.
  • FIG. 9 shows an example of correcting the curvature of field aberration in the vertical direction y
  • the curvature of field aberration in the horizontal direction z may be corrected.
  • the first reflective convex surface is such that the optical axes of the first reflective convex surface 21 and the second reflective convex surface 22 shown in FIGS. 4 to 5 are tilted with respect to the optical axes of the third reflective surface 25 and the fourth reflective surface 26.
  • the positional relationship between the 21 and the second reflecting convex surface 22, the third reflecting surface 25, and the fourth reflecting surface may be set. In that case, it is preferable that the center of the light receiving portion 5 is located at a position deviated from the optical axis of the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26.
  • the image forming point formed by the first reflecting convex surface 21 is located at a position deviated from the optical axis of the third reflecting surface 25 and the fourth reflecting surface 26.
  • FIG. 9 shows an example in which the X-ray optical device is used in the magnifying optical system, it may be used in the reducing optical system.
  • a pair of a third reflecting surface 25 having a bicurved shape and a concave shape and a fourth reflecting surface 26 having an elliptical shape and a concave shape are responsible for image formation in the horizontal direction z, and have a bicurved shape and a concave shape.
  • An example is shown in which a pair of a third reflecting surface 27 having an elliptical shape and a fourth reflecting surface 28 having an elliptical shape and a concave shape is responsible for image formation in the vertical direction y, but the aspect of the optical system for forming a one-dimensional real image is limited. Not done.
  • a pair of a reflecting surface having an elliptical shape and a concave shape and a reflecting surface having a hyperbolic shape and a convex shape may be used for imaging in at least one of the horizontal direction z and the vertical direction y.
  • FIGS. 4 to 5 and 7 to 8 show an example in which a two-dimensional real image is formed by the third reflecting surfaces 25 and 27 and the fourth reflecting surfaces 26 and 28, the mode of the optical system for forming the real image is Not limited.
  • an imaging element such as a Fresnel zone plate, a refracting lens, or a Walter mirror may be used.
  • X-ray optical device 2 X-ray source 3: X-ray 4: Sample holding part 5: Light receiving part 6, 7, 8, 9: Integrated mirror 6A, 6B: Mirror 11, 11A, 11B, 12, 13, 14: Substrate 21, 23: First reflective convex surface 22, 24: Second reflective convex surface 25, 27: Third reflective surface 26, 28: Fourth reflective surface 30: Object 31: Real image 32: Virtual image 41: Two-dimensional concave lens 42: Two-dimensional convex lens F1: 1st focus of H1 F2: 2nd focus of H1 f1: 1st focus of H2 f2: 2nd focus of H2 H1: Double curve of first reflection convex surface H2: Double curve of second reflection convex surface

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Abstract

Ｘ線を反射する第１反射凸面（２１）と、Ｘ線を反射する第２反射凸面（２２）と、を備え、第１反射凸面（２１）と第２反射凸面（２２）は、それぞれ一方向にのみ曲率を有するものであり、第１反射凸面（２１）と第２反射凸面（２２）は、それぞれ双曲線形状を有するＸ線光学装置（１）。

Description

Ｘ線光学装置
　本発明は、結像光学系のＸ線光学装置に関する。
　Ｘ線は透過力が高いため、Ｘ線顕微鏡は肉厚の試料の内部、水中、ガス中等の実環境下での観察に適している。Ｘ線は波長が短いため原理的に高分解能を実現することができる。Ｘ線の高いエネルギーを活用することで局所分析しながらイメージングすることも可能である。
　Ｘ線領域ではスループットや放射線耐性、有効面積の大きさの観点から斜入射光学系が構築されることが多い。代表的な斜入射光学系としては２枚のミラーを直交直列配置したＫｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ－Ｂａｅｚ（ＫＢ）ミラーが挙げられる。ＫＢミラーはＸ線集光光学系に用いられるが、コマ収差が大きいため結像光学系として利用できなかった。そこでＫＢミラーを結像光学系として利用するために、４枚のミラーを有するＡｄｖａｎｃｅｄ　ＫＢミラーが提案されている（特許文献１、非特許文献１）。Ａｄｖａｎｃｅｄ　ＫＢミラーではコマ収差が補正されているため、Ｘ線顕微鏡の対物レンズに使用することができる。さらに本発明者は凹面ミラーと凸面ミラーを組み合わせた光学系を提案している（特許文献２）。この光学系によればコンパクトかつ大拡大倍率の顕微鏡を構築することができる。
