WO2023054157A1 - 形状可変ミラーおよびｘ線装置 - Google Patents

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WO2023054157A1
WO2023054157A1 PCT/JP2022/035337 JP2022035337W WO2023054157A1 WO 2023054157 A1 WO2023054157 A1 WO 2023054157A1 JP 2022035337 W JP2022035337 W JP 2022035337W WO 2023054157 A1 WO2023054157 A1 WO 2023054157A1
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deformable mirror
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ray
mirror
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智至 松山
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国立大学法人東海国立大学機構
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    • G—PHYSICS
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    • G21K2201/067—Construction details

Definitions

  • the present disclosure relates to deformable mirrors and x-ray devices.
  • X-ray analysis technology is widely used in academia and industry. In recent years, the development of X-ray microscopes has progressed rapidly, and a resolution of 50 nm or less has been reported. Since X-rays have extremely short wavelengths compared to visible light, they are expected to achieve a resolution of 1 nm or less in principle. In order to further improve the resolution of X-ray microscopes, it is essential to improve the performance of X-ray optical systems that focus or image X-rays.
  • Optical elements used in X-ray optical systems include compound refraction lenses that use refraction, Fresnel zone plates that use diffraction, and grazing incidence total reflection mirrors that use reflection.
  • the grazing-incidence total reflection mirror has the advantages of high utilization efficiency of X-rays and little chromatic aberration.
  • AKB Advanced Kirkpatrick-Baez
  • a shape-variable mirror in which a piezoelectric element is attached to the total reflection mirror and the shape of the reflecting surface is controlled by the amount of deformation of the piezoelectric element (for example, patent Reference 2).
  • the shape accuracy required for the reflecting surface of the X-ray mirror is extremely strict. For example, a shape accuracy of about 1 nm is required for a mirror size of about 100 mm. This is because the wavelength of X-rays is much shorter than that of visible light. Achieving such shape accuracy is not easy even with the application of cutting-edge ultra-precision processing technology. The manufacture of mirrors is very time consuming and costly.
  • the present disclosure has been made in view of these problems, and one of its exemplary purposes is to provide a technique for precisely adjusting the shape of the reflecting surface of an X-ray mirror.
  • a deformable mirror has a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first substrate made of a piezoelectric material, provided on the first surface, and receiving X-rays.
  • a reflective electrode having a reflective surface on which light is obliquely incident; a plurality of control electrodes arranged at intervals in a predetermined direction on the second surface; and a power source for applying a voltage between the reflective electrode and the plurality of control electrodes.
  • An X-ray apparatus includes an X-ray optical system including a deformable mirror according to one aspect of the present disclosure, and an X-ray detection unit that detects X-rays emitted from the X-ray optical system.
  • An X-ray apparatus includes an X-ray optical system including a deformable mirror according to one aspect of the present disclosure, and a sample holder that holds a sample irradiated with X-rays emitted from the X-ray optical system.
  • the reflecting surface of the X-ray mirror can be precisely adjusted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror according to an embodiment
  • FIG. 1 is a top view schematically showing the configuration of a deformable mirror according to an embodiment
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a deformation amount of a reflecting surface of a deformable mirror
  • 7 is a graph showing an example of the relationship between the voltage applied to the deformable mirror and the amount of deformation
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror according to a modification
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror according to a modification
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror according to a modification
  • 4 is a side view schematically showing a method of supporting a deformable mirror; 4 is a graph showing the temporal stability of the deformable mirror; 9A and 9B are graphs showing an example of the relationship between the voltage applied to the deformable mirror and the amount of deformation. 4 is a graph showing an example of shape error of a reflecting surface of a deformable mirror; 1 is a perspective view schematically showing the configuration of an X-ray microscope according to an embodiment; FIG.
  • the present disclosure relates to an X-ray mirror that reflects X-rays, and to a deformable mirror that variably controls the shape of a reflecting surface using a piezoelectric material.
  • An X-ray optical system for condensing or imaging X-rays uses a curved mirror having a concave or convex reflecting surface.
  • the shape accuracy of the reflecting surface required for X-ray optical systems is about 1 nm (2 nm at PV (Peak-to-Valley)), which is not easy to achieve even with the application of cutting-edge ultra-precision processing technology. .
  • the shape of the reflective surface finished with a shape accuracy of 2 nm to 5 nm (4 nm to 10 nm in PV) is variably controlled, and a combination of processing and deformation is performed.
  • the purpose is to achieve a shape accuracy of 1 nm by According to the present disclosure, it is possible to reduce the processing accuracy of the reflecting surface, thereby reducing the period and cost required for manufacturing the curved mirror.
  • the piezoelectric material for deforming the reflective surface is a piezoelectric unit such as lithium niobate (LN) or lithium tantalate (LT) instead of a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT).
  • LN lithium niobate
  • LT lithium tantalate
  • PZT lead zirconate titanate
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror 10 according to an embodiment.
  • the deformable mirror 10 has a reflecting surface 12 on which the X-rays 40 obliquely enter, and is configured such that the shape of the reflecting surface 12 is variable.
  • the surface roughness (Rms) of the reflecting surface 12 is extremely small, for example 0.5 nm or less, preferably 0.2 nm or less.
  • the angle ⁇ between the optical axis of the X-ray 40 and the reflecting surface 12 is very small, for example, about 1 to 10 milliradians (mrad).
  • the deformable mirror 10 includes a first substrate 14, a second substrate 16, a reflective electrode 18, and a plurality of control electrodes 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, and 20h (collectively called control electrodes 20). ) and a power source 22 .
  • the direction orthogonal to both the incident optical axis and the reflected optical axis of the X-rays 40 incident and reflected by the deformable mirror 10 is defined as the x direction.
  • the thickness direction of the first substrate 14 and the second substrate 16 is the z-direction, and the direction orthogonal to both the x-direction and the z-direction is the y-direction. Note that the illustrated coordinate axes are set to aid understanding of the description, and do not limit the orientation of the deformable mirror 10 during use.
  • the first substrate 14 is made of a piezoelectric material, for example, a piezoelectric single crystal material such as lithium niobate (LN) or lithium tantalate (LT).
  • the first substrate 14 has a first side 24 and a second side 26 opposite the first side 24 .
  • a reflective electrode 18 is provided on the first surface 24, and a plurality of control electrodes 20a to 20h are provided on the second surface 26.
  • the first substrate 14 deforms according to the voltage applied between the reflective electrode 18 and the plurality of control electrodes 20a-20h.
  • the first substrate 14 expands and contracts in the thickness direction (z direction) according to the voltage applied in the thickness direction (z direction), and the thickness (height) from the second surface 26 to the first surface 24 changes.
  • the thickness of the first substrate 14 is, for example, 0.1 mm or more and 10 mm or less, preferably 0.2 mm or more and 2 mm or less.
  • the first surface 24 is configured to have shape accuracy and surface roughness equivalent to those of the reflecting surface 12 .
  • the shape accuracy (PV) of the first surface 24 is, for example, 10 nm or less, preferably 2 nm or more and 5 nm or less.
  • the surface roughness (Rms) of the first surface 24 is, for example, 0.5 nm or less, preferably 0.05 nm or more and 0.2 nm or less.
  • the shape accuracy and surface roughness of the first surface 24 can be achieved by applying known precision processing such as EEM (Elastic Emission Machining) after rough processing such as cutting and mechanical polishing.
  • the shape of the first surface 24 can be measured by a pencil beam method using X-rays, a visible light interferometer, an X-ray interferometer, an autocollimator, or the like.
  • the first surface 24 is, for example, an arcuate, elliptical, hyperbolic, or parabolic convex or concave curved surface with curvature in only one direction (eg, the y direction).
  • the first surface 24 is a concave curved surface.
  • the first surface 24 may be a flat surface or a curved surface having curvatures in two directions (eg, x-direction and y-direction).
  • the second surface 26 is, for example, a polished flat surface.
  • the second substrate 16 is a member for supporting the first substrate 14.
  • the second substrate 16 has a third surface 28 and a fourth surface 30 opposite the third surface 28 .
  • the third surface 28 and the fourth surface 30 are, for example, polished flat surfaces.
  • the third surface 28 is joined to the plurality of control electrodes 20a-20h and fixed to the first substrate 14 via the plurality of control electrodes 20a-20h.
  • the fourth surface 30 is fixed to a jig or the like for positioning the deformable mirror 10 .
  • the material of the second substrate 16 is not particularly limited, for example, single crystal materials such as silicon, crystal, and sapphire can be used.
  • the material of the second substrate 16 may be the same piezoelectric material as the first substrate 14 or the same piezoelectric single crystal material as the first substrate 14 .
  • the deformable mirror 10 does not need to include the second substrate 16 .
  • the reflective electrode 18 is provided on the first surface 24 and has a reflective surface 12 on which the X-rays 40 obliquely enter.
  • the reflective electrode 18 has a thickness of, for example, 10 nm or more and 100 nm or less, preferably 30 nm or more and 70 nm or less.
  • the reflective electrode 18 is provided, for example, so as to cover the entire first surface 24 and have a uniform thickness over the entire first surface 24 . Since the reflective electrode 18 has a uniform thickness, the reflective surface 12 has a shape corresponding to the first surface 24 and has the same shape accuracy and surface roughness as the first surface 24 .
  • the reflective electrode 18 may be composed of a metal thin film of a single material, or may be composed of a laminate of a plurality of metal thin films of different materials.
  • the reflective electrode 18 may have, for example, an adhesive layer such as Cr or Ti in contact with the first surface 24 and a reflective layer such as Rh, Pt, Au formed on the adhesive layer.
  • the reflective electrode 18 can be formed using a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the reflective surface 12 may be configured to function as a total reflection mirror based on the phenomenon of total reflection, or may be configured as a multilayer mirror utilizing Bragg reflection.
