專利名稱：用于x射線應用的光學裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有波長高分辨率的X射線儀器應用的光學裝置。
具體地說，本發(fā)明涉及用于處理入射X射線束的光學裝置，所述裝置包括·單色儀，和·用于處理入射光束的光學元件，其反射表面能產生二維光學效果，以便使光束適應單色儀的目的(destination)，所述光學元件包括多層結構類型的反射X射線的表面。
特別是使用的反射表面或表面可以是具有側向梯度的多層類型。
因此，本發(fā)明應用于使用單色儀的所有X射線儀器領域。
例如，可以非限定性地引用下列應用·高分辨率X射線衍射測量，·X射線熒光，·應用于微電子的X射線微測繪(或微測圖)。
本發(fā)明應用于需要良好光譜純度并由此使用單色儀的X射線儀器領域。
單色儀的基本組成元件是晶體，使它在角度和波長方面可能實現(xiàn)非常高分辨率。單色儀可以由晶體或多個排列的晶體形成。
對于上述類型的單色儀，根據布拉格(Bragg)定律產生入射X射線的衍射。
晶體的布拉格條件是形成nλ＝2d sinθβ其中n是反射級，λ是產生衍射的入射輻射的波長，d是涉及衍射的晶體原子平面之間的間隔周期，θβ是在這些需要產生衍射現(xiàn)象的相同原子平面上的入射角。
要是考慮X射線入射光束，如果滿足上述的布拉格條件，由于這些相同的原子平面波長，用入射角θβ照射晶體的λ射線波長將被衍射，入射角θβ相對一定系列的晶體原子平面非常精確。
單色光束的這種衍射現(xiàn)象產生基準角θβ的一定角度容差(angularacceptance)Δθ。
由此這個角度容差可以定義為·角度θβ對應于在單色儀上衍射光線的入射基準角(θβ已知為術語布拉格角)，θβ是晶體和波長的函數(shù)并且相應給定波長的最大反射率高峰R＝f(θ)，和·Δθ關于這個基準入射角的容差。容差定義為相應于角度容差的入射角范圍的寬度。
用于上述類型裝置的單色儀具有非常小的角度容差。例如，對于鍺晶體單色儀，應用于X射線源是kα銅源(λ＝1.54埃)，角度容差是0.00336°(關于近似20°的入射基準角)。
因此，應該理解，從給定的X射線源(這個源例如能夠是旋轉的陽極，X射線管或微型源)，沒有對光源發(fā)射的X射線的適當調整，大量這些從各個方向發(fā)射的射線以入射角到達單色儀，正好在單色儀角度容差之外。
這些光子不能被單色儀反射，因此，造成非常大的光通量損失。
背景技術：
為了減輕這種缺陷，已知將調節(jié)入射光的裝置設置在單色儀的上游。
這種調節(jié)裝置的主要功能是最大可能確定部分入射X射線的方向，入射角(相對單色儀的表面)是包括在由單色儀容差限定的入射范圍內，大約為基準入射角θβ。
因此，已知以玻璃毛細管形式形成這些調節(jié)裝置，用于通過全反射聚集從光源發(fā)射發(fā)散原始光束，并將它準直成指向單色儀的光束。
可是，與這種調節(jié)裝置相關的一個限制是這種類型的光學元件僅僅以非常小的入射角(一般小于0.1°)反射X射線。
因此，一般由光學元件釋放的光通量很小。
還已知以多層光學元件形式產生一維光學效果形成調節(jié)裝置。這些光學元件具有拋物面形狀，這種形狀使它能準直發(fā)散的入射光，和根據布拉格定律衍射入射X射線的多層涂層。


圖1示出這種已知結構的一種圖解，其中表示X射線源S在調節(jié)裝置31的目的地產生具有一定發(fā)散的原始光束X1(這些調節(jié)裝置的表面的拋物線用虛線表示)。
而且，調節(jié)裝置將原始光束X1反射為指向單色儀M的光束X2。
這種類型的一維光學元件已知稱為哥波爾(Gobel)反射鏡。
