(57)【要約】【課題】Ｘ線のみならずガンマ線を制御することができる光学装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を放出する電子線放出手段１１と、電子線放出手段から放出される電子線によって表面２１に干渉縞Ｓ１が形成され、当該干渉縞によってガンマ線Ｇを制御する基板２０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電子線を放出する電子線放出手段と、
前記電子線放出手段から放出される前記電子線によって表面に干渉縞が形成され、当該干渉縞によってＸ線またはガンマ線を制御する基板と、を有する光学装置。
【請求項２】
前記干渉縞の間隔はガンマ線Ｇの波長より小さく、前記基板はミラーとして機能する請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記干渉縞の間隔はガンマ線Ｇの波長と同程度であって、前記基板は回折格子として機能する請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記干渉縞の間隔を調整可能な調整手段をさらに有する請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記電子線の径方向に電子線エネルギー勾配を形成可能な勾配形成手段である請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記調整手段は、前記電子線の前記基板に対する入射角を変更可能な変更手段である請求項４に記載の光学装置。
【請求項７】
前記電子線放出手段から放出される前記電子線は３つ以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記電子線放出手段は、１つの電子線を出射する電子銃と、前記電子銃から出射される前記１つの電子線を少なくとも２つに分ける電子線スプリッタと、を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線またはガンマ線を制御する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線やガンマ線は強い透過性を有し、悪性腫瘍の発見や治療のために用いられ得る。このため、これらＸ線やガンマ線を制御する光学素子が必要である。
【０００３】
Ｘ線用の光学素子として、引用文献１には、基板上に屈折率の異なる２種類の薄膜を交互に積層して形成される多層膜ミラーが開示されている。一方、ガンマ線用の光学素子として、引用文献２には、内部に多数の導光路を備える放射線不透過性円板からなるレンズが開示されている。
【０００４】
しかしながら、引用文献１に開示されたミラーでは、２種類の薄膜を交互に積層しなければならず、また引用文献２に開示されたレンズでは、導光路を内部に多数形成しなければならず、それぞれ製造が困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−３３３８２９号公報
【特許文献２】特表平０９−５１１８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製造が容易でＸ線またはガンマ線を制御することができる光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る光学装置は、少なくとも２つの電子線を放出する電子線放出手段と、前記電子線放出手段から放出される前記電子線によって表面に干渉縞が形成され、当該干渉縞によってＸ線またはガンマ線を制御する基板と、を有する光学装置である。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成した光学装置であれば、基板上に形成される過渡的な干渉縞によって、Ｘ線またはガンマ線を制御することができるため、製造が容易でＸ線またはガンマ線を制御することができる光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学装置の概略図である。
【図２】図１のＡ部を拡大した図であって、第１実施形態に係る干渉縞が形成される基板がミラーとして機能する様子を示す図である。
【図３】２つの電子銃を有するときの光学装置の概略図である。
【図４】第２実施形態に係る干渉縞が形成される基板が回折格子として機能する様子を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光学装置の概略図である。