  • the reflective electrode 18 includes a multilayer film in which a plurality of first layers made of a heavy element and a plurality of second layers made of a light element are alternately and periodically stacked. It's okay. Molybdenum (Mo), rhodium (Rh), tungsten (W), platinum (Pt) and the like can be used as heavy elements constituting the first layer, and beryllium (Be) and carbon as light elements constituting the second layer. (C), silicon (Si), or the like can be used.
  • the number of laminated layers of the multilayer film is, for example, about 10 to 100.
  • Each thickness of the first layer and the second layer is about 1 nm to 10 nm.
  • the reflective electrode 18 may be configured as a so-called multilayer supermirror, and may be configured such that the periodic length of the multilayer film (total thickness of the first and second layers) varies in the depth direction. That is, at least one of the thickness of each of the plurality of first layers and the thickness of each of the plurality of second layers constituting the reflective layer of the multilayer film may differ depending on the position in the thickness direction.
  • the reflective electrode 18 contains a conductive material, and preferably contains a highly conductive material.
  • the metal material forming the reflective electrode 18 can impart electrical conductivity.
  • the reflective electrode 18 is configured as a multilayer mirror, the multilayer mirror can have high conductivity by combining a conductive first layer (e.g., W) and a second layer (e.g., C). can be done.
  • the multilayer mirror is made of a material with low conductivity
  • the first layer is tungsten carbide (WC) and the second layer is boron carbide (B 4 C)
  • the first substrate 14 By using a highly conductive metal material such as Cr as an adhesive layer between the first surface 24 of and the multilayer mirror, the reflective electrode 18 can be made conductive. That is, the conductivity of the adhesive layer may be higher than the conductivity of the reflective layer.
  • the conductivity of the reflective layer is high, the conductivity of the adhesive layer may be lower than the conductivity of the reflective layer. That is, the conductivity of the reflective layer may be higher than the conductivity of the adhesive layer.
  • the control electrode 20 is provided between the first substrate 14 and the second substrate 16 and joins the second surface 26 and the third surface 28 .
  • a plurality of control electrodes 20a to 20h are arranged at intervals in a predetermined direction (eg, y direction).
  • a width w of the plurality of control electrodes 20a to 20h in a predetermined direction (eg, y direction) is, for example, 0.5 mm or more and 10 mm or less, preferably 1 mm or more and 6 mm or less.
  • a distance d between the plurality of control electrodes 20a to 20h in a predetermined direction (eg, y direction) is, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less, preferably 0.5 mm or more and 4 mm or less.
  • a pitch p (sum of width w and interval d) of the plurality of control electrodes 20a to 20h in a predetermined direction is, for example, 1 mm or more and 15 mm or less, preferably 1.5 mm or more and 10 mm or less.
  • the plurality of control electrodes 20a to 20h are configured, for example, so that the width w, spacing d, and pitch p in a predetermined direction (eg, y direction) are constant. At least one of the width w, spacing d and pitch p of each of the plurality of control electrodes 20a-20h may be configured to be different from each other. For example, when the angle ⁇ of the X-rays 40 obliquely incident on the reflecting surface 12 varies depending on the location in a predetermined direction (for example, the y direction), the effective pitch p ⁇ when viewed from the X-rays 40 is assumed to be constant. The pitch p of the plurality of control electrodes 20a to 20h may be made different from each other so that
  • the control electrode 20 is made of a metal material, such as nickel (Ni), chromium (Cr), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au).
  • the control electrode 20 is formed by forming a first metal film on the second surface 26 and forming a second metal film on the third surface 28 by, for example, a vapor deposition method or a sputtering method. It can be formed by joining metal films. Any method of bonding the first metal film and the second metal film can be used, and any metal bonding technique can be used. As an example, solid phase bonding techniques such as room temperature bonding and diffusion bonding can be used. Alternatively, a binder material such as a conductive adhesive or metal nanoparticles may be used to join the first metal film and the second metal film.
  • the thickness of the control electrode 20 is not particularly limited, but is, for example, 100 nm or more and 1000 nm or less.
  • a power supply 22 applies a DC voltage between the reflective electrode 18 and the control electrode 20 .
  • the power supply 22 is connected to only one control electrode 20a in order to avoid complication of the drawing, but the power supply 22 is connected to each of the plurality of control electrodes 20a to 20h.
  • the power supply 22 is configured to independently control the voltage applied to each of the plurality of control electrodes 20a-20h.
  • the power supply 22 applies a variable DC voltage, for example, in the range of -1 kV to +1 kV.
  • the power supply 22 individually variably controls the voltage applied to each of the plurality of control electrodes 20a to 20h, thereby controlling the amount of deformation of the first substrate 14 at the position corresponding to each of the plurality of control electrodes 20a to 20h,
  • the shape of the reflecting surface 12 is variably controlled.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the deformable mirror 10 according to the embodiment.
  • FIG. 1 corresponds to the AA cross section of FIG.
  • the first substrate 14 and the second substrate 16 have rectangular outlines that are long in the y direction and short in the x direction.
  • the length Lx1 in the x direction of the first substrate 14 is larger than the beam size of the obliquely incident X-rays 40, and is, for example, 5 mm or more and 50 mm or less, for example, 10 mm or more and 30 mm or less.
  • the length Ly of the first substrate 14 in the y direction is determined according to the beam size and angle ⁇ of the obliquely incident X-rays 40, and is, for example, 20 mm or more and 200 mm or less, for example, 50 mm or more and 150 mm or less.
  • the x-direction length Lx2 of the second substrate 16 is greater than the x-direction length Lx1 of the first substrate 14, and is, for example, 10 mm or more and 100 mm or less.
  • the y-direction length of the second substrate 16 is the same as the y-direction length Ly of the first substrate 14 .
  • the length of the second substrate 16 in the y direction may be larger or smaller than the length Ly of the first substrate 14 in the y direction.
  • Each of the plurality of control electrodes 20a to 20h is formed on the third surface 28 so as to extend in a strip shape in the x direction.
  • the length in the x direction of the plurality of control electrodes 20a to 20h is longer than the length Lx1 in the x direction of the first substrate 14, and is the same as the length Lx2 in the x direction of the second substrate 16, for example.
  • the length of the plurality of control electrodes 20a to 20h in the x direction may be smaller than the length Lx2 of the second substrate 16 in the x direction.
  • Each of the plurality of control electrodes 20a to 20h is bonded to the first substrate 14 at a bonding region 32 indicated by a dashed line in the central portion of the first substrate 14 in FIG.
  • the x-direction length Lx3 of the bonding region 32 is smaller than the x-direction length Lx1 of the first substrate 14 .
  • the x-direction length Lx3 of the bonding region 32 is larger than the beam size of the obliquely incident X-rays 40 in the x direction, and is, for example, 3 mm or more and 30 mm or less, for example, 5 mm or more and 20 mm or less.
  • the x-direction length Lx3 of the bonding region 32 may be the same as the x-direction length Lx1 of the first substrate 14 .
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the amount of deformation of the reflecting surface 12 of the deformable mirror 10.
  • FIG. FIG. 3 is based on the height of the reflecting surface 12 when no voltage is applied to the plurality of control electrodes 20a to 20h, and the voltages applied to the plurality of control electrodes 20a to 20h are 100V, 200V, 300V, 400V and 500V.
  • the amount of deformation of the reflective surface 12 is shown when .
  • the voltages applied to the plurality of control electrodes 20a to 20h are alternately positive and negative in a predetermined direction (for example, the y direction). Negative voltages are applied to the control voltages 20b, 20d, 20f and 20h.
  • the vertical axis of the graph is the deformation amount [nm] in the thickness direction (z direction), and the horizontal axis of the graph is the position [mm] in the predetermined direction (y direction).
  • the width w of the plurality of control electrodes 20a to 20h in the y direction is set to 2 mm, and the interval d is set to 1 mm.
  • the reflective surface 12 after deformation has convex portions and concave portions at intervals of about 3 mm, and the reflective surface 12 is formed so as to correspond to the positions of the plurality of control electrodes 20a to 20h arranged at a pitch of 3 mm. 12 can be transformed.
  • the reflecting surface 12 can be deformed at a spatial frequency of 6 mm.
  • the spatial frequency of 20 to 30 mm is the limit. Therefore, according to the present embodiment, shape control with a higher spatial frequency than in the conventional art is possible.
  • the reflection surface 12 is formed at a spatial frequency of 3 mm. Can transform.
  • the height difference between the convex portion and the concave portion is about 20 nm.
  • the maximum value of deformation is small. However, the amount of deformation is sufficient to correct a shape error of about 5 nm (about 10 nm in PV).
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the voltage applied to the deformable mirror 10 and the amount of deformation. As shown in FIG. 4, there is a high degree of linearity between applied voltage and deformation. In addition, no hysteresis, which exists in piezoelectric ceramic materials such as PZT, is observed, and no drift is observed in which the amount of deformation changes over time even though the applied voltage is fixed. Therefore, according to the deformable mirror 10 of the present embodiment, the amount of deformation can be uniquely determined according to the applied voltage, and the shape of the reflecting surface 12 can be stably controlled with high reproducibility.
  • the shape of the reflecting surface 12 can be variably controlled while the reflecting surface 12 is irradiated with the X-rays 40 . can be adjusted after the fact. For example, by measuring the shape of the reflecting surface 12 by a pencil beam method using X-rays, the shape of the reflecting surface 12 can be precisely measured and adjusted on the spot when the deformable mirror 10 is incorporated in the X-ray optical system. can run to
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror 10A according to a modification.
  • This modification differs from the above-described embodiment in that the second substrate 16 is made of a piezoelectric material and a rear surface electrode 34 is provided on the fourth surface 30 of the second substrate 16 .
  • the second substrate 16 is made deformable according to the applied voltage, and the second substrate 16 is deformed in the same manner as the first substrate 14, so that the difference in deformation amount between the first substrate 14 and the second substrate 16 is suppress unintended curvature of the reflecting surface 12 caused by
  • This modified example will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and descriptions of common points will be omitted as appropriate.