在這種哥波爾反射鏡彎曲的基底上，多層具有沿反射鏡變化的層結構(因此意味著多層的周期d)，以便保持在反射鏡大表面上的布拉格條件。
這種具有側向梯度的多層反射鏡允許反射波長屬于預定范圍的X射線，入射光線在不同的反射鏡區(qū)域具有可變的局部入射角。
這種調節(jié)裝置使它能將入射光束準直成光束X2，其中X射線的傳播方向基本上平行于相對單色儀的入射方向，其對應于該單色儀的值θβ，并且這個值在單色儀的角度容差范圍內。
但是，這個調節(jié)裝置僅允許原始光束X1在單個平面(在示例中已經描述的圖1的平面)準直。
因此，不處理在垂直于該平面的平面內的散射導致許多X射線沒有使用。
因此，對于給定光束X1，這些已知具有一維效果的調節(jié)裝置的一個限制是在與單色儀角度容差一致的方向準直的X射線的光通量依然是限制的。
還應該說明，就本發(fā)明的應用領域這點來說，需要具有從單色儀輸出小尺寸光束(一般小于2mm)。
事實上，從單色儀發(fā)出的光束產生“像點”，像點的尺寸必須是這個放大倍率的數(shù)量級。
像點是包括在已知為“像面”平面內。
為了增加到達單色儀的“有用”光通量，已知如何以二維光學元件的形式形成調節(jié)原始光束的裝置，二維光學元件的反射表面呈現(xiàn)側向梯度。
這種光學元件以“肩并肩的Kirkpatrick-Baez”裝置形式形成，如圖2所示。
在本文的其余部分，“Kirkpatrick-Baez”結構稱為“KB”。
因此，該附解了元件33，其包括肩并肩的兩個反射鏡331和332(反射鏡331的軸平行于方向Z，反射鏡332的軸平行于方向X)。
這兩個反射鏡的表面具有以兩個互相垂直軸為中心的曲率。
對于這種類型的光學元件，期望的調節(jié)是提供雙反射，每個反射鏡331，332沿一個軸產生一維光學效果。
兩個反射鏡的每一個能產生準直或聚焦。
單色儀M接收元件33反射的光通量X2。
這種類型的光學元件33的描述在專利US 6 041 099中可以找到。
應該說明，調節(jié)裝置也可以以兩個反射鏡不是肩并肩地設置的“KB”裝置的形式形成。
與哥波爾反射鏡類型的調節(jié)裝置比較，在與單色儀的角度容差一致的入射角范圍內，這種具有二維效果的調節(jié)裝置使它可以補償較大部分從發(fā)散的原始光束X1發(fā)出的射線。
本發(fā)明的一個目的是進一步提高這種裝置的性能。
具體地說，本發(fā)明的目的是聚集最大量的來自發(fā)散原始光束的光通量，并在輸出時產生高于包括上述調節(jié)裝置的裝置產生的單色光通量。
因此，為了增加這種裝置的輸出光通量，本發(fā)明的具體目的是使它可能利用增大尺寸的X射線源。
本發(fā)明另一目的是使它可能提高這種裝置的緊湊性。
為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提出用于處理入射X射線束的光學裝置，所述裝置包括·單色儀(M)，和·用于處理入射光束的光學元件(20)，其反射表面能夠產生二維光學效果，以便使光束適應單色儀的目的地(destination)，所述光學元件包括多層結構類型的反射X射線的表面，其特征在于所述反射表面由單個表面組成，所述反射表面是根據對應兩個不同方向的兩個曲率成形的。
優(yōu)選但不局限于這種裝置的方面如下·所述單個反射表面是具有側向梯度的多層類型。
·所述單個反射表面包括深度梯度。
·所述反射表面在各個所述兩個不同方向成形，以便產生兩個獨立的一維效果。
·所述反射表面具有在第一方向基本上為圓環(huán)形和在第二方向基本上為拋物面形的幾何形狀。
·所述第一方向是光學元件的下垂(saggital)方向和第二方向是光學元件的子午線方向。
