"波動を収束または拡散させる機能を有するゾーンプレートであって、前記ゾーンプレートの輪帯格子を構成する帯において少なくとも一部が不連続である不連続部を有し、前記不連続部は、前記帯が構成する格子における刃状転位を構成していることを特徴とするゾーンプレート。前記不連続を有する前記帯が、前記不連続部を端部とし、前記輪帯格子の輪の中心を渦の中心とする渦巻形状を成すことを特徴とする請求項1に記載のゾーンプレート。前記ゾーンプレートにおける前記波動の遮蔽部の振幅透過率が、前記波動の位相をπの奇数倍もしくは-πの奇数倍だけ変調することを特徴とする請求項1に記載のゾーンプレート。回折現象を利用し波動を収束または拡散させるゾーンプレートであって、前記ゾーンプレートは、輪帯格子と刃状転位を含む回折格子との形状の組み合わせにより定まる渦状の形状を成していることを特徴とするゾーンプレート。前記渦状の形状は、前記刃状転位を構成している端部を有し、前記端部は前記渦状の形状における開始または終了の端部であることを特徴とする請求項4に記載のゾーンプレート。前記渦状の形状は、前記渦状の中心からみた方位角を増加または減少させたとき、渦の中心と格子との距離が連続的に変化することを特徴とする請求項4に記載のゾーンプレート。前記ゾーンプレートにおける前記波動の遮蔽部の振幅透過率が、該波動の位相をπの奇数倍もしくは-πの奇数倍だけ変調することを特徴とする請求項4に記載のゾーンプレート。波動を収束または拡散させる機能を有するゾーンプレートであって、前記波動を取り扱う装置の光軸に垂直な平面上に前記光軸と前記平面との交点を原点とした直交する2座標軸x軸とy軸を定めたとき、前記波動の波長をλ、前記波動の収束点と前記原点との直線距離をf、前記波動の収束点および前記原点を結ぶ直線が前記x軸と成す角度をαx、前記波動の収束点および前記原点を結ぶ直線が前記y軸と成す角度をαy、前記ゾーンプレートの輪帯格子の初期位相をη、前記輪帯格子に存する刃状転位の前記平面上の位置座標をxmymとし、前記刃状転位の次数をnhm、前記刃状転位の初期位相をΦmとするとき、前記波動に対する前記ゾーンプレートの振幅透過率が、の関係を持つことを特徴とするゾーンプレート。前記数19で表される前記振幅透過率において、前記振幅透過率の値が0以上05未満の領域では前記波動を遮蔽する遮蔽部が設けられ、前記振幅透過率の値が05以上1以下の領域では前記波動が透過される、ことを特徴とする請求項8に記載のゾーンプレート。前記数19で表される前記振幅透過率において、前記振幅透過率の値が0以上05未満の領域では前記波動の位相をπの奇数倍だけもしくは-πの奇数倍だけ変調され、前記振幅透過率の値が05以上1以下の領域では前記波動が透過される、ことを特徴する請求項8に記載のゾーンプレート波動を収束または拡散させる機能を有するゾーンプレートであって、前記波動の伝播する方位軸に垂直な平面上に前記伝播軸と前記平面との交点を原点とした直交する2座標軸x軸とy軸を定めたとき、前記波動の波長をλ、比例係数をkc、前記波動の収束点および前記原点を結ぶ直線が前記x軸と成す角度をαx、前記波動の収束点および前記原点を結ぶ直線が前記y軸と成す角度をαy、前記ゾーンプレートの輪帯格子の初期位相をη、前記輪帯格子に存する刃状転位の芯の前記平面上の位置座標をxmymとし、前記刃状転位の次数をnhm、前記刃状転位の初期位相をΦmとするとき、前記波動に対する前記ゾーンプレートの振幅透過率が、の関係を持つことを特徴とするゾーンプレート。前記数20で表される前記振幅透過率において、前記振幅透過率の値が0以上05未満の領域では前記波動を遮蔽する遮蔽部が設けられ、前記振幅透過率の値が05以上1以下の領域では前記波動が透過される、ことを特徴とする請求項11に記載のゾーンプレート。前記数20で表される前記振幅透過率において、前記振幅透過率の値が0以上05未満の領域では前記波動の位相をπの奇数倍だけもしくは-πの奇数倍だけ変調され、前記振幅透過率の値が05以上1以下の領域では前記波動が透過される、ことを特徴する請求項11に記載のゾーンプレートらせん波は、軌道角運動量を保持したまま伝播する波動であり、等位相面波面に垂直方向に力を作用させることができる。