  • the deformable mirror 10A includes a first substrate 14, a second substrate 16, a reflective electrode 18, a plurality of control electrodes 20a-20h, a power source 22A, and a back surface electrode .
  • the back electrode 34 is provided on the fourth surface 30 of the second substrate 16 .
  • the back electrode 34 is provided, for example, so as to cover the entire fourth surface 30 .
  • the back electrode 34 is made of a metal material such as nickel (Ni), chromium (Cr), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au).
  • the back electrode 34 can be formed using a vapor deposition method or a sputtering method.
  • the thickness of the back electrode 34 is not particularly limited, but is, for example, 10 nm or more and 1000 nm or less, preferably 30 nm or more and 200 nm or less.
  • the power supply 22A applies a DC voltage between the reflective electrode 18 and the control electrode 20, and also applies a DC voltage between the back electrode 34 and the control electrode 20.
  • the power supply 22A is connected so that the reflective electrode 18 and the back electrode 34 have a common potential.
  • a second power supply that applies a DC voltage between the rear electrode 34 and the control electrode 20 is used separately from the first power supply that applies a DC voltage between the reflective electrode 18 and the control electrode 20. good too. That is, the first applied voltage between the reflective electrode 18 and the control electrode 20 and the second applied voltage between the back electrode 34 and the control electrode 20 may be individually controllable.
  • the direction of the electric field applied to the first substrate 14 and the direction of the electric field applied to the second substrate 16 are upside down.
  • a positive voltage is applied to the control electrode 20
  • an electric field is applied to the first substrate 14 from the second surface 26 toward the first surface 24
  • an electric field is applied to the second substrate 16 from the third surface 28 to the fourth surface 30 .
  • the second substrate 16 is arranged such that the polarization direction is upside down with respect to the first substrate 14 .
  • the deformation directions can be made the same when an electric field is applied to the first substrate 14 and the second substrate 16 in the upside down direction.
  • the structure of the deformable mirror 10A can be made symmetrical in the thickness direction (for example, the z-direction) with respect to the control electrode 20, so that deformation of the reflection surface 12 due to temperature change can be more suitably suppressed.
  • the amounts of deformation of the first substrate 14 and the second substrate 16 in the x-, y-, and z-directions can be made the same when the voltage is applied.
  • the deformable mirror 10A from bending like a bimetal due to a difference between the amount of deformation of the first substrate 14 and the amount of deformation of the second substrate 16 .
  • the shape of the reflecting surface 12 can be controlled more stably and with higher reproducibility.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a deformable mirror 10B according to a modification. This modification is obtained by removing the second substrate 16 from the deformable mirror 10 shown in FIG.
  • the deformable mirror 10B includes a first substrate 14, a reflective electrode 18, a plurality of control electrodes 20a-20h, and a power source 22.
  • FIG. The first substrate 14, the reflective electrode 18, the plurality of control electrodes 20a to 20h, and the power source 22 are configured in the same manner as in the above-described embodiments.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a method of supporting the deformable mirror 10B.
  • the deformable mirror 10B can be held by three-point support using three supports 50a, 50b, and 50c that are in point contact with the deformable mirror 10B.
  • Support spheres 52a, 52b, and 52c are provided at the tips of the plurality of supports 50a to 50c, respectively, and each of the support spheres 52a to 52c makes point contact with the deformable mirror 10B.
  • deformation of the deformable mirror 10B due to point contact can be predicted with high accuracy by simulation such as the finite element method.
  • three points at which the plurality of supports 50a to 50c come into contact can be selected so that the shape-deformable mirror 10B deforms into a desired shape based on the simulation.
  • the reflective surface 12 faces vertically upward, and the plurality of supports 50a to 50c contact the second surface 26 of the first substrate 14 or the control electrode 20 to form the deformable mirror 10B. support. Note that when the reflecting surface 12 faces downward in the vertical direction, that is, when the top and bottom of FIG. can do. Also, when the reflecting surface 12 faces laterally, the plurality of supports 50a to 50c can contact the side surfaces of the first substrate 14 to support the deformable mirror 10B.
  • the support method using a plurality of supports 50a to 50c can also be applied to the deformable mirrors 10 and 10A shown in FIG. 1 or FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing the temporal stability of the deformable mirror 10B.
  • FIG. 8 shows the wavefront shape of the X-ray 40 reflected by the deformable mirror 10B with a voltage of 500 V applied to any one of the plurality of control electrodes 20a to 20h.
  • the energy of the obliquely incident X-ray 40 is 14.5 keV, and the deformable mirror 10B is used as the elliptical concave mirror in the Wolter type 3 mirror, which is a combination of an elliptical concave mirror and a hyperbolic convex mirror.
  • Graph A shows 1 hour after voltage application
  • graph B shows 4 hours after voltage application
  • graph C shows 7 hours after voltage application. As shown in FIG.
  • the temporal change in the shape of the reflecting surface of the deformable mirror 10B is extremely small, and the amount of temporal change in the wavefront during the measurement period is about 0.03 rad, which corresponds to a change in shape of 0.5 ⁇ . Equivalent to. Therefore, the shape of the deformable mirror 10B can be precisely and stably controlled over a long period of time when the deformable mirror 10B is used.
  • FIG. 9(a) and (b) are graphs showing an example of the relationship between the voltage applied to the deformable mirror 10B and the amount of deformation.
  • FIG. 9(a) shows the amount of deformation of the reflecting surface 12 with respect to the applied voltage, and it can be seen that the amount of deformation of the reflecting surface 12 changes linearly.
  • FIG. 9(b) shows the hysteresis of the deformation amount of the reflecting surface 12 when the applied voltage is changed, and shows the difference between the plot of FIG. 9(a) and the approximate straight line.
  • the hysteresis of the deformation amount of the reflecting surface 12 is extremely small, and is only about several percent of the deformation amount of the reflecting surface 12 . Therefore, the shape of the deformable mirror 10B can be precisely and simply controlled without worrying about hysteresis.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of the shape error of the reflecting surface of the deformable mirror 10B.
  • Graph D shows shape errors before correction when no voltage is applied to the plurality of control electrodes 20a to 20h, and shows shape accuracy of about ⁇ 2 nm (about 4 nm in PV).
  • Graph E shows shape errors after correction by applying voltages to a plurality of control electrodes 20a to 20h, and a shape accuracy of about ⁇ 0.5 nm (about 1 nm in PV) has been achieved.
  • the energy of the X-rays 40 is 14.5 keV and the oblique incidence angle ⁇ of the X-rays 40 is about 4 mrad
  • the shape accuracy required for the reflecting surface 12 is 0.76 nm or less in Rms.
  • the post-correction shape accuracy shown by graph E is 0.24 nm in Rms, which is sufficient to achieve the required accuracy.
  • wavefront correction can be achieved with accuracy exceeding the diffraction limit of the X-rays 40. For example, even if the energy of the X-rays 40 is 45 keV, the diffraction limit can be achieved.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the configuration of the X-ray microscope 60 according to the embodiment.
  • the X-ray microscope 60 is an example of an X-ray apparatus that uses X-rays, and has a so-called imaging type microscope configuration.
  • the X-ray microscope 60 includes an illumination optical system 62 , a sample holder 64 , an imaging optical system 66 and an X-ray detector 68 .
  • the X-ray microscope 60 is configured to irradiate a sample 88 with X-rays 92 generated by an X-ray source 90 and detect an enlarged image of the X-rays 96 transmitted through the sample 88 by an X-ray detector 68. .
  • An X-ray source 90 generates X-rays 92 for observing the sample 88 .
  • the type of the X-ray source 90 is not particularly limited, and an X-ray tube, a large synchrotron radiation facility such as Spring-8, an X-ray free electron laser, or the like can be used.
  • the X-ray microscope 60 may include an X-ray source 90 if a compact device such as an X-ray tube is used as the X-ray source.
  • the X-ray microscope 60 does not have to include the X-ray source 90 .
  • the X-ray source 90 is configured to output hard X-rays of, for example, 2 keV or higher.
  • the X-ray source 90 may generate monochromatic X-rays monochromatic to a specific wavelength, or may generate continuous X-rays (white X-rays) containing various wavelength components.
  • the illumination optical system 62 is arranged between the X-ray source 90 and the sample holder 64 .
  • Illumination optics 62 are configured to focus X-rays 92 from X-ray source 90 onto sample holder 64 .
  • the illumination optical system 62 is composed of so-called KB (Kirkpatrick-Baez) mirrors and includes a horizontal concave mirror 70 and a vertical concave mirror 72 .
  • the horizontal concave mirror 70 and the vertical concave mirror 72 are arranged so that the normal directions of their reflecting surfaces are orthogonal to each other.
  • the reflecting surfaces of the horizontal concave mirror 70 and the vertical concave mirror 72 are, for example, elliptical concave curved surfaces having a focus at the position of the sample holder 64 .
  • the illumination optical system 62 may be composed of four curved mirrors, similar to the imaging optical system 66, which will be described later.
  • the sample holder 64 holds a sample 88 irradiated with the X-rays 94 emitted from the illumination optical system 62 .
  • the sample holder 64 holds the sample 88 to be observed on the optical path of the X-rays 94 .
  • the configuration of the sample holder 64 is not particularly limited, and any configuration for fixing the position of the sample 88 can be used according to the characteristics of the sample 88 .
  • the sample holder 64 includes, for example, a stage device for adjusting the position of the sample 88 with respect to the optical path of the X-rays 94 .
  • the imaging optical system 66 is arranged between the sample holder 64 and the X-ray detector 68 .
  • the imaging optical system 66 is configured to image the X-rays 96 from the sample holder 64 onto the X-ray detector 68 .
  • the imaging optical system 66 is a so-called AKB (Advanced Kirkpatrick-Baez) mirror optical system and includes four curved mirrors 74 , 76 , 78 and 80 .