·所述反射表面基本上具有螺旋管形(toroidal)的幾何形狀。
·所述反射表面基本上具有拋物面的幾何形狀。
·所述反射表面基本上具有橢圓形的幾何形狀。
·所述反射表面能夠反射線Cu-kα或Mo-kα的射線。
·單色儀是鍺晶體，并且光學調節(jié)元件包括具有側向梯度的W/Si多層涂層。
·所述裝置的光學元件具有大約2cm的長度，所述裝置能夠使用X射線源，X射線源的尺寸大約為幾十微米乘幾十微米，以便產生大約300*300微米的標本點。
閱讀本發(fā)明的下列說明書并參照給出的附圖，本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點將更加清楚，其中除了圖1和圖2在已經在評述現(xiàn)有技術中參照過·圖3表示根據本發(fā)明一個實施例的光學裝置的全視圖，·圖4是同一裝置的俯視圖，圖5a和5b圖解在已知類型的裝置改型的情況下需要的延伸，以便實現(xiàn)根據本發(fā)明裝置可比較的性能，本發(fā)明更緊湊，圖6a和6b圖解在發(fā)明中考慮二維效果光學調節(jié)元件給定的點使它確定容許的角度發(fā)散。
作為說明的前言，應該說明附圖是為了解釋發(fā)明的原理，并不需要表示尺寸和真實的比例。
具體對于X射線的入射角(或甚至反射)是真實的。
根據本發(fā)明這些X射線實際上是以小于10°的入射角到達反射表面。
相對X射線束的一般傳播方向定義子午線方向和下垂方向·子午線方向對應于這個光束傳播的中間方向(mean direction)(更精確地說是在涉及的光學組件上反射前后光束傳播的中間方向之間的中間方向)，·下垂方向對應于該子午方向的水平橫向方向(這里通過將要描述光學組件的反射表面部分的中間法線來定義垂直，其實際上用于反射入射的X射線)。
具體實施例方式
參照圖3，示出根據本發(fā)明的裝置放置在標本E的上游。
這個裝置包括·調節(jié)用X1表示具有一定發(fā)散的原始X射線束的裝置，·與給定角度容差有關的單色儀M。
調節(jié)裝置在發(fā)明的這個實施例中以光學元件20的形式形成，光學元件20用于反射從X射線源S發(fā)出的原始光束X1的射線。
在圖3的示例中，光學元件20提供第一維度的準直并聚焦第二不同的維度。
光源S具體可以是X射線管、旋轉陽極或微聚焦型的X射線源。
光學元件20包括在基底上形成的多層結構(例如由玻璃制成)，其限定X射線束X1的反射表面。
這個光學元件的單個反射面具有特殊的幾何形狀。
具體地說，這個反射表面是根據對應于兩個不同方向的兩個曲率形成的。
因此，這個反射表面相對用光學組件的那種反射表面例如文獻US6 041 099公開的表面有明顯不同·該反射表面是單個反射表面，不象那種兩個不同的基本反射鏡組裝而成的光學組件，·該反射表面是有角度的(這個術語意味著在本文中反射表面不表現(xiàn)有任何第二級中斷角度點或邊緣---凸角或中空等)，·而且，在本發(fā)明的示例中，還有明顯的不同點在于入射射線僅經歷單次反射就產生所需的二維光學效果，而在使用文獻US 6 041099教導的例子復制的調節(jié)裝置的光學組件的情況下，需要兩次反射。
發(fā)明考慮的光學調節(jié)元件的描述在詳細描述圖3的實施例之前，概括地公開本發(fā)明的特征。
根據本發(fā)明的光學元件的反射表面具有沿下垂方向X的曲率Cx和沿子午線方向Y的曲率Cy。
圖3表示這些曲率，兩個彎曲Cx和Cy用虛線表示。
各個彎曲Cx，Cy可以是圓環(huán)形，但也可以是橢圓形，拋物線形或其它彎曲(開放的或閉合的)。
在任何情況下，光學調節(jié)元件的反射表面不會是簡單的球形。
因此，各個彎曲Cx，Cy與不同的維度方向有關(在此討論的示例中為兩個垂直方向)。
