JP7706207B2 - ミラー装置、光学装置およびレーザー核融合炉 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２３年３月９日に出願された日本国特許出願２０２３－０３６５７９号および２０２３年４月２８日に出願された日本国特許出願２０２３－０７４８５０号の優先権を主張し、これらの全体が参照により本書に組み込まれる。

（技術分野）
本開示は、ミラー装置、光学装置およびレーザー核融合炉に関する。

Ｘ線分析技術は、学術分野および産業界において広く利用されている。近年では、ＸＡＦＳ（X-ray Absorption Fine Structure）や蛍光Ｘ線を利用して、対象物の元素ごとの局所構造を分析するＸ線顕微分光イメージングが注目されている。Ｘ線顕微分光イメージングでは、広範なＸ線波長を利用するため、色収差の少ないＸ線光学系が求められる。

Ｘ線光学系に用いられる光学素子として、屈折を利用する複合屈折レンズ、回折を利用するフレネルゾーンプレート、反射を利用する斜入射全反射ミラーなどがある。このうち、斜入射全反射ミラーは、Ｘ線の利用効率が高く、色収差が少ないという利点を有する。さらに、コマ収差のない光学系として、四つの斜入射全反射ミラーを用いたＡＫＢ（Advanced Kirkpatrick-Baez）ミラー光学系がある。また、Ｘ線光学系の光学特性を可変にするため、全反射ミラーに圧電素子を貼り付け、圧電素子の変形量によって反射面の形状を制御する形状可変ミラーも利用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－２１８９７号公報

Ｘ線顕微分光イメージングでは、３０ｎｍ程度の空間分解能が報告されているが、さらなる高空間分解能の実現が要請されている。空間分解能を高めるためには、Ｘ線光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることが有効である。しかしながら、開口数を大きくしようとすると、斜入射全反射ミラーにおけるＸ線の斜入射角が大きくなり、全反射条件を満たさなくなってしまう。ブラッグ反射を利用する多層膜ミラーを利用すれば、Ｘ線の斜入射角を大きくできるが、色収差が発生してしまう。

本開示はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、色収差の少ない光学系の開口数を向上させる技術を提供することにある。

本開示のある態様のミラー装置は、光線が入射する第１反射面を有する第１ミラーと、第１反射面の法線方向に第１反射面から離れて位置する第２ミラーと、を備える。第２ミラーは、光線が入射する第２反射面と、第２反射面とは反対側の面とを有し、反対側の面が第１反射面と対向し、第２反射面が形状可変である。

本開示の別の態様のミラー装置は、光線が入射する反射面と、反射面とは反対側の面とを有する圧電基板と、反射面に設けられる第１電極と、反対側の面に設けられる第２電極と、第１電極と第２電極の間に電圧を印加する電源と、を備える。圧電基板は、反射面を有する第１圧電層と、反対側の面を有する第２圧電層とを備える。第２圧電層は、第１圧電層と同一材料であり、第１圧電層とは分極方向が反対である。

本開示のさらに別の態様の光学装置は、本開示のある態様のミラー装置を含む光学系と、光学系から出射する光線を検出する検出部と、を備える。

本開示のさらに別の態様の光学装置は、本開示のある態様のミラー装置を含む光学系と、光学系から出射する光線が照射される試料を保持する試料保持部と、を備える。

本開示のさらに別の態様の光学装置は、レーザー光を出力するレーザー光源と、レーザー光の波面を補償する形状可変ミラーと、形状可変ミラーで反射されたレーザー光を集光させる集光光学素子と、を備える。形状可変ミラーは、レーザー光が入射する反射面と、反射面とは反対側の面とを有し、単結晶のニオブ酸リチウム（ＬＮ）からなる圧電基板と、反射面に設けられる第１電極と、反対側の面に設けられる第２電極と、第１電極上に設けられ、レーザー光を反射させる誘電体多層膜ミラーと、第１電極と第２電極の間に電圧を印加する電源と、を備える。

本開示のさらに別の態様は、レーザー核融合炉である。このレーザー核融合炉は、本開示のある態様の光学装置と、光学装置から出力されるレーザー光が導入される内部空間を有し、レーザー光の照射によって核融合が生じる燃料を収容する反応容器と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。

本開示のある態様によれば、色収差の少ない光学系の開口数を向上できる。

第１実施形態に係るＸ線ミラー装置の構成を概略的に示す断面図である。 第２実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、分極反転層の形成方法の一例を模式的に示す図である。 形状可変ミラーの反射面の変形量の一例を示すグラフである。 第３実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す上面図である。 第４実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 第５実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す下面図である。 第６実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す下面図である。 第７実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す断面図である。 第８実施形態に係る形状可変ミラーの構成を概略的に示す上面図である。 形状可変ミラーの反射面の変形量の一例を示すグラフである。 図１２（ａ），（ｂ）は、形状可変ミラーの動作例を模式的に示す図である。 第９実施形態に係るＸ線ミラー装置の構成を概略的に示す断面図である。 第１０実施形態に係るＸ線ミラー装置の構成を概略的に示す断面図である。 第１１実施形態に係るＸ線ミラー装置の構成を概略的に示す断面図である。 第１２実施形態に係るＸ線装置の構成を概略的に示す斜視図である。 第１３実施形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。 第１４実施形態に係るレーザー核融合炉の構成を概略的に示す図である。

本開示を詳述する前に概要を説明する。本開示は、Ｘ線を反射させるＸ線ミラー装置に関する。本開示に係るＸ線ミラー装置は、外側ミラー（第１ミラーともいう）と、光軸と外側ミラーの間に配置される内側ミラー（第２ミラーともいう）とを備える。つまり、Ｘ線ミラー装置は、外側ミラーと内側ミラーを組み合わせたネスト型の構造を有する。本開示によれば、外側ミラーと内側ミラーを組み合わせにより、それぞれのミラーに入射するＸ線の斜入射角を全反射可能な角度（例えば１０ｍｒａｄ）以下に抑えつつ、Ｘ線光学系の開口数を向上できる。

Ｘ線光学系では、ミラーの斜入射角が極めて小さいために、光軸から外側ミラーまでの距離も極めて小さくなり、例えば５ｍｍ以下となりうる。この場合、光軸と外側ミラーの間に内側ミラーを配置するためには、内側ミラーを非常に薄くする必要があり、例えば１ｍｍ以下、または５００μｍ以下の厚さが必要である。また、Ｘ線光学系にて要求される反射面の形状精度は１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下とされる。そのため、内側ミラーには、極めて薄い基板の表面の形状精度を１０ｎｍ以下に維持するという非常に困難な仕様が要求される。

本開示では、内側ミラーを圧電基板により形成し、圧電基板の両面に電極を形成することにより、圧電基板の表面からなる反射面の形状を印加電圧に応じて可変にする。つまり、内側ミラーとして形状可変ミラーを用いる。非常に薄い圧電基板を用いることにより、光軸と外側ミラーの間の限られたスペースに内側ミラーを配置可能となる。また、内側ミラーを形状可変ミラーとすることにより、内側ミラーの理想形状からのずれを補償することができ、薄い基板を用いる内側ミラーの反射面の形状精度を向上できる。

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。

下記の実施形態では、Ｘ線を反射させるためのＸ線ミラー装置について説明するが、本開示は、Ｘ線またはＸ線とは異なる波長を有する光線を反射させるミラー装置として用いることができる。この場合、光線は、可視光であってもよいし、赤外光であってもよいし、紫外光であってもよいし、極端紫外光であってもよい。光線は、Ｘ線よりも波長の短いガンマ線であってもよい。光線は、レーザー光であってもよい。ミラー装置は、光線を利用する任意の光学装置に用いることができる。ミラー装置において、光線が入射する面のことを入射面または反射面ということがある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＸ線ミラー装置１０の構成を概略的に示す断面図である。Ｘ線ミラー装置１０は、外側ミラー（または第１ミラー）１２と、内側ミラー（または第２ミラー）１４とを備える。Ｘ線ミラー装置１０は、第１焦点Ｆ１からのＸ線２０を反射し、第２焦点Ｆ２に集束させるよう構成される。図１において、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を結ぶ直線を光軸１８とする。また、光軸１８に近づく方向を内側方向、光軸１８から遠ざかる方向を外側方向ということがある。

図１のＸ線ミラー装置１０は、対物レンズとして用いることができる。例えば、第１焦点Ｆ１に試料が配置され、試料からのＸ線が拡大されて第２焦点Ｆ２に結像される。第２焦点Ｆ２には、試料の拡大像（Ｘ線像）を検出されるためのＸ線検出装置が配置される。Ｘ線ミラー装置１０は、外側ミラー１２と内側ミラー１４の組み合わせにより、Ｘ線ミラー装置１０が集束可能な第１焦点Ｆ１からのＸ線２０の角度範囲α１、α２の合計（つまり開口数）を大きくする。これにより、観察する試料の空間分解能を向上させることができ、例えば１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下の空間分解能を実現できる。

外側ミラー１２は、Ｘ線２０が斜入射する外側反射面（または第１反射面）２２を有する。内側ミラー１４は、Ｘ線２０が斜入射する内側反射面（または第２反射面）２４と、内側反射面２４とは反対側の面（または裏面）２６とを有する。外側反射面２２および内側反射面２４のそれぞれは、例えば、第１焦点Ｆ１および第２焦点Ｆ２に一致する二つの焦点を有する楕円形状の凹曲面である。

外側反射面２２および内側反射面２４のそれぞれは、円弧状、楕円状、双曲線状または放物線状の凸曲面または凹曲面であることができる。外側反射面２２および内側反射面２４のそれぞれは、一方向（例えば、光軸方向）のみに曲率を有してもよい。外側反射面２２および内側反射面２４のそれぞれは、二方向に曲率を有する曲面であってもよいし、平坦面であってもよい。

