Устройство для получения рентгеновс-кого изображения b переменном mac-штабе

Устройство для получения рентгеновс-кого изображения b переменном mac-штабе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(i)) 842521

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 09. 79 (21) 2824045/18-25

G 01 И 23/20 с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.81, Бюллетень Но 24

Дата опубликования описания 30. 06 . 81 (53) УДК 621. 386.1 (088.8) (72) Автор изобретения

N.Т. Коган (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО

ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОМ МАСШТАБЕ

Изобретение относится к рентгеновской оптике и может быть использовано для получения сфокусированных рентгеновских изображений в перемен- 5 ном масштабе, в частности, с целью их визуализации или литографии.

Известны устройства для получения сфокусированного рентгеновского изображения в переменном масштабе, .содер- 10 жащие средства фокусировки рентгеновского излучения и средства регистрации изображения. В качестве средства фокусировки используется зерка,ло полного внешнего отражения 1) .

Чрезвычайно малые углы сксльжения падающего пучка к поверхности зеркала, ограниченные величиной критического угла полного внешнего отражения, на практике йе превышают 0,5 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 иэ соотношенияЗ0

W=-.MZ где М- коэффициент поперечного увеличения изображения, Z - расстояние от монокристалла до изображаемого объекта. Оптическая ось такого уст ройства 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 поле зрения и угловую апертуру, а следовательно, светосилу устройства величиной 1-2.

Цель изобретения — увеличение светосилы и поля зрения за счет разнесения оптических осей падающего и дифрагированного пучков.

Для достижения поставленной цели в устройстве для получения рентгеновского иэображения в переменном масштабе, содержащем изогнутый монокристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения, расположенное на расстоянии Ы от монокристалла.оп842521 ределяемом из соотношения W = -MZ, где М вЂ” коэффициент поперечного увеличения изображения, Z — расстояние от монокристалла до изображае-! мого объекта, монокристалл, отражающие плоскости которого составляют угол с с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса r и установлен под углом Ч д к оптической оси падающего пучка, при этом

Г=22

1 ,у О siи (ч Я +2.д.) вjllч 0 щ

На фиг. 1 изображена рентгенооптическая схема устройства для получения рентгеновского изображения в переменном масштабе на фиг.2 — то же, сечение плоскостью дифракции,на фиг.3 — 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

r, и рентгеновскую пленку 2 для регистрации сфокусированного полихроматическогo изображения объекта 3.

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

Поверхность монокристалла в его полюсе наклонена к ломаной оптичесо кой оси устройства ZOW на углы Фо и со стороны падающего и дифрагированного пучков соответственно. Окружность 5 круга Роуланда отсекает на .о оптической оси отрезки 2f„ = rsin Ч с и 2f> = rsiи +(соответственно. Согласно условию Брэгга = 2d sin 8 в каждой точке g поверхности мочокристалла дифрагирует излучение одной длины волны Х отвечающей углу

ы падающего луча б с отражающей плоскостью и углам скольжения при падении и отражении Чо и Yg соответственно. Таким образом, условия отражения имеют вид 9i, — Чо -2 С помощью угла между оптической осью устройства и вспомогательными лучами 7 и 8, проведенными из полюса кристалла в точки пересечения падающего б и соответствующего ему дифрагированного 9 лучей с окружностью круга Роуланда, связь координат (y,Z) и (ч,w) параксиальных пучков лучей можно представить в виде

g = 24-Ъ(22„-2). Ч=- РЧ+К(27 -Vl) .