【図６】図５のＢ部を拡大した図であって、図６（Ａ）は第３実施形態に係る干渉縞が形成される基板が集光ミラーとして、図６（Ｂ）は拡散レンズとして機能する様子を示す図である。
【図７】電子線を３本以上照射させたときに形成される干渉縞である。
【図８】調整手段が変更手段であるときの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学装置１の概略図である。また、図２は、図１のＡ部を拡大した図であって、干渉縞Ｓ１が形成される基板２０がミラーとして機能する様子を示す図である。
【００１２】
本実施形態に係る光学装置１は、図１，２に示されるように、干渉縞形成手段１０、基板２０、載置台３０、真空チャンバ４０および真空ポンプ５０を有する。
【００１３】
干渉縞形成手段１０は、基板２０の表面２１上に干渉縞Ｓ１を形成させる。干渉縞形成手段１０は、電子線放出手段１１と、電子レンズ１２と、スリット１３と、を有する。
【００１４】
電子線放出手段１１は、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を放出する。電子線放出手段１１は、１つの電子線Ｅ０を出射する電子銃１１１と、電子銃１１１から出射した１つの電子線Ｅ０を２つの電子線Ｅ１，Ｅ２に分ける電子線スプリッタ１１２と、を有する。電子線放出手段１１は必要に応じて電子線Ｅ０を加速させるための電子線加速部（不図示）をさらに有する。
【００１５】
電子線スプリッタ１１２は、電子銃１１１から出射される１つの電子線Ｅ０を２つの電子線Ｅ１，Ｅ２に分ける。電子線スプリッタ１１２は、接地された２つの電極１１３，１１４と、電源（不図示）によって電圧が印加された金属の細線１１５と、から構成される。電子線スプリッタ１１２に照射された電子線Ｅ０のうち、電極１１３及び細線１１５の間を通過する電子線Ｅ０は左側に屈曲され電子線Ｅ１となり、電極１１４及び細線１１５の間を通過する電子線Ｅ０は右側に屈曲され電子線Ｅ２となる。
【００１６】
電子レンズ１２は、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を集束して、基板２０の表面２１上で２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を略一致（交差）させる。電子レンズ１２は、電子線Ｅ１，Ｅ２の通過箇所の外周に配置されるコイル１２１の電流値を制御することによって生成する電子的なレンズである。本実施形態では電子レンズ１２は１つのみ配置しているが、２つ以上配置してもよい。このとき、干渉縞Ｓ１の解像度が向上する。
【００１７】
スリット１３は、矩形状に設けられた貫通孔であって、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を通過させる通過位置を規定する役割を果たす。
【００１８】
基板２０は、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２が基板２０の表面２１上で略一致するように照射されることによって、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２が照射された表面２１に干渉縞Ｓ１が形成され、当該干渉縞Ｓ１によってガンマ線Ｇを制御する。基板２０の材質は、不活性で電子密度の高い金属である金であるが、これに限られず白金でもよい。また、真空度が１０−８Ｐａ以上であれば、アルミニウム、亜鉛、銀、銅、鉄、クロム、チタンなども使用可能である。また、基板２０全体が金から構成されていなくてもよく、表面２１のみに金が塗膜されていてもよい。
【００１９】
載置台３０は、基板２０が載置される。載置台３０は移動部（不図示）によって水平方向・鉛直方向に移動可能である。
【００２０】
真空チャンバ４０は、干渉縞形成手段１０を収納し、真空ポンプ５０によって内部が真空状態にされる。真空チャンバ４０は、干渉縞形成手段１０が収納される本体部４１と、本体部４１の左側に連結されガンマ線Ｇを入射する入射部４２と、入射部４２と左右対称となるように本体部４１に連結され、ガンマ線Ｇが出射する出射部４３と、を有する。真空チャンバ４０はステンレス材またはアルミ材で製造されることが好ましい。
【００２１】