外側ミラー１２は、光軸１８から離れて配置され、外側反射面２２が内側となるように配置される。外側ミラー１２は、外側反射面２２から見て外側反射面２２の法線方向に光軸１８が存在するように配置される。

内側ミラー１４は、光軸１８と外側ミラー１２の間に配置される。内側ミラー１４は、内側反射面２４が内側、裏面２６が外側となるように配置される。内側ミラー１４は、内側反射面２４から見て内側反射面２４の法線方向に光軸１８が存在するように配置される。内側ミラー１４は、外側反射面２２の法線方向に外側反射面２２から離れて配置される。内側ミラー１４の裏面２６は、外側反射面２２と対向する。

外側反射面２２および内側反射面２４は、色収差のない斜入射全反射ミラーであることが好ましい。外側反射面２２および内側反射面２４は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの単一の金属材料からなる金属薄膜で構成される。外側反射面２２および内側反射面２４は、色収差を避けるために、ブラッグ反射を利用する多層膜ミラーを備えない構成であることが好ましい。多層膜ミラーは、例えば、重元素からなる複数の第１層と、軽元素からなる複数の第２層とを交互に周期的に積層させた多層膜によって構成される。

外側反射面２２および内側反射面２４は、色収差が許容される用途においては、多層膜ミラーを備えてもよい。ただし、色収差の影響を緩和するために、多層膜ミラーの積層数（例えば、第１層の層数と第２層の層数の合計）を１００以下、３０以下または１５以下とすることが好ましい。Ｘ線吸収端構造（ＸＡＮＥＳ；X-ray Absorption Near Edge Structure）を計測する用途では、例えば±１００ｅＶ程度のエネルギー範囲において色収差が無視できる程度の光学特性が求められ、この場合には多層膜ミラーの積層数を１００以下とすることが好ましい。Ｘ線広域微細構造（ＥＸＡＦＳ；Extended X-ray Absorption Fine Structure）を計測する用途では、例えば±５００ｅＶ程度のエネルギー範囲において色収差が無視できる程度の光学特性が求められ、この場合には多層膜ミラーの積層数を３０以下または１５以下とすることが好ましい。

なお、外側反射面２２および内側反射面２４の一方を全反射ミラーとし、外側反射面２２および内側反射面２４の他方を多層膜ミラーとしてもよい。例えば、斜入射角が相対的に大きくなる外側反射面２２を多層膜ミラーとし、斜入射角が相対的に小さくなる内側反射面２４を全反射ミラーとしてもよい。

外側反射面２２は、第１焦点Ｆ１からの第１角度範囲α１のＸ線束２０ａを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第１角度範囲α１は、外側反射面２２に入射するＸ線２０の斜入射角の最大値θ１および最小値θ２を用いて、α１≒θ１－θ２と表すことができる。外側反射面２２にてＸ線２０を全反射させるためには、斜入射角の最大値θ１を臨界角以下とする必要がある。臨界角の大きさは、Ｘ線２０のエネルギー（つまり波長）に依存し、Ｘ線２０のエネルギーが大きくなるほど臨界角が小さくなる。例えば、Ｘ線のエネルギーが１０ｋｅＶであれば、臨界角の大きさは約７ｍｒａｄである。第１角度範囲α１を最大化するという観点では、外側反射面２２における斜入射角の最大値θ１は、できるだけ大きいことが好ましい。したがって、外側反射面２２における斜入射角の最大値θ１は、上限値である臨界角にできるだけ近いことが好ましい。

内側反射面２４は、第１焦点Ｆ１からの第２角度範囲α２のＸ線束２０ａを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第２角度範囲α２は、第１角度範囲α１とは異なる角度範囲である。第２角度範囲α２は、内側反射面２４に入射するＸ線２０の斜入射角の最大値θ３および最小値θ４を用いて、α２≒θ３－θ４と表すことができる。内側反射面２４は、外側反射面２２よりも内側に配置されるため、内側反射面２４における斜入射角の最大値θ３は、外側反射面２２における斜入射角の最大値θ１よりも小さくなる。例えば、内側反射面２４における斜入射角の最大値θ３は、臨界角よりも小さな値となりうる。

Ｘ線２０の斜入射角が小さい場合、反射面に必要とされる形状精度が緩和される。したがって、内側反射面２４の形状精度は、外側反射面２２の形状精度よりも低くてもよい。外側反射面２２および内側反射面２４の形状精度（ＰＶ；Peak-to-Valley）は、１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下である。外側反射面２２の形状精度（ＰＶ）は、３ｎｍ以下であることが好ましく、例えば２ｎｍ程度である。内側反射面２４の形状精度（ＰＶ）は、３ｎｍ以上であってもよく、例えば５ｎｍ程度であってもよい。外側反射面２２および内側反射面２４の形状精度（ＰＶ）は、切削や機械研磨等による粗加工の後、ＥＥＭ（Elastic Emission Machining）等の公知の精密加工を施すことにより実現できる。

第１距離Ｄ１は、外側反射面２２における斜入射角の最大値θ１を臨界角（例えば１０ｍｒａｄ）以下にし、かつ、Ｘ線光学系を実用的なサイズ（例えば１ｍ～１０ｍ）に収めるという制約によって小さな値となる。光軸１８から外側反射面２２までの第１距離Ｄ１は、例えば１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、または１ｍｍ以下である。第１距離Ｄ１は、例えば１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、または５００μｍ以上である。

第１距離Ｄ１は、光軸１８の内側反射面２４までの第２距離Ｄ２、内側反射面２４から裏面２６までの内側ミラー１４の厚さｔ、および内側ミラー１４から外側反射面２２までの第３距離Ｄ３の合計に相当する（つまり、Ｄ１＝Ｄ２＋ｔ＋Ｄ３）。第１角度範囲α１および第２角度範囲α２の合計を最大化するためには、内側ミラー１４の厚さｔを可能な限り小さくすることが好ましい。内側ミラー１４の厚さｔは、例えば１ｍｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、または２００μｍ以下である。内側ミラー１４の厚さｔは、例えば１０μｍ以上、５０μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、または２００μｍ以上である。第２距離Ｄ２および第３距離Ｄ３のそれぞれは、例えば５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、または５００μｍ以上である。第２距離Ｄ２および第３距離Ｄ３のそれぞれは、例えば５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、または１ｍｍ以下である。第３距離Ｄ３は、例えば第２距離Ｄ２より大きい。第３距離Ｄ３は、第２距離Ｄ２と同じでもよいし、第２距離Ｄ２よりも小さくてもよい。

内側ミラー１４は、圧電基板を用いた形状可変ミラーとして構成される。内側ミラー１４を形状可変ミラーとすることにより、極めて薄い厚さｔと内側反射面２４の形状精度を両立できる。内側ミラー１４に用いることのできる形状可変ミラーの詳細は、別途後述する。一方、外側ミラー１２は、厚さの制約がないため、外側反射面２２の形状精度を実現できる限りにおいて、任意の種類のミラーを用いることができる。

外側ミラー１２は、圧電材料を用いた形状可変ミラーであってもよいし、圧電材料を用いない（つまり形状可変ではない）通常のミラーであってもよい。外側ミラー１２が通常のミラーである場合、シリコンやガラスといった表面形状を精密に加工できる任意の材料の基板から構成される。外側ミラー１２が形状可変ミラーである場合、外側反射面２２を有する基板の表面に圧電素子を貼り付けたものを用いてもよいし、外側反射面２２を有する圧電基板を用いてもよい。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る形状可変ミラー３０の構成を概略的に示す断面図である。図２の形状可変ミラー３０は、図１の内側ミラー１４として用いることができる。図２の形状可変ミラー３０は、図１の外側ミラー１２として用いられてもよい。形状可変ミラー３０は、圧電基板３２と、反射面電極（または第１電極）３４と、裏面電極（または第２電極）３６と、電源３８とを備える。

図２において、形状可変ミラー３０におけるＸ線２０の入射方向と反射方向の双方に直交する方向をｘ方向としている。また、圧電基板３２の厚み方向をｚ方向とし、ｘ方向およびｚ方向の双方に直交する方向をｙ方向としている。ｙ方向は、Ｘ線２０の光軸１８が延びる方向（光軸方向ともいう）に相当する。図示される座標軸は、説明の理解を助けるために設定されるものであり、形状可変ミラー３０の使用時の向きを限定するものではない。

圧電基板３２は、反射面４０と、反射面４０とは反対側の面（または裏面）４２とを有する。反射面４０には反射面電極３４が設けられ、裏面４２には裏面電極３６が設けられる。圧電基板３２の厚みは、１０μｍ以上１０ｍｍ以下であり、例えば５０μｍ以上１ｍｍ以下である。圧電基板３２の厚みは、１００μｍ以上、２００μｍ以上、または２５０μｍ以上であってもよい。圧電基板３２の厚みは、５００μｍ以下、４００μｍ以下、または３００μｍ以下であってもよい。

圧電基板３２は、圧電材料からなり、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）などの圧電単結晶材料からなる。圧電基板３２として、例えば、１２７．８６度ＹカットＬＮ基板、１４０度ＹカットＬＮ基板または３６度ＹカットＬＮ基板などを用いることができる。

圧電基板３２は、反射面電極３４と裏面電極３６の間に印加される電圧に応じて変形する。圧電基板３２は、第１圧電層４４と、第２圧電層４６とを備える。第１圧電層４４および第２圧電層４６は、ｚ方向に印加される電圧に応じてｙ方向に伸縮する。第１圧電層４４および第２圧電層４６は、同一材料であって、分極方向が互いに反対である。図２の例では、第１圧電層４４の分極方向Ａ１は－ｚ方向であり、第２圧電層４６の分極方向Ａ２は＋ｚ方向である。第１圧電層４４が伸長するように電圧を印加すると、第２圧電層４６は収縮する。逆に、第１圧電層４４が収縮するように電圧を印加すると、第２圧電層４６は伸長する。その結果、圧電基板３２は、バイモルフ型圧電素子のように機能する。第１圧電層４４および第２圧電層４６の厚さは、同程度であることが好ましい。

