(57)【要約】物理的、医学的、及び工業的分析ならびに制御応用例で使用するための、高エネルギー電磁放射、例えば、Ｘ線，ガンマ線，及び中性子の捕捉ならびに利用率を改善する装置が開示される。本光学デバイスは、ブラッグ回折によって発散放射の捕捉及び方向付けを最適化するように配置された複数の光学結晶、例えば、二重湾曲シリコン又はゲルマニウム結晶を有する光学素子を備えている。一実施態様では、原子回折面の様々な配向を有する複数の光学結晶を使用して発散Ｘ線を捕捉しかつ標的上に集束する。他の実施態様では、複数の光学結晶から成る２次元又は３次元マトリックスが、発散Ｘ線を３次元で捕捉し、かつ集束するようにＸ線源に対して位置決めされる。
2005534921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を方向付けるための光学デバイスであって、Ｘ線源及びＸ線標的が半径Ｒの少なくとも１つのローランド円及びＸ線源／標的線を形成するように位置決めされた複数の光学結晶を備え、前記Ｘ線を前記Ｘ線源から前記Ｘ線標的に集束させることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記複数の光学結晶の少なくとも１個は、前記Ｘ線が指し向けられる表面を備え、前記複数の光学結晶の少なくとも１個は、ブラッグ角θＢを有し、かつ前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面と角γを成して配向された１組の原子回折面を備え、さらに前記Ｘ線源から前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の点に引かれた線が、前記Ｘ線源／標的線と角θＢ＋γを成すことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記Ｘ線源から前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の点に引かれた線は、前記Ｘ線源から前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面の中点に引いた線を有することを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記Ｘ線源から前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の点に引かれた線は、前記Ｘ線源から、前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面と前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記ローランド円との正接点付近に引いた線を有することを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記複数の光学結晶は、前記ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学結晶の少なくとも１個は、二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記光学結晶の少なくとも１個は、円環二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項６に記載の光学デバイス。
【請求項８】
少なくとも約３０度の円環角を有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記Ｘ線源と組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
Ｘ線を方向付けるための光学デバイスであって、Ｘ線源及びＸ線標的が半径Ｒの少なくとも１つのローランド円及びＸ線源／標的線を形成するように位置決めされた複数の光学結晶を備え、前記Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約９０度の円環角を有することを特徴とする光学デバイス。
【請求項１１】
前記Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約１８０度の円環角を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約２７０度の円環角を有することを特徴とする請求項１１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記Ｘ線源／標的線回りに約３６０度の円環角を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記Ｘ線を点集束させることを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１５】
前記複数の光学結晶の少なくとも１個が、前記Ｘ線が指し向けられる表面を備え、前記光学結晶の少なくとも１個が、ブラッグ角θＢを有し、かつ前記光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面と角γを成して配向された１組の原子回折面を備え、さらに前記Ｘ線源から前記光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の点に引かれた線が、前記Ｘ線源／標的線と角θＢ＋γを成すことを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１６】
前記Ｘ線源から前記光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の前記点に引かれた線は、複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の中点に引いた線を有することを特徴とする請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項１７】
前記Ｘ線源から前記光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面上の前記点に引かれた線は、前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記表面と前記複数の光学結晶の前記少なくとも１個の結晶の前記ローランド円との正接点に引いた線を有することを特徴とする請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項１８】
前記光学結晶の少なくとも１個は、二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１９】
前記複数の光学結晶は、前記ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項２０】
前記Ｘ線源及び前記Ｘ線標的が少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決めされた第２の複数の光学結晶を備え、該第２の複数の光学結晶は、前記ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有し、さらに前記Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約９０度の円環角を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項２１】
Ｘ線を方向付けるための光学デバイスであって、マトリックスで配置された複数の光学結晶を備え、前記マトリックスは、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、
前記マトリックスは、複数の列を有し、それぞれの列が前記複数の光学結晶から成る多光学結晶を備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２２】
前記光学結晶の少なくとも１個は、二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項２３】
前記光学結晶の少なくとも１個は、円環二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項２２に記載の光学デバイス。
【請求項２４】
複数の結晶から成るそれぞれの列中の前記光学結晶は、本質的に同じ円環半径を有することを特徴とする請求項２３に記載の光学デバイス。
【請求項２５】
前記少なくとも１個の円環二重湾曲結晶は、円環方向を規定し、前記複数の列は前記円環方向に離間されていることを特徴とする請求項２３に記載の光学デバイス。
【請求項２６】
前記少なくとも１個の円環二重湾曲結晶は、円環方向を規定し、前記円環方向における円弧長さが少なくとも約６０度であることを特徴とする請求項２３に記載の光学デバイス。
【請求項２７】
前記円環方向における前記円弧長さは、少なくとも約９０度であることを特徴とする請求項２６に記載の光学デバイス。
【請求項２８】
前記複数の列は、前記少なくとも１つのローランド円の平面に対して直交する方向に離間されていることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項２９】
前記複数の列は、少なくとも３つの列を有することを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３０】
前記光学結晶は格子面を有し、該光学結晶の少なくとも１個の結晶の原子回折面は、該光学結晶の表面に対して平行であることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３１】
前記Ｘ線を前記Ｘ線源から前記Ｘ線標的に点対点集束させることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３２】
前記複数の光学結晶が装着される支持板をさらに備えていることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３３】
前記光学結晶の少なくともいくつかは、ヨハン型又はヨハンソン型形状に従うことを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３４】
モノクロメータを備えていることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３５】