各個這些彎曲產生X射線的一維光學效果，X射線正好在反射表面反射·彎曲Cx沿X方向產生一維光學效果，·彎曲Cy沿Y方向產生一維光學效果。
各個這些維度效果取決于彎曲的曲率和這個彎曲的變化規(guī)律。
因此，可能參數(shù)化Cx和Cy，以便選擇性地獲取相關的一維效果，例如聚焦或一維準直。
圖3表示本發(fā)明的一個實施例。
在這個實施例中，彎曲Cx產生一維聚焦，彎曲Cy產生一維準直。
出于這個目的，圖3中的光學元件20的多層反射表面的形狀是在各個方向X和Y分別為兩個分別為圓環(huán)形和拋物線形的彎曲Cx和Cy，各個這些彎曲在給定平面內產生一維效果，分別在平面XY和平面YZ。
因此，從發(fā)散的光束X1，在維度的一個維產生準直并在另一維聚焦。
根據本發(fā)明的變化，在調節(jié)單色儀上入射光束的裝置可以是提供二維準直的光學元件。
在這種情況下，彎曲Cx和Cy的形狀都是拋物線形的。
返回到圖3中的本發(fā)明的實施例，設置單色儀M使得光束X2的中間方向對應于單色儀的入射角θβ，或對應于與這個單色儀角度容差一致的角。
這樣在這個單色儀的角度容差限定的容差內到達單色儀的X射線的光通量沿垂直方向(方向Z)和沿下垂方向最大化。
在此應該說明，根據本發(fā)明可能形成具有由多層反射鏡(具有側向梯度，而且如在本文的后面還可能具有深度梯度)組成的光學元件的調節(jié)裝置，其反射表面可以具有各種非球面復雜形狀的一種形式，使它有可能滿足改變反射光束X2到單色儀方向的必須功能。
因此，有可能具體賦予反射表面下列幾何形狀之一·基本上為螺旋管形的幾何形狀，·基本上為拋物面形的幾何形狀，·基本上為橢圓形的幾何形狀，·在第一方向(具體為下垂方向)基本上為圓環(huán)形，在第二方向(具體為子午向方向)基本上為拋物面形的幾何形狀。
側向梯度可以具體可以沿入射X射線的子午線方向延伸。
多層的周期可以適應具體的Cu-Kα或Mo-Kα線的射線。
在本發(fā)明實施例的情形，在下垂平面(也就是說沿圖3的平面XY)聚焦，根據本發(fā)明一個偏愛的應用，曲率半徑Rx(下垂的曲率半徑)可以是小于20mm的值，需要聚焦在短距離，小于90cm(源點聚焦距離)。
應該注意，根據本發(fā)明用作裝置中的光束調節(jié)裝置的光學元件沒有KB型光學組件的缺陷和限制。特別是·這種光學組件是單片(不需要任何嚴格的裝配)·入射的X射線僅在它的反射表面經歷單次反射。
應該說明，光學元件20的反射表面是由多層限定的。
特別是在所有的示例中的這個多層(如在本文中涉及的所有多層)包括最小一個“側向梯度”。
這個特征使它能夠有效地反射相對元件20的反射表面具有不同局部入射角的X射線。
應該明白，事實上在這個反射表面上的不同點不接收相同局部入射角的入射X射線(因為入射光束的發(fā)散和這個反射表面的幾何形狀)。
這里具有側向梯度的多層意味著調整層結構的多層使得布拉格條件與反射鏡有用的表面上每點一致。
因此，對于在窄波帶例如包含Kα銅線的入射X射線的輻射(Cu-Kα線波長接近0.154nm)，具有側向梯度的多層反射鏡使它在整個反射鏡的有用表面上能夠保持布拉格條件。
這導致具有預定波長帶的反射(在上述示例中包含銅Kα線)，在反射鏡的不同區(qū)域入射射線具有可變的局部入射角。
因此，可能增加實際使用的反射鏡的表面面積。
通過根據反射鏡的位置改變多層的周期來獲得梯度。
因此，這種類型的側向梯度多層結構使它有可能增加光學組件的聚集立體角，這導致比相同幾何形狀起全反射作用的單層反射鏡具有更高的反射光通量。
但是，應該注意，在極端的情況下，特別是如果光學元件的曲率小到不需要這種梯度，多層也可以沒有梯度。
本發(fā)明的各種實施例的多層也可以有深度梯度。