そのため、照射対象に対して運動量を与えることが可能となるため、光学や電子光学における観察や加工への応用技術だけでなく量子情報通信などの分野で今までにない新しい技術展開が期待されている。しかし、従来のらせん波を生成する手法は、効率的なものではなかった。従来、らせん波を作成するために用いられていた方法は、以下の2通りがある。1らせん状の位相板を透過させる非特許文献32刃状転位を含む回折格子フォーク型回折格子を用いる非特許文献4まず、1のらせん状の位相板を用いる方法非特許文献3は、位相板の厚さ、もしくは材質屈折率をらせん状に変化させ、当該位相板を透過後の平面波の波動が、らせん状の位相分布となる様にする手法である。位相板の均一さ、均質さなどの精度が、そのまま直接的にらせん波の精度に反映される。そのため、例えば、原子間隔よりも2桁程度も波長が短く、波長のレベルで滑らかな厚さ変化、あるいは材質変化をした人工構造物を作り出すことが難しい電子線においては、当該位相板を製造することは極めて困難である。電子波での初期の実験で、らせん状に厚さの変化した黒鉛膜が用いられたのは、この事情による。次に、2の刃状転位を含む回折格子フォーク型回折格子を用いる方法非特許文献4は、ホログラフィー技術の応用として位置付けられており、当該フォーク型回折格子を平面波で照射し、透過した波動の逆空間回折面での±1次、もしくは±2次の回折波をらせん波として用いるものである。らせん波となる回折波を逆空間で取捨選択し、その後、平面波状に戻すためには、最低でも1回の結像を必要とする。したがって、らせん波を試料へ照射するまでに、平面波状に戻すための光学素子と組み合わせて使用するため構成が煩雑となり、さらに平面波状に戻す光学素子を設置するための空間を確保する必要が生じる。以上のことから、いずれの方法においてもらせん波の生成は効率的でなく、光の分野で光ピンセットなどいくつかの実用例があるが、物質との相互作用が大きく透過能の小さな電子線などでは、らせん波の生成が確認された段階に留まっている。本発明におけるゾーンプレートは、波動を収束または拡散させる機能を有するゾーンプレートであって、前記ゾーンプレートの輪帯格子を構成する帯において少なくとも一部が不連続である不連続部を有し、前記不連続部は、前記帯が構成する格子における刃状転位を構成していることを特徴とする。また、本発明におけるゾーンプレートは回折現象を利用し波動を収束または拡散させるゾーンプレートであって、前記ゾーンプレートは、輪帯格子と刃状転位を含む回折格子との形状の組み合わせにより定まる渦状の形状を成していることを特徴とする。本願発明におけるゾーンプレートを用いることで、入射する波動を変化させ、生成されるらせん波の形状が制御できる。本願は、らせん波を生成するための光学素子として、新しいパターン形状刃状転位を含んだ渦のパターン形状をしたゾーンプレートを提案するもので、電子線電子波や、光波、X線、その他の波動においても、らせん波を作成するための素子として有効なものである。光波、もしくは電子線電子波を例示した説明が多くなるが、本願は、光波や電子線に限定するものではない。波の伝播方向に垂直に波面を定義するとき、波面の形状によって波動の性質を分類できる。本発明を説明するに当たり、はじめに本願に関係する波面の形状として、平面波、球面波、円錐面波など波面の形状について説明する。さらに、本願に関係する波面の2つの状態、傾斜状態、らせん状態を説明する。次いで実施例を順に説明する。<平面波>平面波とは、図4に示すごとく、等位相面としての波面の形状が光軸2図ではz軸に垂直な平面の形状81を成す波動である。xy平面内に均一な分布となる。伝播方向に均一な波動であるので、原理的には伝播に際して減衰が無く、伝播方向のどの位置でも同じ波を得ることができる。Kohler照明として、平行度の高い照明手法として知られている。波動の式は数式8で表される。ここでλは波の波長、ηは位相の値である。先述のとおり、この平面波が他の波動と重畳されて干渉縞を形成するときには、ηは干渉縞の初期位相に該当する。また、振幅は1で分布は均一と仮定している点も先述と同様である。<球面波>球面波は、図5に示すごとく、波面の形状が球面の形状82を成している。図5ではz軸の負方向に伝播する場合は拡散状態、z軸の正方向に伝播する場合は収束状態である。