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

оц 842521 Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл 3 С 01 И 23/20 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 30,06.81, Бюллетень Мо 24 Дата опубликования описания 30. 06.81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОМ МАСШТАБЕ Изобретение относится к рентгеновской оптике и может быть использованодля получения сфокусированных рентгеновских изображений в перемен ном масштабе, в частности, с целью их визуализации или литографии.Известны устройства для получения сфокусированного рентгеновского изображения в переменном масштабе, содер О жащие средства Фокусировки рентгеновского излучения и средства регистрации изображения. В качестве средства фокусировки используется зерка,ло полного внешнего отражения Г 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 Ю от моно-, кристалла, определяемом иэ соотношенияЗО И=-М 2,где М- коэффициент поперечного увеличения изображения,Е - расстояни 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 Г 2.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 моно- кристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения, расположенное на расстоянии Ы от монокоисталла,определяемом из соотношения Я = -М 2, где М - коэффициент поперечного увеличения изображения, 2 - расстояние от монокристалла до изображае мого объекта, монокристалл, отражающие плоскости которого составляют угол б с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса г и установлен под углом Чо к оптической оси падающего пучка, при этомг=21уО 51 и И 8 +2.Д,)О ЯНа фиг. 1 изображена рентгенооптическая схема устройства для получения рентгеновского изображения впеременном масштабе на фиг.2 - тоже, сечение плоскостью дифракции,нафиг.3 - возможные варианты устройства с различной геометрией фокусирующего элемента.Устройство для получения рентгеновского изображения в переменноммасштабе (фиг.1) содержит монокристалл 1, изогнутый по сфере радиусаг, и рентгеновскую пленку 2 для регистрации сфокусированного полихроматического изображения объекта 3.Принцип действия устройствапоясняется фиг.2, относящейся к общему случаю асимметричного отражения,когда отражающие плоскости составляют некоторый угол А с рабочейповерхностью кристалла, Из каждойточки у объекта 3 на кристалл 1,изогнутый по окружности 4 радиуса г,падает пучок лучей достаточно широкого спектрального состава,Поверхность монокристалла в егополюсе наклонена к ломаной оптичесокой оси устройства 20 Я на углы 11 о исо стороны падающего и дифрагированного пучков соответственно, Окружность 5 круга Роуланда отсекает на.ооптической оси отРезки 2 Г = г 51 п ЧСи 21 = г 51 п 1 соответственно. Согласно условию Брэгга Х = 2 д 51 П 9в каждой точке рс поверхности мочокристалла дифрагирует излучение одной длины волны Хотвечающей углуО падающего луча б с отражающейплоскостью и углам скольжения припадении и отражении ЧО и 11 соответственно. Таким образом, условияотражения имеют вид Ч, - Чо=2 а.С помощью угламежду оптическойосью устройства и вспомогательными лучами 7 и 8, проведенными изполюса кристалла в точки пересеченияпадающего б и соответствующего емудифрагированного 9 лучей с окружностью круга Роуланда, связь координат (у,2) и (ч,Я) параксиальных пучков лучей можно представить в видеЗ:.-Ъ(2 М); У=- %+К(21 -Ю).ОтсюдаПри обращении в нуль коэффициента при Х все дифрагирующие лучи, например, 9-11 собираются в одной точке ч, образуя полихроматическое действительное изображение точки у объекта. Сопряженные плоскости объекта и изображения связаны условиями поли- хроматической фокусировки (формулой кристалл-дифракционного фокусирующего элемента - КФЭ) 10 М = -ЬМ2 50 О51 П ЧОгде Ь средний5 1 П Г Ькоэффициент асимметрии монокристал 55 Выбрав масштабный фактор М, размер 2 (или и) и углы Фц и 9 наклона оптической оси устройства к рабочей поверхности монокристалла со 60 стороны падающего и дифрагированногопучков, легко определить его радиус изгиба-"-+ - = 1Г Г;2 ИВ любой плоскости и наблюдается сфокусированное полихроматическое в каждой точке изображение сопряженной плоскости 2.