真空ポンプ５０は、真空チャンバ４０内を排気することによって、真空チャンバ４０内を真空状態にする。真空ポンプ５０は、基板２０の表面汚染を防ぐために、ターボ分子ポンプ及びドライポンプを組み合わせて用いることが好ましい。また、油拡散ポンプ及びロータリーポンプを組み合わせて用いるときは、基板２０の表面２１の汚染を防ぐために液体窒素トラップを取り付けることが好ましい。
【００２２】
なお、本実施形態では、電子線放出手段１１は、１つの電子銃１１１と電子線スプリッタ１１２とを有したが、図３に示されるように、２つの電子銃１１１を有し、電子線スプリッタ１１２を有さない構成であってもよい。
【００２３】
次に図１，２を参照して、本実施形態に係る光学装置１の作用を説明する。
【００２４】
まず、載置台３０に基板２０を載置して、移動部によって基板２０を適切な位置に移動させる。
【００２５】
次に、真空ポンプ５０によって真空チャンバ４０内を排気して、真空チャンバ４０内を真空状態にする。このときの真空チャンバ４０内の真空度は、電子線Ｅ０の平均自由工程が十分に大きくなる１０−４Ｐａ以下であることが好ましい。
【００２６】
次に、電子銃１１１から１つの電子線Ｅ０が出射され、不図示の電子線加速器によって電子線Ｅ０が適宜加速されることによって電子線エネルギーＥが増加され、電子線スプリッタ１１２によって１つの電子線Ｅ０が２つの電子線Ｅ１，Ｅ２に分けられる。
【００２７】
次に、２つに分けられた電子線Ｅ１，Ｅ２は、電子レンズ１２によって集束され、スリット１３を介して、基板２０の表面２１上で略一致するように照射される。このとき２つの電子線Ｅ１，Ｅ２の基板２０に対する入射角θは略等しい。ここで入射角θは、基板２０の表面２１の法線に対する電子線Ｅ１，Ｅ２の傾きを意味する。
【００２８】
以上の工程によって、２つの電子線Ｅ１，Ｅ２が照射された表面２１に干渉縞Ｓ１が形成される。干渉縞Ｓ１の間隔Ｄ１は、電子線エネルギーＥ、プランク定数ｈ、電子の質量ｍ、電子線Ｅ１，Ｅ２の入射角θを用いて、下記（１）式のように表される。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
例えば、電子線エネルギーＥを１００ｋｅＶ、入射角θを８５度に設定することによって、４ｐｍの間隔Ｄ１を有する干渉縞Ｓ１が基板２０の表面２１上に形成される。当該干渉縞Ｓ１の間隔Ｄ１は、ガンマ線Ｇの波長よりはるかに小さい。よって、基板２０はミラーとして機能する。
【００３１】
次に、干渉縞Ｓ１が形成された基板２０に入射部４２よりガンマ線Ｇを入射する。このとき基板２０の表面２１上では、基板２０に形成された干渉縞Ｓ１の間隔Ｄ１（４ｐｍ）は、ガンマ線Ｇの波長よりもはるかに小さいため、金の原子間に多数の電子雲の濃淡による構造が配置される状態となる。したがって、ガンマ線Ｇを干渉縞Ｓ１に照射したとき、当該電子がガンマ線Ｇと相互作用を起こすため、基板２０に形成された干渉縞Ｓ１においてガンマ線Ｇは反射され、反射されたガンマ線Ｇが出射部４３から出射される。このように基板２０はミラーとして機能する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係る光学装置１によれば、基板２０上に形成される過渡的な干渉縞Ｓ１によって、ガンマ線Ｇを制御することができるため、製造が容易でガンマ線Ｇを制御することができる光学装置１を提供することができる。
【００３３】
また、干渉縞Ｓ１の間隔Ｄ１はガンマ線Ｇの波長より小さく、基板２０はミラーとして機能する。この構成によれば、基板２０上に形成される過渡的な干渉縞Ｓ１にガンマ線Ｇを照射することによって、ガンマ線Ｇを反射させることができるため、ガンマ線Ｇを制御することができるミラーを提供することができる。
【００３４】
また、電子線放出手段１１は、１つの電子線Ｅを出射する電子銃１１１と、電子銃１１１から照射される１つの電子線Ｅを２つに分ける電子線スプリッタ１１２と、を有する。この構成によれば、１つの電子線Ｅ０から形成される２つの電子線Ｅ１，Ｅ２によって干渉縞Ｓ１を形成するため、可干渉性が高く干渉縞Ｓ１の形成が容易である。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、基板２０がミラーとして機能する場合について述べた。本発明の第２実施形態では、基板２０が回折格子として機能する場合について述べる。
【００３６】
図４は、第２実施形態に係る干渉縞Ｓ２が形成される基板２０が回折格子として機能する様子を示す図である。本実施形態に係る干渉縞Ｓ２の間隔Ｄ２は、ガンマ線Ｇの波長と同程度である。干渉縞Ｓ２の間隔Ｄ２が異なる点を除いては、本実施形態に係る光学装置の構成は、第１実施形態に係る光学装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３７】