這種深度梯度使它有可能滿足確定入射角和可變波長的布拉格條件，或反之亦然。
因此，例如有可能增加光學組件的多層的波長帶寬，并聚焦或準直不同波長的X射線，在一個和相同的給定像面(確定的幾何形狀的情形----就是說在這種結構中入射射線源的相對位置，光學組件的相對位置和像面的相對位置是固定的)聚焦或準直不同波長的X射線。
這樣有可能使用不同波長的X射線源來反射從相同光學組件的不同源發(fā)出的X射線，不需要源和/或像面或相對光學組件的平面的新定位。
在這種情況下使用光學組件的波長容差(容差為Δλ)。
用相同的方法，也有可能將這個Δλ的容差轉換成Δθ的容差，θ是在元件20上的入射角。
事實上，根據布拉格條件的前后關系，波長的容差對應于入射角的容差，對于入射光束恒定的波長，有可能聚集和反射入射光通量，其中相同波長的射線具有不同的局部入射角。
特別是這樣有可能使用大尺寸的X射線源(增加光學元件的角度容差)。
因此，在多層中形成具有深度梯度的調節(jié)裝置構成實現(xiàn)發(fā)明的一種選擇。
二維調節(jié)裝置的信息使用二維光學元件用于調節(jié)在單色儀上的入射輻射特別使它有可能實現(xiàn)在第一維度的準直，以便保持在單色儀的基準面上固定的入射角，同時在第二維度(由下垂面XY限定)上產生第二個一維效果，以便聚集最大入射光通量。
在第二維度的調節(jié)可以聚焦或準直。
作為圖解，在圖3中表示了這種功能對于光束X2(其被調節(jié)元件20反射)，在YZ平面發(fā)散的射線在YZ平面準直，以便保持單色儀的角度容差的大約θβ的入射角。
根據光學元件20產生的第一維度準直功能，使它有可能限制在衍射平面(對于各個反射的X射線，衍射平面定義為垂直于包含入射光束和反射光束的反射表面的平面)光束的角度發(fā)散。
為了增加在標本上聚集的X射線光通量，有利地在第二維度進行調節(jié)，例如在圖3中的XY平面(下垂平面)。
這使它有可能限制在這個平面的發(fā)散，由此最大化從光源聚集并在單色儀上反射后投射到標本上的X射線光通量。
進行這種第二維度的調節(jié)(仍然參照圖3)，同時保證單色儀的操作條件(限制在衍射平面的角度發(fā)散)。如上所述，在第二維度的調節(jié)可以是聚焦或準直。
當在單色儀的下垂平面容許的角度發(fā)散α在討論的應用情形很大時，通過實現(xiàn)聚焦增加第二方向(下垂)光通量的可能性是有利的。
這是因為在本發(fā)明的應用領域情形(對于遇到的聚焦條件和討論的單色儀類型)，在第二維度(下垂維度)的發(fā)散α對在單色儀上入射X射線的入射角影響很小。
參照圖4，在下垂平面的發(fā)散α由在這個相同平面的調節(jié)光學元件X1的有用寬度(例如在光學元件中心確定)和聚焦距離dFOC(光學元件-像點距離)給定。在X方向的發(fā)散α可以用下列方程式近似得出Tan(α)＝((X1/2-L/2)/(dFOC))，其中L是在下垂平面的像點寬度。
已知在單色儀的角度容差在下垂平面的發(fā)散α(其稱為Δα)是布拉格(Bragg)角θβ和這個單色儀的角度容差Δθ的函數(shù)。參考文獻M.Schuster和H.Gobel，J.Phys.D在應用物理(Applied Physics)28(1995)A270-A275“Parallel-Beam Coupling into channel-cutmonochromators using tailored multilayers”，這個角度容差Δα可以表示如下((Δθ/tanθβ)*2)1/2＝Δα，在這個公式中Δα和Δθ用弧度表示。
在下垂平面角度發(fā)散的容差可以經過應用Cu-kα(θβ＝22.65°，Δθ＝0.00336°)的鍺晶體的示例來確定。