  • the imaging optical system 66 is configured to achieve an image magnification of, for example, about 100 times to 1,000 times.
  • the imaging optical system 66 can be configured, for example, as a Wolter type 1 mirror combining a hyperbolic concave mirror and an elliptical concave mirror.
  • the first curved mirror 74 is a horizontal hyperbolic concave mirror, and has, for example, a reflecting surface composed of a hyperbolic concave curved surface with a focal point at the position of the sample holder 64 .
  • the second curved mirror 76 is a vertical hyperbolic concave mirror, and has a reflecting surface composed of, for example, a hyperbolic concave surface with a focal point at the position of the sample holder 64 .
  • the third curved mirror 78 is a horizontal elliptical concave mirror, and is composed of, for example, an elliptical concave curved surface having a first focus at the position of the X-ray detector 68 and a second focus shared with the first curved mirror 74. It has a reflective surface that is
  • the fourth curved mirror 80 is a vertical elliptical concave mirror, and is composed of, for example, an elliptical concave curved surface having a first focal point at the position of the X-ray detector 68 and a second focal point shared with the second curved mirror 76. It has a reflective surface that is
  • curved mirrors 74 to 80 of a horizontal hyperbolic concave mirror, a vertical hyperbolic concave mirror, a horizontal elliptical concave mirror, and a vertical elliptical concave mirror are arranged from the sample holder 64 toward the X-ray detection unit 68 in this order.
  • mirrors are arranged, the arrangement order is not limited to this.
  • a horizontal hyperbolic concave mirror may be followed by a horizontal elliptical concave mirror, or a vertical hyperbolic concave mirror may be followed by a vertical elliptical concave mirror.
  • the imaging optical system 66 can be configured as a Wolter type 3 mirror, which is a combination of an elliptical concave mirror and a hyperbolic convex mirror.
  • the first curved mirror 74 is a horizontal elliptical concave mirror
  • the second curved mirror 76 is a vertical elliptical concave mirror
  • the third curved mirror 78 is a horizontal hyperbolic convex mirror
  • the fourth curved mirror 80 is a vertical hyperbolic convex mirror.
  • the X-ray detector 68 detects X-rays 98 emitted from the imaging optical system 66 .
  • the X-ray detector 68 is, for example, an X-ray camera that detects a two-dimensional image of X-rays 98 .
  • the configuration of the X-ray detection unit 68 is not particularly limited, for example, a direct conversion type or indirect conversion type image sensor (CCD or CMOS sensor) can be used.
  • the X-ray detection unit 68 may include an optical element such as a lens for enlarging the visible light image converted by the scintillator and an image sensor for imaging the enlarged visible light image in order to further improve the resolution. good.
  • At least one of the illumination optical system 62 and the imaging optical system 66 includes the deformable mirror 10, 10A or 10B according to the above embodiment or modification. At least one of the horizontal concave mirror 70 and the vertical concave mirror 72 that constitute the illumination optical system 62 may be configured by the deformable mirror 10, 10A or 10B.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B may be applied only to the horizontal concave mirror 70, may be applied only to the vertical concave mirror 72, or may be applied to both the horizontal concave mirror 70 and the vertical concave mirror 72.
  • At least one of the four curved mirrors 74 to 80 forming the imaging optical system 66 may be formed by the deformable mirror 10, 10A or 10B.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B may be applied to any one, two or three of the four curved mirrors 74-80, or may be applied to all of them.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B in at least one of the illumination optical system 62 and the imaging optical system 66, it is possible to improve the characteristics of the X-ray optical system while reducing the time and cost required for mirror manufacturing.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B according to the present disclosure is preferably applied to the imaging optical system 66 that requires higher precision.
  • FIG. The configuration of FIG. 11 is preferably applied to one or both of the first curved mirror 74, which is a horizontal hyperbolic concave mirror, and the second curved mirror 76, which is a vertical hyperbolic concave mirror.
  • the performance of the X-ray microscope 60 can be improved more effectively.
  • the X-ray microscope 60 may further include an X-ray spectrometer (not shown) arranged between the X-ray source 90 and the illumination optical system 62.
  • the x-ray spectrograph is configured to monochromate x-rays 92 from x-ray source 90 .
  • the X-ray spectrometer may be a crystal spectrometer such as a double crystal monochromator, and may be configured such that the X-ray wavelength is variable by changing the crystal angle.
  • the X-ray microscope 60 can provide XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) imaging by varying the X-ray wavelength. Since the X-ray microscope 60 is composed of an X-ray optical system with little chromatic aberration, it can provide a high-resolution (for example, 50 nm or less) XAFS image simply by changing the X-ray wavelength.
  • the deformable mirror 10, 10A, or 10B according to the present disclosure can be applied to any X-ray apparatus, and is particularly applied to an X-ray optical system such as a condensing optical system or an imaging optical system included in the X-ray apparatus. be able to.
  • X-ray apparatuses include the imaging X-ray microscope illustrated in FIG. 11, as well as a scanning X-ray microscope and an X-ray telescope.
  • the scanning X-ray microscope includes a condensing optical system for condensing X-rays onto a sample holder, and at least one of the X-ray mirrors constituting the condensing optical system is the deformable mirror 10, 10A or 10B according to the present disclosure.
  • the resolution is determined by the beam size of the X-rays collected by the collection optics.
  • the deformable mirror 10, 10A, or 10B it is possible to improve the characteristics of the focusing optical system and improve the resolution of the scanning X-ray microscope.
  • 11 can be used as a condensing optical system of the scanning X-ray microscope.
  • 10A or 10B can be used.
  • An AKB mirror optical system including four curved mirrors can also be used as the condensing optical system of the scanning X-ray microscope. can be used.
  • the X-ray telescope includes an imaging optical system that forms an image of X-rays from a celestial body to be observed on an X-ray detection unit, and at least one of the X-ray mirrors that make up the imaging optical system has a variable shape according to the present disclosure. It may be mirror 10, 10A or 10B.
  • the imaging optical system of the X-ray telescope for example, an AKB mirror optical system similar to the imaging optical system 66 of FIG. 11 can be used.
  • the first curved mirror 74 and the second curved mirror 76 are parabolic concave mirrors
  • the third curved mirror 78 and the fourth curved mirror 80 are hyperbolic concave mirrors.
  • a Wolter 1 type imaging optical system can be used.
  • a Wolter 3 imaging optical system may be used in which the first curved mirror 74 and the second curved mirror 76 are parabolic convex mirrors, and the third curved mirror 78 and the fourth curved mirror 80 are elliptical concave mirrors.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B according to the present disclosure can be used for at least one of the four curved mirrors.
  • the deformable mirror 10, 10A or 10B may be used as a wavefront compensating optical element in any X-ray apparatus.
  • the reflecting surface 12 which is a substantially flat surface, is slightly deformed to, for example, have a shape opposite to the wavefront aberration of the obliquely incident X-rays 40, so that the incident X-rays 40 to compensate for the wavefront aberration of
  • the X-rays whose wavefront aberration has been compensated by the deformable mirror 10, 10A or 10B may be further processed by X-ray optical elements such as lenses and mirrors, or may be irradiated onto the sample held by the sample holder. Alternatively, it may be detected by an X-ray detector.
  • the reflecting surface of the X-ray mirror can be precisely adjusted.
  • SYMBOLS 10 Deformable mirror, 12... Reflective surface, 14... First substrate, 16... Second substrate, 18... Reflective electrode, 20... Control electrode, 22... Power supply, 24... First surface, 26... Second surface, 28 ... 3rd surface, 30 ... 4th surface, 40 ... X-ray.