圧電基板３２は、例えば、第１圧電層４４および第２圧電層４６のそれぞれに対応する二枚の基板を用意し、互いの分極方向が反対となる向きで二枚の基板を接合することにより形成できる。第１圧電層４４および第２圧電層４６は、オプティカルコンタクトなどの接着剤を用いない方法で接合されることが好ましい。

圧電基板３２は、分極方向が一定である基板を熱処理することによって形成されてもよい。ＬＮ基板やＬＴ基板では、キュリー点近傍の温度で熱処理によって分極方向が反転した分極反転層が形成されることが知られている。

図３（ａ）～（ｃ）は、分極反転層５６の形成方法の一例を模式的に示す図であり、ＬＮ基板を用いる場合を示す。図３（ａ）は、熱処理前のＬＮ基板５０を示す。ＬＮ基板５０は、プラス面５２とマイナス面５４を有する。ＬＮ基板５０の分極方向Ａ２は、マイナス面５４からプラス面５２に向かう方向である。図３（ｂ）は、熱処理中のＬＮ基板５０を示す。熱処理によってプラス面５２の近傍に分極反転層５６が形成される。熱処理の温度は、例えば１１００～１１５０℃である。分極反転層５６の厚さｔ１は、熱処理時間に依存し、熱処理の時間が長くなるほど厚さｔ１が増える。図３（ｃ）は、熱処理後のＬＮ基板５０を示す。熱処理時間を調整することにより、分極反転層５６の厚さｔ１をＬＮ基板５０の厚さｔの半分にすることができる。例えば、ＬＮ基板５０の厚さｔが２００μｍの場合、分極反転層５６の厚さｔ１を１００μｍとするために必要な熱処理の条件は、１１５０℃で約６時間である。

圧電基板３２としてＬＴ基板を用いる場合、熱処理の前に、ＬＴ基板を安息香酸やピロリン酸などに浸漬し、基板表面のリチウムイオン（Ｌｉ^＋）をプロトン（Ｈ^＋）に交換するプロトン交換法を適用する必要がある。プロトン交換後に、ＬＴ基板を５５０℃～６００℃で熱処理することにより、互いの分極方向が反対となる第１圧電層４４および第２圧電層４６を形成できる。ＬＴ基板を用いる場合、ＬＮ基板を用いる場合とは分極方向が逆となり、第１圧電層４４の分極方向が＋ｚ方向となり、第２圧電層４６の分極方向が－ｚ方向となる。これは、熱処理中にプロトンが結晶内部に拡散していくために、プラス面ではなく、マイナス面に分極反転層が形成されるためと考えられる。

なお、圧電基板３２として、バイモルフ型ではない圧電材料を用いてもよい。この場合、圧電基板３２は、その全体の分極方向が一様であってもよい。圧電基板３２がバイモルフ型ではない場合、圧電基板３２は、ｚ方向に印加される電圧に応じてｚ方向に伸縮するように構成されてもよい。

図２に戻り、反射面４０は、斜入射全反射ミラーとして求められる形状精度および表面粗さを有する。反射面４０の形状精度（ＰＶ）は、例えば１０ｎｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ以上５ｎｍ以下である。反射面４０の表面粗さ（Ｒｍｓ）は、例えば０．５ｎｍ以下であり、好ましくは０．０５ｎｍ以上０．２ｎｍ以下である。

反射面４０は、例えば、円弧状、楕円状、双曲線状または放物線状の凸曲面または凹曲面であり、一方向（例えば、ｙ方向）のみに曲率を有する。図２の例において、反射面４０は凹曲面である。反射面４０は、平坦面であってもよいし、二方向（例えばｘ方向およびｙ方向）に曲率を有する曲面であってもよい。裏面４２は、例えば、研磨された平坦面である。

反射面電極３４は、反射面４０に設けられる。反射面電極３４は、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する。反射面電極３４は、例えば、反射面４０の全体を被覆し、反射面４０の全体にわたって均一な厚みを有するように設けられる。反射面電極３４が均一な厚みを有することにより、反射面電極３４の表面は、反射面４０に対応した形状を有し、反射面４０と同等の形状精度および表面粗さを有する。反射面電極３４は、圧電基板３２に電圧を印加するための電極として機能するとともに、Ｘ線２０を全反射させる全反射ミラーとしても機能する。

反射面電極３４の材料として、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。反射面電極３４は、単一材料の金属薄膜で構成されてもよいし、材料の異なる複数の金属薄膜の積層体として構成されてもよい。反射面電極３４は、例えば、反射面４０と接触するＣｒやＴｉなどの接着層と、接着層上に形成されるＲｈ，Ｐｔ，Ａｕなどの反射層とを有してもよい。反射面電極３４は、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成できる。

裏面電極３６は、裏面４２に設けられる。裏面電極３６は、光軸方向（例えば、ｙ方向）に間隔をあけて並べられる複数の電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ，３６ｇ，３６ｈ，３６ｉを備える。複数の電極３６ａ～３６ｉの光軸方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗは、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。複数の電極３６ａ～３６ｉの光軸方向（例えば、ｙ方向）の間隔ｄは、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、好ましくは０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。複数の電極３６ａ～３６ｉの光軸方向（例えば、ｙ方向）のピッチｐ（幅ｗと間隔ｄの合計）は、例えば、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、好ましくは１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

複数の電極３６ａ～３６ｉは、例えば、光軸方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗ、間隔ｄおよびピッチｐが一定となるように構成される。複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれの幅ｗ、間隔ｄおよびピッチｐの少なくとも一つは、互いに異なるように構成されてもよい。例えば、反射面４０に斜入射するＸ線２０の角度θが光軸方向の位置に応じて異なる場合、Ｘ線２０から見たときの実効的なピッチｐ×θが一定となるように、複数の電極３６ａ～３６ｉのピッチｐを互いに異ならせてもよい。

裏面電極３６は、金属材料からなり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。裏面電極３６の厚みは、特に限られないが、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。

電源３８は、反射面電極３４と裏面電極３６の間に直流電圧を印加する。電源３８は、複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれに異なる電圧を印加可能となるよう構成される。図２では、図面の煩雑化を防ぐため、電源３８が複数の電極３６ａ～３６ｉのうちの一つの電極３６ａのみに接続されている。実際には、電源３８は、複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれと接続される。電源３８は、複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれに印加する電圧を独立して制御するように構成される。電源３８は、例えば－１ｋＶから＋１ｋＶの範囲で可変となる直流電圧を印加する。電源３８は、複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれの印加電圧を個別に可変制御することにより、電源３８は、複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれに対応する位置における圧電基板３２の変形量を制御し、反射面４０の形状を可変制御する。

図４は、形状可変ミラー３０の反射面４０の変形量の一例を示すグラフである。図４は、複数の電極３６ａ～３６ｉに電圧を印加していないときの反射面４０の高さを基準とし、複数の電極３６ａ～３６ｉの印加電圧の大きさを１０Ｖ、２０Ｖ、３０Ｖ、４０Ｖ、５０Ｖおよび１００Ｖとした場合の反射面４０の変形量を示す。複数の電極３６ａ～３６ｉの印加電圧は、光軸方向（例えば、ｙ方向）に正負を交互に入れ替えている。グラフの縦軸は、厚み方向（ｚ方向）の変形量［ｎｍ］であり、グラフの横軸は、光軸方向（例えば、ｙ方向）の位置［ｍｍ］である。図４の実施例では、複数の電極３６ａ～３６ｉの幅ｗを５ｍｍとし、間隔ｄを１ｍｍにしている。圧電基板３２として、２５０μｍ厚のバイモルフ型のＬＮ基板を用いている。

図４に示されるように、変形後の反射面４０の凸部と凹部が約６ｍｍごとに生じており、６ｍｍピッチで配置される複数の電極３６ａ～３６ｉの位置に対応するように反射面４０を変形できていることが分かる。複数の電極３６ａ～３６ｉの印加電圧の大きさを１００Ｖとした場合、凸部と凹部の高低差は約１ｍｍであり、バイモルフ型に起因する大きな変形量を実現できている。また、印加電圧と変形量の間には高い線形性があることが分かる。さらに、ＰＺＴなどの圧電セラミック材料に存在するようなヒステリシスが見られず、印加電圧を固定しているにも拘わらず時間経過とともに変形量が変化してしまうドリフトも見られない。したがって、本実施形態に係る形状可変ミラー３０によれば、印加電圧に応じて変形量を一意に決めることができ、反射面４０の形状を安定的に高い再現性で制御できる。

本実施形態によれば、Ｘ線２０を反射面４０に照射しながら反射面４０の形状を可変制御できるため、形状可変ミラー３０が組み込まれるＸ線ミラー装置１０において最適となるように反射面４０の形状を事後的に調整できる。例えば、Ｘ線を用いるペンシルビーム法により反射面４０の形状を計測することで、形状可変ミラー３０をＸ線ミラー装置１０に適用した状態において、反射面４０の形状の計測および調整をその場で精密に実行できる。