前記Ｘ線源と組み合わされていることを特徴とする請求項２１に記載の光学デバイス。
【請求項３６】
前記Ｘ線源は、Ｘ線管又はシンクロトロンであることを特徴とする請求項３５に記載の光学デバイス。
【請求項３７】
前記Ｘ線源は、約１００ワット未満の電力消費であることを特徴とする請求項３６に記載の光学デバイス。
【請求項３８】
前記Ｘ線源は、約５０ワット未満の電力消費であることを特徴とする請求項３７に記載の光学デバイス。
【請求項３９】
前記Ｘ線源は、約２５ワット未満の電力消費であることを特徴とする請求項３８に記載の光学デバイス。
【請求項４０】
Ｘ線を方向付けるための方法であって、
マトリックスで配置された複数の光学結晶を備え、前記マトリックスがＸ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、さらに前記マトリックスは複数の列を有し、それぞれの列が前記複数の光学結晶から成る多光学結晶を備える光学デバイスを提供するステップと、
前記Ｘ線源からの少なくとも一部のＸ線が前記Ｘ線標的に指し向けられるように前記光学デバイスを位置決めするステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項４１】
前記光学デバイスを位置決めするステップは、前記Ｘ線源によって発せられた少なくとも一部のＸ線が前記光学デバイスの前記光学結晶の少なくともいくつかに入射し、その際に前記Ｘ線の少なくとも一部が回折されるように、前記光学デバイスを位置決めするステップを有することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
Ｘ線を方向付けるためのデバイスであって、第１湾曲結晶と、該第１湾曲結晶から離間された少なくとも１個の第２湾曲結晶とを備え、前記第１及び少なくとも１個の第２湾曲結晶は、それぞれが少なくとも１つの格子面を有し、前記第１湾曲結晶及び前記少なくとも１個の第２湾曲結晶は、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、その際に前記第１湾曲結晶及び前記少なくとも１個の第２湾曲結晶に入射する少なくとも一部のＸ線が前記標的に指し向けられ、さらに前記第１湾曲結晶の表面に対して該第１湾曲結晶の前記少なくとも１つの格子面が成す角度は、前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面に対して前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の前記少なくとも１つの格子面が成す角度とは異なることを特徴とするデバイス。
【請求項４３】
前記第１湾曲結晶の前記表面に対して該第１湾曲結晶の前記格子面が成す角度は、約０度であることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項４４】
前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の前記表面に対して前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の前記少なくとも１つの格子面が成す角度は、前記第１湾曲結晶の前記表面に対して該第１湾曲結晶の前記少なくとも１つの格子面が成す角度よりも少なくとも約５度大きいことを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記Ｘ線源から前記第１湾曲結晶の表面の中心に向けられた線と、前記Ｘ線源から前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面の中心に向けられた線とが、角γを形成することを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の前記表面に対して前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の前記少なくとも１つの格子面が成す角度は、ほぼ角γであることを特徴とする請求項４５に記載のデバイス。
【請求項４７】
前記角γは、約マイナス１５度と約プラス１５度の間であることを特徴とする請求項４６に記載のデバイス。
【請求項４８】
前記第１湾曲結晶及び前記少なくとも１個の第２湾曲結晶は、第１組の複数の結晶を有し、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線標的によってローランド円を形成するように同様に位置決めされる少なくとも１つの第２組の複数の結晶をさらに備え、その際に、前記少なくとも１つの第２組の複数の結晶に入射する少なくとも一部のＸ線が、前記第１組の複数の結晶と共通の前記Ｘ線標的に指し向けられ、さらに前記第２組の複数の結晶は、前記第１組の複数の結晶の前記ローランド円の平面に対して直交する方向に、前記第１組の複数の結晶から離間されていることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項４９】
前記ローランド円の平面内の前記第１湾曲結晶の表面の曲率半径と、前記ローランド円の前記平面内の前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面の曲率半径とは、ほぼ等しいことを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５０】
前記ローランド円の前記平面内の前記第１湾曲結晶の表面の曲率半径と、前記ローランド円の前記平面内の前記少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面の曲率半径とは、前記ローランド円の半径にほぼ等しいことを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５１】
前記第１湾曲結晶及び前記少なくとも１個の第２湾曲結晶のうちの少なくとも１個は、二重湾曲結晶であることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５２】
前記Ｘ線を前記Ｘ線源から前記Ｘ線標的に点対点集束させることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５３】
前記第１湾曲結晶及び少なくとも１個の第２湾曲結晶が装着される支持板をさらに備えていることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５４】
前記第１湾曲結晶及び前記少なくとも１個の第２湾曲結晶のうちの少なくとも１個は、ヨハン型又はヨハンソン型形状に従うことを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５５】
モノクロメータを備えていることを特徴とする請求項４２に記載のデバイス。
【請求項５６】
Ｘ線を方向付けるためのデバイスであって、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能な湾曲結晶光学素子を備え、その際に前記Ｘ線源によって発せられた少なくとも一部のＸ線が前記湾曲結晶光学素子に入射し、かつ前記Ｘ線標的に指し向けられ、前記湾曲結晶光学素子は少なくとも１つの格子面を有し、前記湾曲結晶光学素子の前記少なくとも１つの格子面は、前記湾曲結晶光学素子の表面に対して角γを成して配向されていることを特徴とするデバイス。
【請求項５７】
前記湾曲結晶光学素子は、二重湾曲結晶光学素子からなることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項５８】
前記湾曲結晶光学素子は、複数の湾曲結晶からなることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項５９】
前記ローランド円の平面に対して直交する方向における前記湾曲結晶光学素子の円弧長さは、少なくとも約９０度であることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６０】
前記ローランド円の前記平面に対して直交する方向における前記湾曲結晶光学素子の前記円弧長さは、約３６０度であることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６１】
前記角γは、約マイナス１５度と約プラス１５度の間の角度を有することを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６２】
前記結晶は、約２０ミリメートルと約６００ミリメートルの間の内側曲げ半径を有することを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６３】
前記湾曲結晶光学素子はブラッグ角を有し、前記湾曲結晶光学素子の前記ブラッグ角は、約５度と約３０度の間であることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６４】
前記Ｘ線源から前記Ｘ線標的に点対点集束させることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６５】
前記湾曲結晶光学素子が装着される支持板をさらに備えていることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６６】
前記湾曲結晶光学素子は、ヨハン型又はヨハンソン型形状に従うことを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６７】
モノクロメータを備えていることを特徴とする請求項５６に記載のデバイス。
【請求項６８】
二重湾曲結晶光学素子が、前記ローランド円の平面に対して直交する方向に少なくとも約４５度の円弧長さを有することを特徴とする請求項５７に記載のデバイス。
【請求項６９】
Ｘ線を回折するための円形光学素子であって、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能な少なくとも１個の湾曲結晶光学素子を備え、その際に前記湾曲結晶光学素子に入射する少なくとも一部のＸ線が前記標的に指し向けられ、前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は少なくとも１つの格子面を有し、さらに前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子の前記少なくとも１つの格子面は、前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子の平面に対して角γを成して配向されていることを特徴とする円形光学素子。