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Abstract

形状可変ミラー（１０）は、第１面（２４）と、第１面（２４）とは反対側の第２面（２６）とを有し、圧電材料からなる第１基板（１４）と、第１面（２４）に設けられ、Ｘ線（４０）が斜入射する反射面（１２）を有する反射電極（１８）と、第２面（２６）において所定方向に間隔をあけて並べられる複数の制御電極（２０ａ）～（２０ｈ）と、反射電極（１８）と複数の制御電極（２０ａ）～（２０ｈ）の間に電圧を印加する電源（２２）と、を備える。

Description

形状可変ミラーおよびＸ線装置
（関連出願の相互参照）
　本出願は、２０２１年１０月１日に出願された日本国特許出願２０２１－１６３０８５号の優先権を主張し、その全体が参照により本書に組み込まれる。
（技術分野）
　本開示は、形状可変ミラーおよびＸ線装置に関する。
　Ｘ線分析技術は、学術分野および産業界において広く利用されている。近年では、Ｘ線顕微鏡の開発が急速に進展しており、５０ｎｍ以下の分解能が報告されている。Ｘ線は、可視光に比べて極めて短い波長を有するため、原理的には１ｎｍ以下の分解能を実現することが期待されている。Ｘ線顕微鏡の分解能をさらに向上させるためは、Ｘ線を集光または結像させるＸ線光学系の性能向上が必須である。
　Ｘ線光学系に用いられる光学素子として、屈折を利用する複合屈折レンズ、回折を利用するフレネルゾーンプレート、反射を利用する斜入射全反射ミラーなどがある。このうち、斜入射全反射ミラーは、Ｘ線の利用効率が高く、色収差が少ないという利点を有する。さらに、コマ収差のない光学系として、四つの斜入射全反射ミラーを用いたＡＫＢ（Advanced Kirkpatrick-Baez）ミラー光学系がある（例えば、特許文献１参照）。また、Ｘ線光学系の光学特性を可変にするため、全反射ミラーに圧電素子を貼り付け、圧電素子の変形量によって反射面の形状を制御する形状可変ミラーも利用されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第６４７８４３３号公報 特開２０２１－２１８９７号公報
　Ｘ線ミラーの反射面に要求される形状精度は極めて厳しく、例えば、１００ｍｍ程度のミラーサイズに対して１ｎｍ程度の形状精度が要求される。これは、Ｘ線の波長が可視光に比べて極めて短いことに起因する。このような形状精度の実現は、最先端の超精密加工技術を適用したとしても容易ではなく、超高精度の形状計測と計測結果に基づく超精密な修正加工とを繰り返す必要があり、Ｘ線ミラーの製造には非常に長い期間および多大なコストを要する。
　本開示はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、Ｘ線ミラーの反射面の形状を精密に調整する技術を提供することにある。
　本開示のある態様の形状可変ミラーは、第１面と、第１面とは反対側の第２面とを有し、圧電材料からなる第１基板と、第１面に設けられ、Ｘ線が斜入射する反射面を有する反射電極と、第２面において所定方向に間隔をあけて並べられる複数の制御電極と、反射電極と複数の制御電極の間に電圧を印加する電源と、を備える。
　本開示の別の態様は、Ｘ線装置である。Ｘ線装置は、本開示のある態様の形状可変ミラーを含むＸ線光学系と、Ｘ線光学系から出射するＸ線を検出するＸ線検出部と、を備える。
　本開示のさらに別の態様は、Ｘ線装置である。Ｘ線装置は、本開示のある態様の形状可変ミラーを含むＸ線光学系と、Ｘ線光学系から出射するＸ線が照射される試料を保持する試料保持部と、を備える。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。
　本開示によれば、Ｘ線ミラーの反射面を精密に調整できる。
実施の形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す上面図である。 形状可変ミラーの反射面の変形量の一例を示すグラフである。 形状可変ミラーの印加電圧と変形量の関係性の一例を示すグラフである。 変形例に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 変形例に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 形状可変ミラーの支持方法を概略的に示す側面図である。 形状可変ミラーの時間安定性を示すグラフである。 図９（ａ）～（ｂ）は、形状可変ミラーの印加電圧と変形量の関係性の一例を示すグラフである。 形状可変ミラーの反射面の形状誤差の一例を示すグラフである。 実施の形態に係るＸ線顕微鏡の構成を概略的に示す斜視図である。
　本開示を詳述する前に概要を説明する。本開示は、Ｘ線を反射させるＸ線ミラーに関し、圧電材料を用いて反射面の形状を可変制御する形状可変ミラーに関する。Ｘ線を集光または結像させるためのＸ線光学系は、反射面が凹面または凸面となる曲面ミラーを用いる。Ｘ線光学系にて要求される反射面の形状精度は１ｎｍ（ＰＶ（Peak-to-Valley）で２ｎｍ）程度であり、最先端の超精密加工技術を適用してもその実現は容易ではない。本開示では、加工のみで１ｎｍの形状精度を実現するのではなく、例えば、２ｎｍ～５ｎｍ（ＰＶで４ｎｍ～１０ｎｍ）の形状精度で仕上げた反射面の形状を可変制御し、加工と変形の組み合わせによって１ｎｍの形状精度を実現することを目的とする。本開示によれば、反射面の加工精度を下げることができるため、曲面ミラーの製造にかかる期間およびコストを低減できる。
　本開示では、Ｘ線ミラーに圧電素子を貼り付けるのではなく、圧電材料の表面自体を反射面として利用することにより、構造を単純化するとともに、反射面の形状をより精密に制御可能にする。また、反射面に垂直な方向に圧電材料を変形させることで、空間周波数のより高い形状制御を可能にする。本開示の一例では、反射面を変形させるための圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料ではなく、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）などの圧電単結晶材料を用いる。圧電単結晶材料を用いることにより、印加電圧に対して変形量を線形的に変化させることができ、変形量の安定的な制御が可能になる。
　以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。
　図１は、実施の形態に係る形状可変ミラー１０の構成を概略的に示す断面図である。形状可変ミラー１０は、Ｘ線４０が斜入射する反射面１２を有し、反射面１２の形状が可変となるよう構成される。反射面１２の表面粗さ（Ｒｍｓ）は極めて小さく、例えば０．５ｎｍ以下であり、好ましくは０．２ｎｍ以下である。また、Ｘ線４０の光軸と反射面１２の間の角度θは非常に小さく、例えば１～１０ミリラジアン（ｍｒａｄ）程度である。反射面１２の表面粗さを小さくし、Ｘ線４０が入射する角度θを小さくすることで、Ｘ線４０を８０％～９０％程度の高効率で反射できる。
　形状可変ミラー１０は、第１基板１４と、第２基板１６と、反射電極１８と、複数の制御電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ（総称して制御電極２０ともいう）と、電源２２とを備える。
　図１において、形状可変ミラー１０にて入反射するＸ線４０の入射光軸と反射光軸の双方に直交する方向をｘ方向としている。また、第１基板１４および第２基板１６の厚み方向をｚ方向とし、ｘ方向およびｚ方向の双方に直交する方向をｙ方向としている。なお、図示される座標軸は、説明の理解を助けるために設定されるものであり、形状可変ミラー１０の使用時の向きを限定するものではない。
　第１基板１４は、圧電材料からなり、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）などの圧電単結晶材料からなる。第１基板１４は、第１面２４と、第１面２４とは反対側の第２面２６とを有する。第１面２４には反射電極１８が設けられ、第２面２６には複数の制御電極２０ａ～２０ｈが設けられる。第１基板１４は、反射電極１８と複数の制御電極２０ａ～２０ｈの間に印加される電圧に応じて変形する。第１基板１４は、厚み方向（ｚ方向）に印加される電圧に応じて厚み方向（ｚ方向）に伸縮し、第２面２６から第１面２４までの厚さ（高さ）が変化するように構成される。第１基板１４として、例えば、３６度Ｙ－カットＬＮ基板を用いることができる。第１基板１４の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
　第１面２４は、反射面１２と同等の形状精度および表面粗さを有するように構成される。第１面２４の形状精度（ＰＶ）は、例えば、１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１面２４の表面粗さ（Ｒｍｓ）は、例えば、０．５ｎｍ以下であり、好ましくは０．０５ｎｍ以上０．２ｎｍ以下である。第１面２４の形状精度および表面粗さは、切削や機械研磨等による粗加工の後、ＥＥＭ（Elastic Emission Machining）等の公知の精密加工を施すことにより実現できる。第１面２４の形状は、Ｘ線を用いたペンシルビーム法や可視光干渉計、Ｘ線干渉計、オートコリメータなどにより計測できる。第１面２４は、例えば、円弧状、楕円状、双曲線状または放物線状の凸曲面または凹曲面であり、一方向（例えば、ｙ方向）のみに曲率を有する。図１の例において、第１面２４は凹曲面である。なお、第１面２４は、平坦面であってもよいし、二方向（例えばｘ方向およびｙ方向）に曲率を有する曲面であってもよい。第２面２６は、例えば、研磨された平坦面である。
　第２基板１６は、第１基板１４を支持するための部材である。第２基板１６は、第３面２８と、第３面２８とは反対側の第４面３０とを有する。第３面２８および第４面３０は、例えば、研磨された平坦面である。第３面２８は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈと接合し、複数の制御電極２０ａ～２０ｈを介して第１基板１４と固定される。第４面３０は、形状可変ミラー１０を位置決めするための治具などに固定される。第２基板１６の材料は特に限定されないが、例えば、シリコン、水晶、サファイアなどの単結晶材料を用いることができる。第２基板１６の材料は、第１基板１４と同一の圧電材料であってもよく、第１基板１４と同一の圧電単結晶材料であってもよい。第１基板１４と第２基板１６の材料を同一にすることにより、材料の違いによる熱膨張率差に起因した反射面１２の変形を抑制できる。なお、第１基板１４の厚みが大きく、例えば、第１基板１４が５ｍｍ以上の厚みを有する場合、形状可変ミラー１０は、第２基板１６を備えなくてよい。
　反射電極１８は、第１面２４に設けられ、Ｘ線４０が斜入射する反射面１２を有する。反射電極１８は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有し、好ましくは３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の厚さを有する。反射電極１８は、例えば、第１面２４の全体を被覆し、第１面２４の全体にわたって均一な厚みを有するように設けられる。反射電極１８が均一な厚みを有することにより、反射面１２は、第１面２４に対応した形状を有し、第１面２４と同等の形状精度および表面粗さを有する。反射電極１８の材料として、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。反射電極１８は、単一材料の金属薄膜で構成されてもよいし、材料の異なる複数の金属薄膜の積層体として構成されてもよい。反射電極１８は、例えば、第１面２４と接触するＣｒやＴｉなどの接着層と、接着層上に形成されるＲｈ，Ｐｔ，Ａｕなどの反射層とを有してもよい。反射電極１８は、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成できる。