特開２０１３－２２１８７４号公報 国際公開第２０１７／５１８９０号
R. Kodama et al., "Development of an advanced Kirkpatrick-Baez microscope.," Opt. Lett. 21(17), 1321-3 (1996).
　このようにＸ線領域の光学系が種々提案されているが、より鮮鋭に結像することができる光学系を開発することは有益である。そこで、本発明は、鮮鋭に結像することができるＸ線光学装置を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成し得た本発明のＸ線光学装置の一実施態様は、Ｘ線を反射する第１反射凸面と、Ｘ線を反射する第２反射凸面と、を備え、第１反射凸面と第２反射凸面は、それぞれ一方向にのみ曲率を有するものであり、第１反射凸面と第２反射凸面は、それぞれ双曲線形状を有する点に要旨を有する。このように第１反射凸面と第２反射凸面を構成することでコマ収差が補正されやすくなり、広い視野に亘って鮮鋭に結像することができる。
　上記Ｘ線光学装置では、第１反射凸面と第２反射凸面によってＸ線を２回反射することで虚像が形成されることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面の双曲線の第２焦点と第２反射凸面の双曲線の第１焦点が互いに共有されていることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面の双曲線の第１焦点および第２焦点と、第２反射凸面の双曲線の第１焦点および第２焦点は、同一直線上に配置されていることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面の双曲線の漸近線の傾きの絶対値が、第２反射凸面の双曲線の漸近線の傾きの絶対値よりも小さいことが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面と第２反射凸面が同一の基材上に形成されていることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面と第２反射凸面は異なる基材上に形成されていることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置は、さらに、Ｘ線源と、試料保持部と、Ｘ線を反射する第３反射面と、Ｘ線を反射する第４反射面と、を有することが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第３反射面および第４反射面はそれぞれ凹面形状を有し、第３反射面は双曲線形状を有し、第４反射面は楕円形状を有していることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、Ｘ線が第３反射面、第４反射面、第１反射凸面、第２反射凸面の順に反射されることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、Ｘ線が第２反射凸面、第１反射凸面、第４反射面、第３反射面の順に反射されることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置は、さらに試料保持部の位置と結像関係の位置にある受光部を有し、受光部の中心が第３反射面と第４反射面の光軸からずれた位置にあることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置において、第１反射凸面によって形成される結像点が第３反射面と第４反射面の光軸からずれた位置にあることが好ましい。
　上記Ｘ線光学装置によれば、コマ収差が補正されやすくなり、広い視野に亘って鮮鋭に結像することができる。
本発明の一実施形態に係るＸ線光学装置において第１反射凸面と第２反射凸面を反射した場合のＸ線の軌跡を示す模式図である。 実施の形態１におけるＸ線光学装置の光学系の斜視図である。 実施の形態２におけるＸ線光学装置の光学系の斜視図である。 実施の形態３におけるＸ線光学装置の光学系の斜視図である。 図４に示したＸ線光学装置を含む光学系の幾何学的な模式図である。 図４に示したＸ線光学装置を含む光学系と同等の幾何学的機能を有する可視光線光学系の模式図である。 実施の形態４におけるＸ線光学装置の光学系の斜視図である。 実施の形態５におけるＸ線光学装置の光学系の斜視図である。 実施の形態６におけるＸ線光学装置のＸ線光路（垂直方向ｙの投影）を示すものである。
　本発明の一実施形態に係るＸ線光学装置は結像光学系に好適に用いられるが、集光光学系に用いることもできる。Ｘ線を照射した試料からの透過Ｘ線、蛍光Ｘ線、散乱Ｘ線の少なくともいずれか１つを用いて結像することができる。Ｘ線光学装置は拡大光学系として用いられてもよく、縮小光学系として用いられてもよい。これらはＸ線の入射方向を変えることで選択することができる。Ｘ線光学装置としては、例えばＸ線結像ミラー、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線測定装置、Ｘ線検査装置、Ｘ線露光装置等が挙げられる。
　以下、本発明に係るＸ線光学装置に関して、図面を参照しつつ具体的に説明するが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