一般に、空間内の1点から射出する波動は球面波である。臨界照明として、一点のみを照射する際に良く用いられる。波動の式は数式9で表される。ここでfは波動の観察面と射出点との光軸上での距離で、観察面上の球面波が収束するまでの距離、すなわち、焦点距離に該当する図1a参照。rは、xy平面上の光軸からの距離で、r2x2y2で表される。<円錐面波>円錐面波は、図6に示すごとく、球面波のような収束点は持たず、光軸を中心として離軸距離rに比例した位相分布を持つ波動である。光軸に対して軸対称性を持つため、波面形状が円錐面状83をなす。光学ではアキシコンレンズを透過した後の波面の形状がこれにあたり、レーザービームの焦点合わせや輪環照明に実用化されている。電子線の場合には、電場や磁場を用いた通常の電子レンズでは円錐面波を作り出すことは難しいが、本願に示すごとく等間隔の輪帯格子図7参照では作り出すことが可能である。円錐面波は、全方位に均一な傾斜状態を持つ平面波の集合体と考えることができる。波動の式は数式10で表される。ここでkcは、円錐の先端角度の先鋭さを表す係数である。図7に示すアキシコンレンズとして作用するゾーンプレートは、図1もしくは図2に示した通常のゾーンプレートと同様に、格子の位相を変化させること図7aとbを比較参照や、格子の間隔を変化させること図7aとcを比較参照も可能である。数式9と10を比較すれば明らかなとおり、xy平面上の光軸からの離軸距離rの2次の関数球面波:ただし、近似式か1次の関数円錐面波かが異なるだけである。<傾斜状態>傾斜状態とは、波の伝播方向が光軸に対して傾斜している状態のことである。図8に傾斜状態の平面波84を示す。波面がx軸方向にαx、y軸方向にαyの角度だけ傾斜している時、傾斜状態はx軸とy軸方向に関してそれぞれ独立に記述できる。波動を表す式の位相項は、この場合に数式11で表される。ここでαx、αy=0、0は、傾斜がない状態。すなわち、光軸上を伝播する波動を表す。<らせん状態>本願で目的とする、らせん状態の波動を示す状態のことで、任意の1点x1、y1を中心らせんの軸として、方位角を1回転させたときに位相が2πの整数倍だけ変化する位相状態のことである。図9に平面波がらせん状態を成す例を示す。この平面波状のらせん波88が連続したときの波面の様子は図3に示されている。本願では、この整数倍をnhmで表し、らせんの次数と呼ぶことにする軌道角運動量の量子数のことであり、トポロジカルチャージの数として知られている。nhmは負値を取ることが可能で、正負によりらせんの巻く方向伝播方向に見て右巻きか左巻きかが異なる。波動を表す式の位相項として数式12で表される。らせんの軸は、平面上に複数分布させることが可能であり、各々のxy平面上の座標をxm、ymとしてそれぞれ独立に取り扱える。例えば、らせんの軸の数が1つで、x1、y1=0、0の時は、らせんの中心が光軸上にある状態をしている。Φmはらせんが巻き始める際の初期方位角を定めるパラメータで、ゾーンプレートのパターンにおいては刃状転位の初期位相である。以後、Φmをらせんの位相と呼ぶ。以上の波動の状態を表す項数式11,12は、それぞれの波動の式数式8,9、10の位相項に加算して、その波動の状態を記述する。例えば、球面波で伝播方向が傾斜しており、らせん軸を含む場合の波動の式は数式13のように以下に表される。図10にらせんの中心が光軸上に1つある状態の球面波の波面89を示す。そして、この球面波状のらせん波が連続したときの波面の様子を図11に示す。また、円錐面波にらせん状態が加わったときの連続した波面87の様子を図12に示す。図11の球面波状のらせん波と似ているが、波面の断面が直線871円錐面波図12か円弧891球面波図11かの違いがある。<渦状ゾーンプレートの基本式>ゾーンプレートは先述の数式1~3で示したとおり光軸上を伝播する球面波Φsと平面波Φpの干渉が作り出す干渉縞の強度分布Iとして表すことができる。これに傾斜状態、らせん状態を含めた一般の状態を含めると、最も一般的な干渉縞の強度分布として数式14を得る。数式14に基づく振幅透過率分布を持つゾーンプレートが、らせん波を生成させるゾーンプレートの最も基本となるものである。刃状転位を格子の不連続縞として含んだ、渦状のパターンである。