　反射面１２は、全反射現象に基づいた全反射ミラーとして機能するよう構成されてもよいし、ブラッグ反射を利用する多層膜ミラーとして構成されてもよい。反射面１２を多層膜ミラーとする場合、反射電極１８は、重元素からなる複数の第１層と、軽元素からなる複数の第２層とを交互に周期的に積層させた多層膜を含んでもよい。第１層を構成する重元素としてモリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などを用いることができ、第２層を構成する軽元素としてベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）などを用いることができる。多層膜の積層数は、例えば、１０～１００程度である。第１層および第２層のそれぞれの厚さは、１ｎｍ～１０ｎｍ程度である。反射電極１８は、いわゆる多層膜スーパーミラーとして構成されてもよく、多層膜の周期長（第１層と第２層の厚さの合計）が深さ方向に変化するよう構成されてもよい。つまり、多層膜の反射層を構成する複数の第１層のそれぞれの厚さおよび複数の第２層のそれぞれの厚さの少なくとも一方は、厚さ方向の位置に応じて異なってもよい。
　反射電極１８は、導電性を有する材料を含み、導電性の高い材料を含むことが好ましい。反射電極１８が単一材料の金属薄膜で構成される場合、反射電極１８を構成する金属材料によって導電性を持たせることができる。反射電極１８が多層膜ミラーとして構成される場合、導電性を有する第１層（例えば、Ｗ）と第２層（例えば、Ｃ）を組み合わせることにより、多層膜ミラーに高い導電性を持たせることができる。なお、多層膜ミラーが導電性の低い材料で構成される場合、例えば、第１層が炭化タングステン（ＷＣ）であり、第２層が炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）である場合、第１基板１４の第１面２４と多層膜ミラーの間の接着層として、Ｃｒなどの導電性の高い金属材料を用いることで、反射電極１８に導電性を持たせることができる。つまり、接着層の導電性は、反射層の導電性より高くてもよい。なお、反射層の導電性が高い場合には、接着層の導電性は、反射層の導電性より低くてもよい。つまり、反射層の導電性は、接着層の導電性より高くてもよい。
　制御電極２０は、第１基板１４と第２基板１６の間に設けられ、第２面２６および第３面２８と接合する。複数の制御電極２０ａ～２０ｈは、所定方向（例えば、ｙ方向）に間隔をあけて並べられる。複数の制御電極２０ａ～２０ｈの所定方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗは、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。複数の制御電極２０ａ～２０ｈの所定方向（例えば、ｙ方向）の間隔ｄは、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。複数の制御電極２０ａ～２０ｈの所定方向（例えば、ｙ方向）のピッチｐ（幅ｗと間隔ｄの合計）は、例えば、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
　複数の制御電極２０ａ～２０ｈは、例えば、所定方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗ、間隔ｄおよびピッチｐが一定となるように構成される。複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれの幅ｗ、間隔ｄおよびピッチｐの少なくとも一つは、互いに異なるように構成されてもよい。例えば、反射面１２に斜入射するＸ線４０の角度θが所定方向（例えば、ｙ方向）の場所に応じて異なる場合、Ｘ線４０から見たときの実効的なピッチｐ×θが一定となるように、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのピッチｐを互いに異ならせてもよい。
　制御電極２０は、金属材料からなり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。制御電極２０は、例えば、蒸着法やスパッタリング法を用いて、第２面２６に第１金属膜を形成し、第３面２８に第２金属膜を形成した後、第１金属膜と第２金属膜を接合することにより形成できる。第１金属膜と第２金属膜の接合方法は特に問わず、任意の金属接合技術を用いることができる。一例として、常温接合や拡散接合といった固相接合技術を用いることができる。その他、導電性接着剤や金属ナノ粒子などのバインダー材料を用いて、第１金属膜と第２金属膜の間を接合してもよい。制御電極２０の厚みは、特に限られないが、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
　電源２２は、反射電極１８と制御電極２０の間に直流電圧を印加する。図１では、図面の煩雑化を防ぐため、電源２２が一つの制御電極２０ａのみに接続されているが、電源２２は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれと接続される。電源２２は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれに印加する電圧を独立して制御するように構成される。電源２２は、例えば－１ｋＶから＋１ｋＶの範囲で可変となる直流電圧を印加する。電源２２は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれの印加電圧を個別に可変制御することにより、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれに対応する位置における第１基板１４の変形量を制御し、反射面１２の形状を可変制御する。
　図２は、実施の形態に係る形状可変ミラー１０の構成を概略的に示す平面図である。図１は、図２のＡ－Ａ線断面に対応する。第１基板１４および第２基板１６は、ｙ方向に長く、ｘ方向に短い矩形状の外形を有する。第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１は、斜入射するＸ線４０のビームサイズより大きく、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。第１基板１４のｙ方向の長さＬｙは、斜入射するＸ線４０のビームサイズや角度θに応じて決められ、例えば２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、例えば５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。
　第２基板１６のｘ方向の長さＬｘ２は、第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１よりも大きく、例えば１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。第２基板１６のｘ方向の長さＬｘ２を第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１より大きくすることにより、第２基板１６の第３面２８に設けられる制御電極２０を露出させ、電源２２と制御電極２０の間の接続を容易にできる。第２基板１６のｙ方向の長さは、第１基板１４のｙ方向の長さＬｙと同じである。第２基板１６のｙ方向の長さは、第１基板１４のｙ方向の長さＬｙより大きくてもよいし、小さくてもよい。
　複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれは、第３面２８上において帯状にｘ方向に延びるように形成されている。複数の制御電極２０ａ～２０ｈのｘ方向の長さは、第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１よりも大きく、例えば第２基板１６のｘ方向の長さＬｘ２と同じである。複数の制御電極２０ａ～２０ｈのｘ方向の長さは、第２基板１６のｘ方向の長さＬｘ２より小さくてもよい。
　複数の制御電極２０ａ～２０ｈのそれぞれは、図２において第１基板１４の中央部に破線で示される接合領域３２にて第１基板１４と接合する。接合領域３２のｘ方向の長さＬｘ３は、第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１よりも小さい。接合領域３２のｘ方向の長さＬｘ３は、斜入射するＸ線４０のｘ方向のビームサイズより大きく、例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、例えば５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。接合領域３２のｘ方向の長さＬｘ３は、第１基板１４のｘ方向の長さＬｘ１と同じであってもよい。
　図３は、形状可変ミラー１０の反射面１２の変形量の一例を示すグラフである。図３は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈに電圧を印加していないときの反射面１２の高さを基準とし、複数の制御電極２０ａ～２０ｈの印加電圧を１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖおよび５００Ｖとした場合の反射面１２の変形量を示す。複数の制御電極２０ａ～２０ｈの印加電圧は、所定方向（例えば、ｙ方向）に正負を交互に入れ替えており、奇数番目の制御電極２０ａ，２０ｃ，２０ｅ，２０ｇに正電圧を印加し、偶数番目の制御電圧２０ｂ，２０ｄ，２０ｆ，２０ｈに負電圧を印加している。グラフの縦軸は、厚み方向（ｚ方向）の変形量［ｎｍ］であり、グラフの横軸は、所定方向（ｙ方向）の位置［ｍｍ］である。図３の実施例では、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのｙ方向の幅ｗを２ｍｍとし、間隔ｄを１ｍｍにしている。
　図３に示されるように、変形後の反射面１２の凸部と凹部が約３ｍｍごとに生じており、３ｍｍピッチで配置される複数の制御電極２０ａ～２０ｈの位置に対応するように反射面１２を変形できていることが分かる。図３の例によれば、６ｍｍの空間周波数で反射面１２を変形できる。圧電素子としてＰＺＴを使用し、反射面に沿った方向に圧電素子を変形させる従来の形状可変ミラーでは、２０～３０ｍｍの空間周波数が限界であった。したがって、本実施の形態によれば、従来に比べて空間周波数のより高い形状制御が可能である。なお、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのピッチｐを３ｍｍよりも小さくし、１．５ｍｍ（例えば、幅ｗが１ｍｍ、間隔ｄが０．５ｍｍ）にすれば、３ｍｍの空間周波数で反射面１２を変形できる。
　なお、隣接する二つの制御電極２０（例えば制御電極２０ａ，２０ｂ）のそれぞれに±５００Ｖを印加した場合の凸部と凹部の高低差は２０ｎｍ程度であり、圧電材料としてＰＺＴを使用する場合に比べて変形量の最大値は小さい。しかしながら、５ｎｍ程度の形状誤差（ＰＶで１０ｎｍ程度）を補正するには十分な変形量である。
　図４は、形状可変ミラー１０の印加電圧と変形量の関係性の一例を示すグラフである。図４に示されるように、印加電圧と変形量の間には高い線形性がある。また、ＰＺＴなどの圧電セラミック材料に存在するようなヒステリシスが見られず、印加電圧を固定しているにも拘わらず時間経過とともに変形量が変化してしまうドリフトも見られない。したがって、本実施の形態に係る形状可変ミラー１０によれば、印加電圧に応じて変形量を一意に決めることができ、反射面１２の形状を安定的に高い再現性で制御できる。
　本実施の形態によれば、Ｘ線４０を反射面１２に照射しながら反射面１２の形状を可変制御できるため、形状可変ミラー１０が組み込まれるＸ線光学系において最適となるように反射面１２の形状を事後的に調整できる。例えば、Ｘ線を用いるペンシルビーム法により反射面１２の形状を計測することで、形状可変ミラー１０をＸ線光学系に組み込んだ状態において、反射面１２の形状の計測および調整をその場で精密に実行できる。
　図５は、変形例に係る形状可変ミラー１０Ａの構成を概略的に示す断面図である。本変形例では、第２基板１６が圧電材料からなり、第２基板１６の第４面３０に裏面電極３４が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。本変形例では、第２基板１６を印加電圧に応じて変形可能とし、第２基板１６を第１基板１４と同様に変形させることにより、第１基板１４と第２基板１６の変形量の違いに起因した反射面１２の意図しない湾曲を抑制する。本変形例について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。
　形状可変ミラー１０Ａは、第１基板１４と、第２基板１６と、反射電極１８と、複数の制御電極２０ａ～２０ｈと、電源２２Ａと、裏面電極３４とを備える。