【請求項７０】
前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は、少なくとも１個の二重湾曲結晶を有することを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７１】
前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は、複数の湾曲結晶を有することを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７２】
前記角γは、約マイナス１５度と約プラス１５度の間の角度を有することを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７３】
約２０ミリメートルと約６００ミリメートルの間の内側曲げ半径を有することを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７４】
前記Ｘ線源から前記Ｘ線標的に点対点集束させることを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７５】
前記少なくとも１個の湾曲結晶光学素子が装着される支持板をさらに備えていることを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７６】
ヨハン型又はヨハンソン型形状に従うことを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７７】
モノクロメータを備えていることを特徴とする請求項６９に記載の円形光学素子。
【請求項７８】
前記Ｘ線源と組み合わされていることを特徴とする請求項１０に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学結晶を有するＸ線を方向付けるための光学デバイス及びその方法に関し、高エネルギー電磁放射を回折又は集束する光学デバイス及びその方法に関する。より詳細には、様々な原子の回折平面を有する複数の結晶光学素子を備えたデバイスを使用して、Ｘ線を方向付け又は集束する改良された方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国連邦政府委託研究又は開発に関する記述；米国連邦政府は、本発明における特許料払込済の許諾権を有し、また、国立衛生研究所により認証された契約番号１  Ｒ４３  ＲＲ１４９３５−０１の条項によって規定された適正な条件で、本特許所有者が他者に許諾するように限定的な状況で要求する権利を有するものである。
【０００３】
Ｘ線分析法の導入は、２０世紀の科学及び技術における最も重要な発展の１つであった。Ｘ線回折法，Ｘ線分光法，Ｘ線画像法、及び他のＸ線分析技法は、事実上すべての科学的分野において知識の極めて大幅な増大をもたらした。
【０００４】
Ｘ線分光法の領域では、高いＸ線ビーム強度は、試料露光時間を短縮し、したがって、Ｘ線分析測定の信号対雑音比を改善するための基本的な要件である。過去においては、回転陽極Ｘ線管又はシンクロトロンのような、高価で強力なＸ線源が、高強度Ｘ線ビームを発生させるために利用可能な唯一の選択肢であった。近年では、Ｘ線光学デバイスの開発により、Ｘ線を集束することによってＸ線源から発散する放射を集光することが可能になってきた。Ｘ線集束光学素子（ｘ−ｒａｙ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ）と小型で低出力のＸ線源の組合せによって、より高価なデバイスによって実現されたものに匹敵する強度をもつＸ線ビームを発生させることができる。したがって、小型のＸ線源と集光光学素子（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）の組合せに基づくシステムは、例えば、小規模な研究所でのＸ線分析装置の能力を大幅に拡大してきた。
【０００５】
１つの既存のＸ線光学技術は、光学結晶、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコン（Ｓｉ）結晶上のＸ線回折に基づいている。湾曲結晶（ｃｕｒｖｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）は、Ｘ線源から発散する放射を標的（ｔａｒｇｅｔ）上に偏向できるばかりでなく、標的に達する光子を単色化することもできる。２つの異なる種類の湾曲結晶、すなわち、単一湾曲結晶（ｓｉｎｇｌｙ−ｃｕｒｖｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ）及び二重湾曲結晶（ＤＣＣ；ｄｏｕｂｌｙ−ｃｕｒｖｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ）が存在する。当技術分野でローランド円形状（Ｒｏｗｌａｎｄ  ｃｉｒｃｌｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）として知られるものを使用して、単一湾曲結晶は、Ｘ線放射を２つの次元で集束し、第３又は直交平面内では集束されない状態に残す。二重湾曲結晶は、例えば、チェン（Ｃｈｅｎ）及びウィットリ（Ｗｉｔｔｒｙ）によって開示され、その開示が参照により本明細書に組み込まれているように（例えば、非特許文献１参照）、Ｘ線をそのＸ線源（ｔｈｅ  ｓｏｕｒｃｅ）から３次元すべてにおける点標的に集束する。このような３次元集束は、当技術分野では「点対点」集束（“ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ”ｆｏｃｕｓｉｎｇ）と呼ばれている。
【０００６】
このような二重湾曲結晶の点対点集束特性は、例えば、材料科学の構造分析において数多くの重要な応用例を有する。ローランド光学円（Ｒｏｗｌａｎｄ  ｏｐｔｉｃ  ｃｉｒｃｌｅ）平面における二重湾曲結晶の曲げ半径（ｂｅｎｄｉｎｇ  ｒａｄｉｉ）に応じて、湾曲結晶は、さらにヨハンソン型とヨハン型に分かれる。ヨハンソン型形状（Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）は、結晶がローランド円の半径に等しい曲率を有することが必要である一方で、ヨハン型形状（Ｊｏｈａｎｎ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）構成は、ローランド円半径の２倍の曲率を必要とする。
【０００７】
ヨハン型形状に基づく結晶の１つの限界は、放射集光角（ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅ）が小さいことであり、したがって、偏向されたビーム束及びビーム強度が減少することである。このような限界を克服する１つの方法は、ウィットリ（Ｗｉｔｔｒｙ）が「Diffractor with doubly curved surface steps」と題して提案するように（例えば、特許文献１参照）、段付き形状の２つ以上の回折結晶を使用するものである。しかし、段付き形状を有する放射集光角には、開示されているように依然として限界が存在する（例えば、特許文献１参照）。例えば、このような段付き形状の従来技術による結晶は、Ｘ線集光角が限定的であり、かつ製造も難しい。当技術分野では、より大きな集光角を実現し、既存の技術によって供給されるものよりもさらに高強度の単色Ｘ線ビームを供給するＸ線集束デバイス及び方法を提供する必要性が存在する。
【０００８】
Ｘ線源は、典型的に発散放射を発生させる。Ｘ線ビーム束を増加させるために、典型的に発散放射を標的上に集光し、かつ集束する。結晶に基づく既存の集束デバイスは、Ｘ線放射を回折することによって点対点集束を行う。典型的には、ヨハン型光学素子の放射集光角は、１度と５度の間であるに過ぎず、すなわち、一般にはＸ線源によって発せられた放射のほんの数分の１が標的に到達するに過ぎない。したがって、より多くの発散放射を捕捉するデバイス及び方法を提供し、かつＸ線ビームの利用度を高める高強度Ｘ線ビームの集束デバイス、システム、及び方法を提供する必要性が当技術分野に存在する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，１２７，０２８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３１７，４８３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２８５，５０６号明細書
【非特許文献１】Chen and Wittry, "Microprobe X- ray Fluorescence with the Use of Point-focusing Diffractors", Applied Physics Letters, 71 (13), 1884 (1997)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高強度Ｘ線ビームを供給する１つの重要な利点は、典型的には、望ましい試料露光がより短い測定時間で実現可能なことである。より短い測定時間が実現可能であることは、数多くの応用例において重要であり得る。例えば、いくつかの応用例では、測定時間の短縮によって測定の信号対雑音比が減少する。さらに、例えば、産業分野の応用例では、分析時間を最小化することで試料処理能力が増大し、よって生産性を向上させる。実験測定時間の短縮によるＸ線分析法の改善に使用可能なデバイス、システム、及び方法を提供する必要性が当技術分野には明確に存在する。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の光学デバイスの数多くの限界に対処することができる、複数の光学結晶を備えたＸ線を方向付けるための光学デバイス及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下の説明では、また本明細書を通じて、例えば、特に、「集束デバイス」、「Ｘ線集束デバイス」、「集束手段」、「集束光学素子」におけるように、とりわけ「集束する」、「集束している」、及び「集束された」という表現が見られる場合がある。本発明によれば、これらの表現は、Ｘ線を実際に「集束する」、例えば、集中させる、デバイス又は方法に使用可能であるが、これらの表現は、Ｘ線を「集束する」デバイスに本発明を限定しようとするものではない。本発明によれば、「集束する」という用語及び関連用語は、Ｘ線を集光する、Ｘ線を平行にする、Ｘ線を収束する、Ｘ線を発散する方法及びデバイス、又は任意の方法でＸ線の強度、経路、もしくは形状を変更するデバイスを特定する役割も果たそうとするものである。本明細書では、このようにＸ線の取扱、操作、変更、修正、又は処理というすべての意味が、「集束する」という用語及びその関連用語によって包含される。