因此，計算1°級的有限發(fā)散(光束X2發(fā)散的角度容差)，其非常不易受到發(fā)明的應用領域所需的會聚。
因此，單色儀可以接收討論的第二方向(圖3中的X方向)入射光束X2的更大發(fā)散。
由此，它有利于聚集討論的第二方向(下垂方向)來自光源的最大量的光通量。
這個總的目的涉及發(fā)明的裝置和以已知方法使用的裝置，例如調節(jié)裝置，KB型的光學組件。
與包括KB型的調節(jié)裝置相比其它顯著的具體優(yōu)點在討論的第二方向，就是說對于單色儀可以容許更大的發(fā)散(在圖3情形的X方向)方向，與由二維“KB”型光學組件(肩并肩或者不是)實現(xiàn)原始光束調節(jié)的裝置相比，本發(fā)明使它有可能聚集更多來自光源的光通量。
兩種現(xiàn)象引起這個光通量的增益，下面將解釋它們。
·首先，在本發(fā)明具有光學元件例如元件20的情形，具有給定的長度(在子午線方向)，在下垂方向獲得的拍攝(capture)角度大于用KB光學元件實現(xiàn)調節(jié)的傳統(tǒng)結構獲得的拍攝角度，·其次，用作本發(fā)明的二維光學元件20可以接收在下垂方向原始光束X1的更大發(fā)散，因此在這個元件20的任何點拾取更大的光源表面。
參照上述第一種優(yōu)點，這是因為在通過KB型的光學組件進行調節(jié)的情形，為了增加在光學組件光束傳播中間方向的橫向聚集立體角，需要增加這個光學組件的長度。
這是因為根據KB結構獲得的二維效果與上反射相關。
經過圖解并考慮圖2，如果裝置在X或Y方向延伸，需要在Y方向延伸反射鏡。
這個現(xiàn)象在圖5a和5b中圖示。
對于KB型光學元件，事實上已知任何入射射線必須照射到光學元件的特定區(qū)域(相應于圖5a和5b中的陰影區(qū))，以便經歷雙反射。
因此，對于這種已知類型的光學調節(jié)元件(無論反射鏡是否連續(xù))，結果是這樣，通過水平橫向方向和垂直橫向方向(Z方向或X方向)的元件長度限定能夠聚集的立體角。
對于KB型光學組件，元件的長度(在子午線方向)由此影響聚集立體角的橫向成分和縱向成分。
在本發(fā)明的情形，有可能不增加裝置的長度地增加在下垂方向聚集的立體角。
特別是在希望限制體積和光學元件尺寸的情形，這是很重要的。
特別是在這種情形，作為微電子X射線微測繪的應用示例，用作X射線微光源的光源具有幾十微米乘幾十微米的尺寸(例如40微米乘40微米)，分析的標本點是百微米乘百微米級(例如300微米乘300微米)。
在這種情形希望將光學調節(jié)元件的長度限制在近似2cm。
通常說來，對于應該限制裝置長度的應用，用于本發(fā)明的光學組合證明具體的優(yōu)點并使它有可能最大化單色儀反射的光通量，同時最小化裝置的尺寸。
此外，調節(jié)裝置在子午線方向的延伸(其是X射線在光學元件的傳播中間方向)增加施加側向梯度的多層表面的效果。
施加這種類型的梯度，以便補償光學元件表面的曲率。
在5a和5b中，沿光學組件的兩個反射鏡的Y軸施加多層的梯度。
結果，增加元件的長度等于增加施加梯度的表面，其等于使裝置的制造更復雜。
對于單反射例如本發(fā)明考慮的那些的調節(jié)光學元件，作為示例，通過簡單地增加位于光學元件入射和出射處的可移動狹槽的尺寸，可以增加下垂方向的聚集立體角。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是在光學調節(jié)組件的給定點捕獲更大光源表面的可能性，因此能夠最大化在像點的光通量。
這個現(xiàn)象可以通過圖6a和6b以及圖2來解釋，如果考慮X射線源，它的表面平行于在這些圖中定義的XZ平面。