次に図４を参照して、本実施形態に係る光学装置の作用を説明する。ここでは、電子線スプリッタ１１２によって２つに分けられた電子線Ｅ１，Ｅ２が、基板２０の表面２１上で略一致するように照射された後の説明を行う。
【００３８】
２つの電子線Ｅ１，Ｅ２が照射された表面２１に干渉縞Ｓ２が形成される。干渉縞Ｓ２の間隔Ｄ２は、上述した（１）式のように表される。例えば、電子線エネルギーＥを４．９５ｋｅＶ、入射角θを５度に設定することで、２００ｐｍの間隔Ｄ２を有する干渉縞Ｓ２が基板２０の表面２１上に形成される。当該干渉縞Ｓ２の間隔Ｄ２は、ガンマ線Ｇの波長と同程度である。よって、基板２０は回折格子として機能する。ここで同程度とは、ガンマ線Ｇの波長の０．１倍〜１００倍の範囲を意味する。
【００３９】
次に、干渉縞Ｓ２が形成された基板２０に入射部４２よりガンマ線Ｇを入射する。すると、基板２０に形成された干渉縞Ｓ２の間隔Ｄ２（２００ｐｍ）は、ガンマ線Ｇの波長と同程度であるため、基板２０に形成された干渉縞Ｓ２においてガンマ線Ｇは分光され、分光されたガンマ線Ｇが出射部４３から出射される。このように基板２０は回折格子として機能する。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る光学装置によれば、基板２０上に形成される過渡的な干渉縞Ｓ２にガンマ線Ｇを照射することによって、ガンマ線Ｇを分光することができるため、ガンマ線Ｇを制御することができる回折格子を提供することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、図５，６を参照して、本発明の第３実施形態に係る光学装置３について説明する。本実施形態は干渉縞Ｓ３の間隔Ｄ３を変化させる実施形態である。
【００４２】
図５は、本発明の第３実施形態に係る光学装置３の概略図である。図６は、図５のＢ部を拡大した図であって、図６（Ａ）は第３実施形態に係る干渉縞Ｓ３が形成される基板２０が集光ミラーとして、図６（Ｂ）は拡散レンズとして機能する様子を示す図である。
【００４３】
本実施形態に係る光学装置３は、図５に示されるように、干渉縞形成手段１１０、基板２０、載置台３０、真空チャンバ４０および真空ポンプ５０を有する。
【００４４】
本実施形態の干渉縞形成手段１１０は、干渉縞Ｓ３の間隔Ｄ３を調整可能な調整手段１２０を有する。なお、干渉縞形成手段１１０が調整手段１２０を有する点を除いては、本実施形態に係る光学装置３の構成は、第１実施形態に係る光学装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４５】
調整手段１２０は、電子線Ｅ０の径方向に電子線エネルギー勾配を形成可能な勾配形成手段であって、具体的には、電子銃１１１と電子線スプリッタ１１２との間に設けられる電場発生部である。調整手段１２０は、プラスの電界を有する第１電場１２０Ａと、マイナスの電界を有する第２電場１２０Ｂと、を有し、本実施形態では左側に第１電場１２０Ａが、右側に第２電場１２０Ｂがそれぞれ配置される。
【００４６】
また、本実施形態の干渉縞形成手段１１０によって形成される干渉縞Ｓ３の間隔Ｄ３は、ガンマ線Ｇの波長より小さく、基板２０は集光ミラーとして機能する。
【００４７】
次に図５，６を参照して、本実施形態に係る光学装置３の作用について説明する。なお、ここでは調整手段１２０を有するときの作用についてのみ説明する。
【００４８】
電子線Ｅ０が調整手段１２０近傍を通過するとき、電子線Ｅ０は負の電界を有するため、第１電場１２０Ａ側に移動する力が作用し、第１電場１２０Ａ側に屈曲される。また屈曲されると同時に、電子線エネルギーＥが第１電場１２０Ａ側に向かって高い電子線エネルギー勾配が形成される。
【００４９】
次に、電子線スプリッタ１１２によって分けられた２つの電子線Ｅ１，Ｅ２は、電子レンズ１２によって集束され、基板２０の表面２１上で略一致するように照射される。このとき、２つに分けられた電子線Ｅ１，Ｅ２は、電子線Ｅ０と同様に第１電場１２０Ａ側に向かって高い電子線エネルギー勾配を有する。
【００５０】