【００１３】
同様に、以下の説明では、また本明細書を通じて、例示を容易にするために、従来技術及び本発明の様々な態様が、Ｘ線放射の経路を修正する応用例の観点で説明されるが、本発明は、他の種類の放射、例えば、Ｘ線，ガンマ線，及び中性子を操作することにも応用可能であることが理解される。したがって、本発明の範囲は、Ｘ線ビームの操作に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の一実施態様は、Ｘ線を方向付けるための光学デバイスであり、この光学デバイスは、Ｘ線源及びＸ線標的（Ｘ−ｒａｙ  ｔａｒｇｅｔ）が半径Ｒの少なくとも１つのローランド円及びＸ線源／標的線（ｓｏｕｒｃｅ−ｔｏ−ｔａｒｇｅｔ  ｌｉｎｅ）を形成するように位置決めされた複数の光学結晶を備え、その際に本光学デバイスはＸ線をＸ線源からＸ線標的に集束させる。本発明の一実施態様では、複数の光学結晶の少なくとも１個が、Ｘ線が指し向けられる表面を有することが可能であり、複数の光学結晶の少なくとも１個は、ブラッグ角（Ｂｒａｇｇ  ａｎｇｌｅ）θＢを有し、かつ複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面と角γを成して配向された１組の複数の原子回折面を有し、さらにＸ線源から複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線が、Ｘ線源／標的線と角θＢ＋γを成している。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源から複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線は、Ｘ線源から複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面の中点に引いた線であり得る。本発明の一実施態様では、Ｘ線源から複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線は、Ｘ線源から、複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面と複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の前記ローランド円との正接点（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｔａｎｇｅｎｃｙ）付近に引いた線であり得る。本発明の一実施態様では、複数の光学結晶は、ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有し得る。本発明の一実施態様では、これらの結晶の少なくとも１個が、二重湾曲結晶、例えば、円環二重湾曲結晶（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ｄｏｕｂｌｙ−ｃｕｒｖｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）である。本発明の一実施態様では、本光学デバイスは、少なくとも約３０度の円環角（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ａｎｇｌｅ）を有し得る。本発明の一実施態様では、本光学デバイスはＸ線源と組合せ可能である。
【００１５】
本発明の他の実施態様は、Ｘ線を方向付けるための光学デバイスであり、この光学デバイスは、Ｘ線源及びＸ線標的が半径Ｒの少なくとも１つのローランド円及びＸ線源／標的線を形成するように位置決めされた複数の光学結晶を備え、本発明の光学デバイスは、Ｘ線源／標的線周りに少なくとも約９０度の円環角を有している。本発明の一実施態様では、本発明の光学デバイスは、Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約１８０度、又は少なくとも約２７０度、又は約３６０度の円環角を有し得る。本発明の一実施態様では、本発明の光学デバイスはＸ線を点集束させる。本発明の一実施態様では、複数の光学結晶の少なくとも１個が、Ｘ線が指し向けられる表面を有し、これらの光学結晶の少なくとも１個が、ブラッグ角θＢを有し、かつ光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面と角γを成して配向された１組の複数の原子回折面を有し、さらにＸ線源から光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線が、Ｘ線源／標的線と角θＢ＋γを成している。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源から光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線は、複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の中点に引いた線を有している。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源から光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面上の点に引かれた線は、複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶の表面と複数の光学結晶の少なくとも１個の結晶のローランド円との正接点に引いた線を有している。本発明の一実施態様では、複数の光学結晶は、ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有する。本発明の他の実施態様では、本発明の光学デバイスは、Ｘ線源及びＸ線標的が少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決めされた第２の複数の光学結晶をさらに備え、この第２の複数の光学結晶は、ローランド円の平面内に約２Ｒの半径を有し、さらに本発明の光学デバイスは、Ｘ線源／標的線回りに少なくとも約９０度の円環角を有している。
【００１６】
本発明の他の実施態様は、Ｘ線を方向付けするための光学デバイスであり、この光学デバイスは、マトリックスで配置された複数の光学結晶を備え、このマトリックスは、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、さらにこのマトリックスは複数の列を有し、それぞれの列が複数の光学結晶から成る多光学結晶（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｒｙｓｔａｌｓ）を備えている。本発明の一実施態様では、これらの結晶の少なくとも１個が、二重湾曲結晶、例えば、円環二重湾曲結晶である。本発明の他の実施態様では、この円環二重湾曲結晶は円環方向を規定し、複数の列は、この円環方向に又は少なくとも１つのローランド円の平面に対して直交する方向に離間され得る。本発明の他の実施態様では、これらの結晶は少なくとも１つの格子面を有することが可能であり、これらの結晶の少なくとも１個の結晶の少なくとも１つの格子面は、その結晶の表面に対して平行であり得る。本発明の他の実施態様では、これらの結晶の少なくとも１個の結晶の少なくとも１つの格子面は、その結晶の表面に対して非平行であり得る。本発明の他の実施態様では、少なくとも１個の円環二重湾曲結晶は円環方向を規定し、この円環方向における光学デバイスの円弧長さが、少なくとも約４５度、又は少なくとも約６０度、又は少なくとも約９０度であり得る。光学デバイスはモノクロメータの役割も果たすことができる。本発明の他の実施態様では、光学デバイスは、Ｘ線源と組み合わせたデバイスをさらに備えることができる。本発明の他の実施態様では、このＸ線源は、約１００ワット未満、典型的には約５０ワット未満の電力消費であり得るが、さらに約２５ワット未満又は約１０ワット未満の消費電力でさえも可能である。
【００１７】
本発明の他の実施態様はＸ線を方向付けるための方法を有し、この方法は、マトリックスで配置された複数の光学結晶を備える光学デバイスを提供するステップであって、このマトリックスはＸ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、さらにこのマトリックスは複数の列を有し、それぞれの列が前記複数の光学結晶から成る多光学結晶を備えてるステップと、光学デバイスを位置決めするステップであって、その際にＸ線源からの少なくとも一部のＸ線がＸ線標的に指し向けられるステップとを有する方法である。本発明の一実施態様では、光学デバイスを位置決めするステップは、Ｘ線源によって発せられた少なくとも一部のＸ線が光学デバイスの結晶の少なくともいくつかに入射し、その際にＸ線の少なくとも一部が回折される、光学デバイスを位置決めするステップを有している。
【００１８】