При изменении углов Уо и М 1,оокружность 12 радиуса гО отображается в окружность 13 радиуса г 1,касательную к ней в полюсе монокристалла. Их радиусы связаны соот 20 ношением1 1 2- +ГОИзображение бесконечно удаленнойточки (2= с ) наблюдается в плос 25 кости Ч= и удалено в бесконечрсть при помещении объекта в плоскость 2=.,Следовательно, 1 и Г - переднее и заднее фокусные расстояния КФЭв пространстве объекта и изображениясоответственно.В общем случае1 1Е = - ГП = - Г 51 П Ч1 2 2 2 О35 1 -- 1 . ом 5Г = - ГП = - Г 51 ПУ2 ф 2 игде и и и - орты осей 2 и И соответственно,г - радиус изгиба кристалличес 40са кристалла. Фокусные расстоянияравны отрезкам, отсекаемым на лучах2 и И фокальной окружностью 14 радиуса г/4, касательной к окружностиизгиба 4 в полюсе кристалла.45 Коэффициент М поперечного увелиИчения КФЭ составляет М = , а коэффициент продольного увеличения842521 Плоский на отражение случай Брэгга Получение мнимо"го иэображения,трансформациямнимого иэображения в действительное Телеско- пическое случайЛауэ Малые длиныволн и углы дифракции Телеско- пическое Плоский напрохождение по Иоганну + Вогнутый наотражение Вогнутый на прохождение поДю-Монду+ Малые длины волн и углы дифракции, увеличенное иэоб- ражение Диоптрическоерасходящееся Получение мнимого иэображения,трансформация мнимого иэображения в дей- ствительное Катоптрическоерасходящееся Выпуклый на дотражение е по Кошуа Выпуклый на прохождение Малые длиныволн и углыдифракции,уменьшенноеИэображение Диоптрическоесходящееся Разместив устройство так, чтобы изображаемый объект находился на расстоянии 2, а рентгеновская пленка на расстоянии Я = -М 2 от кристалла соответственно, в направленных вдоль лучей 2 и И, составляющих между 5 собой угол Уо + У получают изобраожение в требуемом масштабе.1Те или иные из геометрических аберраций устройства (в томчисле 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 ко нечной шириной области дифракционного отражения (дифракционного проФиля) монокристалла и минимальны при дифракции на совершенном монокристалле в симметричном случае Брэгга, ког" да условия зеркального отражения от отражающих плоскостей выполняются точноВ 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 2 и И 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 длинытрическое волн и углысходяще- дифракцииесяВ качестве средства регистрации можно применять как фотографическую регистрацию (в том числе для литографии), так и другие двухкоорцинатные детекторы рентгеновского излучения.5Спектральная 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 синхротрон ное излучение.Ломаная оптическая ось устройства позволяет отвести изображение в дифрагированном пучке на достаточное расстояние от первичного пучка, что дает возможнос ь зв.чительно увеличить поле зрения устройства и его апертуру, а следовательно, светосилу. Возможность применения асимметричных срезов монокристаллов способствует повы- д 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 изобретенияустройство для получения рентгеновскодо изображения в переменном масштабе, содержащее изогнутый моно- кристалл для фокусировки рентгеновского излучения и средство регистрации изображения, расположенное на расстоянии Ч от монокристалла, определяемом из соотношения Ч = -М 2, где М - коэффициент поперечного увеличения изображения, 2 - 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 д с наружной поверхностью, изогнут по дуге радиуса г и установлен под углом Фо к оптической оси падающего пучка, при этом1=22Э 1 ю М о + 2)поИсточники информации, принятые во внимание при экспертизею 1. Ггап 1 сь А., Вгеа 1 схе 11 Р. й., "Оече 1 срвепйв 1 п Орй 1 са 11 у Госць 1 пд геФ 1 есйогь Рог ява 11 - апде х-гау ьсаТСег 1 пд савегаь". в ,3, Арр 1.Сгуяс 1974, 7, р. 122-125.2. СапсПо 1 ь ,1. 5 цг 1 а Гогвай 1 опд 1 вадеь ачес 1 ея гауопь х". Кеы,о Орс, 1950, 29, р. 151-163 (прототип),