形状可変ミラー３０を内側ミラー１４として用いる場合、圧電基板３２の厚さが非常に小さいため、内側ミラー１４を支持するための支持力に起因した歪みが内側反射面２４に生じうる。本実施形態によれば、内側ミラー１４が形状可変ミラー３０であるため、内側反射面２４の支持力に起因する歪みを補償し、内側反射面２４が理想形状となるように変形させることができる。例えば、内側ミラー１４の支持力に起因する内側反射面２４の歪みを有限要素法などのシミュレーションによって高精度に予測しておくことで、その歪みを高い精度で補償できる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る形状可変ミラー３０Ａの構成を概略的に示す上面図である。第３実施形態では、圧電基板３２の反射面４０に反射面電極３３および反射膜３５が設けられる。反射面電極３３は、光軸方向（例えば、ｙ方向）に間隔をあけて並べられる複数の電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３ｇ，３３ｈ，３３ｉを備える。本実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

形状可変ミラー３０Ａは、圧電基板３２と、反射面電極３３と、反射膜３５と、裏面電極３６（図２参照）と、電源３８（図２参照）とを備える。反射面電極３３および反射膜３５は、圧電基板３２の反射面４０に設けられる。反射膜３５は、Ｘ線２０が入射する反射面４０のｘ方向の中央部に配置される。反射膜３５は、Ｘ線２０を全反射させる全反射ミラーとして機能する。反射膜３５は、上述の実施形態に係る反射面電極３４と同様の材料および厚さで構成されることができる。

反射面電極３３は、反射膜３５を挟んでｘ方向の両側に配置される。反射面電極３３は、反射膜３５からｘ方向に離れて配置される。反射面電極３３は、複数の電極３３ａ～３３ｉを備える。複数の電極３３ａ～３３ｉは、上述の実施形態に係る裏面電極３６の複数の電極３６ａ～３６ｉと同様の幅ｗ、間隔ｄ、ピッチｐを有することができる。反射面電極３３は、上述の実施形態に係る反射面電極３４と同様の材料および厚さで構成されることができる。反射面電極３３は、上述の実施形態に係る裏面電極３６と同様の材料および厚さで構成されてもよい。

本実施形態において、裏面電極３６は、上述の実施形態と同様に複数の電極３６ａ～３６ｉを備えることができる。この場合、裏面電極３６の複数の電極３６ａ～３６ｉの幅ｗ、間隔ｄ、ピッチｐは、反射面電極３３の複数の電極３３ａ～３３ｉの幅ｗ、間隔ｄ、ピッチｐと共通であることが好ましい。

本実施形態において、裏面電極３６は、上述の実施形態と同様の複数の電極３６ａ～３６ｉを備えなくてもよい。この場合、裏面電極３６は、圧電基板３２の裏面４２（図２参照）の全面に均一に形成され、共通電極として機能してもよい。

電源３８は、反射面電極３３の複数の電極３３ａ～３３ｉのそれぞれに異なる電圧を印加可能となるよう構成される。裏面電極３６が複数の電極３６ａ～３６ｉを備える場合、電源３８は、反射面電極３３および裏面電極３６の対向する電極のペア（例えば電極３３ａと電極３６ａのペア、電極３３ｂと電極３６ｂのペアなど）の間に電圧を印加する。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を実現できる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｂの構成を概略的に示す断面図である。第４実施形態では、第１圧電層４４Ｂと第２圧電層４６Ｂの間に中間電極４８がさらに設けられる。本実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

形状可変ミラー３０Ｂは、圧電基板３２Ｂと、反射面電極（または第１電極）３４と、裏面電極（または第２電極）３７と、電源３８Ｂと、中間電極４８（または第３電極）とを備える。反射面電極３４は、上述の実施形態と同様に構成される。裏面電極３７は、圧電基板３２の裏面４２の全面に均一に形成され、共通電極として機能する。

圧電基板３２Ｂは、第１圧電層４４Ｂと、第２圧電層４６Ｂとを備え、第１圧電層４４Ｂと第２圧電層４６Ｂとの間に中間電極４８が設けられる。第１圧電層４４Ｂおよび第２圧電層４６Ｂは、同一材料であり、分極方向が同じである。図６の例では、第１圧電層４４Ｂの分極方向Ｂ１は－ｚ方向であり、第２圧電層４６Ｂの分極方向Ｂ２も－ｚ方向である。第１圧電層４４Ｂおよび第２圧電層４６Ｂの分極方向Ｂ１，Ｂ２は、図示されるものに限られず、例えば＋ｚ方向であってもよい。

中間電極４８は、光軸方向（例えば、ｙ方向）に間隔をあけて並べられる複数の電極４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ，４８ｉを備える。複数の電極４８ａ～４８ｉは、上述の実施形態に係る裏面電極３６の複数の電極３６ａ～３６ｉと同様の幅ｗ、間隔ｄ、ピッチｐを有することができる。中間電極４８は、上述の実施形態に係る反射面電極３４や裏面電極３６と同様の材料および厚さで構成されることができる。

中間電極４８は、例えば、蒸着法やスパッタリング法を用いて、第１圧電層４４Ｂの接合面に第１金属膜を形成し、第２圧電層４６Ｂの接合面に第２金属膜を形成した後、第１金属膜と第２金属膜を接合することにより形成できる。第１金属膜と第２金属膜の接合方法は特に問わず、任意の接合技術を用いることができる。一例として、常温接合や拡散接合といった固相接合技術を用いることができる。その他、導電性接着剤や金属ナノ粒子などのバインダー材料を用いて、第１金属膜と第２金属膜の間を電気的および機械的に接合してもよい。第１金属膜と第２金属膜の間は、絶縁性の接着剤や接着層によって機械的に接合されてもよい。中間電極４８は、第１圧電層４４Ｂまたは第２圧電層４６Ｂの一方の接合面のみに形成される金属膜で構成されてもよい。これらの場合において、第１圧電層４４Ｂと第２圧電層４６Ｂの間の接合方法は特に限られず、任意の材料の接着剤や接着層を用いてもよいし、接着剤を用いない接合方法を用いてもよい。

電源３８Ｂは、反射面電極３４と中間電極４８の間に直流電圧を印加するとともに、中間電極４８と裏面電極３７の間に直流電圧を印加する。図６の例では、反射面電極３４と裏面電極３７の電位が共通となるように電源３８Ｂが接続されている。なお、変形例では、反射面電極３４と中間電極４８の間に直流電圧を印加する第１電源とは別に、中間電極４８と裏面電極３７の間に直流電圧を印加する第２電源を用いてもよい。つまり、反射面電極３４と中間電極４８の間の第１印加電圧と、中間電極４８と裏面電極３７の間の第２印加電圧とを個別に制御可能であってもよい。

図６の例では、第１圧電層４４Ｂに印加される電界の方向と、第２圧電層４６Ｂに印加される電界の方向が上下逆となる。第１圧電層４４Ｂおよび第２圧電層４６Ｂは、分極方向が同じであるため、互いに逆方向の電圧が印加されることによって、バイモルフ型圧電素子のように機能する。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を実現できる。

なお、図６の構成の変形例では、第１圧電層４４Ｂの反射面４０に、図５に示される反射面電極３３および反射膜３５を設けてもよい。つまり、第１圧電層４４Ｂの反射面４０には、複数の電極３３ａ～３３ｉが設けられてもよい。また、第２圧電層４６Ｂの裏面４２に、上述の実施形態に係る裏面電極３６を設けてもよい。つまり、第２圧電層４６Ｂの裏面４２には、複数の電極３６ａ～３６ｉが設けられてもよい。この場合、中間電極４８は、複数の電極４８ａ～４８ｉを備えてもよいし、複数の電極４８ａ～４８ｉを備えなくてもよい。後者の場合、中間電極４８は、第１圧電層４４Ｂおよび第２圧電層４６Ｂの接合面の全面に形成される共通電極として機能してもよい。電源３８Ｂは、反射面電極３３の複数の電極３３ａ～３３ｉのそれぞれに異なる電圧を印加可能となるよう構成されてもよい。電源３８Ｂは、裏面電極３６の複数の電極３６ａ～３６ｉのそれぞれに異なる電圧を印加可能となるよう構成されてもよい。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｃの構成を概略的に示す下面図である。第５実施形態では、裏面電極３６がｘ方向およびｙ方向に二次元アレイ状に配列される。第５実施形態では、二次元アレイ状の裏面電極３６のそれぞれに異なる電圧を印加することにより、反射面４０の形状を二次元で可変制御することができる。図７に示す例では、圧電基板３２の外形が円形であるが、基板３２の外形は特に限定されない。圧電基板３２の外形は矩形であってもよい。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｄの構成を概略的に示す下面図である。第６実施形態では、圧電基板３２の外形が円形であり、裏面電極３６が径方向および周方向に二次元アレイ状に配列される。第６実施形態においても、二次元アレイ状の裏面電極３６のそれぞれに異なる電圧を印加することにより、反射面４０の形状を二次元で可変制御することができる。

（第７実施形態）
図９は、第７実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｅの構成を概略的に示す断面図である。第７実施形態では、反射面電極３４の上に多層膜ミラー５８がさらに設けられる点で、上述の実施形態と相違する。本実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

形状可変ミラー３０Ｅは、圧電基板３２と、反射面電極３４と、裏面電極３６と、電源３８と、多層膜ミラー５８とを備える。多層膜ミラー５８は、多層膜ミラー５８に入射する光線２０Ｅを高反射率で反射させるように構成される。光線２０Ｅが紫外光、可視光または赤外光である場合、多層膜ミラー５８は、誘電体多層膜であってもよく、光線２０Ｅの反射率が９９％以上、例えば９９．９％以上となるように構成されてもよい。誘電体多層膜の材料は特に限られないが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２などの酸化物材料や、ＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、ＡｌＦ_３などのフッ化物材料を用いることができる。多層膜ミラー５８の厚さは特に限られないが、例えば圧電基板３２の厚さよりも小さい。多層膜ミラー５８の厚さは、例えば１μｍ以上、５μｍ以上または１０μｍ以下であり、例えば５０μｍ以下、２０μｍ以下または１０μｍ以下である。