　いくつかの実施形態では、図２～図５、図７～図９８に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面を備える。いくつかの実施形態では、図４、図７～図８に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面に加えてＸ線源を備える。いくつかの実施形態では、図４、図７～図９８に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面に加えて試料保持部を備える。いくつかの実施形態では、図４～図５、図７～図９に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面に加えて第３反射面をさらに備える。いくつかの実施形態では、図４～図５、図７～図９に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面に加えて第４反射面をさらに備える。いくつかの実施形態では、図４、図７～図９に示すようにＸ線光学装置は第１反射凸面と第２反射凸面に加えて受光部を備える。以下では、Ｘ線源、試料保持部、第１反射凸面、第２反射凸面、第３反射面、第４反射面、受光部について説明する。
１．Ｘ線源
　Ｘ線を放射するＸ線源の種類は特に限定されず、Ｘ線管、放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ－８等）等の電子加速器（シンクロトロン）を用いることができ、中でも実験室用途の小型のＸ線管が好ましく用いられる。可視光領域と同様に、Ｘ線光学装置でもケーラー照明や臨界照明を用いることが望ましく、これらの照明を実現できる光源を用いることが望ましい。Ｘ線領域では複雑なケーラー照明を用いることは難しいため、通常、臨界照明を行なうか、視野程度の広さを有するＸ線を適宜照射する。これにより観察対象となる試料に一様な強度のＸ線を照射することができ、ボケの少ない鮮明な結像を得ることができる。
　Ｘ線光学装置で取り扱うＸ線の種類は特に限定されず、軟Ｘ線、Ｘ線、硬Ｘ線を用いることができる。また、Ｘ線光学装置は、軟Ｘ線と波長が近接している遠紫外線に適用することもできる。利用分野によっても異なるが、例えば軟Ｘ線のエネルギーは０．１ｋｅＶ以上２ｋｅＶ以下、Ｘ線のエネルギーは２ｋｅＶ以上２０ｋｅＶ以下、硬Ｘ線のエネルギーは２０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ以下に分類することができる。
２．試料保持部
　試料保持部は、観察対象となる試料をＸ線の光路上に保持する機能を有する器具であればどのようなものでもよい。試料保持部は、例えば、試料が載せられる支持面を有する支持台であってもよい。試料保持部は、試料を挟持するための２枚の誘電体平板であってもよい。その他、試料保持部は、試料を固定するための誘電体単板、試料を吊すための枠状物、液体状の試料を保持する容器であってもよい。試料をＸ線の光路上に保持する機能を有するあらゆる形態の器具を試料保持部として用いることができる。
　試料保持部を構成する材料は特に限定されないが、試料保持部がＸ線に直接当たる場合はＸ線透過可能な材料を用いてもよい。試料保持部はＸ線の照射による電荷の蓄積が起こりにくい材料から構成されていることが望ましい。
３．第１反射凸面と第２反射凸面
　第１反射凸面と第２反射凸面はミラーの表面に設けられている反射表面の形状が凸状に形成されているものである。反射表面はミラーの表面に設けられている鏡面であり、Ｘ線を反射する部分である。ミラーは、基材と、基材の表面に設けられている反射表面とを含む。以下では、第１反射凸面と第２反射凸面のそれぞれを各反射凸面ということがある。
　基材は平板状やブロック状に形成されていてもよい。基材を構成する材料としては、ガラス、石英ガラス、単結晶Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いることができる。
　反射表面は、基材の表面に設けられている単層膜または多層膜の表面である。単層膜の材料としてはＰｔ、Ａｕが挙げられる。多層膜は重元素から構成される第１層と、第１層よりもＸ線吸収が少ない軽元素から構成される第２層と、を有することができる。重元素としては、Ｒｅ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄが挙げられる。軽元素としては、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｓｉが挙げられる。
　第１反射凸面と第２反射凸面は、それぞれ一方向にのみ曲率を有している。各反射凸面の形状は１変数多項式の関数で表現される。各反射凸面は、回転双曲体の鏡面の曲率の小さな部分を切り取ったものと理解することもできる。各反射凸面はミラーの表面形状が凸状に形成されているものであるがミラー全体としては平板形状に近いため、回転双曲面と回転楕円面を有する一般的な筒状のウォルターミラーと比べて表面の加工が容易である。
　第１反射凸面と第２反射凸面は同一方向に曲率を有していることが好ましい。例えば、第１反射凸面と第２反射凸面が垂直方向に双曲線の曲率を有し水平方向に曲率を有さないものとすることができる。これにより、第１反射凸面と第２反射凸面によって垂直面内に集光し、垂直方向（縦方向）の結像が可能となる。また、第１反射凸面と第２反射凸面が水平方向に双曲線の曲率を有し垂直方向に曲率を有さないものとすることができる。これにより、第１反射凸面と第２反射凸面によって水平面内に集光し、水平方向（横方向）の結像が可能となる。Ｘ線光学装置が第１反射凸面と第２反射凸面のペアを有することにより、垂直方向または水平方向の結像が可能となるため、可視光領域の１次元凹レンズに相当する光学系を形成することができる。Ｘ線光学装置が第１反射凸面と第２反射凸面のペアを２つ有することにより垂直方向と水平方向の結像が可能となるため、可視光領域の２次元凹レンズに相当する光学系を形成することができる。
　第１反射凸面と第２反射凸面へのＸ線の入射角は特に限定されない。第１反射凸面へのＸ線の入射角は、第２反射凸面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよく、大きくてもよい。各反射凸面へのＸ線の入射角は、例えば０．５ｍｒａｄ以上、１ｍｒａｄ以上、３ｍｒａｄ以上であってもよく、２０ｍｒａｄ以下、１５ｍｒａｄ以下、１０ｍｒａｄ以下であることも許容される。
