(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビームを方向付けするためのＸ線方向付けシステムであって、
Ｘ線を方向転換する複数の並列カークパトリック・バエズ光学素子にして、各並列カークパトリック・バエズ光学素子が互いに９０度の角度で隣接した第１の反射面と第２の反射面とを有していて、前記第１の反射面の端部と第２の反射面の端部がＸ線の進行方向の光軸に垂直な面においてＬ字状になるように隣接している、複数の並列カークパトリック・バエズ光学素子と、
前記複数の並列カークパトリック・バエズ光学素子を囲むハウジングを含み、
前記ハウジングが多角形断面並びにＸ線ビームの入口領域および出口領域を有する筒形構成であるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線方向付けシステムにおいて、前記複数の並列カークパトリック・バエズ光学素子が多層ブラッグ・ミラーを有するシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線方向付けシステムにおいて、前記多層ブラッグ・ミラーが光軸に垂直方向に層厚分布を有するシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のＸ線方向付けシステムにおいて、前記多層ブラッグ・ミラーが異なる周波数のＸ線を反射するように構成されたシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線方向付けシステムにおいて、前記並列カークパトリック・バエズ光学素子が長円反射面を有するシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のＸ線方向付けシステムにおいて、前記並列カークパトリック・バエズ光学素子が放物反射面を有するシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のＸ線方向付けシステムであって、更にＸ線開口組立体を含み、前記組立体がその内部に結合されたフィルタ媒体を有し、前記組立体が前記Ｘ線の一部を掩蔽し、および前記フィルタ媒体が前記Ｘ線方向付けシステムに入る前記Ｘ線の一部を通すシステム。
【請求項８】
Ｘ線反射システムであって、
複数のＸ線反射器を含み、
前記複数のＸ線反射器が多層ブラッグＸ線反射器であり、
前記複数のＸ線反射器が、互いの間に９０度の角度をなすように、隣接配置されて、Ｘ線入口領域およびＸ線出口領域を有する筒形構成を作っていて、
隣接したＸ線反射器が、それらの端部と端部がＸ線の進行方向の光軸に垂直な面においてＬ字状になるように隣接している並列カークパトリック・バエズ光学素子を形成している、Ｘ線反射システム。
【請求項９】
Ｘ線光学素子であって、
４つのＸ線反射器を含み、
前記４つのＸ線反射器が多層ブラッグＸ線反射器であり、
前記４つのＸ線反射器が、互いの間に９０度の角度をなすように、隣接配置されて、Ｘ線入口およびＸ線出口と４角形断面を有する筒形構成を作っていて、
隣接したＸ線反射器が、それらの端部と端部がＸ線の進行方向の光軸に垂直な面においてＬ字状になるように隣接している並列カークパトリック・バエズ光学素子を形成している、Ｘ線光学素子。
【請求項１０】
Ｘ線光学素子であって、
２つの並列カークパトリック・バエズ反射器にして、各並列カークパトリック・バエズ反射器が互いの間に９０度の角度をなすように隣接配置された第１の多層ブラッグ・ミラーと第２の多層ブラッグ・ミラーを有しており、前記第１の多層ブラッグ・ミラーの端部と第２の多層ブラッグ・ミラーの端部がＸ線の進行方向の光軸に垂直な面においてＬ字状になるように隣接していて、
前記２つの並列カークパトリック・バエズ反射器が隣接配置されて、４角形断面並びにＸ線入口開口およびＸ線出口開口を有する筒形構成を作っている、Ｘ線光学素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＸ線光学素子において、前記多層ブラッグ・ミラーが光軸に垂直方向に層厚分布を有する、Ｘ線光学素子。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＸ線光学素子において、前記多層ブラッグ・ミラーが異なる周波数のＸ線を反射するように構成されている、Ｘ線光学素子。
【請求項１３】
請求項１０に記載のＸ線光学素子において、前記並列カークパトリック・バエズ反射器が長円反射面を有する、Ｘ線光学素子。
【請求項１４】
請求項１０に記載のＸ線光学素子において、前記並列カークパトリック・バエズ反射器が放物反射面を有する、Ｘ線光学素子。
【請求項１５】