以上の工程によって、基板２０の表面２１上に干渉縞Ｓ３が形成される。上述したように電子線Ｅ１，Ｅ２は第１電場１２０Ａ側に向かって高い電子線エネルギー勾配を有し、上述した（１）式から電子線エネルギーＥが高いほど干渉縞Ｓ３の間隔Ｄ３は短くなることが分かる。このため、本実施形態に係る光学装置３によって形成される干渉縞Ｓ３は、図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、第１電場１２０Ａ側から第２電場１２０Ｂ側に行くにつれて疎になる不等ピッチを有する。このため、ガンマ線Ｇを左側に配置された入射部４２から入射すると、図６（Ａ）に示されるように、基板２０は集光ミラーとして機能する。よって、基板２０の表面２１上に形成された干渉縞Ｓ３において、ガンマ線Ｇは反射されつつ集光され、集光されたガンマ線Ｇが出射部４３から出射される。
【００５１】
また、ガンマ線Ｇが基板２０に照射されたとき、透過するガンマ線Ｇもある。透過したガンマ線Ｇは、図６（Ｂ）に示されるように、基板２０が凹レンズとして機能するため、基板２０に形成された干渉縞Ｓ３において拡散されて透過する。このように基板２０を凹レンズとして用いる際は、基板２０は全体が金であることが好ましい。
【００５２】
なお、本実施形態では、ガンマ線Ｇを左側から入射することによって、基板２０は集光ミラー及び凹レンズとして機能したが、逆にガンマ線Ｇを右側から入射することによって、基板２０は拡散ミラー及び凸レンズとして機能し得る。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態に係る光学装置３によれば、基板２０上に形成される過渡的な干渉縞Ｓ３にガンマ線Ｇを照射することによって、ガンマ線Ｇを集光及び拡散することができるため、ガンマ線Ｇを制御することができる集光・拡散ミラーまたは凹凸レンズを提供することができる。
【００５４】
本発明は、上述した実施形態にのみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００５５】
例えば、上述した第１〜３実施形態では、電子線放出手段１１は２つの電子線Ｅ１，Ｅ２を放出した。しかしながら、電子線放出手段１１は３つ以上の電子線を放出してもよい。このとき基板２０上には、図７に示されるような干渉縞Ｓ４が形成される。このため、基板２０が回折格子として作用するとき、干渉縞Ｓ２では入射面方向（仰俯角方向）に分光されていたガンマ線Ｇが、干渉縞Ｓ４ではそれに加えて周方向にも、すなわちスポット状に分光される。したがって、ガンマ線Ｇの取り出し方向の自由度を増すことができる。
【００５６】
また、上述した第３実施形態では、調整手段１２０は、電子線Ｅ１，Ｅ２の径方向に電子線エネルギー勾配を形成可能な勾配形成手段であった。しかしながら、図８に示されるように、調整手段２２０は電子線Ｅ１，Ｅ２の基板２０に対する入射角θを変更可能な変更手段であってもよい。変更手段は具体的には、変更手段によって載置台３０を時計回りに傾斜させることで、電子線Ｅ１の基板２０に対する入射角θ１は、電子線Ｅ２の基板２０に対する入射角θ２よりも大きくすることができ、上述した（１）式より入射角θが大きいほど干渉縞の間隔は短くなるため、形成する干渉縞Ｓ５は、第３実施形態に係る干渉縞Ｓ３と同様に、左側から右側に行くにつれて疎になる不等ピッチを有する。よって、第３実施形態と同様に、集光・拡散ミラー及び凹凸レンズを提供することができる。なお、変更手段は載置台３０を傾斜させたが、電子銃１１１を傾斜させてもよい。
【００５７】
また、上述した第１〜３実施形態では、干渉縞Ｓ１〜Ｓ３はガンマ線Ｇを制御した。しかしながら、干渉縞Ｓ１〜Ｓ３は同様にＸ線を制御し得る。
【符号の説明】
【００５８】
１，３  光学装置、
１１  電子線放出手段、
２０  基板、
２１  表面、
１１１  電子銃、
１１２  電子線スプリッタ、
１２０，２２０  調整手段、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  間隔、
Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２  電子線、
Ｇ  ガンマ線、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５  干渉縞。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014130036.tif 000008
【図６】
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【図８】
2014130036.tif 000010
【図７】
2014130036.tif 000011