数式14のパターンを数式15に同じ波長の波動を用いる場合の振幅透過率分布Ψとして明記する。数式3の干渉縞の強度分布と数式4の振幅透過率分布の表記と同様に、数式14と数式15の関係は、プレート全体の透過能ktが均一でkt1と仮定できるならば表記法の違いのみである。本願では以後、強度分布と振幅透過率分布は同じものとして、特に断らない限り余弦関数表記で説明を進める。また、球面波の変わりに傾斜状態、らせん状態を含めた円錐面波の場合の最も一般的な干渉縞の強度分布を数式16に示す。球面波の式9と円錐面波の式10に関する項が入れ替わっただけで、数式14と数式16は同じ形式をしている。すなわち、球面波によるゾーンプレートのパターンの様々な議論後述は、そのまま、円錐面波によるゾーンプレートのパターンでも成立する。本願発明は効率的ならせん波の生成のため、格子構造の中に刃状転位を取り込み、不連続な帯を含んだゾーンプレートを構成する。基本的には渦状のパターンを持つゾーンプレートとなる。また、渦状のパターンだけでなく、渦状のパターンを形成しない部分においては同心円状の形状を有する場合も当然ある。言い換えると、渦状のパターンとは格子構造輪帯格子の中に刃状転位を取り込んだ結果生じる構造である。すなわち、帯は刃状転位を生じさせる端部を少なくとも1つ以上持つ渦状の形状で、渦の中心からみた方位角を増加または減少させたとき、帯と渦の中心との距離が連続的に変化する。また、渦の中心を極座標における原点として捉えたとき、帯は極座標における距離方向に厚み輪帯格子の厚みに相当を有している。このとき、所望のらせん波の形状に応じて、ゾーンプレート中の不連続な帯刃状転位を生じさせる端部の位置、数、刃状転位の次数を予め設計し、所定の入射波で照射することによって、ゾーンプレート透過後の回折波の中に、らせん状態の波面を生成する。また、当該ゾーンプレートを透過後の回折波に波動を集中させるために、ゾーンプレートを構成する材料に関して、入射波の位相を所定の量半波長の奇数倍、すなわち、±nπ但しnは奇数だけ変化させるような厚さや材質を選択する。そして、本願はゾーンプレートの持つレンズ作用を利用できるため、当該ゾーンプレートへ入射する波動を変化させることによって、生成されるらせん波の形状を制御可能である。すなわち、平面波を入射させた時には球面波状のらせん波89図11参照、後述を生成でき、球面波を入射させた時には平面波状のらせん波88図3参照を生成できる。この選択は、らせん波を用いた観察、もしくは加工時にオペレータが実施可能である。また、ゾーンプレートの持つレンズ作用により、光学系への負担が軽減できる。さらに、刃状転位を含んだゾーンプレートのパターンとは、本質的に渦のパターン形状となるため、同心円状に形成されるゾーンプレート等とは異なり、波動の遮蔽部を空間に保持するための支持基板もしくは支持棒などを必要とせず、遮蔽部を構成する材料そのものの剛性により、遮蔽部のみをそのまま空間に保持することが可能となる。これにより、透過部を透過する波動に対し、何らの影響を与えることなく当該ゾーンプレートを透過させることが可能となる。これは材料との相互作用が大きく、支持基板もしくは支持棒などがアーティファクトを生む電子線などにおいては、実用上大きな利点となる。また、ゾーンプレートを構成する材料に関して、入射する波動の位相を所定の量半波長の奇数倍だけ変化させるような厚さや材質を選択することにより、当該ゾーンプレートを透過後の回折波に波動が集中し、十分な強度を持ったらせん波を生成することが可能となる。以下、本発明を実施するための好適な渦状ゾーンプレートについて説明する。図13はらせん軸を1つ持つ波面を作成するゾーンプレートのパターン例である。ゾーンプレートの中心にらせん波の軸が生成する様に設定されており、渦の中心とゾーンプレートの中心が一致している。すなわち、ゾーンプレートの中心に格子の不連続点が位置し、らせんの性質が格子に反映された結果、回折格子が渦のパターンを形成したものである。図13aはらせんの次数が1、図13bはらせんの次数が2、図13cがらせんの次数が3の場合である。らせんの次数が2次以上の場合は、渦状パターンの中心部、すなわち、刃状転位の位置でゾーンプレートの帯格子縞が点接触しているが、この場合でも格子としては不連続である。