請求項１０に記載のＸ線光学素子であって、更にＸ線開口組立体を含み、前記組立体がその内部に結合されたフィルタ媒体を有し、前記組立体が前記Ｘ線の一部を掩蔽し、および前記フィルタ媒体が前記Ｘ線光学素子に入る前記Ｘ線の一部を通す、Ｘ線光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、Ｘ線光学素子に関する。更に詳しくは、本発明は、Ｘ線ビームを調整し、方向付けし、焦点に集め、または平行にするための改良したカークパトリック・バエズ(Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ−Ｂａｅｚ)の光学装置に関する。
【０００２】
調整し、方向付けし、焦点に集め、または平行にしたＸ線を利用する種々の用途がある。例えば、放射線治療システムは、悪性組織を破壊するためにＸ線を利用し、Ｘ線回折またはミクロ回折システムは、試料結晶にその格子構造に対応する回折パターンを作るためにＸ線放射を向け、およびＸ線蛍光分光システムは、指向性Ｘ線ビームを使用する。
【０００３】
多くの用途で、ビームを２次元で導くのが望ましい。ビームを２次元で平行にするために、伝統的カークパトリック・バエズの光学方式が使われることがある。直列に配列した２つの交差ミラーが発散Ｘ線ビームを２つの方向に沿って独立に平行にする。点光源では、２つの放物面ミラーを備えるこの直列のシステムが平行なビームを形成する。有限光源では、このシステムが２方向に発散の異なるビームを形成する。２つの長円ミラーを備えるこの直列のシステムは、点光源がその焦点にある状態で、完全な実点像を生み出すことができる。視野物体に対しては、この像がこのシステムによって拡大または縮小される。２つのミラーが物体から異なる距離にあるので、この倍率は、両方向で異なる。
【０００４】
本発明は、並列方式を使うカークパトリック・バエズのシステムの革新的変形を使用する。この並列システムは、直列システムに関連する問題に対する解を与えると共に、他の利点をもたらす。並列システムのミラーは、線束を増し、Ｘ線検出装置によるデータ収集に要する時間を短縮するために最適化した光学性能のために最も適切な位置に配設できる。この並列システムは、面不完全性の難点が少なく、それで整合誤差を防ぐために予備整合して接着されている。この並列光学素子は、また直列方式のそれより遙かにコンパクトで、スペースが貴重な用途に使えるようにする。並列光学素子の性能は、多層ブラッグ(Ｂｒａｇｇ)Ｘ線反射器を組込むことによって更に改良しうる。この多層反射器は、高い収集効率を生じる大きな反射角を有し、反射したＸ線の周波数を選択する能力を与える。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、カークパトリック・バエズの並列方式に基づく、新しい型式のＸ線光学素子である。本発明は、カークパトリック・バエズ方式で予備整合しかつ互いに接着した多層ブラッグ反射器を組み込む。これらの反射器は、小さい試料上に焦点を合わせたとき大きい線束密度を生じ、多層構造がこのＸ線光学素子に反射した周波数帯域を制御させる。このＸ線光学素子は、Ｘ線を広帯域、狭帯域、または単色、または周波数選択可能多色状態で反射する能力を有する。
【０００６】
本発明の目的は、試料上の線束を増すことである。
本発明の他の目的は、Ｘ線光学素子の収差を減らすことである。
本発明の他の目的は、容易に操作できるコンパクトなＸ線光学素子を創ることである。
本発明の更なる目的は、容易に整合するＸ線光学素子を提供することである。
本発明のその上更なる目的は、狭周波数帯域、単色、または周波数選択可能多色Ｘ線ビームを提供することである。
【０００７】
（好適実施例の詳細な説明）
図１は、伝統的な直列配列したカークパトリック・バエズ・ミラーシステムの模式図である。この直列配列したミラーシステムは、発散Ｘ線ビームを２つの方向に沿って独立に反射することによって、Ｘ線ビームを焦点に集めまたは平行にすることができる。ミラー１２ａおよび１２ｂは、直列に配列され、放物面または長円面で構成されてもよい。点線源１０では、２つの放物面ミラーを備えるこの直列システムが平行なビームを形成する。有限光源では、この放物面システムが２方向に異なる発散を有する、焦点に集めたビームを形成する。長円ミラーが放物面ミラーに置き換わるとき、この直列配列したシステムは、点光源がその焦点にある状態で、完全な実点像を生み出すだろう。視野物体に対しては、この像はこのシステムによって拡大または縮小される。２つのミラーが物体から異なる距離にあるので、この倍率は、これらのミラーと物体を隔てる距離で変る。
【０００８】