本発明の他の実施態様は、Ｘ線を方向付けるためのデバイスであり、このデバイスは、第１湾曲結晶と、この第１湾曲結晶から離間された少なくとも１個の第２湾曲結晶とを備え、これらの第１及び少なくとも１個の第２湾曲結晶は、それぞれが少なくとも１つの格子面を有し、第１湾曲結晶及び少なくとも１個の第２湾曲結晶は、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能であり、その際に、第１湾曲結晶及び少なくとも１個の第２湾曲結晶に入射する少なくとも一部のＸ線が標的に指し向けられ、さらに第１湾曲結晶の表面に対して第１湾曲結晶の少なくとも１つの格子面が成す角度は、少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面に対して少なくとも１個の第２湾曲結晶の少なくとも１つの格子面が成す角度とは異なる。本発明の一実施態様では、第１湾曲結晶の表面に対して第１湾曲結晶の格子面が成す角度は、約０度であり得る。本発明の一実施態様では、少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面に対して少なくとも１個の第２湾曲結晶の少なくとも１つの格子面が成す角度は、第１湾曲結晶の格子面の角度とは異なり、例えば、少なくとも１個の第２湾曲結晶の格子面の角度は、０度とは異なり、例えば、約１から約５度であり得る。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源から第１湾曲結晶の表面の中心に向けられた線と、Ｘ線源から少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面の中心に向けられた線とが、角γを形成し得る。本発明一実施態様では、少なくとも１個の第２湾曲結晶の表面に対して少なくとも１個の第２湾曲結晶の少なくとも１つの格子面が成す角度は、角γであり得るが、例えば、約マイナス１５度と約プラス１５度の間であるか、又は約マイナス４度と約プラス４度の間である。本発明の他の実施態様では、第１湾曲結晶及び少なくとも１個の第２湾曲結晶は第１組の複数の結晶を備え、デバイスは、Ｘ線源及びＸ線標的によってローランド円を形成するように同様に位置決めされる少なくとも１つの第２組の複数の結晶をさらに備え、その際に、少なくとも１つの第２組の複数の結晶に入射する少なくとも一部のＸ線が、第１組の複数の結晶と共通のＸ線標的に指し向けられ、さらに第２組の複数の結晶は、第１組の複数の結晶のローランド円の平面に対して直交する方向に、第１組の複数の結晶から離間される。本発明の一実施態様では、ローランド円の平面内の第１湾曲結晶の表面の曲率半径と、ローランド円の平面内の少なくとも１個の第２結晶の表面の曲率半径とは、デバイスのローランド円の半径にほぼ等しい半径からその２倍までの半径である。本発明の一実施態様では、デバイスは、Ｘ線をＸ線標的上に点集束、例えば、Ｘ線源からＸ線標的に点対点集束させる。本発明の他の実施態様では、デバイスは、第１湾曲結晶及び少なくとも１個の第２湾曲結晶が装着される支持板をさらに備えている。本発明の一実施態様では、デバイスはモノクロメータを備えている。
【００１９】
本発明の他の実施態様は、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能な湾曲結晶光学素子を備える、Ｘ線を方向付けるためのデバイスであり、その際にＸ線源によって発せられた少なくとも一部のＸ線が結晶に入射し、かつ標的に指し向けられ、湾曲結晶光学素子は少なくとも１つの格子面を有し、湾曲結晶光学素子の少なくとも１つの格子面は、湾曲結晶光学素子の表面に対して角γ１を成して配向されている。本発明の一実施態様では、湾曲結晶光学素子は二重湾曲結晶光学素子であり、かつローランド円の平面に対して直交する平面内に曲率を有し得るが、例えば、ローランド円の平面に対して直交する方向に少なくとも約４５度の湾曲結晶光学素子の円弧長さを有している。本発明の一実施態様では、湾曲結晶光学素子は複数の湾曲結晶を備えている。本発明の一実施態様では、ローランド円の平面に対して直交する方向にある湾曲結晶光学素子の円弧長さは、少なくとも約９０度、又は少なくとも約１８０度、又は約３６０度である。本発明の一実施態様では、湾曲結晶光学素子の表面に対して少なくとも１つの格子面が成す配向角γ１は、約マイナス４度と約プラス４度の間にあり得る。本発明の一実施態様では、結晶は、例えば、１つもしくは複数の平面又は方向において、約２０ミリメートルと約６００ミリメートルの間の曲げ半径を有し得る。本発明の他の実施態様では、デバイスは、湾曲結晶光学素子が装着される支持板をさらに備えている。
【００２０】
本発明の他の実施態様は、Ｘ線源及びＸ線標的によって少なくとも１つのローランド円を形成するように位置決め可能な少なくとも１個の湾曲結晶光学素子を備え、Ｘ線を回折する円形光学素子であり、その際に湾曲結晶光学素子に入射する少なくとも一部のＸ線が標的に指し向けられ、少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は少なくとも１つの格子面を有し、さらに少なくとも１個の湾曲結晶光学素子の少なくとも１つの格子面は、少なくとも１個の湾曲結晶光学素子の平面に対して角γ１を成して配向されている。本発明の一実施態様では、少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は、少なくとも１個の二重湾曲結晶を備え得る。本発明の他の実施態様では、少なくとも１個の湾曲結晶光学素子は複数の湾曲結晶を備え得る。本発明の一実施態様では、角γ１は、約マイナス４度と約プラス１４度の間にあり得る。本発明の一実施態様では、円形光学素子は約２０ミリメートルと約６００ミリメートルの間の曲げ半径を有することができる。本発明の一実施態様では、円形光学素子は、Ｘ線標的上に（例えば、試料上に）点集束、例えば、Ｘ線源からＸ線標的に点対点集束させる。本発明の一実施態様では、円形光学素子は、少なくとも１個の湾曲結晶光学素子が装着される支持板をさらに備えている。
【００２１】
本発明のこれらならびに他の実施形態及び態様は、添付の図面、以下の説明、及び添付の特許請求の範囲を検討するとき、さらに明確になる。
【００２２】
本発明であると見なされる主題が、本明細書の結論部分に具体的に指摘され、かつ明確に請求されている。しかし、本発明は、他の目的及び利点と共に、実施の構成及び方法は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによって最も適切に理解することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、以下に図１及び図２に基づいて従来のＸ線光学デバイスについて説明する。図１及び図２は、典型的な従来のＸ線光学デバイスを例示する図であるが、本発明は、それに対する改良である。この場合も、以下の説明では、本発明の様々な態様がＸ線放射の経路を修正する応用例の観点で説明されるが、本発明は、他の種類の放射、例えば、特に、Ｘ線，ガンマ線，又は中性子の操作にも応用可能であることが理解される。すなわち、本発明の技術的範囲は、Ｘ線ビームの操作に限定されるものではない。
【００２４】
図１は、従来のＸ線集束配置構造の典型的な等角投影図で、Ｘ線を回折するために使用される典型的な従来の光学デバイスを示す等角投影図である。図２は、図１に示した切断線２−２に沿って見たＸ線集束配置構造の断面図で、図１に示した光学素子に関する典型的なローランド光学円を示す図である。
【００２５】
図１及び図２は、配置構造１０に関連して対応するローランド円２０の形状を備えている。配置構造１０は、二重湾曲結晶（ＤＣＣ）光学素子１２と、Ｘ線源位置（ｘ−ｒａｙ  ｓｏｕｒｃｅ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）１６と、Ｘ線画像が好ましく生成されるＸ線標的位置（ｘ−ｒａｙ  ｔａｒｇｅｔ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）１８とを備えている。図１及び図２、ならびに本発明の以下の実施態様では、Ｘ線源位置１６は、その放射源を点状のＸ線源として表わしている。同様に、図１及び図２、ならびに本明細書の他の箇所でも、Ｘ線標的位置１８は、Ｘ線又は他の放射を指し向けることができる任意の標的であり得る。例えば、Ｘ線標的位置１８は、特に、Ｘ線分光法を受ける化学的検体、放射線治療を受ける人間の組織、表面分析を受ける半導体チップであり得る。さらに、Ｘ線標的位置１８は、標的から発する二次的なＸ線を検出するためのＸ線検出器を含むことができる。
【００２６】
図２で最も明確に示されているように、結晶光学素子（光学結晶）１２は、光学素子中心点１４を有し、Ｘ線源位置１６と光学素子中心点１４とＸ線標的位置１８は、ローランド円又は集束円（ｆｏｃａｌ  ｃｉｒｃｌｅ）として知られる円２０を形成している。ローランド円２０は、ローランド半径又は集束半径（ｆｏｃａｌ  ｒａｄｉｕｓ）として規定される半径Ｒ０を有する。また、光学結晶１２は、図１に示すように、幅Ｗ及び高さＨを有している。Ｘ線源位置１６及びＸ線標的位置１８は、線２２によって結ばれているが、この線２２は、「Ｘ線源／画像連結線（ｓｏｕｒｃｅ−ｔｏ−ｉｍａｇｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  ｌｉｎｅ）」と呼ばれている。図１及び図２に示す配置構造の座標系は、その原点を点０に有している。
【００２７】
図１及び図２では、光学結晶１２の表面は、原点０から測定した半径Ｒを有する。光学結晶１２は、符号２４によって表される１つ又は複数の結晶格子面（原子回折面（ａｔｏｍｉｃ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅ）としても知られる）を典型的に有している。この典型的な従来技術による結晶光学素子では、結晶格子面２４は、光学結晶１２の表面に対して本質的に平行である。従来技術による結晶光学素子は、ヨハン型又はヨハンソン型形状に合わせて設計可能であり、図１及び図２に示した配置構造は、光学結晶１２の表面の曲率半径Ｒがローランド半径Ｒ０の２倍、すなわち、Ｒ＝２Ｒ０であるヨハン型形状を有している。
【００２８】
図１に最も適切に示されているように、従来技術の光学結晶１２は、二重湾曲結晶（ＤＣＣ）、すなわち、円２０の平面（すなわち、ローランド平面）内に曲率半径Ｒを有することに加えて、光学結晶１２は、円２０の平面に直交する平面内に曲率半径ｒも有している。曲率ｒの方向は、一般に、光学結晶１２の円環曲率（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）と呼ばれ、ｒは「円環回転半径」と呼ばれている。図１では、このような円環方向を角φによって示している。本質的に点対点集束させるために、ＤＣＣ光学素子１２は、円環回転半径ｒ（これは結晶中心点１４とＸ線源／画像連結線２２の間の垂直距離に等しい）を典型的に有している。
【００２９】
