DE102016116541A1

DE102016116541A1 - X-ray lens arrangement and manufacturing method

Info

Publication number: DE102016116541A1
Application number: DE102016116541.7A
Authority: DE
Inventors: Arndt Last; Elisa Kornemann
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-06
Also published as: DE102016116541B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt eine refraktive Röntgenlinsenanordnung sowie ein Herstellungsverfahren für solche refraktive Röntgenlinsen vor. Die erfindungsgemäße Linsenanordnung weist zumindest ein Substrat (1) mit einer Vielzahl von Linsenelementen (2, 2’) auf, die in zumindest einer Reihe (3, 4) angeordnet sind, wobei die Linsenelemente (2, 2’) der Linsenanordnung (10) alternierend in einem Winkel (α) in einem Bereich von 0° bis 100° zueinander angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist die Linsenanordnung (10) zumindest einen Aktor (9) zum Bewegen und/oder Verdrehen zumindest einzelner Linsenelemente (2, 2‘) auf.The present invention proposes a refractive X-ray lens arrangement and a production method for such refractive X-ray lenses. The lens arrangement according to the invention has at least one substrate (1) with a multiplicity of lens elements (2, 2 ') which are arranged in at least one row (3, 4), the lens elements (2, 2') of the lens arrangement (10) are arranged alternately at an angle (α) in a range of 0 ° to 100 ° to each other. According to the invention, the lens arrangement (10) has at least one actuator (9) for moving and / or rotating at least individual lens elements (2, 2 ').

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenlinsenanordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren dafür. The invention relates to an x-ray lens arrangement and a corresponding production method therefor.

Abbildende, refraktive Röntgenlinsen, auch „Compound Refractive Lenses“ (CRL) genannt, sind als Instrumentarium für die hochauflösende Vollfeldröntgenmikroskopie bei Photonenenergien oberhalb 8 keV an Synchrotronquellen oder anderen Röntgenstrahlquellen bekannt, um Röntgenstrahlung in geeigneter Weise fokussieren zu können. Solche Linsen sind u. a. als Objektivlinse in Vollfeld-Röntgenmikroskopen für harte Röntgenstrahlung sowie als Beleuchtungsoptik für rasternde Röntgenmikroskopie und -spektroskopie, wie sie in der Materialanalytik an kleinen Proben verwendet werden, im Einsatz. Imaging, refractive X-ray lenses, also called "compound refractive lenses" (CRL), are known as instruments for high-resolution full-field X-ray microscopy at photon energies above 8 keV at synchrotron sources or other X-ray sources to focus X-ray radiation in a suitable manner. Such lenses are u. a. as objective lens in full-field X-ray microscopes for hard X-ray radiation and as illumination optics for scanning X-ray microscopy and spectroscopy, as used in the material analysis of small samples, in use.

Solche Röntgenlinsen können durch Prägen von Metallfolien mit Hilfe von Nadeln mit parabolisch geschliffenen Spitzen oder durch lithografische Verfahren gefertigt werden. Die geprägten CRLs sind rotationssymmetrisch und liefern einen Punktfokus. Allerdings sind die kleinsten realisierbaren Krümmungsradien technologisch bedingt beschränkt. Lithografisch gefertigte CRLs liefern einen Linienfokus, d. h. eine Fokussierung in einer Dimension. Soll der Strahl mit lithografisch gefertigten CRLs in zwei Dimensionen fokussiert werden, um einen Punktfokus zu erhalten, können zwei getrennte Linsenplatten hintereinander angeordnet werden. Eine weitere Möglichkeit zeigt US 2014/0013573 A1 , in der zwei Silizium-CRLs in einem 90°-Winkel zueinander angeordnet sind. Dazu werden eine Mutter-Linse und eine Tochter-Linse hergestellt, die derart zueinander angeordnet werden, dass aus jeweils zwei Halblinsen orthogonale Strukturen gebildet werden. Such X-ray lenses can be made by embossing metal foils with needles having parabolic ground tips or by lithographic techniques. The embossed CRLs are rotationally symmetric and provide a point focus. However, the smallest feasible radii of curvature are technologically limited. Lithographically produced CRLs provide a line focus, ie one-dimension focusing. If the beam is to be focused in two dimensions with lithographically produced CRLs in order to obtain a point focus, two separate lens plates can be arranged one behind the other. Another way shows US 2014/0013573 A1 in which two silicon CRLs are arranged at a 90 ° angle to each other. For this purpose, a mother lens and a daughter lens are made, which are arranged to each other such that each of two half-lenses orthogonal structures are formed.

Nachteilig ist hierbei, dass für zwei Platten zwei separate Positioniertische gebraucht werden, die teuer sind. Dadurch, dass die Mitten der Linsenplatten hierbei unterschiedliche Abstände zur Fokusebene aufweisen, weisen solche Gesamtlinsen Astigmatismus auf, sobald die Photonenenergie geändert wird und die Positionierung beibehalten wird. Zum anderen ist es auch bekannt mittels einer röntgentiefenlithografischen Fertigung einen Negativresist über eine Röntgenabsorbermaske unter Einfallswinkeln von ±45° zweimalig zu belichten, so dass im Prinzip zwei Linsenanordnungen mit Linienfokus senkrecht zueinander liegen und damit überlagert einen Punktfokus liefern. Jedoch hängt bei der Belichtung die wenige Mikrometer dicke Trägermembran der Absorbermaske in der Regel etwas durch, so dass die auf der Maske in einer Linie liegenden Löcher im Absorber, durch welche die Einzelelemente der Linse strukturiert werden, auf eine gebogene Linie im Resist abgebildet werden. Die Unebenheit der Maske gibt dadurch die Positionsabweichung der Einzelelemente der fertigen Linsen von einer Geraden vor. Die nutzbare Apertur der Linse wird durch den Versatz der Einzellinsenelemente senkrecht zur optischen Achse reduziert, wodurch sich die optischen Eigenschaften der Linse verschlechtern. The disadvantage here is that two separate positioning tables are needed for two plates, which are expensive. The fact that the centers of the lens plates in this case have different distances from the focal plane, such total lenses have astigmatism, as soon as the photon energy is changed and the positioning is maintained. On the other hand, it is also known by means of a X-ray depth lithographic manufacturing to expose twice a negative resist on an X-ray absorber mask at angles of incidence of ± 45 °, so that in principle two lens arrays with line focus are perpendicular to each other and thus superimposed provide a point focus. However, during exposure the carrier membrane of the absorber mask, which is only a few microns thick, usually hangs somewhat so that the holes on the mask in the absorber, through which the individual elements of the lens are structured, are imaged onto a curved line in the resist. The unevenness of the mask thereby predetermines the positional deviation of the individual elements of the finished lenses from a straight line. The usable aperture of the lens is reduced by the offset of the individual lens elements perpendicular to the optical axis, whereby the optical properties of the lens deteriorate.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenlinsenanordnung bereitzustellen, mit der Röntgenstrahlen astigmatismusfrei möglichst auf einen Punkt fokussiert werden können. Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an X-ray lens arrangement, can be focused with the X-rays as possible astigmatism on one point.

Diese Aufgabe wird durch die refraktive Röntgenlinsenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the refractive X-ray lens arrangement having the features of claim 1.

Die weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung refraktiver Röntgenlinsen bereitzustellen, das zuverlässig und kostengünstig durchzuführen ist und es ermöglicht, Linsen mit guten röntgenoptischen Eigenschaften herzustellen, wird durch das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. The further object of providing a method for producing refractive X-ray lenses, which is reliable and inexpensive to perform and makes it possible to produce lenses with good X-ray optical properties, is achieved by the manufacturing method having the features of claim 6.

Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Röntgenlinsenanordnung und des Herstellungsverfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt. Further developments and preferred embodiments of the X-ray lens arrangement and the manufacturing method are set forth in the subclaims.

In einer ersten Ausführungsform weist eine refraktive Röntgenlinsenanordnung ein oder mehrere Substrat(e) mit einer Vielzahl von Linsenelementen auf, die in einer oder mehreren Reihe(n) angeordnet sind. Dabei sind die Linsenelemente der Linsenanordnung einzeln oder in Gruppen alternierend in einem Winkel in einem Bereich von 0° bis 100° zueinander angeordnet. In a first embodiment, a refractive X-ray lens assembly comprises one or more substrates having a plurality of lens elements arranged in one or more rows. The lens elements of the lens arrangement are arranged individually or in groups alternately at an angle in a range of 0 ° to 100 ° to each other.

Erfindungsgemäß weist die Linsenanordnung einen oder mehrere Aktor(en) zum Bewegen bzw. Verdrehen einzelner oder mehrerer Linsenelemente auf. Beispielsweise können hier Piezobiegeaktoren, elektromagnetische Aktoren oder Formgedächtnisaktoren eingesetzt werden. According to the invention, the lens arrangement has one or more actuators for moving or twisting one or more lens elements. For example, piezoelectric bending reactors, electromagnetic actuators or shape memory actuators can be used here.

Dadurch kann erreicht werden, dass die Linsenanordnung in der Brennweite und demnach auch der Fokussierung angepasst bzw. verändert werden kann. Für verschiedene Anwendungen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung die unterschiedlichsten Konfigurationen dadurch erreichen, dass einzelne oder mehrere Linsenelemente aus dem Strahlengang herausgebogen bzw. innerhalb des Strahlengangs verdreht werden. Mit der erfindungsgemäßen Linsenanordnung kann die Gesamt-Brennweite durch entsprechende Anordnung der horizontalen und vertikalen Halblinsen, deren Brennweiten an sich veränderbar sind, unabhängig voneinander gewählt werden und bei entsprechender Anordnung der Linsenelemente kann ein Punktfokus mit minimalem Durchmesser bzw. eine gewünschte Fokusform in einem variablen Abstand zur Linse erzeugt werden. Die Linsenanordnung kann so eine Zoomlinse bilden – die optischen Eigenschaften der Gesamtlinse können je nach gewünschter Anwendung angepasst, verändert und eingestellt werden. Auf Grund der kompakten Form der Linse ist nur eine Positioniereinheit notwendig, um die Linsenanordnung in einem Röntgenstrahl auszurichten. It can thereby be achieved that the lens arrangement can be adapted or changed in the focal length and therefore also the focusing. For various applications can be achieved with the inventive arrangement a variety of configurations in that single or multiple lens elements are bent out of the beam path or rotated within the beam path. With the lens arrangement according to the invention, the total focal length can be selected independently by appropriate arrangement of the horizontal and vertical half-lenses whose focal lengths are variable per se, and with a corresponding arrangement of the lens elements, a point focus with minimum diameter or a desired focus shape are generated at a variable distance from the lens. The lens arrangement can thus form a zoom lens - the optical properties of the overall lens can be adjusted, changed and adjusted depending on the desired application. Due to the compact shape of the lens, only one positioning unit is necessary to align the lens assembly in an X-ray beam.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass jedes Substrat senkrecht zu den Reihen in parallele Substratstreifen getrennt ist, wobei ein Substratstreifen ein oder mehrere Linsenelement(e) aufweist. Diese Anordnung ist besonders für eine Zoomlinse von Vorteil, wobei die einzelnen oder mehrere Linsenelemente mittels Aktoren, die die Streifen verbiegen, gezielt und reversibel aus dem Strahlengang entfernt werden können, so dass die Brennweite der Optik verändert werden kann. According to the invention it can be provided that each substrate is separated perpendicular to the rows in parallel substrate strips, wherein a substrate strip has one or more lens element (s). This arrangement is particularly advantageous for a zoom lens, wherein the individual or a plurality of lens elements can be selectively and reversibly removed from the beam path by means of actuators that bend the strips, so that the focal length of the optics can be changed.

Dazu kann eine Weiterbildung der Linsenanordnung vorsehen, dass jeweils ein Substrat senkrecht zu der einen oder mehreren Reihe(n) in eine Vielzahl paralleler Substratstreifen getrennt ist, wobei jeder Substratstreifen ein oder mehrere Linsenelement(e) tragen kann. Alternativ kann die Linsenreihe mitsamt dem Substrat vor der Trennung in Streifen auf ein größeres Trägersubstrat aufgeklebt sein. Die Linsenelemente befinden sich dabei stets an einem Ende des jeweiligen Streifens. For this purpose, a further development of the lens arrangement can provide that in each case a substrate is separated perpendicular to the one or more row (s) into a plurality of parallel substrate strips, wherein each substrate strip can carry one or more lens element (s). Alternatively, the lens row, together with the substrate, may be adhered to a larger carrier substrate prior to separation into strips. The lens elements are always located at one end of the respective strip.

In einer weiteren Ausführungsform sind alle Streifen einer Linsenelementreihe, die gebildet werden soll, an dem der Linsenelemente gegenüberliegenden Ende eingespannt, indem sie z. B. mit einem Verbindungsstreifen verklebt sind. In a further embodiment, all the strips of a row of lens elements to be formed are clamped at the end opposite the lens elements, e.g. B. are glued to a connection strip.

Die Linsenanordnung kann eine Vielzahl an Aktoren aufweisen, wobei jedem Substratstreifen einer der Aktoren zugeordnet ist, so dass die Linsenelemente unabhängig voneinander bewegt bzw. verdreht werden können. Damit können über die Substratstreifen die Linsenelemente entsprechend aus ihrer Ausgangsposition in ihrer jeweiligen Reihe heraus und reversibel wieder hinein bewegt werden. Alternativ können die Substratstreifen so gelagert sein, dass ein einzelner Freiheitsgrad eine Bewegungsrichtung, z. B. die Rotation um eine Achse parallel zur Richtung der Linsenreihe, vorgibt. Durch geeignete Aktoren können auch hier die Streifen gezielt und reversibel aus dem Strahlengang heraus oder wieder herein gedreht werden oder um die optische Achse um einen vorgegebenen Winkel gedreht werden. The lens arrangement may have a plurality of actuators, wherein each substrate strip is associated with one of the actuators, so that the lens elements can be moved or rotated independently of one another. In this way, the lens elements can be moved out of their starting position in their respective row and reversibly back in via the substrate strips. Alternatively, the substrate strips may be mounted so that a single degree of freedom one direction of movement, for. B. the rotation about an axis parallel to the direction of the lens row, pretending. By means of suitable actuators, the strips can also be purposefully and reversibly turned out of the beam path or reversed in or rotated about the optical axis by a predetermined angle.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwei benachbarte Linsenelemente der ersten und der zweiten Reihe um einen Winkel in einem Bereich von 0° bis 100°, bevorzugt um 90°, zueinander gekippt sind. Vorteilhaft können aus zwei Reihen entweder eine Punktfokuslinse oder eine Linienfokuslinse mit doppelter Elementanzahl und damit doppelter Brechkraft hergestellt werden, ohne eine Extrareihe fertigen zu müssen, in der die Elemente dicht gepackt stehen. According to the invention, it can be provided that two adjacent lens elements of the first and the second row are tilted relative to one another at an angle in a range of 0 ° to 100 °, preferably by 90 °. Advantageously, either a point focus lens or a line focus lens with twice the number of elements and thus twice the refractive power can be produced from two rows without having to produce an extra row in which the elements are packed tightly.