図13に示した渦状のパターンは、数式12、および数式14で表された干渉縞のパターンのうち、らせんの次数を表すパラメータnhmの値が、それぞれ、1、2、3の場合に対応している。渦状の帯格子と成っているが、中心からの距離が大きくなるほど帯の幅が細くなっており、通常のゾーンプレートと同等にレンズ機能を果たす。すなわち、図13に示す渦状ゾーンプレートは、らせん波を生成すること以外のゾーンプレートとしての効果や性能波動を収束、あるいは発散させたり、レンズとして結像させたりする性能は、通常のゾーンプレートと同等の機能を果たす。そして、らせん波を生成するという新たな機能を有する。図13の渦状ゾーンプレートで生成されるらせん波でも、らせんの次数が増えるほど、らせんの軸の部分での位相のねじれが大きくなり、らせん波としての感度が高くなる。すなわち、例えば、磁化測定における高感度化や3次元の状態計測、たんぱく質分子や糖鎖の高コントラスト高分解能観察などがより、高感度もしくは高効率で実施可能となる点に関しても、従来のらせん波と同等である。図14は、図13に示した渦状ゾーンプレートが2値化されたときのゾーンプレートを例示したものである。当該ゾーンプレートは渦状のパターンを持つため、波動の遮蔽部がゾーンプレートの周辺部に必ず接続されている。それを示すため、図14ではゾーンプレートの周囲を黒い帯で囲い、波動の遮蔽部との接続を明確に示している。すなわち、渦状パターンを持つゾーンプレートでは、波動の遮蔽部を空間に保持するための特別な支持基板もしくは支持棒などを必要とせず、遮蔽部を構成する材料そのものの剛性により、遮蔽部のみをそのまま空間に保持することが可能となる。これは材料との相互作用が大きく、支持基板もしくは支持棒などがアーティファクトを生む電子線などにおいては、実用上大きな利点である。図14aはらせんの次数が1、図14bはらせんの次数が2、図14cはらせんの次数が3の場合である。らせん次数が1のときには遮蔽部は支点が1つ71の片持ち型の構造である。渦中心部ではらせんの次数が増えるほど不連続の帯数が増えるが、渦の中心部79では不連続な帯同士が互いに接続できるため、らせん次数が2のときには支点が2つ72、73の両持ち型構造となり、さらにらせんの次数が3のときには、支点が3つ74、75,76の構造となる。これは、構造上、遮蔽部の機械的強度を強めることに有効であり、遮蔽部のみを空間にそのまま保持するのに都合が良い。さらに、不連続な帯数の増加は、ゾーンプレートの周辺部から渦中心の不連続部までの帯の長さをその本数分だけ分割するので、支点71~76から渦中心79までの長さも短くなり機械的強度を維持できる。したがって、遮蔽部のみを空間にそのまま保持するにはさらに良好である。なお、らせんの次数が2以上の場合、渦の中心部での遮蔽部の接触は、数学的には点接触であるが、現実の構成ではゾーンプレートの結像性能などを失うことのない有限な大きさを持った構造をとることは言うまでもない。図14の2値化されたパターンの場合には、遮蔽部の材料の厚さ、材質を適切に選択することにより、当該遮蔽部にも波動を透過させるとともに、該波動の位相をπの奇数倍だけ、あるいは、-πの奇数倍だけ変化させることが可能となる。このような位相変調量を選ぶことによって、該ゾーンプレートによる主焦点への波動の集中が促進される。これについては実施例7で詳述する。主焦点への波動の集中は得られるらせん波の強度の増加を直接意味するものであり、例えば、磁化測定における高感度化や3次元の状態計測、たんぱく質分子や糖鎖の高コントラスト高分解能観察などが、より高感度でかつ高効率で実施可能となる。図15は、渦状ゾーンプレートの発生させるらせん波の初期位相、言い換えると刃状転位の初期位相を変化させた場合の帯のパターンを示したものである。図15aは図13aと一致しているが、図15b、図15cとらせん波の初期位相を2π3ずつ変化させていることが、ゾーンプレート中心部の渦の巻き始めに現れている。複数のらせん波の初期位相を想定した図15のようなゾーンプレートを用意しておけば、当該ゾーンプレートを機械的に回転させることなく、らせん波の初期位相を制御可能となる。