　裏面電極３４は、第２基板１６の第４面３０に設けられる。裏面電極３４は、例えば、第４面３０の全体を被覆するように設けられる。裏面電極３４は、金属材料からなり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。裏面電極３４は、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成できる。裏面電極３４の厚みは、特に限られないが、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
　電源２２Ａは、反射電極１８と制御電極２０の間に直流電圧を印加するとともに、裏面電極３４と制御電極２０の間に直流電圧を印加する。図５の例では、反射電極１８と裏面電極３４の電位が共通となるように電源２２Ａが接続されている。なお、さらなる変形例では、反射電極１８と制御電極２０の間に直流電圧を印加する第１電源とは別に、裏面電極３４と制御電極２０の間に直流電圧を印加する第２電源を用いてもよい。つまり、反射電極１８と制御電極２０の間の第１印加電圧と、裏面電極３４と制御電極２０の間の第２印加電圧とを個別に制御可能であってもよい。
　図５の例では、第１基板１４に印加される電界の方向と、第２基板１６に印加される電界の方向が上下逆となる。例えば、制御電極２０に正電圧を印加した場合、第１基板１４には第２面２６から第１面２４に向かう電界が印加され、第２基板１６には第３面２８から第４面３０に向かう電界が印加される。第２基板１６は、第１基板１４とは分極方向が上下逆となるように配置される。第１基板１４と第２基板１６の分極方向を上下逆にすることにより、第１基板１４および第２基板１６に上下逆向きの電界が印加された場合における変形方向を同じにできる。
　本変形例によれば、制御電極２０を中心として形状可変ミラー１０Ａの構造を厚み方向（例えばｚ方向）に対称にできるため、温度変化による反射面１２の変形をより好適に抑制できる。また、電圧印加時における第１基板１４および第２基板１６のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の変形量を同じにできる。その結果、第１基板１４の変形量と第２基板１６の変形量との間に差があることでバイメタルのように形状可変ミラー１０Ａが湾曲することを抑制できる。本変形例によれば、反射面１２の形状をより安定的により高い再現性で制御できる。
　図６は、変形例に係る形状可変ミラー１０Ｂの構成を概略的に示す断面図である。本変形例は、図１に示す形状可変ミラー１０から第２基板１６を除去したものである。形状可変ミラー１０Ｂは、第１基板１４と、反射電極１８と、複数の制御電極２０ａ～２０ｈと、電源２２とを備える。第１基板１４、反射電極１８、複数の制御電極２０ａ～２０ｈおよび電源２２は、上述の実施の形態と同様に構成される。
　図７は、形状可変ミラー１０Ｂの支持方法を概略的に示す側面図である。形状可変ミラー１０Ｂは、形状可変ミラー１０Ｂと点接触する三つの支持体５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いた３点支持によって保持できる。複数の支持体５０ａ～５０ｃのそれぞれの先端には、支持球体５２ａ，５２ｂ，５２ｃが設けられており、支持球体５２ａ～５２ｃのそれぞれが形状可変ミラー１０Ｂと点接触する。複数の支持体５０ａ～５０ｃを用いて形状可変ミラー１０Ｂを３点で点接触により支持することで、点接触による形状可変ミラー１０Ｂの変形を有限要素法などのシミュレーションによって高精度に予測できる。また、シミュレーションに基づく形状可変ミラー１０Ｂの変形が所望の形状となるように、複数の支持体５０ａ～５０ｃが接触する３点を選択できる。
　図７の例では、反射面１２が鉛直方向の上方に向けられており、複数の支持体５０ａ～５０ｃは、第１基板１４の第２面２６または制御電極２０と接触して形状可変ミラー１０Ｂを支持する。なお、反射面１２が鉛直方向の下方に向けられる場合、つまり、図７とは上下が逆になる場合、複数の支持体５０ａ～５０ｃは、反射面１２に接触して形状可変ミラー１０Ｂを支持することができる。また、反射面１２が側方に向けられる場合、複数の支持体５０ａ～５０ｃは、第１基板１４の側面に接触して形状可変ミラー１０Ｂを支持することができる。なお、複数の支持体５０ａ～５０ｃを用いた支持方法は、図１または図５に示される形状可変ミラー１０，１０Ａにも適用可能である。
　図８は、形状可変ミラー１０Ｂの時間安定性を示すグラフである。図８は、複数の制御電極２０ａ～２０ｈのいずれか一つに５００Ｖの電圧を印加した形状可変ミラー１０Ｂにて反射されたＸ線４０の波面形状を示す。斜入射するＸ線４０のエネルギーは１４．５ｋｅＶであり、楕円凹面ミラーと双曲凸面ミラーを組み合わせたWolter３型ミラーにおける楕円凹面ミラーに形状可変ミラー１０Ｂを用いた。グラフＡは、電圧印加から１時間後を示し、グラフＢは、電圧印加から４時間後を示し、グラフＣは、電圧印加から７時間後を示す。図８に示されるように、形状可変ミラー１０Ｂの反射面の形状の時間変化は極めて小さく、計測期間内における波面の時間変化量は約０．０３ｒａｄであり、これは０．５Åの形状変化に相当する。したがって、形状可変ミラー１０Ｂを使用する長時間にわたって、形状可変ミラー１０Ｂの形状を精密に安定的に制御することができる。
　図９（ａ）～（ｂ）は、形状可変ミラー１０Ｂの印加電圧と変形量の関係性の一例を示すグラフである。図９（ａ）は、印加電圧に対する反射面１２の変形量を示し、反射面１２の変形量が線形的に変化することが分かる。図９（ｂ）は、印加電圧を変化させたときの反射面１２の変形量のヒステリシス性を示し、図９（ａ）のプロットと近似直線の差分を示す。図９（ｂ）に示されるように、反射面１２の変形量のヒステリシス性は極めて小さく、反射面１２の変形量の数％程度しか存在しない。そのため、ヒステリシス性をほとんど気にすることなく、形状可変ミラー１０Ｂの形状を精密に簡便に制御することができる。
　図１０は、形状可変ミラー１０Ｂの反射面の形状誤差の一例を示すグラフである。グラフＤは、複数の制御電極２０ａ～２０ｈに電圧を印加していない補正前の形状誤差であり、±２ｎｍ程度（ＰＶで４ｎｍ程度）の形状精度を示す。グラフＥは、複数の制御電極２０ａ～２０ｈに電圧を印加した補正後の形状誤差を示し、±０．５ｎｍ程度（ＰＶで１ｎｍ程度）の形状精度を実現できている。Ｘ線４０のエネルギーが１４．５ｋｅＶであり、Ｘ線４０の斜入射角θが約４ｍｒａｄである場合、反射面１２に要求される形状精度は、Ｒｍｓで０．７６ｎｍ以下である。グラフＥで示される補正後の形状精度は、Ｒｍｓで０．２４ｎｍであることから、要求精度を十分に達成できている。本実施の形態によれば、Ｘ線４０の回折限界を超える精度での波面補正を実現することができ、例えば、Ｘ線４０のエネルギーが４５ｋｅＶであっても回折限界を達成できる。
　図１１は、実施の形態に係るＸ線顕微鏡６０の構成を概略的に示す斜視図である。Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線を利用するＸ線装置の一例であり、いわゆる結像型（イメージング型）の顕微鏡構成を有する。Ｘ線顕微鏡６０は、照明光学系６２と、試料保持部６４と、結像光学系６６と、Ｘ線検出部６８とを備える。Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線源９０にて生成されるＸ線９２を試料８８に照射し、試料８８を透過したＸ線９６の拡大像をＸ線検出部６８にて検出するよう構成される。
　Ｘ線源９０は、試料８８を観察するためのＸ線９２を生成する。Ｘ線源９０の種類は特に限定されず、Ｘ線管、Ｓｐｒｉｎｇ－８等の大型放射光施設、Ｘ線自由電子レーザなどを用いることができる。Ｘ線源としてＸ線管などの小型の装置を用いる場合、Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線源９０を備えてもよい。一方、Ｘ線源９０として放射光施設などの大型の装置を用いる場合、Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線源９０を備えなくてもよい。Ｘ線源９０は、例えば、２ｋｅＶ以上の硬Ｘ線を出力するよう構成される。Ｘ線源９０は、特定の波長に単色化された単色Ｘ線を生成してもよいし、様々な波長成分を含む連続Ｘ線（白色Ｘ線）を生成してもよい。
　照明光学系６２は、Ｘ線源９０と試料保持部６４の間に配置される。照明光学系６２は、Ｘ線源９０からのＸ線９２を試料保持部６４に集光させるよう構成される。照明光学系６２は、いわゆるＫＢ（Kirkpatrick-Baez）ミラーにより構成され、水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２を含む。水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２は、それぞれの反射面の法線方向が直交するように配置される。水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の反射面は、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する楕円の凹曲面で構成される。照明光学系６２は、後述する結像光学系６６と同様、四つの曲面ミラーによって構成されてもよい。
　試料保持部６４は、照明光学系６２から出射するＸ線９４が照射される試料８８を保持する。試料保持部６４は、観察対象となる試料８８をＸ線９４の光路上に保持する。試料保持部６４の構成は特に限定されず、試料８８の特性に応じて、試料８８の位置を固定するための任意の構成を用いることができる。試料保持部６４は、例えば、Ｘ線９４の光路に対して試料８８の位置を調整するためのステージ装置を含む。
　結像光学系６６は、試料保持部６４とＸ線検出部６８の間に配置される。結像光学系６６は、試料保持部６４からのＸ線９６をＸ線検出部６８に結像させるよう構成される。結像光学系６６は、いわゆるＡＫＢ（Advanced Kirkpatrick-Baez）ミラー光学系であり、四つの曲面ミラー７４，７６，７８，８０を含む。結像光学系６６は、例えば、１００倍～１，０００倍程度の像倍率を実現するように構成される。
　結像光学系６６は、例えば、双曲凹面ミラーと楕円凹面ミラーを組み合わせたWolter１型ミラーとして構成することができる。この場合、第１曲面ミラー７４は、水平双曲凹面ミラーであり、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する双曲線の凹曲面で構成される反射面を有する。第２曲面ミラー７６は、垂直双曲凹面ミラーであり、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する双曲線の凹曲面で構成される反射面を有する。第３曲面ミラー７８は、水平楕円凹面ミラーであり、例えば、Ｘ線検出部６８の位置に第１焦点を有し、第１曲面ミラー７４と共有する第２焦点を有する楕円の凹曲面で構成される反射面を有する。第４曲面ミラー８０は、垂直楕円凹面ミラーであり、例えば、Ｘ線検出部６８の位置に第１焦点を有し、第２曲面ミラー７６と共有する第２焦点を有する楕円の凹曲面で構成される反射面を有する。
　図１１の例では、試料保持部６４からＸ線検出部６８に向けて、水平双曲凹面ミラー、垂直双曲凹面ミラー、水平楕円凹面ミラー、垂直楕円凹面ミラーの順に四つの曲面ミラー７４～８０ミラーを配置しているが、配置順序はこれに限られない。例えば、水平双曲凹面ミラーの次に水平楕円凹面ミラーを配置してもよいし、垂直双曲凹面ミラーの次に垂直楕円凹面ミラーを配置してもよい。また、結像光学系６６を楕円凹面ミラーと双曲凸面ミラーを組み合わせたWolter３型ミラーとして構成することもできる。この場合、第１曲面ミラー７４を水平楕円凹面ミラーとし、第２曲面ミラー７６を垂直楕円凹面ミラーとし、第３曲面ミラー７８を水平双曲凸面ミラーとし、第４曲面ミラー８０を垂直双曲凸面ミラーとすることができる。
　Ｘ線検出部６８は、結像光学系６６から出射するＸ線９８を検出する。Ｘ線検出部６８は、例えば、Ｘ線９８の二次元像を検出するＸ線カメラである。Ｘ線検出部６８の構成は特に限定されないが、例えば、直接変換型または間接変換型のイメージセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）を用いることができる。Ｘ線検出部６８は、解像度をより高めるため、シンチレータにて変換された可視光像を拡大するためのレンズ等の光学素子と、拡大された可視光像を画像化するイメージセンサとを含んでもよい。