Bevorzugt werden die Substrathälften senkrecht zueinander ausgerichtet, so dass der Kippwinkel 90° beträgt. Damit kann bei geeigneter Geometrie der Linsenelemente ein astigmatismusfreier Punktfokus erzeugt werden. Alternativ kann auch nur ein Aufbau mit einer Halterung einer einzelnen Linsenreihe als Zoomlinse verwendet werden, um einen Linienfokus mit variablem Abstand zu der Linsenanordnung zu erzeugen. Die Anordnung kann durch Verdrehen der Halblinsen um die optische Achse auch so konfiguriert werden, dass sich eine Linse mit gezielt einstellbarem Astigmatismus ergibt, wobei die Lage der Fokusebenen auch bei einer Änderung der Photonenenergie konstant gehalten werden kann. Preferably, the substrate halves are aligned perpendicular to each other, so that the tilt angle is 90 °. In this way, with suitable geometry of the lens elements, an astigmatism-free point focus can be generated. Alternatively, only a single lens array mount structure may be used as the zoom lens to produce a line focus at a variable distance from the lens array. The arrangement can also be configured by turning the half-lenses about the optical axis so that a lens with specifically adjustable astigmatism results, wherein the position of the focal planes can be kept constant even with a change in the photon energy.

Ferner sind die Linsenelemente in einem geeigneten Abstand zueinander angeordnet. Die Abstände entsprechen dabei jeweils Abständen, die für eine spätere Montage geeignet sind. Die Abstände der Linsenelemente zueinander können gleich sein und zu den Breiten der Linsenelemente passen. Dabei ist stets ein Spiel zwischen den Linsenelementen in Form eines Toleranzabstandes von 20 μm, um zu vermeiden, dass bei Anordnung der Linsenelemente diese verklemmen. Auch unterschiedliche Breiten und Abstände innerhalb einer Reihe der Linsenelemente sind dabei möglich, abhängig davon, wie die einzelnen Linsenelemente bemessen sind. Die Anordnung der Linsenelemente innerhalb der jeweiligen Reihe kann in Bezug auf die Abmessungen der einzelnen Linsenelemente auf- oder absteigend angeordnet sein; auch die Abmessungen der Linsenelemente können innerhalb einer Reihe unterschiedlich sein. Eine derartige Reihe von Linsenelementen fokussiert den Strahl stets in einer Fokusebene senkrecht zur optischen Achse. Die Abmessungen der Linsenelemente können den entsprechenden Anforderungen angepasst werden, so ist ein beispielhaftes Linsenpaar meist zwischen 100 μm und 2 mm lang (entlang der optischen Achse), wobei die gesamte Zoomlinse dann eine Länge von 60 mm haben kann. Diese Abmessungen können aber den jeweiligen Messanforderungen angepasst werden. So können auch längere Abmessungen vorzugsweise von über 70 mm besonders bevorzugt von über 70 mm bis zu 100 mm ermöglicht werden. Der Maximalwert ist dadurch begrenzt, dass ein Mikroskoptisch benötigt wird, der ausreichend lange Verfahrwege ermöglicht, um die Linsenteile zueinander justieren zu können. Furthermore, the lens elements are arranged at a suitable distance from one another. The distances correspond to distances that are suitable for later assembly. The distances of the lens elements from each other may be the same and match the widths of the lens elements. It is always a game between the lens elements in the form of a tolerance distance of 20 microns, in order to avoid that jam in the arrangement of the lens elements. Also, different widths and distances within a row of the lens elements are possible, depending on how the individual lens elements are sized. The arrangement of the lens elements within the respective row may be arranged to ascend or descend with respect to the dimensions of the individual lens elements; Also, the dimensions of the lens elements may be different within a row. Such a series of lens elements always focuses the beam in a focal plane perpendicular to the optical axis. The dimensions of the lens elements can be adapted to the respective requirements, so an exemplary lens pair is usually between 100 microns and 2 mm long (along the optical axis), the entire zoom lens can then have a length of 60 mm. However, these dimensions can be adapted to the respective measurement requirements. Thus, even longer dimensions, preferably of more than 70 mm, particularly preferably of more than 70 mm to 100 mm, can be made possible. The maximum value is limited by the fact that a microscope stage is required, which allows sufficiently long travel distances in order to be able to adjust the lens parts to one another.

Eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Linsenanordnung lässt sich realisieren, wenn die einzelnen Reihen zu ihrer Mitte spiegelsymmetrisch sind, wobei die in ihren Abmessungen größten oder kleinsten Linsenelemente in der Mitte angeordnet werden können. Dabei kann nach einer 180°-Drehung der ersten Reihe Linsenelemente um eine Achse senkrecht zum Substrat eine Verschiebung von einer halben Reihenlänge erfolgen und danach die Linse wie beschrieben montiert werden. Dann liegen die Seitenflächen der einen Reihe als Halblinse an dem Substrat der anderen Halblinse an und sind damit passiv ausgerichtet. Durch Ansetzen weiterer Halblinsen kann die Gesamtlinse beliebig verlängert werden und damit die Beschränkung durch die Maskenlänge bei der Strukturierung umgangen werden. Für hohe Photonenenergien besteht derzeit eine Längenbeschränkung auf in etwa 60 mm, die eine klare Einschränkung darstellt. Diese Einschränkung kann durch die erfindungsgemäße Ausführungsform umgangen werden. A further alternative embodiment of a lens arrangement according to the invention can be realized if the individual rows are mirror-symmetrical to their center, wherein the in their Dimensions of the largest or smallest lens elements in the middle can be arranged. In this case, after a 180 ° rotation of the first row of lens elements about an axis perpendicular to the substrate, a displacement of half a row length, and then the lens are mounted as described. Then, the side surfaces of one row abut against the substrate of the other half lens as a half lens and are thus passively aligned. By attaching further half-lenses, the total lens can be extended as desired and thus circumvent the restriction by the mask length in structuring. For high photon energies there is currently a length restriction of approximately 60 mm, which is a clear limitation. This limitation can be circumvented by the embodiment according to the invention.

Ferner ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass jedes Linsenelement eine oder mehrere konkave Linsenfläche(n) aufweist. Dadurch können auch Halblinsen erzeugt werden, deren eine Linsenfläche gekrümmt und deren andere Linsenoberfläche eben ist. Die Linsenoberflächen können teilkreisförmig oder parabelförmig gekrümmt sein. It is further provided in a development of the invention that each lens element has one or more concave lens surface (s). As a result, it is also possible to produce half lenses whose one lens surface is curved and whose other lens surface is flat. The lens surfaces may be partially circular or parabolic curved.

Die erfindungsgemäße Linsenanordnung kann bei geeigneter Wahl der Form der brechenden Oberflächen astigmatismusfrei sein. Zudem wird nur noch eine einzige Positioniereinheit benötigt, welche die so hergestellte Linsenanordnung im Röntgenstrahl ausrichtet. The lens arrangement according to the invention can be free of astigmatism, given a suitable choice of the shape of the refractive surfaces. In addition, only a single positioning unit is needed, which aligns the lens assembly thus produced in the X-ray beam.

Der Linsenanordnung ist eine Regel- und Steuerungseinheit zugeordnet, wobei einerseits die Linsenanordnung bzw. andererseits die Aktoren elektronisch mit der Regel- und Steuerungseinheit operativ gekoppelt sind. So können die wichtigsten Aufbauparameter, z. B. Abstände, Fokusgröße und gewünschte Fokusform eingestellt werden, so dass automatisch die optimale geeignete Linsenanordnung berechnet und eingestellt werden kann. Anschließend können so vorbestimmte Linsenelemente aus dem Strahlengang genommen werden, indem ein Mikrokontroller die entsprechenden Aktoren ansteuern kann. The lens arrangement is associated with a regulating and control unit, wherein on the one hand the lens arrangement or on the other hand the actuators are electronically coupled to the control and regulation unit. So the most important construction parameters, eg. As distances, focus size and desired focus shape can be adjusted so that automatically the optimal suitable lens arrangement can be calculated and adjusted. Subsequently, predetermined lens elements can thus be taken out of the beam path, in that a microcontroller can control the corresponding actuators.

In einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für refraktive Röntgenlinsen wird ein Substrat verwendet, das eine oder mehrere strukturierbare Beschichtung(en) aufweist:
Das Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Schritt ein solches Substrat bereitgestellt und im nächsten Schritt mittels eines geeigneten Strukturierungsverfahrens das Substrat bzw. die strukturierbare Beschichtung darauf strukturiert wird. In a refractive X-ray lens manufacturing method according to the invention, a substrate is used which has one or more structurable coating (s):
The method provides that such a substrate is provided in a first step and in the next step the substrate or the structurable coating is structured thereon by means of a suitable structuring method.

Dabei wird eine Vielzahl von senkrecht zum Substrat stehenden Linsenelementen in einer, bevorzugt in zwei oder mehr zueinander benachbarten parallelen Reihen ausgebildet, wobei jedes Linsenelement einer Reihe von seinem benachbarten Linsenelement um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, so dass die Linsenelemente für die spätere Montage geeignete Abstände zueinander aufweisen. Vorbestimmt heißt dabei, dass die Abstände zwischen den Linsenelementen gleich oder untereinander unterschiedlich sein können, abhängig davon, wie die einzelnen Linsenelemente bemessen sind. Auch ihre Abmessungen können innerhalb einer Reihe unterschiedlich sein. In this case, a plurality of vertical to the substrate lens elements in one, preferably formed in two or more mutually adjacent parallel rows, each lens element of a row of its adjacent lens element is spaced by a predetermined distance, so that the lens elements suitable for later mounting distances to each other. Predetermined means that the distances between the lens elements may be the same or different, depending on how the individual lens elements are dimensioned. Their dimensions may also vary within a row.

In einem weiteren Schritt wird das Substrat entlang einer Achse, die zwischen den Reihen verläuft, bevorzugt parallel zu den Reihen, in eine erste Substrathälfte und eine zweite Substrathälfte geteilt. Hiernach wird eine der beiden Substrathälften um einen Kipp-Winkel um diese Achse gekippt, so dass die Linsenelemente zueinander weisen. Eine Hälfte im Sinne der Erfindung ist als ein Teil des ganzen Substrats zu verstehen und bezieht sich nicht nur auf genau zur Hälfte zerteilte Substrate. Diese Achse kann auch die Längsachse des Substrats sein. Ein Kippen oder auch Drehen kann auch um eine zum Substrat senkrechte Achse und um die Längsachse erfolgen, so dass die Substrathälften unter einem Winkel α zueinander stehen und die Linsenelemente zueinander weisen. In a further step, the substrate is divided into a first substrate half and a second substrate half along an axis extending between the rows, preferably parallel to the rows. Thereafter, one of the two substrate halves is tilted about a tilt angle about this axis, so that the lens elements face each other. One half in the sense of the invention is to be understood as a part of the entire substrate and does not refer only to exactly half-divided substrates. This axis can also be the longitudinal axis of the substrate. Tilting or turning can also take place about an axis perpendicular to the substrate and about the longitudinal axis, so that the substrate halves are at an angle α to each other and the lens elements face each other.

In einem nächsten Schritt werden die beiden Substrathälften zusammen geschoben, so dass zwischen zwei Linsenelementen der ersten Reihe ein Linsenelement oder eine Gruppe aus Linsenelementen der zweiten Reihe zumindest teilweise positioniert ist. Zuletzt werden die zusammen geschobenen Substrathälften aneinander fixiert. Die Fixierung kann durch einen Trägerbalken oder andere Vorrichtungen, die die Substrathälften in Position halten können, erfolgen. Bei einer Zoomlinse können die beiden Substrathälften bspw. an einem gemeinsamen Gehäuse oder Halterung befestigt sein. In a next step, the two substrate halves are pushed together so that a lens element or a group of lens elements of the second row is at least partially positioned between two lens elements of the first row. Finally, the pushed together substrate halves are fixed to each other. The fixation may be by a support beam or other device that can hold the substrate halves in place. In the case of a zoom lens, the two substrate halves may, for example, be fastened to a common housing or holder.

Das Verfahren ermöglicht die Fertigung von abbildenden, refraktiven Röntgenlinsen mit Punktfokus, die geringe Abweichungen von der Sollgeometrie und nur sehr geringe optische Fehler wie Astigmatismus aufweisen. Die Qualität der so erzeugten Röntgenlinsen ist im Vergleich zu den nach Verfahren des Standes der Technik hergestellten refraktiven Röntgenlinsen dieser Art stark verbessert. The method makes it possible to produce imaging, refractive X-ray lenses with point focus, which have small deviations from the desired geometry and only very small optical errors such as astigmatism. The quality of the X-ray lenses thus produced is greatly improved in comparison with the refractive X-ray lenses of this type produced by prior art methods.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich Linsen auf einem einzigen Substrat schnell und einfach fertigen. Es können zwei Linsen mit Linienfokus so miteinander zu einer Einheit angeordnet werden, dass die Linsenmitten auf gleicher Höhe liegen, und dadurch einen astigmatismusfreien Punktfokus des Röntgenstrahls ermöglichen. Zur einfachen Herstellung können die Reihen nebeneinander strukturiert werden, wobei die Linsenelemente der einzelnen Reihen auf gleicher Höhe liegen können. Dann kann die zweite Substrathälfte nach dem Kippen in Längsrichtung soweit verschoben werden, dass die Linsenelemente der einen Reihe zwischen den Linsenelementen der anderen Reihen passen. Bei der Strukturierung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Reihen zueinander versetzt strukturiert werden, und nach dem Zerteilen, wobei in der Regel das Substrat zersägt wird, nunmehr lediglich gekippt werden müssen. Ein Verschieben ist dann nicht mehr notwendig. With the proposed method, lenses can be manufactured quickly and easily on a single substrate. Two lenses with line focus can be arranged together in a unit so that the lens centers are at the same height, thereby enabling an astigmatism-free point focus of the X-ray beam. For easy production, the rows can be side by side be structured, the lens elements of the individual rows can be at the same height. Then the second substrate half can be displaced longitudinally after being tilted so that the lens elements of one row fit between the lens elements of the other rows. In structuring, however, provision may also be made for the rows to be staggered with respect to one another, and after tearing, as a rule the substrate being sawn, now only having to be tilted. A move is then no longer necessary.

Es können auch einzelne Reihen auf einzelne Substrate strukturiert werden und diese zwei Substrate zueinander – nach geeigneter Anpassungen der Abmessungen – durch Drehen und Kippen der Substrathälften ausgerichtet und ineinander geschoben werden. Dies hat den Vorteil, dass mehr unterschiedliche Linsenanordnungen auf eine Maske passen. It is also possible to pattern individual rows onto individual substrates and to align these two substrates with one another - after suitable adjustments of the dimensions - by turning and tilting the substrate halves and inserting them into one another. This has the advantage that more different lens arrangements fit on a mask.

Die Linsenelemente können bevorzugt senkrecht zur Substratebene stehend strukturiert werden. Es können aber auch schräg stehende Linsenelemente erzeugt werden, die einen Winkel in einem Bereich von 45° bis 100° zur Substratebene haben. The lens elements can preferably be structured perpendicular to the substrate plane. But it can also be produced inclined lens elements which have an angle in a range of 45 ° to 100 ° to the substrate plane.