図２に示されている角θＢは、当業で「ブラッグ角」として知られ、すなわち、Ｘ線放射がＸ線源位置１６から光学結晶１２の表面上に入射する臨界角であり、それによってほとんどの放射がＸ線標的位置１８に向かって回折される。このブラッグ角よりも大きいか又は小さい入射角では、標的に向かって回折される入射放射がより少なくなる。ある１つのシステムに関するブラッグ角は、特に、使用される結晶及び使用されるＸ線放射の周波数の関数である。図２に示した典型的な従来技術のシステムでは、システム１０は、Ｘ線源／画像連結線２２に対する、結晶１２表面の中心１４に入射するＸ線の入射角（想像線２６によって示す）が、このシステムに関するブラッグ角に、典型的には、約５度と約３０度の間の角度に等しいように設計されている。図２の線２８及び３０は、Ｘ線源位置１６からＸ線光子が発散するのを例示し、線３２及び３４は、光学結晶１２によって回折されたＸ線光子がＸ線標的位置１８に収束するのを例示している。入射Ｘ線の入射角は、線２８及び３０によって示すように、入射点の位置が中心１４から外れるとき、理想的なブラッグ角とは異なる。ローランド円２０の平面内の線２８と３０の間の角度αは、「結晶集光角」と呼ばれている。ブラッグ角で表すと、理想的な円環曲率ｒは、式２Ｒｓｉｎ２θＢによって与えられる。このように、図１及び図２に示した従来技術の形状を規定するために使用される用語及び寸法は、本発明を説明する際に有用である。
【００３０】
図１及び図２に示す光学システム１０では、Ｘ線源位置１６（任意の従来のＸ線点源）から発せられた光子は、光学結晶１２上でブラッグ回折を経て、Ｘ線標的位置１８に画像を形成する。この標的位置１８における画像の焦点収差は、光学結晶１２の幅Ｗと、したがって、結晶集光角αとに比例する。焦点収差を考慮すると、αは１から５度の値に限定されるのが典型であるが、したがって、次には、それはＸ線放射の利用率を限定する。Ｘ線源の利用率を向上させる１つの方法は、結晶光学素子１２の幅Ｗを広げることであるが、幅Ｗが広がると、幅がより広い結晶光学素子の表面上では、望ましいブラッグ入射角から逸れるために結晶光学素子の焦点収差を増大させる。
【００３１】
図１及び図２に例示した従来技術による光学システムは、発散源から発せられるＸ線を効果的に捕捉してＸ線を標的上に集束できるが、このような光学システム及び関連する従来技術による光学システムが最大限にＸ線を利用する能力は、とりわけ、これらのシステムでは十分なＸ線捕捉能力が限られるので限定的である。他の従来技術によるＸ線集束システムが、「Diffractor with doubly curved surface steps」と題して開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この文献に開示された光学素子は、ローランド円平面内の集光角では適切な有効範囲を提供するが（例えば、特許文献１参照）、その開示の光学素子は、ローランド円平面及びＸ線源／画像連結線（例えば、図２２の線２２）に直交する平面内では、その有効範囲が限定される（例えば、特許文献１参照）。
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。  
図３及び図４は、従来技術によるシステム、例えば、図１及び図２で例示した光学システム及び上述した開示技術（例えば、特許文献１参照）の限界を克服するための本発明の一実施態様を例示する図である。図３は、本発明の他の実施態様によるＸ線集束配置構造を示す等角投影図で、結晶光学素子（光学結晶）の配置及びその配置の対応するローランド円形状を示す等角投影図である。図４は、図３に示す断面線４−４に沿って見たＸ線集束配置構造の断面図で、図３に示した結晶光学素子に関する典型的なローランド光学円を示す図である。
【００３３】
つまり、Ｘ線集束配置構造１２０は、第１の湾曲結晶光学素子（光学結晶）１２２と、第２の湾曲結晶光学素子１２４と、Ｘ線源位置１２６と、Ｘ線標的位置１２８を有している。第１及び第２の湾曲結晶光学素子１２２及び１２４は、二重湾曲結晶を備え、結晶支持フレーム（例示を容易にするために図示しないが、当技術分野では知られている）上に取り付け可能である。本発明の一実施態様によれば、第１の湾曲結晶光学素子１２２は少なくとも１つの結晶格子面１２３を有し、第２の湾曲結晶光学素子１２４は少なくとも１つの結晶格子面１２５を有している。第１及び第２の湾曲結晶光学素子１２２及び１２４の中心点は、点１３０及び１３２としてそれぞれ特定されている。図１０で最も明確に示されているように、Ｘ線源位置１２６と、光学素子中心点１３０，１３２と、Ｘ線標的位置１２８は、Ｘ線集束配置構造１２０に関する半径Ｒ０のローランド円１２９を構成している。Ｘ線源位置１２６及びＸ線標的位置１２８は、Ｘ線源／画像連結線１３４によって結ばれている。θＢは、第１の湾曲結晶光学素子１２２に関するブラッグ角である。Ｘ線集束配置構造１２０は、第１の湾曲結晶光学素子１２２に関する原点０を有する第１結晶半径１３６と、第２の湾曲結晶光学素子１２４に関する原点０’を有する第２結晶半径１３８をさらに有している。これら光学結晶のそれぞれの中心点１３０，１３２に引いた第１結晶半径１３６及び第２結晶半径１３８は、相互に角δを成している。本発明の一実施態様では、第１結晶半径１３６及び第２結晶半径１３８はほぼ等しく、すなわち、第１結晶半径１３６、第２結晶半径１３８の長さは相互の約１０％以内にある。
【００３４】
図３及び図４に示されている本発明の一実施態様によれば、Ｘ線源位置１２６に位置決めされた発散Ｘ線源によって発せられたＸ線エネルギーの利用が、従来技術の配置に較べて最適化又は最大化される。本発明の一実施態様では、これは、結晶格子面１２３，１２５の配向を第１及び第２の湾曲結晶光学素子１２２，１２４の表面に対してそれぞれ変更することによって実現される。例えば、本発明の一実施態様では、光学結晶１２２の結晶格子面１２３は、例えば、図１及び図２で示した光学結晶１２におけるように、結晶表面に対して平行であり得る。しかし、本発明の一実施態様によれば、光学結晶１２４の結晶格子面１２５は、結晶表面に対して平行ではなく、結晶表面に対して角γだけ偏位されている。Ｘ線源位置１２６に対する光学結晶１２４の配向（すなわち、光学結晶１２４に関する望ましいブラッグ角とは異なる、例えば、それよりも大きな、この光学結晶上への入射角を与える配向）を補正するために、光学結晶１２４の表面に対する光学結晶１２４の結晶格子面１２５の配向を変更して、光学結晶１２４の結晶格子面上に入射する望ましいブラッグ角を生成する。図４Ａの細部に最も明確に示されているように、本発明の実施態様によれば、光学結晶１２４の結晶格子面１２５は、結晶格子面１２５が光学結晶１２４の表面と交差する点で、光学結晶１２４の表面に正接する線１２７と角γを成している。本発明の一実施態様によれば、Ｘ線源位置１２６と第１の光学結晶１２２の中心点１３０とを結ぶ線１４０と、Ｘ線源位置１２６と第２の光学結晶１２４の中心点１３２とを結ぶ線１４２とが、角γ’を成している。本発明の一実施態様では、光学結晶１２４の表面に対する、その光学結晶の結晶格子面１２５の配向角がほぼγ’に等しく、すなわち、γ〜γ’である。本発明の一実施態様では、γ及びγ’は、配置構造１２０の製造公差の範囲内で本質的に等しい。本発明の実施態様によれば、Ｘ線源位置１２６から発せられた光子の回折条件は、第１の光学結晶１２２と第２の光学結晶１２４の両方に関してほぼ等しい。本発明の一実施態様では、γ及びγ’の値は約マイナス１５度から約プラス１５度まで典型的に変動するが、本発明の一実施態様では、γ及びγ’は約マイナス１０度から約プラス１０度の間にあることが好ましい。
【００３５】
図３及び図４に示す本発明の最も単純な実施形態では、２つの光学結晶１２２及び１２４のみが使用可能であるが、本発明の他の実施態様によれば、少なくとも第３の光学結晶１４４もしくは１４５（図４の想像線で示す）、又はそれ以上の結晶が使用可能である。光学結晶１４４及び１４５の結晶格子面の配向γは、この場合も、光学結晶１４４及び１４５の表面上に入射するＸ線のブラッグ回折を最大化するように配向可能である。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源位置１２６から発せられるＸ線の利用を最大化するために、結晶格子面の配向が適切に異なるさらに多くの光学結晶（例えば、５個、７個、又はそれ以上の光学結晶を１列に並べて）を使用することができる。さらには、本発明の一実施態様では、結晶格子面の配向が適切に異なる結晶のさらに多くの列を使用することもできる。例えば、図示されている結晶マトリックスと同様の方式で、２列以上の光学結晶を使用することができる。例えば、ローランド円１２９の平面に直交する方向に相互に偏位されている、光学結晶１２２，１２４，及び１４４又は１４５と同様の列を使用することもできる。これらのマトリックスにおける各結晶中の結晶格子面の配向は、Ｘ線利用を最大化するために、最適のブラッグ回折を引き起こすように変更可能である。本発明の一実施態様では、光学結晶１２２，１２４，１４４，１４５、及び他の光学結晶を同じローランド円１２９の周りに位置決めすることができる。本発明の他の実施態様では、光学結晶１２２，１２４，１４４，１４５、及び他の光学結晶を異なるローランド円、例えば、ローランド円１２９の平面に対して斜めに配向された平面内にあるローランド円の周りに位置決めすることができる。
【００３６】
図５は、本発明の他の実施態様によるＸ線集束配置構造を示す等角投影図で、結晶光学素子の配置及びその配置の対応するローランド円形状を示す等角投影図である。図５は、図１及び図３と同様であり、前図で示した同様のパラメータ、例えば、ローランド円８５を構成する、Ｘ線源位置８１と、標的位置８２と、Ｘ線源／標的線８３とを示している。本発明の実施態様によれば、Ｘ線集束配置構造８０が、複数の光学素子、例えば、二重湾曲結晶光学素子８６，８８，９０，９２，９４，９６，９８，１００，１０２を有するマトリックス又はモザイク８４を備えている。図６は、図５に示す線６−６に沿って見た結晶の投影図である。これらの光学素子は、典型的に、例えば、剛性支持フレームの中に装着されるが、このフレームは、例示を容易にするために図５及び図６から割愛してある。図６Ａは、図６と同様の図を示すが、本発明の他の実施態様を示す図である。図６Ａでは、マトリックス８７が、例えば、図６に示した結晶よりも長い湾曲結晶光学素子９５，９７，及び９９によって設けられており、これらの結晶光学素子９５，９７，９９は、例えば、ローランド円８５の平面に直交する、結晶光学素子８６，８８，及び９０よりも長い角延長部を有している。本発明の一実施態様によれば、湾曲結晶光学素子９５及び９９は、これら光学結晶のそれぞれの表面に対して平行ではない原子面を有することもできる。
【００３７】