　第１反射凸面と第２反射凸面の少なくともいずれかが斜入射光学系であってもよく、直入射光学系であってもよい。第１反射凸面と第２反射凸面の少なくともいずれかでＸ線が全反射してもよい。
　第１反射凸面と第２反射凸面の少なくともいずれか一方が基材の表面に設けられた単層の表面であってもよい。その場合、第１反射凸面と第２反射凸面へのＸ線の入射角が斜め入射角であることが好ましい。
　第１反射凸面と第２反射凸面の少なくともいずれか一方が、基材の表面に設けられた多層膜の表面であってもよい。その場合、第１反射凸面と第２反射凸面へＸ線が斜め入射角で入射してもよいが、垂直に入射してもよい。
　図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線光学装置において第１反射凸面と第２反射凸面を反射した場合のＸ線の軌跡を示す模式図である。第１反射凸面の双曲線Ｈ１は第１焦点Ｆ１と第２の焦点Ｆ２を有している。第２反射凸面の双曲線Ｈ２は第１焦点ｆ１と第２焦点ｆ２を有している。第１反射凸面と第２反射凸面は、それぞれ双曲線形状を有している。２つの双曲線Ｈ１、Ｈ２を組み合わせることで、広い視野に亘って鮮鋭に虚像を結像することができる。またピッチング誤差や並進誤差等の姿勢誤差も生じにくくなる。
　図１に示すように、第１反射凸面の双曲線Ｈ１の第２焦点Ｆ２と第２反射凸面の双曲線Ｈ２の第１焦点ｆ１が互いに共有されていることが好ましい。このように第１反射凸面と第２反射凸面を配置することで、双曲の幾何学的な性質により、焦点Ｆ１から発せられた光は焦点Ｆ２（焦点ｆ１）で虚像を作るようにＨ１面（第１反射凸面）で反射する。さらに、焦点ｆ２で虚像を作るようにＨ２面（第２反射凸面）で反射することができる。その結果、第１反射凸面と第２反射凸面によってＸ線を２回反射することで虚像が形成されることが好ましい。２回反射させることによりコマ収差が補正できるため、鮮鋭な虚像を作ることができる。また、双曲線形状の第１反射凸面と第２反射凸面を組み合わせることにより、焦点Ｆ１を物点、焦点Ｆ２（ｆ１）およびｆ２を虚像点とした可視光領域の屈折型の１次元凹レンズのように機能させることができる。第１反射凸面と第２反射凸面で虚像を形成することで拡大倍率または縮小倍率を向上させることができる。
　第１反射凸面と第２反射凸面はタンデムに配置されていることが好ましい。これにより、第１反射凸面の双曲線Ｈ１の第２焦点Ｆ２と第２反射凸面の双曲線Ｈ２の第１焦点ｆ１が互いに共有されやすくなる。
　図１に示すように、第１反射凸面の双曲線Ｈ１の第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２と、第２反射凸面の双曲線Ｈ２の第１焦点ｆ１および第２焦点ｆ２は、同一直線ｘ上に配置されていることが好ましい。このように第１反射凸面の双曲線Ｈ１と第２反射凸面の双曲線Ｈ２を配置することで、これら反射凸面のどの場所で反射しても物点から像点までの光路長が等しくなるため、鮮鋭に結像することができる。
　図１から理解できるように、第１反射凸面の双曲線Ｈ１の漸近線の傾きの絶対値が、第２反射凸面の双曲線Ｈ２の漸近線の傾きの絶対値よりも小さいことが好ましい。２つの双曲線Ｈ１、Ｈ２がこのような形状であることにより、反射凸面のどの場所で反射しても物点から像点までの光路長が等しくなるため、鮮鋭に結像することができる。
　第１反射凸面と第２反射凸面は、同一の基材上に形成されていることが好ましい。同一基材上に形成されていることで、第１反射凸面と第２反射凸面のアライメント誤差が小さい一体型の凸型結像ミラーを得ることができる。また、振動や温度変化に強く使いやすいため、ユーザーフレンドリーかつ高い安定性を有する光学系が得られる。なお、第１反射凸面と第２反射凸面はＶ字状に配置されていることが好ましい。
　第１反射凸面と第２反射凸面は、互いに異なる基材上に形成されていてもよい。使用の都度、２つの反射凸面の位置を細かく調整することができるようになる。
４．第３反射面と第４反射面
　第１反射凸面と第２反射凸面は可視光領域の凸レンズに相当する光学系と組み合わせられることが好ましい。中でも実像を形成する光学系と組み合わせられることがより好ましい。例えばＸ線光学装置は第１反射凸面および第２反射凸面に加えて他の反射面を有している態様が挙げられる。詳細には、Ｘ線光学装置は、さらに、Ｘ線源と、試料保持部と、Ｘ線を反射する第３反射面と、Ｘ線を反射する第４反射面と、を有していてもよい。第１反射凸面と第２反射凸面に加えて第３反射面と第４反射面を有することにより、拡大倍率または縮小倍率を向上させることができる。なお、第３反射面と第４反射面により実像が形成されることが好ましい。
　第３反射面と第４反射面は、第１反射凸面や第２反射凸面と同様に、ミラーを構成する基材の表面に設けられている反射面である。
　第１反射凸面や第２反射凸面と同様に、第３反射面は一方向にのみ曲率を有するものであることが好ましい。また、第４反射面は一方向にのみ曲率を有するものであることが好ましい。
　第３反射面と第４反射面は同一方向に曲率を有していることが好ましい。例えば、第３反射面と第４反射面が垂直方向に曲率を有し水平方向に曲率を有さないものとすることができる。これにより、第３反射面と第４反射面によって垂直面内に集光し、垂直方向（縦方向）の結像が可能となる。また、第３反射面と第４反射面が水平方向に曲率を有し垂直方向に曲率を有さないものとすることができる。これにより、第３反射面と第４反射面によって水平面内に集光し、水平方向（横方向）の結像が可能となる。Ｘ線光学装置が第３反射面と第４反射面のペアを有することにより、水平方向または垂直方向の結像が可能となる。
