Устройство для получения рентгеновс-КОгО изОбРАжЕНия B пЕРЕМЕННОМ MAC-шТАбЕ Советский патент 1981 года по МПК G01N23/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОМ МАСШТАБЕ

Изобретение откосится к рентгенов ской оптике и может быть использовано для получения сфокусированных рентгеновских изображений в переменном масштабе, в частности, с цедью и визуализации или литографии. Известны устройства для получения сфокусированного рентгеновского изоб ражения в переменном масштабе, содер жащие средства фокусировки рентгеновского излучения и средства регист рации изображения. В качестве средства фокусировки используется зерка. ло полного внешнего отражения ГЦ . Чрезвычайно малые углы скольжения падающего пучка к поверхности зеркала, ограниченные величиной критического угла полного внешнего отражения, на практике йе превьпиают 0, и служат причиной значительных геометрических аберраций устройства. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе,содержащее изогнутый монокристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения. расположенное на расстоянии W от моно кристалла, определяемом из соотношени ,где М- коэффициент поперечного увеличения изображения,2 - расстояние от монокристалла до изображаемого объекта.Оптическая ось такого устройства совпадает с осью симметрии монокристалла, отражающие плоскости которого параллельны (дифракция на. отражение) либо перпендикулярны (дифракция на прохождение) его рабочей поверхности Г2. Наложение,падающего (при дифракции на отражение) или прошедшего (при дифракции на прохождение) пучков на изображение, сформированное в дифрагированном пучке, на практике ограничивает полезрения и угловую апертуру, а следовательно, светосилу устройства величиной Цель изобретения - увеличение светосилы и поля зрения за счёт разнесения оптических осей падающего и дифрагированного пучков. Для достижения поставленной цели в устройстве для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе, содержащем изогнутый монокристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения, расположенное на расстоянии W от монокоистдлла.определяемом из соотношения W -MZ, где М - коэффициент поперечного увеличения изображения, Z - расстояние от монокристалла до изображаемого объекта, монокристалл, отражающие плоскости которого составля-, ют угол сь с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса г и установлен под углом Чо к оптической оси падающего пучка, при этом

.7.с.:..шО SinCM 8 -blgl) . 0 М

На фиг. 1 изображена рентгенооптическая схема устройства для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе на фиг.2 - то же, сечение плоскостью дифракции)на фиг.З - возможные варианты устройства с различной геометрией фокусирующего элемента.

Устройство для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе-(фиг. 1) содержит монокристалл 1, изогнутый по сфере радиуса г, и рентгеновскую пленку 2 для регистрации сфокусированного полихроматического изображения объекта 3.

Принцип действия устройства поясняется фиг.2, относящейся к общму случаю асимметричного отражения, когда отражающие плоскости составляют некоторый угол сС с рабочей поверхностью кристалла. Из каждой точки у объекта 3 на кристалл 1, изогнутый по окружности 4 радиуса г падает пучок лучей достаточно широкого спектрального состава.

Поверхность монокристалла в его полюсе наклонена к ломаной оптической оси устройства ZOW на углы М Ч со стороны падающего и дифрагированного пучков соответственно. Окружность 5 круга Роуланда отсекает оптической оси отрезки 2f и 2f rsin V соответственно. Согласно условию Брэгга я 2d sin & в каждой точке JC поверхности монокристалла дифрагирует излучение одной длины волны X отвечающей углу б падающего луча б с отражающей плоскостью и углам скольжения при падении и отражении % и VVi соответственно. Таким образом, условия отражения имеют вид f -Чо-Т.Ы,.

С помощью угла 4 между оптической осью устройства и вспомогательными лучами 7 и 8, проведенными из полюса кристалла в точки пересечени падающего б и соответствующего ему дифрагированного 9 лучей с окружностью круга Роуланда, связь координат (у,Z) и (v,W) параксиальных пучков лучей можно представить в виде

(), (2f.-W). Отсюда

,,4|-(2f,-2)42,-Vlj. 45

При обращении в нуль коэффициента при % все дифрагирующие лучи, например, 9-11 собираются в одной точке V, образуя полихроматическое действительное изображение точки у объекта. Сопряженные плоскости объекта и изображения связаны условиями полихроматической фокусировки (формулой кристалл-дифракционного фокусирующего элемента - КФЭ)

-Л

IdВ любой плоскости W наблюдается сфокусированное полихроматическое в каждой точке изображение сопряженной плоскости Z.

При изменении углов У и Ц |, окружность 12 радиуса TQ отображается в окружность 13 радиуса г , касательнуюк ней в полюсе монокристалла. Их радиусы связаны соотношением

0

Изображение бесконечно удаленной точки (Z Со ) наблюдается в плоскости и удалено в бесконечf|pCTb при помещении объекта в плоскость Z f. .

Следовательно, f и f - переднее и заднее фокусные расстояния КФЭ в пространстве объекта и изображения соответственно.