直列のカークパトリック・バエズ・システムの性能に大きく影響する幾つかの制限がある。両ミラーを最も最適化した位置に設置する方法がなく、それが線束が少なく、収差が大きい結果になる。反射面の理想的曲率からの象徴的ずれΔαを考えると、像面における理想的位置からのＸ線のずれは、２Δαｌに等しい。ここで、ｌは、入射点と像面の間の距離である。連続システムに対して、物体近くのミラー上の象徴的誤差が大きなずれになる。これらのミラーが反射器から異なる距離にあるとき、両ミラーが同じ角度ずれを有する場合、光源に最も近いミラーからの収差が大きい。直列のカークパトリック・バエズ・システムは、ミラーが視野物体距離に関して異なる位置にあるので、種々の倍率を有する。最後に、直列のカークパトリック・バエズ・ミラー用整合装置は、嵩張り、かつ複雑で、この整合手続は、これらの調整がビームに対する整合と両ミラーに対する整合を含むので、困難かつ時間が掛る。
【０００９】
並列カークパトリック・バエズ・システムは、直列システムに関連する問題に解を与えると共に、他の利点をもたらす。図２に、並列システムを全体を１６で示す。反射面１８ａおよび１８ｂを９０°の角度に隣接して取付ける。この並列システムは、直列システムが有するように、反射面間に距離オフセットがなく、起こり得る収差問題を減らす。
【００１０】
図３ａと図３ｂは、ミラー面上の第１作動領域２０ａおよび第２作動領域２０ｂを示す、並列カークパトリック・バエズ・ミラーシステムの模式図である。これらの作動領域２０ａおよび２０ｂは、反射面１８ａおよび１８ｂの結合によって作られたコーナー上およびそれに隣接して位置する。
【００１１】
図４は、入射および反射Ｘ線ビーム経路を示す、並列カークパトリック・バエズ・システムの更に詳しい模式図である。個々のＸ線ビーム２６ａおよび２６ｂは、Ｘ線源１０から放射され、このＸ線ビームの断面２２で最初に検査されてもよい。このビームの断面２２は、Ｘ線源１０から出るＸ線ビームの多くの発散方向を示す。個々のＸ線ビーム２６ａは、全体として反射面１８ａと１８ｂの接合部上にある作動領域２０ａに入射する。個々のＸ線ビーム２６ｂも作動領域２０ａに入射する。ビーム２６ａおよび２６ｂは、作動領域２０ａによって反射され、図３ａおよび図３ｂに示すように、やはり全体として反射面１８ａと１８ｂの接合部上に作動領域２０ａと対抗して一部それと重複して位置する作動領域２０ｂへ方向転換される。ビーム２６ａおよび２６ｂは、次にこのシステム１６を出て、反射面１８ａと１８ｂの形状およびＸ線源の形に応じて、発散、平行または焦点に集める形でもよい。この構成は、一般的に単一コーナー構成として知られている。
【００１２】
本発明に対して、放物面または長円ミラー面の如何なる組合せを使ってもよい。例えば、一つの反射面が長円面を有し、第２の反射面が放物反射面を有してもよい。
【００１３】
好適実施例の反射面は、全反射ミラー、結晶またはその他のＸ線反射構造を使ってもよいが、光軸に垂直方向に層厚分布（ｇｒａｄｅｄ  ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）を有する多層ブラッグミラーとして構成されている。ブラッグ構造は、次のブラッグの式を満足するときだけＸ線放射を反射する：
ｎλ＝２ｄｓｉｎ（θ）
ここで、
ｎ  ＝  反射次数
λ  ＝  入射放射線の波長
ｄ  ＝  ブラッグ構造の層設定間隔または
結晶の格子面間隔
θ  ＝  入射角。
【００１４】
光軸に垂直方向に層厚分布（ｇｒａｄｅｄ  ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）を有する多層ブラッグミラーは、単色Ｘ線放射を反射するためにそれら固有のブラッグ構造を利用する、固定焦点を有する光学素子である。反射したＸ線放射の帯域幅は、この光学および多層パラメータを操作することによってカスタマイズできる。この多層ミラーの層設定間隔は、この多層ミラー上のあらゆる点でブラッグの条件を満足するような仕方で作ることができる。この層設定間隔は、多層ミラーのバンドパスを制御するために側方または深さ方向に変えることができる。
【００１５】
この多層ミラーは、大きな反射角を有し、入射Ｘ線に対して高い収集効率を生じる。これらの多層ミラーは、全反射ミラーに比べて、微小焦点Ｘ線管で線束を１桁以上増すことができる。多層ミラーは、それらの単色出力のために、回折解析中に試料から出る望ましくない特性の放射線を数千倍減少することもできる。
【００１６】
図５ａおよび図５ｂは、全体を３０で示す、４角形断面カークパトリック・バエズ光学素子の実例である。２つの並列カークパトリック・バエズシステムを予備整合しかつ互いに結合して、４つのコーナー３６並びに入口領域３２および出口領域（図示せず）を有するＸ線反射器を作る。図５ａおよび図５ｂに４角形断面光学素子３０を示すが、任意の数の並列システムを一緒に構成してもよいので、如何なる多角形断面構成も本発明の範囲内である。多角形断面を加えたので、本発明は、星形または多面構成をとる。各コーナーは、個々の焦点および解像度のために構成してもよい。