圖6a和6b解釋用于本發(fā)明的光學調節(jié)元件20。
對于作為本發(fā)明考慮的光學調節(jié)元件，如果考慮根據圖6a和6b和圖2的各種光學元件的對準，與在相同方向(就是說X方向)KB型的調節(jié)光學元件容許的角度發(fā)散相比，在光學元件任何點的下垂方向容許的入射X射線的角度發(fā)散是相當大的。
沿光源的其它維度(就是說Z方向)，在兩種類型的二維效果光學元件的任何點容許的角度發(fā)散是非常接近的并且由多層的角度容差限制。
入射X射線發(fā)射源點在Z方向從光源的中心S的移動直接和明顯地影響這些X射線在二維光學元件給定點的入射角，無論是哪種討論的光學元件類型(KB型或本發(fā)明考慮的單次反射的光學元件)在本發(fā)明的考慮的光學調節(jié)元件的情形，參照圖6a和6b，在X方向(其相應于下垂方向)發(fā)射光束的開口與來自光源中心的直接光束相比，只引起在光學元件任何點的入射角很小的變化。
參照這些附圖6a和6b，可能確定調節(jié)光學元件中心C處的入射X射線容許的角度發(fā)散。
在Z方向能夠在光學元件中心有效地反射的光源尺寸由下列方程式求出Z1＝(cosθs*p)(tanθ1-tanθ1′)，其中p是光源中心和光學元件中心之間的距離，θs是從光源的中心S發(fā)出的射線在光學元件上的入射角，θ1和θ1′是由多層(Δθ＝θ1-θ1′)角度容差給定的有限入射角。
仍然參照圖6a和6b，在X方向，能夠在光學元件中心C反射的光源尺寸由下列方程式求出X1＝2((p sinθs/tanθ1′)2-(p cosθs)2)1/2上面給定的數(shù)值X1和Z1是在多層的角度容差限制內確定的光源尺寸。
例如，對于用于銅kα的應用的W/Si涂層，(光學調節(jié)元件20)多層的角度容差是關于1.26°角為0.052°。
還可以考慮光學元件和光源對準，使得從光源的中心發(fā)射的光束在光學元件上的入射角θs由多層的布拉格角給出。
對于12cm標準光源-光學元件距離，作為本發(fā)明考慮的能夠在光學元件中心沿下垂方向聚集的光源尺寸可以是5cm級，對于Z方向近似110微米。
又例如，在一個和相同類型的多層的KB光學組件和光源-光學元件距離的情形，限制能夠在給定點有效地聚集的光源尺寸在兩個方向近似110微米(參照圖2的X和Z)。我們將獲得在后面的說明書解釋的原因。
上述數(shù)值構成入射光束的角度發(fā)散的理論限制(在對于W/Si多層的上述情形)，入射角發(fā)散被上面比較的光學調節(jié)元件容許。
但是，在根據本發(fā)明的裝置的情形，還需要考慮在下垂方向單色儀容許的發(fā)散以及涉及希望獲得(尺寸，距離)圖像的規(guī)定，以便最終最大化像點聚集的光通量。
把這些考慮在內，對于本發(fā)明考慮的光學調節(jié)元件，從光源捕獲的光通量潛在的增益是顯著的。
更進一步說，如果例如考慮給定標準X射線源的尺寸是300微米乘300微米，X射線源和光學調節(jié)組件之間的距離為12cm，在這個光學組件的給定點可能在下垂方向看見比已知的裝置(用KB光學組件調節(jié))的情形更大的光源表面。
在本發(fā)明的情形，可能在光學元件上的任何點在下垂方向聚集300微米的光源，在下垂方向要求的像點是相當寬的情形，例如，對于距光學元件40cm的位置、寬1mm像點，可以顯示可靠的優(yōu)點。
因此，應該理解根據本發(fā)明的裝置容許在特定方向相當大的從光源發(fā)射光束的發(fā)散。這不是使用KB型調節(jié)元件的已知裝置的情形。