図７は、図６に示した切断線７−７に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図で、図８は、図６に示した切断線８−８に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図で、図８Ａは、図６Ａに示した切断線８Ａ−８Ａに沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図で、図８Ｂは、図６Ａに示した切断線８Ａ−８Ａに沿って見た結晶光学素子の他の配置を示す断面図である。
【００３８】
図７に示すように、結晶の中間列、すなわち、中心線１０４（図６参照）を有する光学結晶８６，８８，及び９０は、ほぼＲに等しいローランド平面内の半径を有する、図４に示した光学結晶１４４，１２３，及び１２４と本質的に同じである。図６における光学結晶の下段列、すなわち、中心線１０６を有する光学結晶９２，９４，及び９６、ならびに光学結晶の上段列、すなわち、中心線１０８を有する光学結晶９８，１００，及び１０２も半径Ｒを有することができる。しかし、図５及び図６で最も明確に示されているように、光学結晶の上段列及び光学結晶の下段列は、光学結晶の中間列から円環方向に偏位又は離間されている。例えば、中心線１０６及び１０８は、典型的には、中心線１０４からφ度、例えば、少なくとも約５度だけ離間されている。角度φは、典型的には、モザイク８４の寸法に応じて異なるが、一般に約３０度と約９０度の間にある。本発明の一実施態様によれば、列間の角間隔は典型的に均一であるが、この間隔は非均一でもよい。
【００３９】
図８に示すように、光学結晶の中間縦列、すなわち、中心線１１０（図６参照）を有する光学結晶９４，８８，及び１００は、それぞれが、典型的には図１に示した光学結晶１２と同様の円環半径ｒを有するが、ｒの値が異なる光学結晶を使用してもよい。図８Ｂに示すように、より長い光学結晶を有する本発明の実施態様では（図６Ａに示すような）、これらのより長い光学結晶８５，９７，９９も円環半径ｒを有し得る。本発明の他の実施態様では、図８Ｂに示すように、光学結晶９７’は、単一湾曲結晶、例えば、分散平面内では湾曲しているが、非分散平面上では湾曲していない光学結晶であり得る。本発明の一実施態様では、図６Ａに示した光学結晶９５及び９９に似通う、同様の単一湾曲結晶９５’及び９９’（図示せず）が、これら光学結晶のそれぞれの表面に対して平行ではない原子面を有することができる。図６に示したように、光学結晶の右手縦列、すなわち、中心線１１２を有する光学結晶８６，９２，及び９８、ならびに光学結晶の左手縦列、すなわち、中心線１１４を有する光学結晶９０，９６，及び１０２は、これらローランド円のそれぞれに対して直交する方向に同様の円環半径を有し得る。
【００４０】
図５及び図６に示したように、結晶の右手縦列及び結晶の左手縦列は、光学結晶の中間縦列から円周方向に偏位又は離間され得る。例えば、中心線１１２及び１１４は、中心線１１０から角φ’、例えば、少なくとも約５度の角度だけ離間可能である。角度φ’は、典型的にはモザイク８４の寸法に応じて異なり得るが、約３０度と約９０度の間であり得る。本発明の一実施態様によれば、縦列間の間隔は均一であり得るが、その間隔は非均一でもよい。
【００４１】
動作に際して、マトリックス８４のそれぞれの結晶の列は、図３及び図４に示した複結晶（ｍｕｌｔｉ−ｃｒｙｓｔａｌ）集束システム４０と同様に働く。したがって、図５及び図６に示した複結晶集束組立体８２に基づく集束システムは、典型的に複結晶集束システム４０の空間有効範囲を３倍にすることが可能である。このような方策では、多数の光学要素を使用してＸ線源の利用を追加的に向上させることができる。図５及び図６に示した本発明の実施態様は、３列の光学結晶を有し、それぞれの列が３個の光学結晶を有する結晶マトリックス（すなわち、マトリックス中では９個）を例示するが、本発明の一実施態様によれば、２個の光学結晶の少なくとも２列（すなわち、少なくとも４個の光学結晶）を使用することができる。同様に、光学結晶の他のマトリックス、特に、例えば、２×３マトリックス、４×４マトリックス、８×８マトリックス、又は１０×１２マトリックスも本発明にしたがって使用可能である。マトリックス８４中の光学結晶の数に関係なく、円環方向又は円周方向（すなわち、円環方向に直交する円弧方向）のマトリックス８４の円弧長さは、両方とも約１０度から約３６０度まで様々であり得るが、円環方向の円弧長さは、典型的には少なくとも約５度であり、分散方向の円弧長さは、典型的には少なくとも約５度である。
【００４２】
本発明の一実施態様によれば、マトリックス８４中の光学結晶は、同じか又は類似の材料、例えば、シリコン又はゲルマニウムから成る。しかし、本発明の他の実施態様によれば、マトリックス８４中の光学結晶の材料組成が異なり得る。本発明の一実施態様では、マトリックス８４中の光学結晶は二重湾曲結晶である。本発明の一実施態様では、マトリックス８４中の光学結晶の格子面は結晶表面に対して平行である。しかし、本発明の他の実施態様では、格子面は、結晶表面に対して平行ではなくてもよく、例えば、マトリックス８４の結晶中の格子面配向は、標的位置８２上におけるＸ線の集束を最大化するように、例えば、線形又は非線形式に異なり得る。
【００４３】
図９乃至図１１は、本発明のさらに他の実施態様によるＸ線集束配置構造を示す等角投影図である。図９は、本発明の結晶光学素子の配置及びその配置の対応するローランド円形状を示す等角投影図である。Ｘ線集束配置構造１５０は、ローランド円１５５を構成する、湾曲光学結晶１５２とＸ線源位置１５４とＸ線標的位置１５６とを有している。Ｘ線源位置１５４及びＸ線標的位置１５６は、Ｘ線源／標的線１６２を規定する。本発明の一実施態様では、光学結晶１５２は、Ｘ線源／標的線１６２回りの軸対称である。本発明の実施態様によれば、光学結晶１５２は、少なくとも１個の光学結晶１６４を備えることが可能であり、また典型的には、複数の個別の光学結晶１６４を備え得る。光学結晶１５２は、少なくとも約４５度、典型的には、少なくとも９０度、及び少なくとも１８０度であり得る、Ｘ線源／標的線１６２回りの円弧長さを有することができる。例えば、図９に示す本発明の実施形態では、光学結晶１５２が、約３６０度の円弧長さを備え、すなわち、光学素子１５２は、本質的に完全な円を備えている。この場合も、１個又は複数の光学結晶１６４は、典型的に１個又は複数の二重湾曲光学結晶である。また、光学素子１５２は、この場合も、例示を容易にするために図示されていない支持フレーム中に取り付け可能である。
【００４４】
図１０は、図９に示した切断線１０−１０に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。図１１は、図１０に示した切断線１１−１１に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。図９に示した、Ｘ線源位置１５４と、Ｘ線標的位置１５６と、Ｘ線源／標的線１６２が図１０にも見える。図１０に示すように、本発明の一実施態様によれば、光学素子１５２の表面と、Ｘ線源位置１５４と、Ｘ線標的位置１５６が、光学結晶１５２に関する半径Ｒの１つ又は複数のローランド（集束）円１６０及び１６１を構成する。結晶光学素子１５２、すなわち、個々の結晶１６４に関連するローランド円の数及び配向は、光学結晶１５２の表面の位置によって、例えば、光学結晶１５２上の円環位置の違いによって異なること、及びローランド円１６０及び１６２は、結晶光学素子１５２に関連する数多くの同様な円の２つを代表するに過ぎないことを当業者なら認識しよう。本発明の一実施態様によれば、集束円（ｆｏｃａｌ  ｃｉｒｃｌｅ）１６０及び１６１は同心であり、かつ同じ集束半径Ｒを有する。本発明の他の実施態様では、図１０に示すように、集束円１６０及び１６１は同心ではないが、しかし、同じ集束半径Ｒを有し得る。本発明の他の実施態様によれば、光学円１６０，１６１及び他の円の集束半径が異なり得る。
【００４５】
図９及び図１０に示す本発明の一実施態様によれば、光学結晶１５２の内部原子回折面が光学結晶１５２の表面に対して平行ではなく、その際にブラッグ回折によってＸ線が標的位置１５６上に最適に集束する。例えば、図１０に示すように、結晶１５２の原子回折面は、Ｘ線が指し向けられる結晶光学素子１５２の表面と角γ１を成している。本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２の原子回折面は、結晶光学素子１５２表面とその対応する光学円１６０又は１６１との正接点において、光学結晶の表面と角γ１を成している。例えば、図１０に示すように、光学円１６１及び結晶光学素子１５２の正接点は点１５８と特定されるが、その点は、結晶光学素子１５２の表面の幾何学中点であり得る。図１０に示すように、Ｘ線源位置１５４、正接点１５８、及びＸ線標的位置１５６は半径Ｒのローランド円１６１を構成し、Ｘ線源位置１５４及びＸ線標的位置１５６はＸ線源／画像線１６２を構成している。この場合も、θＢは結晶光学素子１５２に関するブラッグ角である。この場合も、結晶光学素子１５２は単一の結晶を備え得るが、結晶光学素子１５２は典型的に複数の、例えば、２個以上の個別の光学結晶１６４を備えている。それぞれの光学結晶１６４は、本質的に同一であり、例えば、図３及び図４における光学結晶１２４と同一であり得る。本発明の一実施態様では、結晶光学素子１５２が複数の個別光学結晶１６４を含むとき、それぞれの光学結晶１６４中の原子回折面の角度γ１は、ブラッグ回折条件を満足するように、Ｘ線エネルギーが標的位置１５６に透過するのを最適化するように配向されるのが典型である。
【００４６】
本発明の一実施態様によれば、図１０に示すように、結晶光学素子１５２は、Ｘ線源位置１５４及び結晶光学素子１５２表面上の点１５８からの線１５９が、Ｘ線源／画像線１６２に対して約θＢ＋γ１の角度を成すように形成されている。このようなＸ線源位置１５４と標的位置１５６と結晶光学素子１５２との間の角関係は、結晶光学素子１５２の原子回折面に関するブラッグ条件を満足させ、その際にＸ線源位置１５４から標的位置へのＸ線放射の透過が最適化される、例えば、最大化される。対応して、標的位置１５６から点１５８に向かう線１６３は、Ｘ線源／標的線１６２と角θＢ−γ１を成している。本発明の一実施態様では、このような角関係は、Ｘ線が露光される結晶光学素子１５２の表面全体で成り立つ。しかし、本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２は、このような関係が結晶光学素子１５２の表面上の少なくとも１点に関して成り立つように形成される。本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２は、このような関係が、結晶光学素子１５２を形成する個々の光学結晶１６４の少なくとも１個で成り立ち、典型的には、その関係が結晶光学素子１５２を形成する複数の光学結晶１６４に関して成り立つように形成される。