　第３反射面および第４反射面は、第１反射凸面および第２反射凸面と同一方向に曲率を有していることが好ましい。例えば、第１反射凸面、第２反射凸面、第３反射面、第４反射面のセットが、水平方向または垂直方向の結像を担うことが好ましい。
　第３反射面と第４反射面へのＸ線の入射角は特に限定されない。第３反射面へのＸ線の入射角は、第４反射面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよく、大きくてもよい。各反射面へのＸ線の入射角は、例えば０．５ｍｒａｄ以上、１ｍｒａｄ以上、３ｍｒａｄ以上であってもよく、２０ｍｒａｄ以下、１５ｍｒａｄ以下、１０ｍｒａｄ以下であることも許容される。
　第１反射凸面へのＸ線の入射角は、第３反射面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよい。同様に、第２反射凸面へのＸ線の入射角は、第３反射面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよい。また、第１反射凸面へのＸ線の入射角は、第４反射面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよい。同様に、第１反射凸面へのＸ線の入射角は、第４反射面へのＸ線の入射角よりも小さくてもよい。
　第３反射面と第４反射面の少なくともいずれかが斜入射光学系であってもよく、直入射光学系であってもよい。第３反射面と第４反射面の少なくともいずれかでＸ線が全反射してもよい。
　第３反射面の表面形状は特に限定されないが、円弧形状、楕円形状、双曲線形状、放物線形状とすることができる。また、第３反射面の曲率や曲率分布も特に限定されない。良好な結像特性を得る観点からは、第３反射面は双曲線形状を有していることが好ましい。
　第４反射面の表面形状は特に限定されないが、円弧形状、楕円形状、双曲線形状、放物線形状とすることができる。また、第４反射面の曲率や曲率分布も特に限定されない。良好な結像特性を得る観点からは、第４反射面は楕円形状を有していることが好ましい。
　第３反射面は凹面形状を有し、第４反射面は凹面形状を有していることが好ましい。中でも、第３反射面が双曲線形状を有し、第４反射面が楕円形状を有していることが好ましい。これにより第３反射面および第４反射面を可視光領域の屈折型の１次元凸レンズのように機能させることができる。
　第３反射面と第４反射面は、幾何学的な焦点が一致するようにタンデムに配置されていることが好ましい。第３反射面が双曲線形状の凹面形状であり、第４反射面が楕円形状の凹面形状である場合、第３反射面の双曲線の一の焦点と、第４反射面の楕円の一の焦点が互いに共有されていることが好ましい。楕円と双曲の幾何学的な性質のため、反射面上のどの場所を通っても光路長が一定となり、鮮鋭な像を形成することができる。第３反射面が双曲線形状の凹面形状であり、第４反射面が楕円形状の凹面形状である場合、第３反射面の双曲線の２つの焦点と、第４反射面の楕円の２つの焦点は、同一直線上に配置されていることが好ましい。
　第３反射面と第４反射面が同じ基材上に形成されていることが好ましい。同一基材上に形成されていることで、第３反射面と第４反射面のアライメント誤差が小さい一体型の結像ミラーを得ることができる。また、振動や温度変化に強く使いやすいため、ユーザーフレンドリーかつ高い安定性を有する光学系が得られる。なお、第３反射面と第４反射面はＶ字状に配置されていることが好ましい。
　第３反射面と第４反射面は、互いに異なる基材上に形成されていてもよい。使用の都度、２つの反射面の位置を細かく調整することができるようになる。
　第３反射面や第４反射面を有するミラーの基材の形状や材料、これら反射面を構成する単層膜または多層膜の材料は、第１反射凸面および第２反射凸面の説明を参照することができる。
　Ｘ線光学装置が双曲線形状の凹面形状を有する第３反射面と、楕円形状の凹面形状を有する第４反射面のペアを有することにより、可視光領域の１次元凸レンズに相当する光学系を形成することができる。Ｘ線光学装置が第３反射面と第４反射面のペアを２つ有していてもよい。これにより、可視光領域の２次元凸レンズに相当する光学系を形成することができる。
　Ｘ線が第３反射面、第４反射面、第１反射凸面、第２反射凸面の順に反射されることが好ましい。これにより、Ｘ線光学装置を例えばＸ線顕微鏡などの拡大光学系として使用することができる。Ｘ線が第２反射凸面、第１反射凸面、第４反射面、第３反射面の順に反射されてもよい。これにより、Ｘ線光学装置を縮小光学系として使用することができる。
５．受光部
　受光部は、少なくとも第１反射凸面と第２反射凸面による結像Ｘ線像を受光する部材である。受光する部材は、典型的には、アレイセンサーであり、好ましくは二次元アレイセンサーである。二次元アレイセンサーとして、例えばＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子を用いることができる。アレイセンサーの画素ピッチは、結像Ｘ線像を鮮明に受光する観点から、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは９μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以下である。なお、受光部の中心とは像の中心のことであり、換言すればアレイセンサーの中心である。
　受光部は、受光したＸ線を、Ｘ線より長波長の光、典型的には紫外線や可視光線に変換する蛍光板であってもよい。蛍光板として、例えば蛍光材料を含む基材を用いることができる。蛍光板によって波長が変換された光を可視光線レンズで結像し、アレイセンサー、好ましくは二次元アレイセンサー、例えば、ＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子により撮影することにより、受光部におけるＸ線結像を取得することができる。