Auch können mehrere solcher Reihenanordnungen auf einem Substrat erzeugt werden und in mehrere Teile zersägt werden, so dass ein Substrat genügen kann, um mehrere Linsenanordnungen herzustellen. Die Anzahl der in der Reihe angeordneten Linsenelemente ist beliebig und kann der zu erreichenden Fokussierung angepasst werden. Je nach Photonenenergie, Parabelkrümmungsradius, Materialwahl sowie Quell- und Fokusabstand können sich Linsenelementanzahlen von 1 bis etwa 500 für vertikale bzw. horizontale Fokussierrichtung bewegen. Also, a plurality of such series arrays may be formed on a substrate and sawed into a plurality of parts so that a substrate may suffice to produce a plurality of lens arrays. The number of lens elements arranged in the row is arbitrary and can be adapted to the focus to be achieved. Depending on the photon energy, parabola radius of curvature, material choice, and source and focal distance, lens element numbers can range from 1 to about 500 for vertical and horizontal focusing directions, respectively.

Um die Röntgenlinsenelemente geeignet zu strukturieren, kann das Substrat beziehungsweise die Beschichtung oder der Resist auf dem Substrat erfindungsgemäß mittels eines lithografischen Strukturierungsverfahrens, bevorzugt mittels Röntgenlithografie oder Photolithografie oder Elektronenstrahllithografie oder alternativ einem anisotropen Trockenätzverfahren strukturiert werden. Gerade mittels eines Ätzverfahrens gefertigte Siliziumlinsen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren astigmatismusfrei hergestellt werden. Die Beschichtung auf dem Substrat kann auch mittels Abformung als Kopie eines mit den genannten Verfahren strukturierten Originalsubstrats strukturiert werden. In order to structure the X-ray lens elements appropriately, the substrate or the coating or the resist on the substrate can be structured according to the invention by means of a lithographic patterning method, preferably by X-ray lithography or photolithography or electron beam lithography or alternatively an anisotropic dry etching method. Silicon lenses produced in particular by means of an etching process can be manufactured without astigmatism using the method according to the invention. The coating on the substrate can also be patterned by means of an impression as a copy of an original substrate structured by the above-mentioned methods.

Das Herstellungsverfahren kann in einer weiteren Ausführungsform vorsehen, dass das Substrat senkrecht zu den Reihen in parallele Substratstreifen geteilt wird, wobei ein Substratstreifen ein oder mehrere Linsenelement(e) trägt. Die einzelnen Substratstreifen ermöglichen eine einfachere Anordnung der Linsenelemente zueinander. Es können so auch weitere Linsenelemente einfach angefügt werden, indem die parallel zueinander angelegten Substratstreifen mit einem Querbalken miteinander verbunden bzw. stabilisiert werden und weitere Substratstreifen einfach an den Querbalken benachbart zu den bereits vorliegenden Substratstreifen angelegt werden. In a further embodiment, the manufacturing method may provide that the substrate is split perpendicular to the rows into parallel substrate strips, with a substrate strip carrying one or more lens elements. The individual substrate strips allow a simpler arrangement of the lens elements to each other. It can also be added simply more lens elements by the mutually parallel substrate strips are connected or stabilized with a cross bar and other substrate strips are simply applied to the crossbar adjacent to the already present substrate strip.

Damit einzelne Substratstreifen aus ihrer Ausgangsposition in ihrer jeweiligen Reihe heraus bewegt bzw. wahlweise oder zusätzlich verdreht werden können, kann in einem weiteren Schritt des Verfahrens vorgesehen sein, dass an einen oder mehrere Substratstreifen ein Aktor angeordnet wird. Ein Aktor kann dabei einzelne Substratstreifen oder auch mehrere Substratstreifen bewegen. Als Aktoren kommen unterschiedlichste, geeignete Vorrichtungen in Frage, so bspw. Piezobiegeaktoren, elektromagnetische oder magnetostriktive Aktoren oder Formgedächtnisaktoren. So that individual substrate strips can be moved out of their starting position in their respective row or alternatively or additionally rotated, it can be provided in a further step of the method that an actuator is arranged on one or more substrate strips. An actuator can move individual substrate strips or several substrate strips. Suitable actuators are a variety of suitable devices in question, so for example. Piezoelectric actuators, electromagnetic or magnetostrictive actuators or shape memory actuators.

Zur Strukturierung des Substrats kann vor der Belichtung desselben vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Belichtungsmaske(n) bereitgestellt und parallel zu dem zu belichtenden Substrat, oder in Richtung des belichtenden Lichts senkrecht zu dem zu belichtenden Substrat angeordnet werden. Alternativ kann auch eine oder mehrere Schichten eines Photoresists auf das Substrat aufgetragen werden. Je nach verwendetem Strukturierungsverfahren sind unterschiedliche Verfahrensschritte zur Vorbereitung notwendig, die sich in das erfindungsgemäße Verfahren mühelos einbetten lassen. For the structuring of the substrate, it can advantageously be provided before the exposure thereof that one or more exposure mask (s) are provided and arranged parallel to the substrate to be exposed, or in the direction of the illuminating light perpendicular to the substrate to be exposed. Alternatively, one or more layers of a photoresist may be applied to the substrate. Depending on the structuring method used, different process steps for preparation are necessary, which can be effortlessly embedded in the process according to the invention.

Die Erfindung kann ferner bevorzugt vorsehen, dass die Substrathälften mit einem Klebstoff, bevorzugt einem Zweikomponentenklebstoff, besonders bevorzugt einem Zweikomponenten-Epoxidharz, einem Cyanacrylat-Klebstoff („Sekundenkleber“) oder einem lichthärtenden Klebstoff aneinander fixiert werden können. Auch andere Klebstoffe, die sich zum Kleben der Substratmaterialien eigenen, können verwendet werden. Auch kann ein L-förmiger Metallwinkel, beispielsweise aus Invar-Stahl, als Verbindungselement zwischen die beiden Halblinsen geklebt werden. Hierdurch wird eine feste und robuste Verbindung zwischen den beiden Substrathälften erzeugt, die auch wiederkehrende Neupositionierungen der Linse erlaubt, ohne dass die Güte der Fokussierung leidet. The invention can furthermore preferably provide that the substrate halves can be fixed to one another with an adhesive, preferably a two-component adhesive, particularly preferably a two-component epoxy resin, a cyanoacrylate adhesive ("superglue") or a light-curing adhesive. Other adhesives that are suitable for bonding the substrate materials may also be used. Also, an L-shaped metal angle, such as Invar steel, can be glued as a connecting element between the two half-lenses. As a result, a firm and robust connection between the two substrate halves is generated, which also allows recurring repositioning of the lens, without the quality of the focus suffers.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine refraktive Röntgenlinsenanordnung hergestellt werden, wobei die Linsenanordnung eine Vielzahl alternierender Linsenelementen aufweist, die in einem Winkel im Bereich von 0° bis 100°, bevorzugt von 90°, zueinander angeordnet sind. According to the method of the invention, a refractive X-ray lens arrangement can be produced, wherein the lens arrangement has a plurality of alternating lens elements, which are arranged at an angle in the range of 0 ° to 100 °, preferably of 90 ° to each other.

Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Other embodiments as well as some of the advantages associated with these and others Embodiments are connected by the following detailed description with reference to the accompanying figures clearly and better understood. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen: Showing:

1 bis 4 einige Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspektivischer Ansicht, 1 to 4 some process steps of the method according to the invention in perspective view,

5, 5a perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäßen Linsenanordnung mit bewegbaren Substratstreifen, 5 . 5a perspective views of a lens assembly according to the invention with movable substrate strips,

6 bis 9 eine perspektivische Ansicht einiger Verfahrensschritte zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Linsenanordnung, und 6 to 9 a perspective view of some process steps for producing a further embodiment of a lens arrangement according to the invention, and

10, 11 eine alternative Anordnung von Linsenelementen. 10 . 11 an alternative arrangement of lens elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine Herstellung refraktiver Röntgenlinsen. The method according to the invention relates to the production of refractive X-ray lenses.