Отсюда

V= + "1 ((Ы" Z) %)) При обращении в нуль коэффициента при Х все дифрагирующие лучи, напри-. мер, 9-11 собираются в одной точке ч, образуя полихроматическое действительное изображение точки у объекта. Сопряженные плоскости объекта и изображения связаны условиями полихроматической фокусировки (формулой кристалл-дифракционного фокусирующего элемента — КФЭ) 10

М = -ЬМ

О

sin+o где Ь средний

s In × коэффициент асимметрии монокристал55

Выбрав масштабный фактор М, размер Z (или W) и углы Ф, и u < наклона оптической оси устройства к рабочей поверхности монокристалла со

60 стороны падающего и дифрагированного пучков, легко определить его радиус изгиба

1 (.1 у " ЫиЧ „— М81иУ

- -+ — = 1

Z W

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

При изменении углов Ч о и М 1, о окружность 12 радиуса rO отображается в окружность 13 радиуса r касательную к ней в полюсе монокристалла. Их радиусы связаны соот20 ношением

1 1 2 — +

ГО Г1 r

Изображение бесконечно удаленной точки (Z= с ) наблюдается в плос25 кости У=1 и удалено в бесконечность при помещении объекта в плоскость Z=f

Следовательно, 1„ и Š— переднее и заднее фокусные расстояния КФЭ в пространстве объекта и изображения соответственно.

В общем случае

1 — 1, О

f = — rn = — Г siи Ч

1 2 Z 2

15 1 — — 1 . o

5 — rn = — r sinТ °

2 2 и 1 где и и и,, — орты осей Z u W соответственно, г — радиус изгиба кристаллических плоскостей, проведенный из полюса кристалла. Фокусные расстояния равны отрезкам, отсекаемым на лучах

Z u W фокальной окружностью 14 радиуса r/4, касательной к окружности изгиба 4 в полюсе кристалла.

45 Коэффициент М поперечного увелиW чения КФЭ составляет М = — —, а коэффициент продольного увеличения

842521

Плоский на отражение.случай

Брэгга

Получение мнимо" го иэображения, трансформация мнимого иэображения в действительное

Телескопическое случай

Лауэ

Малые длины волн и углы дифракции

Телескопическое

Плоский на прохождение по Иоганну +

Вогнутый на отражение

Вогнутый на прохождение по

Дю-Монду +

Малые длины волн и углы дифракции, увеличенное иэображение

Диоптрическое расходящееся

Получение мнимого иэображения, трансформация мнимого иэображения в действительное

Катоптрическое расходящееся

Выпуклый на д отражение е по Кошуа

Выпуклый на прохождение

Малые длины волн и углы дифракции, уменьшенное иэображение

Диоптрическое сходящееся

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 5 собой. угол Уо + Vg получают изобра о жение 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 профиля) монокристалла и минимальны при дифракции на совершенном монокристалле 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 большого радиуса) и с кристаллами на прохождение.

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

На фиг. 3 треугольники одинаковой окраски, отнесенные к центральным лучам Z u W падающего и диафрагированного пучков, символизируют сопряженные области пространства объекта и пространства изображения в зависимости от их расположения от. носительно поверхности и фокусов

КФЭ .

Катоп- Большие длины трическое волн и углы сходяще- дифракции еся

842521

В качестве средства регистрации можно применять как фотографическую регистрацию (в том числе для литографии), так и другие двухкоорцинатные детекторы рентгеновского излучения.

Спектральная ширина пучка излучения, восходящего 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 освещення объекта 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 возможнос ь зн: чительно увеличить. поле зрения устройства и его апертуру, а следовательно, светосилу. Возможность применения асимметричных срезов монокристаллов способствует повы- Q5 шению светосилы устройства. В результате слЕдует ожидать расширения области применения устройств для получения 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 вЂ” коэффициент поперечного увеличения изображения, Z — расстояние от монокристалла до изображаемого объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения светосилы и поля зрения за счет разнесения оптических осей падающего и дифрагированного пучков, монокристалл, отражающие плоскости которбго составляют угол d- с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса r и установлен под углом Фо к оптической оси падающего пучка, при этом

1"=22 ,„о <(4o+2*)

81п Ур

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Franks А., Breakwe l i P R

u0evelopmentsin Optically focusing

ref1ectors for smaI! — angle x-ray

scattering cameras". — J, Аррl

C rys t ., 1974, 7, р. 122-125.

2. Canchoi s J. Sur la formation

d images ачес les rayons x". Rew.

d Opt, 1950, 29, р. 151-163 (прототип).