形状可変ミラー３０Ｅは、反射面電極３４と多層膜ミラー５８との間に追加の誘電体層を備えない。したがって、圧電基板３２の反射面４０から多層膜ミラー５８の上面５９までの間に含まれる誘電体材料の厚さは、多層膜ミラー５８の厚さに一致する。形状可変ミラー３０Ｅは、反射面電極３４と多層膜ミラー５８との間に追加の誘電体層を備えてもよい。追加の誘電体層の材料として、誘電体多層膜と同様の材料を用いることができる。追加の誘電体層の厚さは、例えば１μｍ以上、５μｍ以上または１０μｍ以下であり、例えば５０μｍ以下、２０μｍ以下または１０μｍ以下である。これらの場合、圧電基板３２の反射面４０から多層膜ミラー５８の上面５９までの厚さは、１ｍｍ以下であり、例えば２００μｍ以下、１００μｍ以下または５０μｍ以下である。

（第８実施形態）
図１０は、第８実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｆの構成を概略的に示す上面図である。第８実施形態では、図５に示す第３実施形態と同様、圧電基板３２の反射面４０に反射面電極３３および反射膜３５が設けられる。第８実施形態では、反射面電極３３および反射膜３５の外周形状を、角を丸めた多角形としている点で第３実施形態と相違する。本実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

反射面電極３３を構成する複数の電極３３ａ～３３ｈのそれぞれの外周形状は、角３３ｒを丸めた多角形であり、例えば角３３ｒを丸めた矩形である。各電極３３ａ～３３ｈの角３３ｒの曲率半径は、例えば、各電極３３ａ～３３ｈの光軸方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗの１％以上、５％以上または１０％以上であり、幅ｗの５０％以下、３０％以下または２０％以下である。反射面電極３３を構成する各電極３３ａ～３３ｈの角３３ｒに丸みを持たせることにより、角３３ｒにおける電界集中を緩和し、高電圧が印加される際に生じうる放電を抑制できる。

反射膜３５の外周形状は、角３５ｒを丸めた多角形であり、例えば角３５ｒを丸めた矩形である。反射膜３５の角３５ｒの曲率半径は、反射面電極３３を構成する各電極３３ａ～３３ｈの角３３ｒの曲率半径と同じか、それよりも大きい。反射膜３５の角３５ｒの曲率半径は、例えば、各電極３３ａ～３３ｈの光軸方向（例えば、ｙ方向）の幅ｗの１％以上、５％以上または１０％以上であり、幅ｗの１００％以下、５０％以下または３０％以下である。反射膜３５の角３５ｒに丸みを持たせることにより、角３５ｒにおける電界集中を緩和し、反射面電極３３と反射膜３５の間で生じうる放電を抑制できる。

なお、他の実施形態に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅにおいても、反射面電極（または第１電極）３３，３４、反射膜３５、および裏面電極（または第２電極）３６，３７の少なくとも一つの外周形状は、角を丸めた多角形または矩形であってもよい。例えば、図７や図８に示される形状可変ミラー３０Ｃ、３０Ｅにおいて、裏面電極３６の角に丸みを持たせてもよい。

図１１は、形状可変ミラー３０Ｆの反射面の変形量の一例を示すグラフである。破線で示される曲線Ｇ１は、形状可変ミラー３０Ｆの複数の電極３３ａ～３３ｈに電圧を印加していないときの反射膜３５の表面形状を示す。実線で示される曲線Ｇ２は、形状可変ミラー３０Ｆの複数の電極３３ａ～３３ｈに所定の電圧を印加したときの反射膜３５の表面形状を示す。グラフの縦軸は、反射膜３５の表面の理想形状からの誤差を示す。曲線Ｇ１で示される電圧印加前の形状精度（ＰＶ）は、１４０ｎｍ程度である。一方、曲線Ｇ２で示される電圧印加後の形状精度（ＰＶ）は、３ｎｍであり、Ｘ線ミラーとして好ましい形状精度を実現できていることが分かる。

なお、図１１に示される形状精度は、本実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｆのみならず、他の実施形態に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅにおいても実現することができる。

図１２（ａ），（ｂ）は、形状可変ミラー３０Ｆの動作例を模式的に示す図である。図１２（ａ）は、形状可変ミラー３０Ｆの反射面４０を凹曲面とし、反射面４０に入射するＸ線２０を試料３９の特定点３９ａに集束させる場合を示す。図１２（ｂ）は、形状可変ミラー３０Ｆの反射面４０を凸曲面とし、反射面４０に入射するＸ線２０を試料３９の広い範囲３９ｂに向けて発散させる場合を示す。

本実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｆは、複数の電極３３ａ～３３ｈに印加される電圧の変化に応じた反射面４０の変形量が大きいため、電圧を変化させるだけで、図１２（ａ）の状態と図１２（ｂ）の状態とを切り替えることができる。図１２（ａ）の状態において、特定点３９ａにおけるＸ線２０のビーム幅を２００ｎｍ程度に集束させることができる。一方、図１２（ｂ）の状態において、Ｘ線２０が照射される範囲３９ｂの大きさを１ｍｍ以上または１０ｍｍ以上に発散させることができる。例えば、試料３９を固定したまま、試料３９の特定点３９ａのみにＸ線２０を照射する集束モードと、試料３９の広い範囲３９ｂにＸ線２０を照射する発散モードとを切り替えることができる。これにより、試料３９の局所的な測定と全体的な測定とを瞬時に切り替えることができ、ユーザの利便性を向上できる。

なお、図１２（ａ），（ｂ）に示される動作例は、本実施形態に係る形状可変ミラー３０Ｆのみならず、他の実施形態に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅにおいても実現することができる。

（第９実施形態）
図１３は、第９実施形態に係るＸ線ミラー装置１０Ａの構成を概略的に示す断面図である。第９実施形態では、内側ミラー１４Ａの厚みが光軸方向にテーパー状に変化するように構成される点で、図１のＸ線ミラー装置１０と相違する。以下、本実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

Ｘ線ミラー装置１０Ａは、外側ミラー１２と、内側ミラー１４Ａとを備える。外側ミラー１２は、上述の実施形態と同様に構成される。内側ミラー１４Ａは、内側反射面２４Ａと、裏面２６Ａとを備える。内側反射面２４Ａは、上述の実施形態の内側反射面２４と同様に構成されることができる。

内側ミラー１４Ａは、Ｘ線２０の入射側（第１焦点Ｆ１側）に位置する第１端部２５と、Ｘ線の２０の出射側（第２焦点Ｆ２側）に位置する第２端部２７とを有する。内側ミラー１４Ａは、第１端部２５から第２端部２７に向けて光軸１８に沿って延びる。内側ミラー１４Ａは、第１端部２５の厚さｔａと第２端部２７の厚さｔｂが異なり、第１端部２５から第２端部２７に向けて厚さがテーパー状に変化するよう構成される。内側ミラー１４Ａの厚さは、光軸方向に単調に増加または減少するように構成される。図１３の例では、第１端部２５の厚さｔａが第２端部２７の厚さｔｂよりも小さく、第１端部２５から第２端部２７に向けて厚さが単調に増加するように構成される。図１３とは異なる例では、第１端部２５の厚さｔａが第２端部２７の厚さｔｂよりも大きく、第１端部２５から第２端部２７に向けて厚さが単調に減少するように構成されてもよい。

本実施形態によれば、内側ミラー１４Ａの厚さをテーパー状に変化させることにより、厚みを一定にする場合に比べて、第１端部２５の厚みｔａまたは第２端部２７の厚みｔｂを小さくできる。その結果、内側ミラー１４Ａによって遮蔽されるために有効利用できないＸ線２０の角度範囲δを小さくすることができ、第１角度範囲α１をより大きくすることができる。有効利用できない角度範囲δは、例えば第１角度範囲α１と第２角度範囲α２の間の範囲である。これにより、Ｘ線ミラー装置１０Ａの開口数をさらに向上させ、空間分解能を向上できる。

図１３の例では、Ｘ線ミラー装置１０Ａから第１焦点Ｆ１までの距離が第２焦点Ｆ２までの距離よりも近いため、Ｘ線ミラー装置１０Ａに入射するＸ線束２０ａ，２０ｂの角度範囲α１，α２が相対的に大きく、Ｘ線ミラー装置１０Ａから出射するＸ線束２０ｃ，２０ｄの角度範囲β１，β２が相対的に小さい。このような場合、外側ミラー１２に入射するＸ線束２０ａと内側ミラー１４Ａに入射するＸ線束２０ｂの間のスペースが特に限られる。一方で、外側ミラー１２から出射するＸ線束２０ｃと内側ミラー１４Ａから出射するＸ線束２０ｄの間のスペースは比較的余裕がある。図１３の例において、第１端部２５の厚さｔａを小さくすることにより、第１角度範囲α１にあるＸ線束２０ａが内側ミラー１４Ａによって遮蔽されることを防ぎ、Ｘ線ミラー装置１０Ａの開口数の向上に寄与できる。また、第２端部２７厚さｔｂを大きくすることにより、内側ミラー１４Ａの機械的強度を向上できる。

なお、図１３の例とは逆に、Ｘ線ミラー装置１０Ａから第２焦点Ｆ２までの距離が第１焦点Ｆ１までの距離よりも近い構成の場合、第１端部２５の厚さｔａを大きくし、第２端部２７の厚さｔｂを小さくすることができる。これにより、Ｘ線ミラー装置１０Ａの開口数の向上と内側ミラー１４Ａの機械的強度の向上を両立できる。

（第１０実施形態）
図１４は、第１０実施形態に係るＸ線ミラー装置１１０の構成を概略的に示す断面図である。Ｘ線ミラー装置１１０は、外側ミラー（または第１ミラー）１１２と、内側ミラー（または第２ミラー）１１４と、中間ミラー１１６（または第３ミラー）とを備える。第１０実施形態では、外側ミラー１１２と内側ミラー１１４の間に中間ミラー１１６が追加される点で、上述の第１実施形態と相違する。以下、第１０実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