【００４７】
本発明の一実施態様によれば、図１０及び図１１に示す個別光学結晶１６４の配置は、Ｘ線源／画像連結線１６２に対して直交する平面内に完全な有効範囲を与える。本発明の一実施態様では、光学結晶１６４が、本発明の一実施態様では点対点集束特性を与えるように選択される共通の曲げ半径ρを有する。図１０及び図１１に示す本発明の実施態様は完全な円形光学素子１５２を備えているが、本発明の一実施態様では、結晶光学素子１５２が完全な円ではない。例えば、本発明の一実施態様では、結晶光学素子１５２の円周方向の円弧長さη（図１１）が少なくとも約４５度である。本発明の他の実施態様では、円弧長さηが少なくとも９０度か、又は少なくとも１８０度であり得る。
【００４８】
本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２は、製造時、例えば、参照により本明細書に組み込まれている開示に概説された方法（例えば、特許文献２参照）を用いる製造時に、その取扱が容易であるように製造される。本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２の半径ρは、結晶光学素子１５２の軸に沿って、例えば、Ｘ線源／画像線１６２に沿って変化し、その際、光学結晶は、それを製造する金型からより容易に取り出し可能である。
【００４９】
Ｘ線集光の最適化に加えて、「Curved Optical Device and Method of Fabrication」と題する開示の方法（例えば、特許文献３参照）と同様の方式で、結晶１５２は、この結晶１５２を金型から取り出すときに成形用具を破壊することなく製造可能である
図１２は、本発明のさらに他の実施態様による、同心の２組の複数の結晶を有する結晶光学素子の配置を示す断面図で、図１０に示した断面図と同様の断面図である。本発明の一実施態様によれば、２個以上の結晶光学素子を使用して、例えば、共通のＸ線源からのＸ線を捕捉し、かつそれらを共通の標的に方向付ける。図１２は、Ｘ線源位置２５４と、Ｘ線標的位置２５６と、Ｘ線源／画像線２６２と、光学円２６０及び２６１を有するＸ線光学素子配置構造２２０の断面図である。本発明の一実施態様によれば、このＸ線光学素子配置構造２２０は、少なくとも１個の光学結晶１５２、すなわち、図９から図１１に示した結晶光学素子１５２及び第２の結晶光学素子２５２を備えている。結晶光学素子２５２は、結晶光学素子１５２と同様でもよく、例えば、結晶光学素子２５２は、図９から図１１に関して示し、かつ説明した結晶光学素子の物理的属性の１つ又は複数を有し得るが、結晶光学素子２５２は、結晶光学素子１５２よりも直径が小さいか又は大きくてもよい。結晶光学素子１５２が角γ１を成す原子回折面を有する１個又は複数の個別結晶光学素子１６４を備えた本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子２５２は、角γ２、すなわち、γ１とは異なる角度を成す原子回折面を有する１個又は複数の個別結晶光学素子２６４を備えている。結晶光学素子１５２及び２５２は、同様の又は異なるブラッグ角θＢを有し得る。本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５８及び２５８は、標的位置２５６上にＸ線を点集束、例えば、点対点集束させる。本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２及び２５２は、Ｘ線源位置２５４からこれらのそれぞれの結晶の表面上の点、例えば、図１２に示す点１５８及び２５８に引いた線が、Ｘ線源／画像線２６２と角θＢ＋γ１及びθＢ＋γ２をそれぞれに成している。この場合も、本発明の一実施態様では、点１５８及び２５８は、結晶光学素子１５２及び２５２の表面の中点であるか、又は点１５８及び２５８は、結晶光学素子１５２及び２５２の表面とそれらの光学円２６０及び２６１の正接点にそれぞれに対応し得る。この場合も、結晶光学素子１５２に関して説明したように、結晶光学素子１５２及び２５２は完全な円形光学素子を備え得るが、本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２及び２５２は完全な円形でなくてもよい。例えば、本発明の一実施態様によれば、結晶光学素子１５２及び２５２の円周方向の円弧長さη（図１１参照）は少なくとも約４５度であり得る。本発明の他の実施態様によれば、円弧長さηは少なくとも９０度、又は少なくとも１８０度でもよい。
【実施例】
【００５０】
以下の実施例によって、本発明の１つ又は複数の実施態様を例示する。図３及び図４に示した本発明の実施態様にしたがって製造された光学素子の特定の一実施例は、クロム（Ｃｒ）Ｋα線放射を集束するためのゲルマニウム（Ｇｅ）結晶光学素子である。本発明にしたがって製造されたＧｅ結晶は、反射結晶面Ｇｅ（１１１）及び約２０．５度のクロムＫα線放射に関するブラッグ角を含んでいた。本発明の一実施態様によれば、−８度、−４度、０度、４度、及び８度のＧｅ（１１１）の傾斜原子回折面を有する５個のＧｅ結晶片をそれぞれ使用した。Ｇｅ結晶装置は、点集束クロムＫα線ビームに、５０度の回転角φに関して０．１ステラジアンの集光立体角を与えた（図１参照）。このような本発明の実施態様による光学素子は、Ｃｒ陽極を有する５０ワットの点Ｘ線源を使用して標的位置に約３×１０１０光子／秒のＸ線画像を生成した。このような本発明の実施態様による強度のＸ線ビームは、例えば、小さい原子番号の元素を測定するための高感度Ｘ線蛍光分析（ＸＲＦ）に重要な応用例を有し得る。
【００５１】
図９乃至図１１に示した本発明の一実施例は、モリブデン（Ｍｏ）Ｋα線放射を集束するためのシリコン（Ｓｉ）結晶から製造された。本発明の実施態様では、原子の反射結晶面はＳｉ（２２０）であり、ブラッグ角は約１０．６度であった。Ｓｉ（２２０）の傾斜角は、環状に形成した１６個の結晶片に関して約１度であった。本発明の実施態様によるＳｉ光学素子は、約０．０４ステラジアンの集光立体角を有し、標的フォーカルスポットで約１×１０９モリブデンＫα線光子／秒を与えた。このような本発明の実施態様による著しい強度のＸ線ビームは、例えば、高速又は高感度の単色Ｘ線蛍光分析の応用例に使用可能である。
【００５２】
図３乃至図１２に開示した結晶光学素子は、任意の種類のＸ線源、例えば、Ｘ線管又はシンクロトロンで使用するために応用可能である。また、図３乃至図１２に開示した結晶光学素子は、点集束（例えば、点対点集束）、線集束（例えば、点対線集束）、又は作業者の所望する画像形状に応じて他の任意の種類の画像集束を提供することができる。しかし、Ｘ線源の形状又は集束画像の形状とは関係なく、本発明の一実施態様では、本発明による結晶光学素子によって増大したＸ線エネルギーの捕捉及び集束により、Ｘ線源は、典型的に従来のＸ線源よりも電力消費が少なく、他方で、数多くの応用例で依然として十分なエネルギー束を標的に供給することができる。例えば、図５乃至図１３に開示した本発明の一実施態様は、動作時の電力消費が１００ワット未満のＸ線源で使用可能である。本発明の他の実施態様では、Ｘ線源の電力消費は、５０ワット未満、２５ワット未満、又は１０ワット未満でさえあるが、依然として十分なエネルギー束を標的に供給することができる。
【００５３】
本発明は、特に、従来技術に較べて放射ビーム集光角を増大させることによって、数多くの分析及び研究応用例でＸ線の利用率を劇的に向上させるために使用可能なデバイスを提供する。本発明によってＸ線ビーム・エネルギーの利用率が向上すると、高エネルギー放射集束システムの規模が縮小可能であり、他方では、実験及び産業上の工程で必要な測定又は露光時間も短縮する。
【００５４】
本発明を具体的に示し、かつ好ましい実施形態を参照して説明してきたが、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部に様々な変更がなされ得ることが当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のＸ線集束配置構造の典型的な等角投影図である。
【図２】図１に示す切断線２−２に沿って見たＸ線集束配置構造の断面図である。
【図３】本発明の一実施態様による結晶光学素子の配置及びその配置の対応するローランド円形状を示す等角投影図である。
【図４】図３に示す断面線４−４に沿って見たＸ線集束配置構造の断面図である。
【図４Ａ】図４に示した１個の結晶光学素子を示す詳細図である。
【図５】本発明の他の実施態様によるＸ線集束配置構造を示す等角投影図である。
【図６】図５に示した切断線６−６に沿って見た結晶光学素子の配置を示す投影図である。
【図６Ａ】図５に示した切断線６−６に沿って見た結晶光学素子の他の配置を示す投影図である。
【図７】図６に示した切断線７−７に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【図８】図６に示した切断線８−８に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【図８Ａ】図６Ａに示した切断線８Ａ−８Ａに沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【図８Ｂ】図６Ａに示した切断線８Ａ−８Ａに沿って見た結晶光学素子の他の配置を示す断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施態様によるＸ線集束配置構造を示す等角投影図である。
【図１０】図９に示した切断線１０−１０に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した切断線１１−１１に沿って見た結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施態様による、同心の２組の複数の光学結晶を有する結晶光学素子の配置を示す断面図である。
【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４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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