Die 1 bis 4 zeigen jeweils einzelne beispielhafte Schritte für das erfindungsgemäße Verfahren. Dabei wird ein Substrat 1 so strukturiert, dass Linsenelemente 2, 2’ in zwei parallel nebeneinander liegenden Reihen, einer ersten Reihe 3 und einer zweiten Reihe 4, erzeugt werden. Die einzelnen Linsenelemente 2, 2’ weisen jeweils zwei parabolisch geformte konkav gekrümmte Linsenflächen 5 auf. Die Linsenelemente 2, 2’ weisen eine Breite B auf und sind entlang der Reihen 3, 4 mit Abstand A zueinander beabstandet. Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform ist der Abstand A dabei größer oder zumindest gleich der Breite B, so dass die Linsenelemente 2, 2’ in einem späteren Verfahrensschritt ineinander geschoben werden können. The 1 to 4 each show individual exemplary steps for the inventive method. This becomes a substrate 1 structured so that lens elements 2 . 2 ' in two parallel rows, a first row 3 and a second row 4 , be generated. The individual lens elements 2 . 2 ' each have two parabolically shaped concave curved lens surfaces 5 on. The lens elements 2 . 2 ' have a width B and are along the rows 3 . 4 spaced at a distance A from each other. At the in 1 illustrated embodiment, the distance A is greater than or at least equal to the width B, so that the lens elements 2 . 2 ' can be pushed into each other in a later step.

1 zeigt das Substrat 1 mit den Linsenstrukturen, das entlang einer Achse C, die parallel zur Längsrichtung der Reihen 3, 4 verläuft, in zwei Substrathälften 1a, 1b zerteilt wurde. 1 shows the substrate 1 with the lens structures being along an axis C parallel to the longitudinal direction of the rows 3 . 4 runs, in two substrate halves 1a . 1b was split.

In 2 wurde die zweite Substrathälfte 1b gegenüber der ersten Substrathälfte 1a um die zu den Linsenreihen parallele Achse C so verkippt, dass die Linsenelemente 2, 2’ zueinander weisen. Der Kippwinkel α beträgt hier 90°. In 2 became the second substrate half 1b opposite the first substrate half 1a about the axis parallel to the rows of lenses C tilted so that the lens elements 2 . 2 ' to each other. The tilt angle α is 90 ° here.

In 3 sind beide Substrathälften 1a, 1b zusammengeschoben gezeigt, wobei die Linsenelemente 2’ der zweiten Reihe 4 auf der zweiten Substrathälfte 1b in die Zwischenräume zwischen den Linsenelementen 2 der ersten Reihe 3 auf der ersten Substrathälfte 1a ragen. Zur robusten Befestigung der beiden Substrathälften 1a, 1b sind sie an den Flächen, an den denen sie aneinander liegen, miteinander verklebt. Bei einer Zoomlinse werden die beiden Substrathälften an einem gemeinsamen Gehäuse befestigt. In 3 are both substrate halves 1a . 1b shown pushed together, the lens elements 2 ' the second row 4 on the second substrate half 1b into the spaces between the lens elements 2 the first row 3 on the first half of the substrate 1a protrude. For robust attachment of the two substrate halves 1a . 1b they are glued together on the surfaces where they lie against each other. In a zoom lens, the two substrate halves are attached to a common housing.

Damit stehen dann zwei im Wesentlichen aus den Linsenelementen 2, 2’ aufgebaute Linsenanordnungen 10 mit Linienfoki senkrecht zueinander, so dass eine Punktfokussierung des durchlaufenden Röntgenstrahls erreicht werden kann. Thus, two essentially stand out of the lens elements 2 . 2 ' built-up lens arrangements 10 with Linienfoki perpendicular to each other, so that a point focusing of the traversing X-ray beam can be achieved.

In 4 ist eine refraktive Röntgenlinse mit einstellbarer Brennweite gezeigt, deren einzelne Linsenelemente 2 auf einem in Streifen 7 geteiltes Substrat 2 strukturiert sind. Mittels eines Querbalkens 8 sind die Streifen 7 an ihrem von den Linsenelementen 2 weg weisenden Ende miteinander verbunden und so stabilisiert. Die Substratstreifen 7 dienen als Biegebalken, die mit geeigneten Aktoren 9 (siehe 5) so gebogen werden können, dass einzelne oder viele Linsenelemente 2 gezielt und reversibel aus dem Strahlengang entfernt werden können, um so die Möglichkeit zu erhalten, die Brennweite einzustellen. In 4 is a refractive X-ray lens with adjustable focal length shown, their individual lens elements 2 on a strip 7 divided substrate 2 are structured. By means of a crossbeam 8th are the stripes 7 at her from the lens elements 2 wayward end connected and thus stabilized. The substrate strips 7 serve as bending beams, with suitable actuators 9 (please refer 5 ) can be bent so that single or many lens elements 2 can be selectively and reversibly removed from the beam path, so as to obtain the opportunity to adjust the focal length.

In 5 ist eine Röntgenlinsenanordnung 10 gezeigt, deren Substratstreifen 7 jeweils mit einem solchen Aktor 9 verbunden sind. Für eine bessere Übersicht ist beispielhaft nur ein Aktor 9 gezeigt. In Detail A in 5a sind zwei benachbarte Streifen 7 aus der rechtwinkligen Anordnung herausgebogen. Mit jedem Aktor 9 kann ein Substratstreifen 7 aus seiner Normalposition, wie sie in 4 gezeigt ist, verbogen werden, so dass ein oder mehrere Linsenelemente 2, 2‘ aus der optische Achse heraustreten. Ferner kann ein Substratstreifen 7 auch in sich verdreht werden und damit verbogen werden. Die Verstellung der einzelnen Substratstreifen 7 ist reversibel, so dass die Anordnung 10 immer neuen Anwendungsanforderungen angepasst werden kann. Die Brennweite der Gesamtlinse ist damit in horizontaler bzw. vertikaler Richtung der Linsenanordnung in Bezug auf einen Laborboden veränderlich, je nachdem wie viele Linsenelemente aus der jeweiligen Reihe 3, 4 herausbewegt oder in sich verdreht werden. Da die Röntgenquelle an Synchrotronquellen oft parallel zum Boden andere Abmessungen hat als senkrecht zum Boden, sollte die Linse auch parallel oder vertikal stehen und nicht bspw. unter einem Winkel. Die Position innerhalb der jeweiligen Reihe 3, 4 ist als Ausgangsposition zu verstehen. 5a zeigt, dass auf einem Substratstreifen 7 zwei Linsenelemente 2, 2‘ angeordnet sind und beide Substratstreifen 7 aus der optischen Achse (Strahlengang) herausgebogen sind. Die einzelnen Linsenelementen 2, 2‘ sind in einem spezifischen Abstand zueinander angeordnet, wobei dieser Abstand vorbestimmt ist. Als eine Ausführungsform kann dieser Abstand einem einzelnen Linsenelement und etwas Spielraum entsprechen, sodass die beiden Reihen 3, 4 einfach ineinander montiert werden können. In 5 is an X-ray lens arrangement 10 shown, their substrate strip 7 each with such an actor 9 are connected. For a better overview, only one actuator is an example 9 shown. In detail A in 5a are two adjacent stripes 7 bent out of the rectangular arrangement. With every actor 9 can be a substrate strip 7 from his normal position, as in 4 is shown to be bent so that one or more lens elements 2 . 2 ' emerge from the optical axis. Furthermore, a substrate strip 7 also be twisted in and twisted. The adjustment of the individual substrate strips 7 is reversible, so the arrangement 10 can always be adapted to new application requirements. The focal length of the overall lens is thus variable in the horizontal or vertical direction of the lens assembly with respect to a laboratory floor, depending on how many lens elements from the respective row 3 . 4 be moved out or twisted. Since the X-ray source at synchrotron sources often has different dimensions parallel to the bottom than perpendicular to the ground, the lens should also be parallel or vertical and not at an angle, for example. The position within each row 3 . 4 is to be understood as a starting position. 5a shows that on a substrate strip 7 two lens elements 2 . 2 ' are arranged and both substrate strips 7 are bent out of the optical axis (beam path). The individual lens elements 2 . 2 ' are arranged at a specific distance from each other, this distance being predetermined. As one embodiment, this distance may be a single lens element and some margin match, so the two rows 3 . 4 can be easily mounted in each other.