（実施の形態１）
　図２は、実施の形態１におけるＸ線光学装置１の光学系の斜視図である。Ｘ線光学装置１はミラー６を有し、ミラー６は第１反射凸面２１と第２反射凸面２２を有している。第１反射凸面２１と第２反射凸面２２は一方向にのみ曲率を有している。図１を用いて説明したように第１反射凸面２１と第２反射凸面２２はそれぞれ双曲線形状を有しているため、広い視野に亘って鮮鋭に虚像を結像することができる。図１から理解できるように、第１反射凸面の双曲線（図１のＨ１に相当）の第２焦点Ｆ２と第２反射凸面の双曲線（図１のＨ２に相当）の第１焦点ｆ１が互いに共有されている。Ｘ線は、第１焦点ｆ１と共有している第２焦点Ｆ２で虚像を作るように第１反射凸面２１を反射し、さらに第２焦点ｆ２で虚像を作るように第２反射凸面２２を反射する。このような２回反射ではコマ収差が補正できるため、鮮鋭に虚像を結像することができる。
　図２では第１反射凸面２１と第２反射凸面２２が、同一の基材１１上に形成されている。第１反射凸面２１と第２反射凸面２２を同一の基材１１に設けることで、一体型のミラー６が得られる。振動や温度変化に強く使いやすいため、ユーザーフレンドリーかつ高い安定性を有する光学系が得られる。ここで、一体型とはミラーが複数の反射面を有するものである。
（実施の形態２）
　図３は、実施の形態２におけるＸ線光学装置１の光学系の斜視図である。実施の形態２におけるＸ線光学装置１が、実施の形態１におけるＸ線光学装置１と異なるのは第１反射凸面２１と第２反射凸面２２が異なる基材上に形成されている点である。その他の点は、実施の形態１におけるＸ線光学装置１と同じものである。図３では、Ｘ線光学装置１がミラー６Ａ、６Ｂを有している。ミラー６Ａは、基材１１Ａと、基材１１Ａ上に形成されている第１反射凸面２１を有している。ミラー６Ｂは、基材１１Ｂと、基材１１Ｂ上に形成されている第２反射凸面２２を有している。２つのミラー６Ａ、６Ｂは光軸方向に直列に配置される。第１反射凸面２１と第２反射凸面２２を別々の基材に設けることにより、Ｘ線光学装置１の使用の都度、２つの反射凸面の位置を細かく調整することができるようになる。
　図３では、２つのミラー６Ａ、６Ｂの間隔があけて配置されている。図示していないが第１反射凸面２１が設けられている基材１１Ａと、第２反射凸面２２が設けられている基材１１Ｂが互いに接続されていてもよい。これにより、第１反射凸面２１と第２反射凸面２２の相互位置を固定することができる。ここで「接続」とは２つの要素が直接接続されている態様も、２つの要素が一以上の他の要素を介して間接的に接続されている態様も含むものとする。接続方法としては、溶着、接着剤による接着、係合、連結等の物理的な固定等の方法、またはこれらを組み合わせた方法を挙げることができる。
（実施の形態３）
　図４は、実施の形態３におけるＸ線光学装置１の光学系の斜視図である。実施の形態３におけるＸ線光学装置１はミラー６～９を有している。ミラー６は、基材１１と、基材１１上に形成されている第１反射凸面２１と第２反射凸面２２を有している。ミラー７は、基材１２と、基材１２上に形成されている第１反射凸面２３と第２反射凸面２４を有している。ミラー８は、基材１３と、基材１３上に形成されている第３反射面２５と第４反射面２６を有している。ミラー９は、基材１４と、基材１４上に形成されている第３反射面２７と第４反射面２８を有している。第３反射面２７は双曲線形状かつ凹面形状を有し、第４反射面２８は楕円形状かつ凹面形状を有している。なお、図４においてｘ軸は光軸であり、図１に示したｘ軸と同じである。
　Ｘ線源２から発せられたＸ線３は、試料を保持する試料保持部４に照射されている。試料保持部４を透過したＸ線３（発光や散乱光も含む）は、第３反射面２５、第４反射面２６、第３反射面２７、第４反射面２８、第１反射凸面２１、第２反射凸面２２、第１反射凸面２３、第２反射凸面２４で順次反射し、試料保持部４の位置と結像関係の位置にある受光部５に到達する。受光部５において検出されるＸ線強度分布を特定することで、試料の像を把握することができる。
　図５は、図４に示したＸ線光学装置１を含む光学系の幾何学的な模式図である。図６は、図４に示したＸ線光学装置１の光学系と同等の幾何学的機能を有する可視光線光学系の模式図である。図５～図６に示すように、オブジェクト３０の位置から発せられた光は、実像３１を作るように第３反射面２５、第４反射面２６、第３反射面２７、第４反射面２８で反射する。次いで虚像３２を作るように第１反射凸面２１、第２反射凸面２２、第１反射凸面２３、第２反射凸面２４で反射する。詳細には、第３反射面２５と第４反射面２６によって形成された水平方向ｚの結像が第１反射凸面２１と第２反射凸面２２によって拡大される。また、第３反射面２７と第４反射面２８によって形成された垂直方向ｙの結像が第１反射凸面２３と第２反射凸面２４によって拡大される。このように、Ｘ線光学装置１は、水平方向ｚの結像を担う第１反射凸面２１および第２反射凸面２２と第３反射面２５と第４反射面２６と、垂直方向ｙの結像を担う第１反射凸面２３と第２反射凸面２４と第３反射面２７と第４反射面２８とを有していてもよい。
　第１反射凸面２１と第２反射凸面２２のペア、または第１反射凸面２３と第１反射凸面２４のペアは可視光領域の屈折型の１次元凹レンズに相当する。このため、第１反射凸面２１と第２反射凸面２２と第１反射凸面２３と第２反射凸面２４のセットは図６に示すように可視光領域の屈折型の２次元凹レンズ４１に相当する。第３反射面２５と第４反射面２６のペア、または第３反射面２７と第４反射面２８のペアは可視光領域の屈折型の１次元凸レンズに相当する。このため、第３反射面２５と第４反射面２６と第３反射面２７と第４反射面２８のセットは図６に示すように可視光領域の屈折型の２次元凸レンズ４２に相当する。ミラー６、８のペア、またはミラー７、９のペアによれば、楕円と双曲の幾何学的な性質のため反射面上のどの場所を通っても光路長が一定となり鮮鋭な像を形成することができる。光学系全体で水平方向ｚの像倍率はミラー６、８の像倍率の積で計算され、垂直方向ｙの像倍率はミラー７、９の積で計算される。このためミラー８、９のみを利用するよりも大きな像倍率を得ることができる。このようなＸ線光学装置１は、例えばＸ線顕微鏡などの拡大光学系として使用することができる。