外側ミラー１１２は、Ｘ線１２０が斜入射する外側反射面（または第１反射面）１２２を有する。外側反射面１２２は、第１焦点Ｆ１からの第１角度範囲α１のＸ線束１２０ａを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。外側ミラー１１２は、上述の第１実施形態に係る外側ミラー１２と同様に構成されることができる。

内側ミラー１１４は、Ｘ線１２０が斜入射する内側反射面（または第２反射面）１２４と、内側反射面１２４とは反対側の面（または裏面）１２６とを有する。内側反射面１２４は、第１焦点Ｆ１からの第２角度範囲α２のＸ線束１２０ｂを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。内側ミラー１１４は、上述の第１実施形態に係る内側ミラー１４と同様に構成されることができる。

中間ミラー１１６は、Ｘ線１２０が斜入射する中間反射面（または第３反射面）１２８と、中間反射面１２８とは反対側の面（または裏面）１３０とを有する。中間反射面１２８は、第１焦点Ｆ１からの第３角度範囲α３のＸ線束１２０ｃを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第３角度範囲α３は、第１角度範囲α１および第２角度範囲α２とは異なる角度範囲である。中間ミラー１１６は、外側ミラー１１２と内側ミラー１１４の間に配置される。中間ミラー１１６の中間反射面１２８は、内側ミラー１１４と対向する。中間ミラー１１６の裏面１３０は、外側ミラー１１２と対向する。

中間ミラー１１６は、内側ミラー１１４と同様、配置スペースの制約上、厚みを薄くする必要がある。中間ミラー１１６は、内側ミラー１１４と同様、中間反射面１２８の形状精度（ＰＶ）が１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下とすることが好ましい。中間ミラー１１６を内側ミラー１１４と同様に構成することにより、極めて薄い厚さと中間反射面１２８の形状精度を両立できる。中間ミラー１１６として、例えば、図２、図５または図６に示される形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂを用いることができる。

本実施形態によれば、Ｘ線ミラー装置１１０を三枚のミラーを組み合わせたネスト構造とすることにより、Ｘ線ミラー装置１１０が集束可能な第１焦点Ｆ１からのＸ線１２０の角度範囲α１、α２、α３の合計（つまり開口数）を大きくできる。これにより、空間分解能を向上させることができ、例えば１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下の空間分解能を実現できる。

変形例においては、外側ミラー１１２と内側ミラー１１４の間に複数の中間ミラーを配置してもよい。また、外側ミラー１１２と内側ミラー１１４の間に配置される複数の中間ミラーとして形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂを用いることができる。これにより、複数の中間ミラーのそれぞれについて、極めて薄い厚さと反射面の形状精度を両立できる。

変形例においては、図１３に示される内側ミラー１４Ａと同様に、内側ミラー１１４および中間ミラー１１６の少なくとも一方の厚みをテーパー状に変化させてもよい。内側ミラー１１４の厚みのみをテーパー状に変化させてもよいし、中間ミラー１１６の厚みのみをテーパー状に変化させてもよいし、内側ミラー１１４および中間ミラー１１６のそれぞれの厚みをテーパー状に変化させてもよい。また、外側ミラー１１２と内側ミラー１１４の間に配置される複数の中間ミラーの厚みをテーパー状に変化させてもよい。

（第１１実施形態）
図１５は、第１１実施形態に係るＸ線ミラー装置２１０の構成を概略的に示す断面図である。Ｘ線ミラー装置２１０は、第１外側ミラー（または第１ミラー）２１２と、第１内側ミラー（または第２ミラー）２１４と、第２外側ミラー（または第４ミラー）２３２と、第２内側ミラー（または第５ミラー）２３４とを備える。第３実施形態では、光軸２１８を挟んだ両側に外側ミラーおよび内側ミラーが配置される点で、上述の実施形態と相違する。以下、第１１実施形態について、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。

第１外側ミラー２１２は、Ｘ線２２０が斜入射する第１外側反射面（または第１反射面）２２２を有する。第１外側反射面２２２は、第１焦点Ｆ１からの第１角度範囲α１のＸ線束２２０ａを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第１外側ミラー２１２は、上述の第１実施形態に係る外側ミラー１２と同様に構成されることができる。

第１内側ミラー２１４は、Ｘ線２２０が斜入射する第１内側反射面（または第２反射面）２２４と、第１内側反射面２２４とは反対側の面（または第１裏面）２２６とを有する。第１内側反射面２２４は、第１焦点Ｆ１からの第２角度範囲α２のＸ線束２２０ｂを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第１内側ミラー２１４は、上述の第１実施形態に係る内側ミラー１４と同様に構成されることができる。

第２外側ミラー２３２は、光軸２１８を挟んで第１外側ミラー２１２の反対側に配置される。第２外側ミラー２３２は、光軸２１８を挟んで第１外側ミラー２１２と対称となる位置に配置されることができる。第２外側ミラー２３２は、Ｘ線２２０が斜入射する第２外側反射面２４２（または第４反射面）を有する。第２外側反射面２４２は、第１焦点Ｆ１からの第３角度範囲α３のＸ線束２２０ｃを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第２外側反射面２４２は、光軸２１８を挟んで第１外側反射面２２２と対称となる形状を有してもよい。この場合、第３角度範囲α３は、光軸２１８を挟んで第１角度範囲α１と対称な角度範囲となる。第２外側ミラー２３２は、上述の第１実施形態に係る外側ミラー１２と同様に構成されることができる。

第２内側ミラー２３４は、光軸２１８を挟んで第１内側ミラー２１４の反対側に配置される。第２内側ミラー２３４は、光軸２１８を挟んで第１内側ミラー２１４と対称となる位置に配置されることができる。第２内側ミラー２３４は、光軸２１８と第２外側ミラー２３２の間に配置される。第２内側ミラー２３４は、Ｘ線２２０が斜入射する第２内側反射面（または第５反射面）２４４と、第２内側反射面２４４とは反対側の面（または第２裏面）２４６とを有する。第２裏面２４６は、第２外側ミラー２３２と対向する。第２内側反射面２４４は、第１内側反射面２２４と対向する。第２内側反射面２４４は、第１焦点Ｆ１からの第４角度範囲α４のＸ線束２２０ｄを第２焦点Ｆ２に向けて反射させる。第２内側反射面２４４は、光軸２１８を挟んで第１内側反射面２２４と対称となる形状を有してもよい。この場合、第４角度範囲α４は、光軸２１８を挟んで第２角度範囲α２と対称な角度範囲となる。第２内側ミラー２３４は、上述の第１実施形態に係る内側ミラー１４と同様に構成されることができる。

本実施形態によれば、光軸を挟んだ反対側に追加の外側ミラーおよび追加の内側ミラーを配置することにより、Ｘ線ミラー装置２１０が集束可能な第１焦点Ｆ１からのＸ線２２０の角度範囲α１、α２、α３、α４の合計（つまり開口数）を大きくできる。これにより、空間分解能を向上させることができ、例えば１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下の空間分解能を実現できる。

変形例においては、図１３に示される内側ミラー１４Ａと同様に、第１内側ミラー２１４および第２内側ミラー２３４の厚みをテーパー状に変化させてもよい。

変形例においては、第１外側ミラー２１２と第１内側ミラー２１４の間に一以上の第１中間ミラー（または第６ミラー）を配置してもよい。また、第２外側ミラー２３２と第２内側ミラー２３４の間に一以上の第２中間ミラー（または第７ミラー）を配置してもよい。一以上の第２中間ミラーは、光軸２１８を挟んで一以上の第１中間ミラーと対称に配置されてもよい。第１中間ミラーおよび第２中間ミラーは、図１４の第１０実施形態に係る中間ミラー２１６と同様に構成されることができる。変形例においては、図１３に示される内側ミラー１４Ａと同様に、第１内側ミラー２１４および第２内側ミラー２３４の厚みをテーパー状に変化させてもよく、第１中間ミラーおよび第２中間ミラーの厚みをテーパー状に変化させてもよい。

（第１２実施形態）
図１６は、第１２実施形態に係るＸ線装置６０の構成を概略的に示す斜視図である。Ｘ線装置６０は、Ｘ線を利用する光学装置の一例であり、いわゆる結像型（イメージング型）の顕微鏡構成を有するＸ線顕微鏡である。Ｘ線装置６０は、照明光学系６２と、試料保持部６４と、結像光学系６６と、Ｘ線検出部６８とを備える。Ｘ線装置６０は、Ｘ線源９０にて生成されるＸ線９２を試料８８に照射し、試料８８を透過したＸ線９６の拡大像をＸ線検出部６８にて検出するよう構成される。

Ｘ線源９０は、試料８８を観察するためのＸ線９２を生成する。Ｘ線源９０の種類は特に限定されず、Ｘ線管、ＳＰｒｉｎｇ－８等の大型放射光施設、Ｘ線自由電子レーザーなどを用いることができる。Ｘ線源としてＸ線管などの小型の装置を用いる場合、Ｘ線装置６０は、Ｘ線源９０を備えてもよい。一方、Ｘ線源９０として放射光施設などの大型の装置を用いる場合、Ｘ線装置６０は、Ｘ線源９０を備えなくてもよい。Ｘ線源９０は、例えば、２ｋｅＶ以上の硬Ｘ線を出力するよう構成される。Ｘ線源９０は、特定の波長に単色化された単色Ｘ線を生成してもよいし、様々な波長成分を含む連続Ｘ線（白色Ｘ線）を生成してもよい。