Die Abmessungen der Linsenelemente können den entsprechenden Anforderungen angepasst werden, so ist ein beispielhaftes Linsenpaar meist zwischen 100 μm und 2 mm lang (entlang der optischen Achse). Die Luftspalte können bei etwa 20 µm liegen. 10 μm wären zu wenig und mehr als 20 μm nicht notwendig – dies würde zu weniger Elementen auf maximal 60 mm Layoutlänge für die Linse führen. Diese Toleranzen vermeiden, dass bei zu geringen Toleranzabständen (weniger als 10 μm) bei einer 60 mm langen Zoomlinse Linsenelemente miteinander verklemmen und als Folge eventuell abbrechen würden. The dimensions of the lens elements can be adapted to the respective requirements, so an exemplary lens pair is usually between 100 microns and 2 mm long (along the optical axis). The air gaps can be about 20 microns. 10 microns would be too little and more than 20 microns not necessary - this would lead to fewer elements to a maximum of 60 mm layout length for the lens. These tolerances avoid that at too small tolerance intervals (less than 10 microns) with a 60 mm long zoom lens lens elements jam together and would eventually break off.

In den 6 bis 9 sind einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform einer möglichen Linsenanordnung 10 gezeigt. Die Linsenelemente 2, 2’ ragen hierbei nicht von der Substratoberfläche nach oben, sondern sind in eine Stufe 6 in das Substrat 2 hineinstrukturiert. Die Linsenelemente 2, 2’ zeigen hierbei jeweils zwei unterschiedliche Arten von Linsenflächen – eine gekrümmte Linsenfläche 5 sowie eine ebene Linsenfläche 5’. Dabei ist jedes Linsenelement 2, 2’ nach dem folgenden Schema aufgebaut: Eine ebene Linsenfläche 5’, zwei gekrümmte Linsenflächen 5, die zueinander ausgerichtet sind, und eine weitere ebene Linsenfläche 5’. Diese Linsenanordnung 10 ermöglicht es, auch beispielsweise in Silizium geätzte refraktive Röntgenlinsen mit Punktfokus auf einem einzigen Substrat zu fertigen und eine astigmatismusfreie Linsenanordnung 10 zu erreichen. In the 6 to 9 are individual process steps for producing a further embodiment of a possible lens arrangement 10 shown. The lens elements 2 . 2 ' do not protrude from the substrate surface upwards, but are in one step 6 in the substrate 2 into structured. The lens elements 2 . 2 ' show in each case two different types of lens surfaces - a curved lens surface 5 and a flat lens surface 5 ' , Here is each lens element 2 . 2 ' constructed according to the following scheme: A plane lens surface 5 ' , two curved lens surfaces 5 , which are aligned with each other, and another planar lens surface 5 ' , This lens arrangement 10 makes it possible, for example, to fabricate point-focused refractive X-ray lenses etched in silicon on a single substrate and to provide an astigmatism-free lens arrangement 10 to reach.

In 7 sind beide Substrathälften 1a, 1b nach Strukturierung und Zersägen bzw. Zerteilen gezeigt. 8 zeigt die bereits zur ersten Substrathälfte gekippte zweite Substratfläche 1b. Auch hier beträgt der Kippwinkel α zwischen den Linsenelementen 2, 2’ der beiden Reihen 3, 4 90°. In 7 are both substrate halves 1a . 1b after structuring and sawing or dicing. 8th shows the already tilted to the first substrate half second substrate surface 1b , Again, the tilt angle α between the lens elements 2 . 2 ' the two rows 3 . 4 90 °.

8 zeigt den Schritt des Zusammenschiebens der beiden Substrathälften 1a, 1b, wohingegen in 9 die beiden Substrathälften 1a, 1b zusammen geschoben sind und die fertige Linsenanordnung 10 bilden. 8th shows the step of pushing together the two substrate halves 1a . 1b , whereas in 9 the two substrate halves 1a . 1b pushed together and the finished lens assembly 10 form.

In 10 sind schematisch Linsenelemente 2 mit unterschiedlichen Breiten und unterschiedlichem Abstand zueinander dargestellt. Sollten Einzelelemente unterschiedlich lang sein, muss die Montage verändert werden. Die zu montierenden Halblinsen können getrennt nebeneinander gezeichnet werden und passende Abstände, die unterschiedlich sein können, zueinander aufweisen. Bei identischen Halblinsen können die Lücken zwischen den Elementen größer als die Länge des längsten Elements gewählt werden. Oder eine der beiden Reihen kann vor der Montage umgedreht werden, so dass die Linsenelemente 2 ineinander geschoben werden können. Die 11 zeigt schematisch eine solche fertige Anordnung 10 an unterschiedlich bemessenen Linsenelementen 2, 2’. Unterschiedlich bemessene Linsenelemente 2 sind vorteilhaft, um eine vorgegebene Brennweite möglichst genau treffen zu können. Identische Halblinsen ermöglichen ein besseres Ausnutzen der Platzverhältnisse auf dem Substrat, da pro Linse nur eine Halblinsenreihe gefertigt werden muss und diese dann getrennt werden kann. In 10 are schematically lens elements 2 shown with different widths and different distances from each other. If individual elements have different lengths, the assembly must be changed. The half-lenses to be mounted can be drawn separately next to one another and have suitable distances which can be different from each other. With identical half lenses, the gaps between the elements can be made larger than the length of the longest element. Or one of the two rows can be turned over before assembly, so that the lens elements 2 can be pushed into each other. The 11 schematically shows such a finished arrangement 10 on differently sized lens elements 2 . 2 ' , Different sized lens elements 2 are advantageous to meet a given focal length as accurate as possible. Identical half-lenses allow a better utilization of space on the substrate, since only one halflinsenreihe must be made per lens and this can then be separated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Substrat substratum
1a 1a: Erste SubstrathälfteFirst substrate half
1b 1b: Zweite SubstrathälfteSecond substrate half
2, 2’ 2, 2 ': Linsenelementelens elements
3 3: Erste Reihe LinsenelementeFirst row of lens elements
4 4: Zweite Reihe LinsenelementeSecond row of lens elements
5, 5’ 5, 5 ': Linsenflächenlens surfaces
6 6: Stufe step
7 7: Substratstreifensubstrate strip
8 8th: Querbalken crossbeam
9 9: Aktor actuator
10 10: RöntgenlinsenanordnungX-ray lens assembly
A A: Abstand LinsenelementeDistance lens elements
B B: Breite LinsenelementeWide lens elements
C C: Kippachse tilt axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2014/0013573 A1 [0003] US 2014/0013573 A1 [0003]

Claims

Refraktive Röntgenlinsenanordnung (10), die zumindest ein Substrat (1) mit einer Vielzahl von Linsenelementen (2, 2’) aufweist, die in zumindest einer Reihe (3, 4) angeordnet sind, wobei die Linsenelemente (2, 2’) der Linsenanordnung (10) alternierend in einem Winkel (α) in einem Bereich von 0° bis 100° zueinander angeordnet sind, wobei die Linsenanordnung (10) zumindest einen Aktor (9) zum Bewegen und/oder Verdrehen zumindest einzelner Linsenelemente (2, 2‘) aufweist. Refractive X-ray lens arrangement ( 10 ) containing at least one substrate ( 1 ) with a plurality of lens elements ( 2 . 2 ' ) in at least one row ( 3 . 4 ) are arranged, wherein the lens elements ( 2 . 2 ' ) of the lens arrangement ( 10 ) are arranged alternately at an angle (α) in a range of 0 ° to 100 ° to each other, wherein the lens arrangement ( 10 ) at least one actuator ( 9 ) for moving and / or twisting at least individual lens elements ( 2 . 2 ' ) having.

Röntgenlinsenanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) senkrecht zu der zumindest einen Reihe (3, 4) in eine Vielzahl paralleler Substratstreifen (7) getrennt ist, wobei jeder Substratstreifen (7) zumindest ein Linsenelement (2, 2’) aufweist. X-ray lens arrangement ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the substrate ( 1 ) perpendicular to the at least one row ( 3 . 4 ) into a plurality of parallel substrate strips ( 7 ), each substrate strip ( 7 ) at least one lens element ( 2 . 2 ' ) having.

Röntgenlinsenanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenanordnung (10) eine Vielzahl an Aktoren (9) aufweist, wobei jedem Substratstreifen (7) einer der Aktoren (9) zugeordnet ist, so dass die Linsenelemente (2, 2‘) unabhängig voneinander bewegbar und/oder verdrehbar sind. X-ray lens arrangement ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the lens arrangement ( 10 ) a plurality of actuators ( 9 ), each substrate strip ( 7 ) one of the actuators ( 9 ), so that the lens elements ( 2 . 2 ' ) are independently movable and / or rotated.

Röntgenlinsenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Linsenelemente (2, 2’) einer ersten und einer zweiten Reihe (3, 4) um einen Winkel (α) im Bereich von 0° bis 100°, bevorzugt um 90°, zueinander gekippt sind. X-ray lens arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that two adjacent lens elements ( 2 . 2 ' ) a first and a second row ( 3 . 4 ) are tilted relative to one another by an angle (α) in the range of 0 ° to 100 °, preferably by 90 °.

Röntgenlinsenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Linsenelement (2, 2’) zumindest eine konkave Linsenfläche (5) aufweist, und/oder dass die Linsenflächen (5) teilkreisförmig oder parabelförmig gekrümmt sind. X-ray lens arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that each lens element ( 2 . 2 ' ) at least one concave lens surface ( 5 ), and / or that the lens surfaces ( 5 ) are part-circular or parabolic curved.

Herstellungsverfahren einer refraktive Röntgenlinsenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung eines Substrats (1), das zumindest eine strukturierbare Beschichtung aufweist, umfassend die Schritte – Bereitstellen des Substrats (1), – Strukturieren des Substrates (1) mittels eines Strukturierungsverfahrens, dabei Ausbilden einer Vielzahl von Linsenelementen (2, 2’) in zumindest einer, bevorzugt in zumindest zwei zueinander benachbarten parallelen Reihen (3, 4), wobei jedes Linsenelement (2, 2’) einer Reihe (3, 4) von seinem benachbarten Linsenelement (2, 2’) um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, – Zerteilen des Substrates (1) entlang einer Achse (C-C), die zwischen den Reihen (3, 4) verläuft, in eine erste Substrathälfte (1a) und eine zweite Substrathälfte (1b), – Kippen einer der beiden Substrathälften (1a, 1b) relativ zu der Achse (C-C), so dass die Substrathälften (1a, 1b) in einem Winkel (α) zueinander stehen, wobei die Linsenelemente (2, 2’) zueinander weisen, – Zusammenschieben der beiden Substrathälften (1a, 1b) so, dass zwischen zwei Linsenelementen (2, 2’) der Reihe (3) ein Linsenelement der Reihe (4) zumindest teilweise positioniert ist, und – Fixieren der zusammen geschobenen Substrathälften (1a, 1b) aneinander. Manufacturing method of a refractive X-ray lens arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 5 using a substrate ( 1 ) comprising at least one structurable coating, comprising the steps of - providing the substrate ( 1 ), - structuring of the substrate ( 1 ) by means of a structuring method, thereby forming a plurality of lens elements ( 2 . 2 ' ) in at least one, preferably in at least two parallel rows ( 3 . 4 ), each lens element ( 2 . 2 ' ) of a series ( 3 . 4 ) from its adjacent lens element ( 2 . 2 ' ) is spaced by a predetermined distance, - dividing the substrate ( 1 ) along an axis (CC) between the rows (CC) 3 . 4 ), in a first substrate half ( 1a ) and a second substrate half ( 1b ), - tilting one of the two substrate halves ( 1a . 1b ) relative to the axis (CC), so that the substrate halves (CC) ( 1a . 1b ) are at an angle (α) to each other, wherein the lens elements ( 2 . 2 ' ), - pushing together the two substrate halves ( 1a . 1b ) such that between two lens elements ( 2 . 2 ' ) the series ( 3 ) a lens element of the series ( 4 ) is at least partially positioned, and - fixing the pushed-together substrate halves ( 1a . 1b ) to each other.

Verfahren nach Anspruch 6, umfassend die Schritte – Teilen des Substrats (1) senkrecht zu den Reihen (3, 4) in parallele Substratstreifen (7), wobei ein Substratstreifen (7) zumindest ein Linsenelement (2, 2’) aufweist, und – an zumindest einen Substratstreifen (7) Anordnen eines Aktors (9). Method according to claim 6, comprising the steps of - dividing the substrate ( 1 ) perpendicular to the rows ( 3 . 4 ) in parallel substrate strips ( 7 ), wherein a substrate strip ( 7 ) at least one lens element ( 2 . 2 ' ), and - at least one substrate strip ( 7 ) Arranging an actuator ( 9 ).

Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) mittels eines lithografischen Strukturierungsverfahrens, bevorzugt mittels Röntgenlithografie oder Fotolithografie oder Elektronenstrahllithografie oder einem anisotropen Trockenätzverfahren strukturiert wird oder dass die Strukturierung durch Abformung von einem so strukturierten Substrat erfolgt. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the substrate ( 1 ) is structured by means of a lithographic patterning method, preferably by means of X-ray lithography or photolithography or electron beam lithography or an anisotropic dry etching method, or by structuring taking place from a substrate structured in this way.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Belichtung des Substrats (1) zur Strukturierung desselben – zumindest eine Belichtungsmaske bereitgestellt und parallel zu dem zu belichtenden Substrat (1) oder in Richtung des belichtenden Lichts und senkrecht zu dem zu belichtenden Substrat (1) angeordnet wird oder – zumindest ein Photoresist auf das Substrat aufgetragen wird. Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that before the exposure of the substrate ( 1 ) for structuring the same - at least one exposure mask provided and parallel to the substrate to be exposed ( 1 ) or in the direction of the illuminating light and perpendicular to the substrate to be exposed ( 1 ) or at least one photoresist is applied to the substrate.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathälften (1a, 1b) mit einem Klebstoff, bevorzugt einem Zweikomponentenklebstoff, besonders bevorzugt einem Zweikomponenten-Epoxidharz aneinander fixiert werden. Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the substrate halves ( 1a . 1b ) are fixed to one another with an adhesive, preferably a two-component adhesive, particularly preferably a two-component epoxy resin.