參照圖2和KB光學元件，對于第一水平反射鏡332，提供在光學元件上給定點有效反射的入射光束發(fā)散一定自由度的方向是垂直于第二光學元件中心的方向，其垂直反射鏡331。
但是，在已知具有兩個反射鏡的結構中，垂直或近似垂直反射鏡表面的方向對應于入射光束引起入射角顯著的變化的發(fā)散方向。
由于雙反射現(xiàn)象，因此，能夠在KB型組件給定點聚集的光源尺寸由光源二維多層角度容差來限定。本發(fā)明也沒有這個限制。
權利要求
1.一種用來處理入射X射線束的光學裝置，所述裝置包括·單色儀(M)，和·用于調節(jié)入射光束的光學元件(20)，其反射表面能夠產生二維光學效果，以便使光束適應單色儀的特性，所述光學元件包括多層結構類型的反射X射線的表面，其特征在于所述反射表面由單個表面組成，所述反射表面是根據對應兩個不同方向的兩個曲率成形的。
2.如前述權利要求所述的裝置，其特征在于所述單個反射表面是具有側向梯度的多層類型。
3.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于單個反射表面包括深度梯度。
4.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面在各個所述兩個不同方向成形，以便產生兩個獨立的一維效果。
5.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面具有在第一方向基本上為圓環(huán)形和在第二方向基本上為拋物面形的幾何形狀。
6.如前述權利要求所述的裝置，其特征在于所述第一方向是光學元件的下垂方向和第二方向是光學元件的子午線方向。
7.如權利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面基本上具有螺旋管形的幾何形狀。
8.如權利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面基本上具有拋物面的幾何形狀。
9.如權利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面基本上具有橢圓形的幾何形狀。
10.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于所述反射表面能夠反射線Cu-kα或Mo-kα的射線。
11.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于單色儀是鍺晶體，并且光學調節(jié)元件包括具有側向梯度的W/Si多層涂層。
12.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于裝置的光學元件具有大約2cm的長度，所述裝置能夠使用X射線源，X射線源的尺寸大約為幾十微米乘幾十微米，以便產生大約300*300微米的標本點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來處理入射X射線束的光學裝置，所述裝置包括·單色儀(M)和·用于調節(jié)入射光束的光學元件(20)，其反射表面能夠產生二維光學效果，以便適應在單色儀目的地的光束，所述光學元件包括多層結構類型的反射X射線的表面，其特征在于所述反射表面由單個表面組成，所述反射表面是對應兩個不同方向根據兩個曲率成形的。
文檔編號G01N23/20GK1662999SQ03814508
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月19日 優(yōu)先權日2002年6月19日
發(fā)明者P·霍格霍伊, A·達里埃爾, S·羅格里格斯 申請人:謝諾思公司