　図４～図５では、図２のように１つの基材に反射面が２つずつ設けられている例を示した。この態様に限定されず、図３のミラー６Ａ、６Ｂのように１つの基材に１つの反射面が設けられているミラーを、反射面の位置関係が図４～図５と同一となるように並べてもよい。
　ミラーの配置順は特に限定されない。図４では、試料保持部４側から受光部５側に向かって、水平結像のミラー８、垂直結像のミラー９、水平結像のミラー６、垂直結像のミラー７が順に配置されているが、水平結像のミラー８、垂直結像のミラー９、垂直結像のミラー７、水平結像のミラー６が順に配置されていてもよい。また、試料保持部４側から受光部５側に向かって、垂直結像のミラー９、水平結像のミラー８、垂直結像のミラー７、水平結像のミラー６が順に配置されていてもよく、垂直結像のミラー９、水平結像のミラー８、水平結像のミラー６、垂直結像のミラー７が順に配置されていてもよい。
　（実施の形態４）
　図７は、実施の形態４におけるＸ線光学装置１の光学系の斜視図である。実施の形態４におけるＸ線光学装置１が、実施の形態３におけるＸ線光学装置１と異なるのはミラー６を有していない点である。図７では、第３反射面２５と第４反射面２６が水平方向ｚの結像を担う。他方、第３反射面２７、第４反射面２８、第１反射凸面２３、第２反射凸面２４が垂直方向ｙの結像を担う。第３反射面２５と第４反射面２６から形成される結像光学系の主面と試料保持部４との距離が、第３反射面２７と第４反射面２８から形成される結像光学系の主面と試料保持部４との距離よりも短い。このため、ミラー８による水平方向ｚの拡大倍率は、ミラー９による垂直方向ｙの拡大倍率よりも大きくなることがある。したがって、ミラー７を設けることで光学系全体の水平方向ｚと垂直方向ｙの倍率が一致するように調整しやすくなる。
　図示していないが、ミラー９がミラー８よりも試料保持部４側に配置されている場合には、図７とは異なり、Ｘ線光学装置１がミラー６を有し、ミラー７を有しない構成としてもよい。
　図４では、水平方向ｚの結像と垂直方向ｙの結像に用いる反射面がいずれも４個と同一であった。他方、図７では、水平方向ｚの結像に２個の反射面を用いて、垂直方向ｙの結像に４個の反射面を用いた。このように水平方向ｚの結像と垂直方向ｙの結像に用いる反射面の数は互いに異なっていてもよい。水平方向ｚと垂直方向ｙの結像に用いる反射面の数は偶数であれば特に限定されず、それぞれ４個以上や６個以上であってもよく、１２個以下や１０個以下としてもよい。
　（実施の形態５）
　図８は、実施の形態５におけるＸ線光学装置１の光学系の斜視図である。実施の形態５におけるＸ線光学装置１が、実施の形態３におけるＸ線光学装置１と異なるのは各反射面の配置順が異なる点である。その他の点は、実施の形態３におけるＸ線光学装置１と同じものである。図８の例では、Ｘ線３が、第２反射凸面２４、第１反射凸面２３、第２反射凸面２２、第１反射凸面２１、第４反射面２８、第３反射面２７、第４反射面２６、第３反射面２５の順に反射される。これにより、受光部５では試料保持部４よりも像を小さくすることができる。図８のようなＸ線光学装置１は縮小光学系として使用することができる。
　（実施の形態６）
　図９は、実施の形態６におけるＸ線光学装置のＸ線光路（垂直方向ｙの投影）を示すものである。実施の形態６におけるＸ線光学装置では、第３反射面２７と第４反射面２８によって形成された垂直方向ｙの結像が第１反射凸面２３と第２反射凸面２４によって拡大される。第３反射面２７と第４反射面２８のペアは空間分解能の点では優れているが、像面湾曲収差により、視野の端に近づくにつれて焦点がずれてボケてしまい、視野が他のレンズに比べて狭くなるという欠点がある。このため、虚像を形成する第１反射凸面２３と第２反射凸面２４のペアを組み合わせることにより、第３反射面２７と第４反射面２８のペアによる像面湾曲を第１反射凸面２３と第２反射凸面２４のペアによるマイナスの像面湾曲によって打ち消すことが可能となり、視野を広くすることができる。
　像面湾曲収差を補正するためには、Ｘ線光学装置が、さらに試料保持部４の位置と結像関係の位置にある受光部５を有し、受光部５の中心が第３反射面２７と第４反射面２８の光軸からずれた位置にあることが好ましい。図９では第３反射面２７と第４反射面２８の光軸は図９の左右方向に延びている。このように受光部５の中心が第３反射面２７と第４反射面２８の光軸上に存在しないことが好ましい。また、第１反射凸面２３によって形成される結像点が、第３反射面２７と第４反射面２８の光軸からずれた位置にあることが好ましい。このように結像点が位置するように各反射面を配置することで、像面湾曲収差を補正しやすくしている。
　実施の形態６におけるＸ線光学装置が、実施の形態３～５におけるＸ線光学装置と異なるのは第１反射凸面２３と第２反射凸面２４の光軸が、第３反射面２７と第４反射面２８の光軸に対して傾いている点であるともいえる。実施の形態３～５では、第１反射凸面２３と第２反射凸面２４の光軸と第３反射面２７と第４反射面２８の光軸が一致している。これに対して、図９では第１反射凸面２３と第２反射凸面２４の光軸は第３反射面２７と第４反射面２８の光軸に対して角度θだけ傾いている。角度θは、５ｍｒａｄ以上であることが好ましく、６ｍｒａｄ以上であることがより好ましく、７ｍｒａｄ以上であることがさらに好ましい。また、角度θは、２０ｍｒａｄ以下であることが好ましく、１８ｍｒａｄ以下であることがより好ましく、１５ｍｒａｄ以下であることがさらに好ましい。このような角度θとなるように各反射面を配置することで像面湾曲収差を効率よく補正することができる。