図15に示した渦状のパターンの変化は、数式12、および数式14で表された干渉縞のパターンのうち、らせん波の初期位相を表すパラメータΦmの値が、それぞれ、0、2π3、4π3の場合に対応している。図16は、ゾーンプレートのパターンを定める球面波と平面波の伝播方向の相対角度を変更した時の干渉縞を示している。図16aは球面波と平面波の伝播方向がともに光軸方向で相対角度がゼロのときである。これまでに説明したゾーンプレートは、全て相対角度ゼロの時のものである。図13、14、15との違いは、ゾーンプレートの焦点距離fである。図16は、図13、14、15のゾーンプレートよりも大きな焦点距離を持っているため、視野中の帯の数が少なくなっている。図16bは渦の中心がゾーンプレートの中心と視野枠の中間にある場合、図16cは渦の中心がちょうどゾーンプレートの視野枠にある場合のゾーンプレートのパターンである。図16aからcで、らせん波の軸はゾーンプレートの中央に固定されてあり、らせん次数はいずれも-1である。すなわち、渦の巻く方向が反時計回りとなっており、図13、14、15と逆の場合を図示している。図16cでは、パターンと比較して相対的に視野範囲が小さいため、渦というよりも曲線からなる回折格子となっている。しかし、曲率の中心がゾーンプレートの視野枠にあることは容易に知ることができる。らせん波を生成したい位置と、らせん波の伝播方向を制御するためには、図16のようなパターンでなければならない。図16に示した渦状のパターンの変化は、数式11、および数式14で表された干渉縞のパターンで、球面波と平面波の伝播方向の角度を制御した場合に該当する。球面波と平面波の相対角度が大きくなると、渦の中心がゾーンプレートの中心からずれたパターンとなり、らせん軸は渦の中心ではなく回折格子の刃状転位の位置であることがわかる。図17は、ゾーンプレートのパターンを定める球面波と平面波の伝播方向の相対角度を一定としたまま、ゾーンプレートの焦点距離を増大させた際のパターンの変化を示している。すなわち、図16の球面波と平面波の相対角度を保ったまま、球面波の光源を遠ざけた時に記録される干渉縞に対応している。各パターンの図面上左側に渦の中心が位置しているが、ゾーンプレートの焦点距離の増大に伴い、パターンの曲率が小さく曲率半径が大きくなるため、図16と比較してさらに回折格子の様相が強くなっている。特に図17は、球面波の光源が無限遠になった場合で、相対角度を持つ平面波同士の干渉縞に相当する。すなわち、非特許文献3で示されたフォーク型回折格子となっている。この様に図16と図17により、本願によるゾーンプレートパターンの表式では、球面波から平面波まで網羅的に取り扱うことが可能であることを示している。図16と図17では、ゾーンプレートの中心図の中心にらせん次数1のらせん波が生成するように一貫して設定している。そのため、図16と図17の6枚の図を通して、図の中心に不連続な縞の端部が位置しており、図の中心が回折格子の刃状転位の位置となっている。このことは、図17cでは、図の中心がフォーク型回折格子のフォークの付け根となっており、より明確にわかる。図17に示した渦状のパターンの変化は、数式9、および数式14においては球面波の光源と観察面との距離f、すなわち、ゾーンプレートの焦点距離fを増加させた場合に該当する。f∞とした場合が図17cであり、数式14は、極限として平面波同士の干渉による従来の回折格子も取り扱えることがわかる。数式14は、ゾーンプレートのパターンを表す数式として、適用範囲が実用に供するに十分なだけ広い。図18は複数の軸を持つらせん波を発生させるためのゾーンプレートのパターンを例示したものである。図18aは、視野の中心に1個の刃状転位と、その刃状転位と整合する様に視野全面に三角格子状に22個の刃状転位を配置した渦状ゾーンプレートのパターンである。ゾーンプレートの中心を渦の中心として、都合23個の刃状転位が1つの渦を形成しているパターンである。中央部の刃状転位は図13aの、それ以外の刃状転位は図17aのパターンと類似している。すなわち、各刃状転位の位置をらせん軸として、各々次数1のらせん波が生成することがわかる。また、図18では、今までのゾーンプレートよりも焦点距離が短く、中央部の帯の曲率が大きくなっている。これは同じことであるが、表示の倍率を小さくして広い視野を図示していると考えても良い。