　照明光学系６２および結像光学系６６の少なくとも一方は、上述の実施の形態または変形例に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを含む。照明光学系６２を構成する水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の少なくとも一つは、形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂにより構成されてもよい。形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂは、水平凹面ミラー７０のみに適用されてもよいし、垂直凹面ミラー７２のみに適用されてもよいし、水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の双方に適用されてもよい。また、結像光学系６６を構成する四つの曲面ミラー７４～８０の少なくとも一つは、形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂにより構成されてもよい。形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂは、四つの曲面ミラー７４～８０のうちのいずれか一つ、二つまたは三つに適用されてもよいし、これらの全てに適用されてもよい。照明光学系６２および結像光学系６６の少なくとも一方に形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを用いることにより、ミラー製造に要する期間およびコストを低減しつつ、Ｘ線光学系の特性を向上できる。
　本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂは、より高い精度が必要とされる結像光学系６６に適用することが好ましい。特に、試料保持部６４の近くに配置され、結像光学系６６の対物レンズとなる水平曲面ミラーおよび垂直曲面ミラーのそれぞれに形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを適用することが好ましい。図１１の構成であれば、水平双曲凹面ミラーである第１曲面ミラー７４および垂直双曲凹面ミラーである第２曲面ミラー７６の一方、または、双方に適用することが好ましい。結像光学系６６の分解能を上げるためには、結像光学系６６の開口数を大きくする必要があり、開口数を決める対物レンズの形状精度が重要となる。Ｘ線光学系の対物レンズとなる曲面ミラーに形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを適用することで、Ｘ線顕微鏡６０の性能をより効果的に向上できる。
　Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線源９０と照明光学系６２の間に配置されるＸ線分光器（不図示）をさらに備えてもよい。Ｘ線分光器は、Ｘ線源９０からのＸ線９２を単色化するよう構成される。Ｘ線分光器は、二結晶モノクロメータなどの結晶分光器であってもよく、結晶角度を変化させることにより、Ｘ線波長が可変となるよう構成されてもよい。Ｘ線顕微鏡６０は、Ｘ線波長を可変にすることにより、ＸＡＦＳ（X-ray Absorption Fine Structure）イメージングを提供できる。Ｘ線顕微鏡６０は、色収差の少ないＸ線光学系により構成されるため、単純にＸ線波長を変化させるのみで高分解能（例えば５０ｎｍ以下）のＸＡＦＳイメージを提供できる。
　本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂは、任意のＸ線装置に適用することができ、特に、Ｘ線装置が備える集光光学系や結像光学系といったＸ線光学系に適用することができる。Ｘ線装置の一例として、図１１に例示した結像型Ｘ線顕微鏡の他に、走査型Ｘ線顕微鏡やＸ線望遠鏡を挙げることができる。
　走査型Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線を試料保持部に集光させる集光光学系を備え、集光光学系を構成するＸ線ミラーの少なくとも一つが本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂであってもよい。走査型Ｘ線顕微鏡の場合、集光光学系によって集光されるＸ線のビームサイズによって分解能が決まる。本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを用いることで、集光光学系の特性を向上させ、走査型Ｘ線顕微鏡の分解能の向上を図ることができる。走査型Ｘ線顕微鏡の集光光学系として、図１１の照明光学系６２と同様の水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２を用いることができ、その少なくとも一方に本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを用いることができる。走査型Ｘ線顕微鏡の集光光学系として、四つの曲面ミラーを含むＡＫＢミラー光学系を用いることもでき、四つの曲面ミラーの少なくとも一つに本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを用いることができる。
　Ｘ線望遠鏡は、観測対象となる天体からのＸ線をＸ線検出部に結像させる結像光学系を備え、結像光学系を構成するＸ線ミラーの少なくとも一つが本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂであってもよい。Ｘ線望遠鏡の結像光学系として、例えば、図１１の結像光学系６６と同様のＡＫＢミラー光学系を用いることができる。図１１の試料８８を観測対象の天体とみなした場合、第１曲面ミラー７４および第２曲面ミラー７６を放物凹面ミラーとし、第３曲面ミラー７８および第４曲面ミラー８０を双曲凹面ミラーとしたWolter１型の結像光学系を用いることができる。その他、第１曲面ミラー７４および第２曲面ミラー７６を放物凸面ミラーとし、第３曲面ミラー７８および第４曲面ミラー８０を楕円凹面ミラーとしたWolter３型の結像光学系を用いることができる。これらの場合において、四つの曲面ミラーの少なくとも一つに本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂを用いることができる。
　本開示に係る形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂは、任意のＸ線装置における波面補償光学素子として用いられてもよい。波面補償光学素子として用いる場合、実質的に平坦面である反射面１２をわずかに変形させ、例えば、斜入射するＸ線４０の波面収差とは逆の形状にすることにより、入射するＸ線４０の波面収差を補償する。形状可変ミラー１０，１０Ａまたは１０Ｂによって波面収差が補償されたＸ線は、レンズやミラーなどのＸ線光学素子によってさらに加工されてもよいし、試料保持部に保持される試料に照射されてもよいし、Ｘ線検出部により検出されてもよい。
　以上、本開示を実施の形態にもとづいて説明した。本開示は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
　本開示によれば、Ｘ線ミラーの反射面を精密に調整できる。
　１０…形状可変ミラー、１２…反射面、１４…第１基板、１６…第２基板、１８…反射電極、２０…制御電極、２２…電源、２４…第１面、２６…第２面、２８…第３面、３０…第４面、４０…Ｘ線。

Claims (20)

  1. 　第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、圧電材料からなる第１基板と、
    　前記第１面に設けられ、Ｘ線が斜入射する反射面を有する反射電極と、
    　前記第２面において所定方向に間隔をあけて並べられる複数の制御電極と、
    　前記反射電極と前記複数の制御電極の間に電圧を印加する電源と、を備える形状可変ミラー。
  2. 　前記圧電材料は、圧電単結晶材料である、請求項１に記載の形状可変ミラー。
  3. 　前記圧電単結晶材料は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）またはタンタル酸リチウム（ＬＴ）である、請求項２に記載の形状可変ミラー。
  4. 　前記反射電極は、金属材料から構成される反射層を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  5. 　前記反射層は、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を備える群から選択される少なくとも一つを含む、請求項４に記載の形状可変ミラー。
  6. 　前記反射層は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項４または５のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  7. 　前記反射電極は、第１材料から構成される複数の第１層と、前記第１材料とは異なる第２材料から複数の第２層とを交互に積層させた多層膜から構成される反射層を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  8. 　前記第１材料は、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）および白金（Ｐｔ）を備える群から選択される少なくとも一つを含み、
    　前記第２材料は、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）およびシリコン（Ｓｉ）を備える群から選択される少なくとも一つを含む、請求項７に記載の形状可変ミラー。
  9. 　前記複数の第１層のそれぞれは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有し、
    　前記複数の第２層のそれぞれは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項７または８に記載の形状可変ミラー。
  10. 　前記複数の第１層のそれぞれの厚さおよび前記複数の第２層のそれぞれの厚さの少なくとも一方は、厚さ方向の位置に応じて異なる、請求項７から９のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  11. 　前記反射層は、前記第１面と接触する、請求項４から１０のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  12. 　前記反射電極は、前記第１面と前記反射層の間に設けられる接着層をさらに備える、請求項４から１０のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  13. 　前記接着層の導電性は、前記反射層の導電性よりも高い、請求項１２に記載の形状可変ミラー。
  14. 　前記反射層の導電性は、前記接着層の導電性よりも高い、請求項１２に記載の形状可変ミラー。
  15. 　前記複数の制御電極と接合する第３面を有する第２基板をさらに備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  16. 　前記第２基板は、前記第１基板と同じ圧電材料からなる、請求項１５に記載の形状可変ミラー。
  17. 　前記第２基板は、前記第３面とは反対側の第４面を有し、
    　前記第４面に設けられる裏面電極をさらに備え、
    　前記電源は、前記裏面電極と前記複数の制御電極の間に電圧を印加する、請求項１６に記載の形状可変ミラー。
  18. 　前記反射面は、少なくとも前記所定方向に曲率を有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の形状可変ミラー。
  19. 　請求項１から１８のいずれか一項に記載の形状可変ミラーを含むＸ線光学系と、
    　前記Ｘ線光学系から出射するＸ線を検出するＸ線検出部と、を備えるＸ線装置。
  20. 　請求項１から１８のいずれか一項に記載の形状可変ミラーを含むＸ線光学系と、
    　前記Ｘ線光学系から出射するＸ線が照射される試料を保持する試料保持部と、を備えるＸ線装置。
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