　図９では垂直方向ｙの像面湾曲収差を補正する例を示したが、水平方向ｚの像面湾曲収差を補正してもよい。例えば、図４～図５に示した第１反射凸面２１と第２反射凸面２２の光軸が、第３反射面２５と第４反射面２６の光軸に対して傾くように第１反射凸面２１と第２反射凸面２２と第３反射面２５と第４反射面の位置関係を設定してもよい。その場合、受光部５の中心が、第３反射面２５と第４反射面２６の光軸からずれた位置にあることが好ましい。また、第１反射凸面２１によって形成される結像点が、第３反射面２５と第４反射面２６の光軸からずれた位置にあることが好ましい。なお、図９では、Ｘ線光学装置が拡大光学系に用いられる例を示したが、縮小光学系に用いられてもよい。
　（その他の実施形態）
　図４～図５では、双曲線形状かつ凹面形状を有する第３反射面２５と、楕円形状かつ凹面形状を有する第４反射面２６のペアが水平方向ｚの結像を担い、双曲線形状かつ凹面形状を有する第３反射面２７と楕円形状かつ凹面形状を有する第４反射面２８のペアが垂直方向ｙの結像を担う例を示したが、１次元の実像を形成する光学系の態様は限定されない。例えば、水平方向ｚと垂直方向ｙの少なくともいずれか一方の結像のために楕円形状かつ凹面形状を有する反射面と、双曲線形状かつ凸面形状を有する反射面のペアを用いてもよい。
　図４～図５、図７～図８では第３反射面２５、２７と第４反射面２６、２８によって２次元の実像を形成する例を示したが、実像を形成する光学系の態様は限定されない。例えば、フレネルゾーンプレート、屈折レンズ、ウォルターミラー等の結像素子を用いてもよい。
　本願は、２０２０年１１月２日に出願された日本国特許出願第２０２０－１８３７９５号に基づく優先権の利益を主張するものである。２０２０年１１月２日に出願された日本国特許出願第２０２０－１８３７９５号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
１：Ｘ線光学装置
２：Ｘ線源
３：Ｘ線
４：試料保持部
５：受光部
６、７、８、９：一体型ミラー
６Ａ、６Ｂ：ミラー
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１２、１３、１４：基材
２１、２３：第１反射凸面
２２、２４：第２反射凸面
２５、２７：第３反射面
２６、２８：第４反射面
３０：オブジェクト
３１：実像
３２：虚像
４１：２次元凹レンズ
４２：２次元凸レンズ
Ｆ１：Ｈ１の第１焦点
Ｆ２：Ｈ１の第２焦点
ｆ１：Ｈ２の第１焦点
ｆ２：Ｈ２の第２焦点
Ｈ１：第１反射凸面の双曲線
Ｈ２：第２反射凸面の双曲線

Claims (13)

  1. 　Ｘ線を反射する第１反射凸面と、
    　Ｘ線を反射する第２反射凸面と、を備え、
    　前記第１反射凸面と前記第２反射凸面は、それぞれ一方向にのみ曲率を有するものであり、
    　前記第１反射凸面と前記第２反射凸面は、それぞれ双曲線形状を有することを特徴とするＸ線光学装置。
  2. 　前記第１反射凸面と前記第２反射凸面によってＸ線を２回反射することで虚像が形成される請求項１に記載のＸ線光学装置。
  3. 　前記第１反射凸面の双曲線の第２焦点と前記第２反射凸面の双曲線の第１焦点が互いに共有されている請求項１または２に記載のＸ線光学装置。
  4. 　前記第１反射凸面の双曲線の第１焦点および第２焦点と、前記第２反射凸面の双曲線の第１焦点および第２焦点は、同一直線上に配置されている請求項１～３のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
  5. 　前記第１反射凸面の双曲線の漸近線の傾きの絶対値が、前記第２反射凸面の双曲線の漸近線の傾きの絶対値よりも小さい請求項１～４のいずれか一項に記載Ｘ線光学装置。
  6. 　前記第１反射凸面と前記第２反射凸面が、同一の基材上に形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
  7. 　前記第１反射凸面と前記第２反射凸面は、異なる基材上に形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
  8. 　さらに、
    　Ｘ線源と、
    　試料保持部と、
    　Ｘ線を反射する第３反射面と、
    　Ｘ線を反射する第４反射面と、を有する請求項１～７のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
  9. 　前記第３反射面および前記第４反射面は、それぞれ凹面形状を有し、
    　前記第３反射面は双曲線形状を有し、
    　前記第４反射面は楕円形状を有している請求項８に記載のＸ線光学装置。
  10. 　Ｘ線が、前記第３反射面、前記第４反射面、前記第１反射凸面、前記第２反射凸面の順に反射される請求項８または９に記載のＸ線光学装置。
  11. 　Ｘ線が、前記第２反射凸面、前記第１反射凸面、前記第４反射面、前記第３反射面の順に反射される請求項８または９に記載のＸ線光学装置。
  12. 　前記Ｘ線光学装置は、さらに、前記試料保持部の位置と結像関係の位置にある受光部を有し、
    　前記受光部の中心が、前記第３反射面と前記第４反射面の光軸からずれた位置にある請求項１０または１１に記載のＸ線光学装置。
  13. 　前記第１反射凸面によって形成される結像点が、前記第３反射面と前記第４反射面の光軸からずれた位置にある請求項１０～１２のいずれか一項に記載のＸ線光学装置。
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