図18bは図18aと同じ条件の元で、ゾーンプレートのパターンを構成する球面波と平面波の伝播方向に相対角度を与えたときのパターンである。図16bと同様に渦の中心が視野中の左側に位置する程度の相対角度の場合のパターンを示している。一見複雑に見えるが、各々の刃状転位が1つの渦を中心として構成されている点は、図18aと同じである。図18cは、図18aと同じく、球面波と平面波の相対角度はゼロであるが、各々の刃状転位の位置で生成されるらせん波の次数が異なっている。例えば、ゾーンプレート中心の刃状転位では-6次のらせん波中心から外側に向かって反時計方向の渦、中心に近接する周辺6個の刃状転位では2次のらせん波中心から外側に向かって時計方向の渦、その外周部12個の刃状転位では1次のらせん波、さらにその外周部4個視野の4隅では、-3次のらせん波が生成するような場合のパターンである。すなわち、本願におけるパターンの構成では、任意の位置に正負を含めて任意の次数のらせん波を生成させることが可能である。図18に示したパターンの変化は、数式12、および数式14で表された干渉縞のパターンのうち、らせんの位置座標xmymと、各々のらせんの次数を表すパラメータnhmの値が、正負の符号を含めて任意かつ独立に取り扱われることを示している。数式14は、ゾーンプレートのパターンを表す数式として、適用範囲が十分に広いことがわかる。図19はらせん次数の正負の符号を組み合わせて相殺すると、ゾーンプレート上で刃状転位が存在する領域の外側では、らせん波ではなく通常の平面波あるいは球面波を含むが生成されることを説明する模式図である。図19aは平面波と次数1のらせん状態が組み合わされた模式図で、図3や図9と同じものである。らせん軸を取り囲むように曲線99を周回させると、曲線99は接続することなく1次のらせんを描き、平面がらせん面を成していることがわかる。図19bは、次数1のらせんが異なる空間位置で2つ加算された状態を示した図である。それぞれのらせん軸でらせん面が発生するため、2つのらせん軸を取り囲むように曲線98を周回させると、曲線98は2次のらせんを描くことがわかる。図19cは、次数1の正負のらせんが異なる空間で加算された状態を示した図である。正負のらせん状態が互いに相殺されて、両方のらせん軸を取り囲むように曲線97を周回させると、閉曲線97となることがわかる。すなわち、相殺関係にある両らせん軸から十分に離れた領域例えば、閉曲線97の外側領域では、平面波となっていることがわかる。以上の関係をゾーンプレートのパターンとして描画したものが図20である。図20はゾーンプレートの中央に次数3のらせん波を生成させる刃状転位、その周囲に3個の次数-1のらせん波を生成させる刃状転位を配したパターン例である。刃状転位の外側の帯例えば破線95で示した帯は渦ではなく閉じた環状を成しており、外側の領域ではらせん波ではなく平面波、あるいは球面波が生成されることがわかる。図20bは、ゾーンプレートの中央に次数-6のらせん波を生成させる刃状転位、その周囲に6個の次数1のらせん波を生成させる刃状転位を配したパターン例である。図20aと同様に、刃状転位の外側の領域では帯例えば破線95で示した帯が閉じた環状を成しており、外側の領域ではらせん波ではなく平面波、あるいは球面波が生成されることがわかる。このように、正負の次数を組み合わせてらせん状態を相殺すれば、組み合わせに用いたらせん軸の外側領域では、らせんのない波面の状態が得られることを示している。すなわち、本願によれば、らせん状態の制御だけでなく、らせん状態の有無および位置の制御も可能であることがわかる。ゾーンプレートの理論的背景や実施例2で説明した様に2値化されたゾーンプレートにおいて波動の遮蔽部分を遮蔽するのではなく、干渉の効果を利用して像の明るさを増加させる手法が知られている。それは、図2b、cで示した黒色部分の輪帯を単に遮蔽するのではなく、入射波の位相のみをπ半波長だけずらして透過させる方法である。これは光学においては、波動の遮蔽部に、透明で透過部とは異なる屈折率を持つ所定の厚さの位相物体を配置することを意味しており、位相変調は屈折率と遮蔽部の厚さの積すなわち光路長が波動の透過部の屈折率と厚さの積光路長との差光路差を波長の半分の奇数倍にすることに対応している。