照明光学系６２は、Ｘ線源９０と試料保持部６４の間に配置される。照明光学系６２は、Ｘ線源９０からのＸ線９２を試料保持部６４に集光させるよう構成される。照明光学系６２は、いわゆるＫＢ（Kirkpatrick-Baez）ミラーにより構成され、水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２を含む。水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２は、それぞれの反射面の法線方向が直交するように配置される。水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の反射面は、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する楕円の凹曲面で構成される。照明光学系６２は、後述する結像光学系６６と同様、四つの曲面ミラーによって構成されてもよい。

試料保持部６４は、照明光学系６２から出射するＸ線９４が照射される試料８８を保持する。試料保持部６４は、観察対象となる試料８８をＸ線９４の光路上に保持する。試料保持部６４の構成は特に限定されず、試料８８の特性に応じて、試料８８の位置を固定するための任意の構成を用いることができる。試料保持部６４は、例えば、Ｘ線９４の光路に対して試料８８の位置を調整するためのステージ装置を含む。

結像光学系６６は、試料保持部６４とＸ線検出部６８の間に配置される。結像光学系６６は、試料保持部６４からのＸ線９６をＸ線検出部６８に結像させるよう構成される。結像光学系６６は、いわゆるＡＫＢ（Advanced Kirkpatrick-Baez）ミラー光学系であり、四つの曲面ミラー７４，７６，７８，８０を含む。結像光学系６６は、例えば、１００倍～１，０００倍程度の像倍率を実現するように構成される。

結像光学系６６は、例えば、双曲凹面ミラーと楕円凹面ミラーを組み合わせたWolter１型ミラーとして構成することができる。この場合、第１曲面ミラー７４は、水平双曲凹面ミラーであり、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する双曲線の凹曲面で構成される反射面を有する。第２曲面ミラー７６は、垂直双曲凹面ミラーであり、例えば、試料保持部６４の位置に焦点を有する双曲線の凹曲面で構成される反射面を有する。第３曲面ミラー７８は、水平楕円凹面ミラーであり、例えば、Ｘ線検出部６８の位置に第１焦点を有し、第１曲面ミラー７４と共有する第２焦点を有する楕円の凹曲面で構成される反射面を有する。第４曲面ミラー８０は、垂直楕円凹面ミラーであり、例えば、Ｘ線検出部６８の位置に第１焦点を有し、第２曲面ミラー７６と共有する第２焦点を有する楕円の凹曲面で構成される反射面を有する。

図１６の例では、試料保持部６４からＸ線検出部６８に向けて、水平双曲凹面ミラー、垂直双曲凹面ミラー、水平楕円凹面ミラー、垂直楕円凹面ミラーの順に四つの曲面ミラー７４～８０ミラーを配置しているが、配置順序はこれに限られない。例えば、水平双曲凹面ミラーの次に水平楕円凹面ミラーを配置してもよいし、垂直双曲凹面ミラーの次に垂直楕円凹面ミラーを配置してもよい。また、結像光学系６６を楕円凹面ミラーと双曲凸面ミラーを組み合わせたWolter３型ミラーとして構成することもできる。この場合、第１曲面ミラー７４を水平楕円凹面ミラーとし、第２曲面ミラー７６を垂直楕円凹面ミラーとし、第３曲面ミラー７８を水平双曲凸面ミラーとし、第４曲面ミラー８０を垂直双曲凸面ミラーとすることができる。

Ｘ線検出部６８は、結像光学系６６から出射するＸ線９８を検出する。Ｘ線検出部６８は、例えば、Ｘ線９８の二次元像を検出するＸ線カメラである。Ｘ線検出部６８の構成は特に限定されないが、例えば、直接変換型または間接変換型のイメージセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）を用いることができる。Ｘ線検出部６８は、解像度をより高めるため、シンチレータにて変換された可視光像を拡大するためのレンズ等の光学素子と、拡大された可視光像を画像化するイメージセンサとを含んでもよい。

照明光学系６２および結像光学系６６の少なくとも一方は、上述の実施形態または変形例に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を含むことができる。

照明光学系６２を構成する水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の少なくとも一つは、Ｘ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０により構成されてもよい。Ｘ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、水平凹面ミラー７０のみに適用されてもよいし、垂直凹面ミラー７２のみに適用されてもよいし、水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２の双方に適用されてもよい。

結像光学系６６を構成する四つの曲面ミラー７４～８０の少なくとも一つは、Ｘ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０により構成されてもよい。Ｘ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、四つの曲面ミラー７４～８０のうちのいずれか一つ、二つまたは三つに適用されてもよいし、これらの全てに適用されてもよい。照明光学系６２および結像光学系６６の少なくとも一方にＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることにより、Ｘ線光学系の特性を向上させ、空間分解能を向上できる。

本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、より高い開口数が必要とされる結像光学系６６に適用することが好ましい。特に、試料保持部６４の近くに配置され、結像光学系６６の対物レンズとなる水平曲面ミラーおよび垂直曲面ミラーのそれぞれにＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を適用することが好ましい。図１６の構成であれば、水平双曲凹面ミラーである第１曲面ミラー７４および垂直双曲凹面ミラーである第２曲面ミラー７６の一方、または、双方に適用することが好ましい。結像光学系６６の分解能を上げるためには、結像光学系６６の開口数を大きくする必要があるためである。Ｘ線光学系の対物レンズとなる曲面ミラーにＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を適用することで、Ｘ線装置６０の空間分解能を効果的に向上できる。

結像光学系６６は、照明光学系６２と同様に、水平凹面ミラーおよび垂直凹面ミラーからなるＫＢミラーにより構成されてもよい。この場合、水平凹面ミラーおよび垂直凹面ミラーの少なくとも一方にＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることにより、結像光学系６６の特性を向上させ、Ｘ線装置６０の空間分解能を向上できる。

Ｘ線装置６０は、Ｘ線源９０と照明光学系６２の間に配置されるＸ線分光器（不図示）をさらに備えてもよい。Ｘ線分光器は、Ｘ線源９０からのＸ線９２を単色化するよう構成される。Ｘ線分光器は、二結晶モノクロメータなどの結晶分光器であってもよく、結晶角度を変化させることにより、Ｘ線波長が可変となるよう構成されてもよい。Ｘ線装置６０は、Ｘ線波長を可変にすることにより、ＸＡＦＳ（X-ray Absorption Fine Structure）イメージングを提供できる。Ｘ線装置６０は、色収差の少ないＸ線光学系により構成されるため、単純にＸ線波長を変化させるのみで高分解能（例えば１０ｎｍ以下または５ｎｍ以下）のＸＡＦＳイメージを提供できる。

本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、任意のＸ線装置に適用することができ、特に、Ｘ線装置が備える集光光学系や結像光学系といったＸ線光学系に適用することができる。Ｘ線装置の一例として、図１６に例示した結像型Ｘ線顕微鏡の他に、走査型Ｘ線顕微鏡やＸ線望遠鏡を挙げることができる。

走査型Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線を試料保持部に集光させる集光光学系を備え、集光光学系を構成するＸ線ミラーの少なくとも一つが本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０であってもよい。走査型Ｘ線顕微鏡の場合、集光光学系によって集光されるＸ線のビームサイズによって分解能が決まる。本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることで、集光光学系の特性を向上させ、走査型Ｘ線顕微鏡の分解能の向上を図ることができる。走査型Ｘ線顕微鏡の集光光学系として、図１６の照明光学系６２と同様の水平凹面ミラー７０および垂直凹面ミラー７２を用いることができ、その少なくとも一方に本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることができる。走査型Ｘ線顕微鏡の集光光学系として、四つの曲面ミラーを含むＡＫＢミラー光学系を用いることもでき、四つの曲面ミラーの少なくとも一つに本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることができる。

Ｘ線望遠鏡は、観測対象となる天体からのＸ線をＸ線検出部に結像させる結像光学系を備え、結像光学系を構成するＸ線ミラーの少なくとも一つが本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０であってもよい。Ｘ線望遠鏡の結像光学系として、例えば、図１６の結像光学系６６と同様のＡＫＢミラー光学系を用いることができる。図１６の試料８８を観測対象の天体とみなした場合、第１曲面ミラー７４および第２曲面ミラー７６を放物凹面ミラーとし、第３曲面ミラー７８および第４曲面ミラー８０を双曲凹面ミラーとしたWolter１型の結像光学系を用いることができる。その他、第１曲面ミラー７４および第２曲面ミラー７６を放物凸面ミラーとし、第３曲面ミラー７８および第４曲面ミラー８０を楕円凹面ミラーとしたWolter３型の結像光学系を用いることができる。Wolter３型を用いる場合、光軸から楕円凹面ミラーまでの距離が確保しやすくなるため、光軸と外側ミラーの間に内側ミラーを配置することが容易となる。これらの場合において、四つの曲面ミラーの少なくとも一つに本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０を用いることができる。

本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、任意のＸ線装置における波面補償光学素子として用いられてもよい。波面補償光学素子として用いる場合、実質的に平坦面である反射面をわずかに変形させ、例えば、斜入射するＸ線の波面収差とは逆の形状にすることにより、入射するＸ線の波面収差を補償する。Ｘ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０によって波面収差が補償されたＸ線は、レンズやミラーなどのＸ線光学素子によってさらに加工されてもよいし、試料保持部に保持される試料に照射されてもよいし、Ｘ線検出部により検出されてもよい。

本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、Ｘ線を利用する光リソグラフィ装置に適用されてもよい。光リソグラフィ装置は、例えばＸ線源からのＸ線をパターンマスクに照射するための照明光学系と、パターンマスクによってパターン化されたＸ線をウェハなどの試料に結像させる結像光学系とを備える。本開示に係るＸ線ミラー装置１０，１０Ａ，１１０または２１０は、光リソグラフィ装置の照明光学系および結像光学系の少なくとも一方に適用することができる。