В общем случае 1 I г

sin ЦО

2

1 -

sinV 2 rn

2

Xf

а и Ti

1

орты осей Z

и W соотгде пветственно,

г - радиус изгиба кристаллических плоскостей, проведенный из полюса кристалла. Фокусные расстояния, равны отрезкам, отсекаемым на лучах Z и W фокальной окружностью 14 радиуса г/4, касательной к окружности изгиба 4 в полюсе кристалла.

Коэффициент М поперечного увелиW

чения КФЭ составляет М -у, а коэффициент продольного увеличения

Mfc -ЬМ ,

fi sinvg

где Ь П

коэффициент асимметрии ла.

Выбрав масштабный фактор М, размер Z (или W) и углы Vg и Ч; наклона оптической оси устройства к рабочей поверхности монокристалла со стороны падающего и дифрагированного пучков, легко определить его радиус изгиба

г- (или

Г--22sinM -lAsitvY

.

Разместив устройство так, чтобы изображаемый объект находился на расстоянии Z, а рентгеновская пленка на расстоянии W -MZ от кристалла соответственно, в направленных вдоль лучей Z и W, составляющих между собой угол У + получают изображение в требуемом масштабе.

Те или иные, из геометрических аберраций устройства (в том числе и для широкорасходящихся пучков) можно уменьшить или устранить наклоном плоскостей объекта И/ИЛИ: средства фокусировки к оптической оси, специальным выбором формы поверхности кристалла или более сложной формы изгиба отражающих плоскостей, в частности, применение сферического изгиба кристаллов вместо цилиндрического значительно уменьшает астигматизм системы.

Физические аберрации вызваны конечной шириной области дифракционного отражения (дифракционного проиля) монокристалла и минимальны при ифракции на совершенном монокристалслучай

Плоский на Брэгга отражение

случай

Плоский на Лауэ прохождение

по Иоганну +

Вогнутый на отражение

Вогнутый на

по

Дю-Монду + прохождение

Выпуклый на

д отражение

по Кошуа

Выпуклый на прохождение

ле в симметричном случае Брэгга, когда условия зеркального отражения от отражающих плоскостей выполняются точно.

В зависимости от особенностей изображаемого объекта и спектрального диапазона рентгеновского пучка могут оказаться предпочтительными другие варианты рентгенооптической системы устройства, в том числе с плоскими кристаллами (случай бесконечно

0 большого радиуса) и с кристаллами на прохождение. ;

Возможные варианты изображены на фиг.З, а их краткая характеристика

5 дана в таблице.

На фиг. 3 треугольники одинаковой окраски, отнесенные к центральным лучам Z и W падающего и диафрагированного пучков, символизируют

0 сопряженные области пространства объекта и пространства изображения в зависимости от их расположения относительно поверхности и фокусов . КФЭ.

Получение мнимого изображения, трансформация мнимого изображения в действительное

Малые длины волн и углы дифракции

Большие длины. волн и углы дифракции

Малые длины волн и углы дифракции увеличенное изображение

Получение мнимого изображения, трансформация мнимого изображения в действительное

Малые длины волн и углы дифракции, уменьшенное изображение В качестве средства регистрации можно применять как фотографическую регистрацию (в том числе для литографии), так и другие двухкоординатные детекторы рентгеновского излучения. Спектральная ширина пучка излучения, исходящего из каждой точки объекта, должна соответствовать суммарной ширине дифракционного профиля кристалла и угла зрения с его поверхности сечения пучка или его мнимого продолжения окружностью круга Роуланда. Для освещения объект наиболее целесообразно использовать отвечающее этим требованиям интенсивное полихроматическое синхротронное излучение. Ломаная оптическая ось устройства позволяет отвести изображение в дифрагированном пучке на достаточное расстояние от первичного пучка, что дает возможность значительно увеличи поле зрен:;я: устройства и его апертур а следовательно, светосилу. Возможность применения асимметричных срезов монокристаллов способствует повы шений светосилы устройства. В резуль тате следует ожидать расширения области применения устройств для по лучения сфокусированного рентгеновского изображения в переменном масштабе, в частности, в рентгеновской микроскопии и рентгеновских осветителях. Формула изобретения Устройство для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе, содержащее изогнутый монокристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения, расположенное на расстоянии W от монокристалла, определяемом из соотношения W -MZ, где М - коэффициент поперечного увеличения изображения, Z - расстояние от монокристалла до изображаемого объекта, отличающееся тем, что, с целью увеличения светосилы и поля зрения за счет разнесения . оптических осей падающего и дифрагированного пучков, монокристалл, отражающие плоскости KOTOpdro составляют угол d- с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса г и установлен под углом к оптической оси падающего пучка, при этом s,nvg- :2iM±M) Источники информации, принятые во внимание при экспертизе о I.Franks А., Breakwell P.R., Deve I cptnen t S i п Optically focusing reflectors for small - angle x-ray scattering cameras. - J. AppI. Cryst., 1974, 7, p. 122-125. 2. CancKois J. Sur la formation d images avec les rayons x. Rew. dOpt, 1950, 29, p. 151-163 (прото.тип) .

W

t7 X,