このゾーンプレートでは、最も強度の強い透過波0次回折波の強度は隣り合う輪帯間の干渉の結果ゼロとなり、主焦点±1次の回折波が、最大の強度を持つことになる。表1に2値化したゾーンプレートでの各焦点への強度の集中度集光の度合いを示す但し、3次以上の高次回折波は割愛。すなわち、各輪帯の透過波の位相をπだけ変化させることにより、主焦点の強度は理論的には約4倍の増加が見込まれることがわかる。それ以上に、背景の明るさが減少する0次回折波の強度が消失するため、像のコントラストへの効果は大きい。用いる波動に対して、振幅へは影響を与えず位相のみに変調を与える材料を見つけ出すすなわち、振幅への透過率だけならばプレート全体を通して透明とすることが、現実にはなかなか難しい課題となる。電子線においては、上記位相変調を与える手段は、電磁場を利用することも可能である。この目的は位相板と同様のものであるが、位相板より複雑な構造をもつゾーンプレートにおいては、人工的な構造体による電磁場の利用は容易ではないと考えられる。そこで電子波では物質の平均内部電位が光波における屈折率に該当するので、遮蔽部に用いる材料の平均内部電位と厚さについて検討する。例えば、電子線の位相をπ変調することは、図14に示したゾーンプレートの黒色の領域を、数式17の関係を満たす平均内部電位Vmeanをもつ物質で、厚さtの薄膜を透過させることにより実現できる。ここでV0は電子線の加速電圧で、平均内部電位Vmeanは物質に固有の値を持つため、加速電圧が増大するほど、膜厚を大きくしなければならない。なお、数式18の単位はである。ただし、回折電子線の強度を大きくするためには、該当の領域を透過する電子線の振幅にはできるだけ減衰を与えず、位相のみに変調を与えたい。従って、ゾーンプレートを構成する材質を選ぶことが重要となる。電子線装置でよく用いられる代表的な材料の平均内部電位と加速電圧300kVのときに位相差πを与える膜厚を表2にまとめる。電子波への位相差はπの奇数倍であれば良いので、位相差3π、位相差5πなども所定の位相差に該当する。しかし、膜厚の増大に伴って振幅の減衰が著しく増大するため、位相差πを与える膜厚のみを記載する。図21はらせん状態を含む円錐面波を生成させるゾーンプレートのパターンを示したものである。図7に示した、アキシコンレンズとして作用するゾーンプレートに刃状転位が織り込まれた渦状のパターンとなっている。各々、ゾーンプレートの中心にらせん波の軸が生成する様に設定されているため、ゾーンプレートの中心に格子の不連続点が位置した結果、渦の中心とゾーンプレートの中心が一致している。図21aはらせんの次数が1、図21bはらせんの次数が2、図21cはらせんの次数が3の場合である。図21に示した渦状のパターンは、数式10、および数式16で表された干渉縞のパターンのうち、らせんの次数を表すパラメータnhmの値が、それぞれ、1、2、3の場合に対応している。球面波が円錐面波に置き換わっただけで、パターンの構成は図13と同様である。しかし、図13の球面波の場合と異なり、パターンの帯の幅はゾーンプレートの中心からの距離には依存せず、円錐形状の波面の先端の角度数式16における比例係数kcに依存している図7参照。図21のパターンも図7のパターンと同様に、同心円状のパターンが渦状に変わっただけで、アキシコンレンズとして作用する性能には何ら変更はない。すなわち、図21に示す渦状ゾーンプレートは、図7に示したゾーンプレートに、らせん波を生成するという新たな機能が加えられただけである。その他、パターンを2値化した際の、剛性に関する利点や、円錐面波と平面波の伝播方向の相対角度の変化によるパターンの変化の様子、円錐形状の先端角度が大きくなるほど平面波同士の干渉によるパターンに類似する点、らせん軸の空間配置とその次数の関係、そして、らせん次数の相殺とその効果など、実施例1から8で述べてきた球面波と平面波の干渉の結果としてのゾーンプレートのパターンでの様々な効果は、そのまま、円錐面波と平面波の干渉の結果としてのゾーンプレートのパターンとして反映することが可能である。球面波でのパターンを表す数式14と円錐面波でのパターンを表す数式16を比較参照すれば、これらの議論は明らかであるので、これ以上の説明は省略する。"