【００１７】
この４角形断面光学素子３０は、入口領域および出口領域を備えた実質的に囲われた内面を有する任意の３次元物体として形成される、対称または筒形形態を有する。この４角形断面光学素子３０は、結合した反射器表面のコーナー３６に隣接する表面を利用してＸ線を方向転換する点で、並列単一コーナー・システムに類似する。この４角形断面Ｘ線光学素子３０の利点は、追加のコーナー３６故に、反射領域が多く、反射したビームがこの４角形断面Ｘ線光学素子３０を出るときに、その線束密度を増すことである。コーナーの間にある反射器表面のセグメント３８も、図５ｂに示すように、Ｘ線を所望の仕方で導く。単一コーナー形態におけるように、これらのミラーは、放物面、長円面、または放物面または長円面の任意の組合せを備えて構成してもよいが、それに限定されない。
【００１８】
長円ミラーを使う４角形断面光学素子３０は、反射したビームを試料要素またはＸ線検出器上に焦点合わせされてもよい。従って、測定の解像度および角度範囲を同時に改良できる。収束方式で線束密度が増し、次にそれが良いコントラストを生じる。先に議論したように、多角形断面光学素子の各個々のコーナーは、異なる焦点距離を備えて構成してもよい。
【００１９】
４角形断面カークパトリック・バエズ光学素子３０の性能は、Ｘ線反射面として光軸に垂直方向に層厚分布（ｇｒａｄｅｄ  ｄ−ｓｐａｃｉｎｇ）を有する多層ブラッグミラーを利用することによってかなり向上することがある。先に議論したように、多層の線束出力は、他のＸ線反射技術の５倍も大きいことがあり、Ｘ線の選択した周波数帯域を反射する能力を有する。それでこの角形断面光学素子３０の出力を狭周波数帯域、単色、または周波数選択可能多色出力に構成してもよい。層厚分布および曲率は、異なるコーナーまたはセグメントについて異なる波長を反射するように構成することができる。
【００２０】
この種の光学素子３０は、ビーム調整光学素子として使うとき、反射Ｘ線の周波数を制御することによって、異なるエネルギーレベルで光子を放出することができる。アナライザとして使用するとき、光学素子３０は、試料またはその他の手段によって伝えられた関心のあるＸ線周波数を分析用に選択することができる。本発明の他の実施例では、反射したＸ線周波数の数は柔軟なビーム調整または分析用途を作るために増すことができる。
【００２１】
図５ａで分るように、この新しい４角形断面光学素子３０を使うとき、Ｘ線開口組立体５０を入口領域３２、出口領域（図示せず）または両方に配置してもよい。この開口組立体は、この光学素子３０の焦点に収束しない、望ましくないＸ線ビームのある周波数帯域を除去することができ、およびこの光学素子３０は、同軸のＸ線ビームを通すフィルタ媒体５４を有する。このフィルタ媒体５４は、入口領域３２から出口領域へこの４角形断面光学素子３０を真っ直ぐに通過する同軸のＸ線ビームを通すように構成されている。このフィルタ媒体は、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、またはローパスフィルタでもよいがそれに限定されない。
【００２２】
Ｘ線開口組立体５０は、２次元に反射されるまたは反射されたＸ線を通過させるように構成された入口開口５３を有する。Ｘ線開口組立体５０は、図５ｂに示すように、セグメント３８からの選択した単一反射Ｘ線を通過させる入口開口５２も備えてよい。
【００２３】
この発明は、上に図示しかつ説明した厳密な構造には限定されず、請求項で定義するこの発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更および修正をなすことができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  伝統的な直列カークパトリック・バエズ・ミラーシステムの模式図である。
【図２】  並列カークパトリック・バエズ・ミラーシステムの模式図である。
【図３ａ】  並列カークパトリック・バエズ・ミラーシステムの作動領域を示す模式図である。
【図３ｂ】  並列カークパトリック・バエズ・ミラーシステムの作動領域を示す模式図である。
【図４】  並列カークパトリック・バエズシステムのＸ線ビーム経路を示す更に詳しい模式図である。
【図５ａ】  本発明の第２実施例の透視図である。
【図５ｂ】  本発明の第２実施例の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図４】
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