本開示に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄまたは３０Ｅは、レーザー光線の波面収差を補償するための波面補償光学素子として用いることができる。例えば、レーザー核融合にて用いられる超高強度レーザーの波面補償光学素子として用いることができる。

（第１３実施形態）
図１７は、第１３実施形態に係る光学装置３００の構成を概略的に示す図である。光学装置３００は、レーザー光源３０２と、照射光学系３０４とを備える。光学装置３００は、レーザー光源３０２から提供されるレーザー光３３２を試料保持部３０８に保持される燃料カプセル３０６に照射し、燃料カプセル３０６にて核融合を生じさせるために用いられる。燃料カプセル３０６は、例えば、燃料として重水素とトリチウムを含む。重水素とトリチウムが核融合すると、ヘリウムと高速中性子（約１０．６ＭｅＶ）が生成され、高速中性子から取り出される熱エネルギーを利用して発電がなされる。

レーザー光源３０２は、例えば１ＴＷ（１０^１２Ｗ）以上または１ＰＷ（１０^１５Ｗ）以上のピーク出力を有する高強度レーザー光を出力するよう構成される。レーザー光源３０２の出力波長は特に限らないが、例えば、１０５３ｎｍや１０６４ｎｍといった近赤外光、または近赤外光の高調波（第２高調波、第３高調波または第４高調波）を出力するよう構成される。レーザー光源３０２は、パルスレーザであり、１０ｎｓ以下、１ｎｓ以下、１００ｐｓ以下または１０ｐｓ以下のパルス幅を有するレーザー光３３２を出力する。レーザー光３３２のパルスエネルギーは、例えば１００Ｊ以上であり、１ｋＪ以上、１０ｋＪ以上、１００ｋＪ以上または１ＭＪ以上である。レーザー光源３０２から照射光学系３０４に提供されるレーザー光３３２のビーム径は、例えば１０ｃｍ以上であり、３０ｃｍ以上、５０ｃｍ以上、８０ｃｍ以上または１００ｃｍ以上である。

照射光学系３０４は、第１折返ミラー３１０と、第２折返ミラー３１２と、ステアリングミラー３１４と、集光ミラー３１６とを備える。レーザー光源３０２からのレーザー光３３２は、第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２にて反射された後、ステアリングミラー３１４に入射する。ステアリングミラー３１４は、ステアリングミラー３１４と集光ミラー３１６の間に位置する中間焦点３１８に向けてレーザー光を集光させる。集光ミラー３１６は、中間焦点３１８からのレーザー光を反射させ、燃料カプセル３０６に集光させる。ステアリングミラー３１４は、例えば放物面ミラーであり、集光ミラー３１６は、例えば楕円ミラーである。ステアリングミラー３１４および集光ミラー３１６は、レーザー光３３２を集光させる集光光学素子の一例である。集光光学素子は、反射型に限られず、レンズなどの透過型の光学素子であってもよい。

照射光学系３０４が備える光学素子（第１折返ミラー３１０、第２折返ミラー３１２、ステアリングミラー３１４および集光ミラー３１６）は、レーザー光３３２のビーム径に対応したサイズを有する。照射光学系３０４が備える光学素子のサイズは、レーザー光３３２のビーム径以上であり、例えばビーム径よりも２０％以上大きい。照射光学系３０４が備える光学素子のサイズは、例えば１０ｃｍ以上であり、１５ｃｍ以上、３０ｃｍ以上、４０ｃｍ以上、５０ｃｍ以上、６０ｃｍ以上、８０ｃｍ以上または１００ｃｍ以上である。

照射光学系３０４は、燃料カプセル３０６から飛来する高速中性子を遮蔽するための筐体３２０の内部に配置される。照射光学系３０４は、筐体３２０を備えてもよい。筐体３２０の内部には、レーザー光３３２が通過するための折り返し光路が設けられる。中間焦点３１８の近傍には、他の場所に比べて狭い光路幅を有する狭路３２８が形成される。狭路３２８は、高速中性子を遮蔽するための中性子フィルタとして機能する。狭路３２８を形成することにより、狭路３２８よりも上流に位置するステアリングミラー３１４、第２折返ミラー３１２および第１折返ミラー３１０に高速中性子が直接照射されることを防ぐことができる。

一方で、狭路３２８よりも下流に位置する集光ミラー３１６への高速中性子の直接照射を防ぐことは困難である。そのため、集光ミラー３１６の表面は、高速中性子の照射による損傷が発生しやすく、燃料カプセル３０６にレーザー光３３４を高精度に集光するための表面形状精度を維持できなくなる。言い換えれば、集光ミラー３１６の表面の損傷によってレーザー光３３４の波面の乱れが生じ、レーザー光３３４の集光精度が低下する。このようなレーザー光３３４の波面の乱れを補償するため、第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２の少なくとも一方を波面補償光学素子とすることができる。つまり、第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２の少なくとも一方に、上述の実施形態に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅまたは３０Ｆを用いることができる。

照射光学系３０４は、第２折返ミラー３１２とステアリングミラー３１４の間に配置されるビームスプリッタ３２２と、ビームスプリッタ３２２にて反射された光を検出する検出器３２４とをさらに備えることができる。ビームスプリッタ３２２は、燃料カプセル３０６からの戻り光を検出器３２４に導くように配置される。検出器３２４は、燃料カプセル３０６から集光ミラー３１６およびステアリングミラー３１４を経由した光を検出することにより、集光ミラー３１６の表面の損傷を計測する。検出器３２４の計測結果は、第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２の少なくとも一方における波面補償の制御に用いることができる。

照射光学系３０４は、レーザー光源３０２から提供されるレーザー光３３２を反射させる形状可変ミラー（第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２の少なくとも一方）と、形状可変ミラーにて反射されたレーザー光を試料保持部３０８に保持される燃料カプセル３０６に向けて集光させる集光ミラー３１６とを備える。第１折返ミラー３１０および第２折返ミラー３１２の少なくとも一方は、上述の実施形態に係る形状可変ミラー３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅまたは３０Ｆと同様に構成されることができる。形状可変ミラーとして、ＬＮやＬＴなどの圧電単結晶材料を用いることにより、ヒステリシスやドリフトの発生を抑制することができ、反射面の形状を印加電圧に応じて一意に決めることができる。そのため、燃料カプセル３０６に照射されるレーザー光３３４の波面の乱れを高精度で補償することができ、集光ミラー３１６の表面の損傷の影響を緩和できる。これにより、集光ミラー３１６のメンテナンス周期を長くすることができ、長期間にわたって安定稼働が可能なレーザー核融合炉の実現に寄与できる。

（第１４実施形態）
図１８は、第１４実施形態に係るレーザー核融合炉４００の構成を概略的に示す図である。レーザー核融合炉４００は、レーザー光源４０２と、照射光学系４０４と、燃料供給装置４０８と、反応容器４１０と、ブランケット４１２と、格納容器４１４と、レーザー導入口４１６と、燃料導入口４１８とを備える。

レーザー光源４０２および照射光学系４０４は、上述のレーザー光源３０２および照射光学系３０４と同様に構成されることができる。照射光学系４０４から出力されるレーザー光４２４は、レーザー導入口４１６を通って反応容器４１０の内部空間４２０に導入される。レーザー光４２４は、反応容器４１０の内部空間４２０に導入される燃料カプセル４０６に照射される。図１８に示される例では、４つのレーザー光源４０２および照射光学系４０４を用いて４方向から燃料カプセル３０６にレーザー光４２４が照射されるが、レーザー光４２４の照射数は特に限られず、３以下でもよいし、５以上でもよい。レーザー光４２４の照射数は、１０以上または２０以上であってもよい。燃料カプセル３０６に照射するレーザー光として、燃料を圧縮するための圧縮用レーザー光と、燃料を点火するための点火用レーザー光とを組み合わせてもよい。

燃料供給装置４０８は、燃料導入口４１８を通じて反応容器４１０の内部空間４２０に燃料カプセル４０６を導入する。反応容器４１０は、燃料カプセル４０６およびレーザー光４２４が導入される内部空間４２０を有する。反応容器４１０の内側にはブランケット４１２が設けられる。ブランケット４１２は、燃料カプセル４０６における核融合反応にて生じる高速中性子を吸収して熱に変換する。ブランケット４１２は、燃料の再生産が可能な材料を含む。ブランケット４１２は、例えば、リチウム（Ｌｉ）を含む固体材料（例えばチタン酸リチウム）または液体材料（例えばチタン鉛、フッ化リチウム・ベリリウム）を備え、中性子の捕捉によってトリチウムを再生産するよう構成される。格納容器４１４は、反応容器４１０の外側に配置される。格納容器４１４の内部には水などの中性子遮蔽材４２２が収容される。

ブランケット４１２にて生じた熱は、反応容器４１０に導入される配管４２８の内部を流れる流体に伝達され、蒸気発生器４３０に送られる。配管４２８の内部を流れる流体は、図示しないポンプなどによって循環する。蒸気発生器４３０は、配管４２８の内部を流れる流体からの熱を利用して蒸気を生成する。蒸気発生器４３０にて発生した蒸気は、蒸気タービン４３２に送られ、蒸気タービン４３２を駆動する。発電機４３４は、蒸気タービン４３２にて生じた駆動力を用いて発電する。

以上、本開示を実施形態にもとづいて説明した。本開示は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

本開示のある態様によれば、色収差の少ない光学系の開口数を向上できる。

１０，１０Ａ…Ｘ線ミラー装置、１２…外側ミラー、１４，１４Ａ…内側ミラー、１８…光軸、２０…Ｘ線、２２…外側反射面、２４…内側反射面、２６，２６Ａ…裏面、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ…形状可変ミラー、３２，３２Ｂ…圧電基板、３３，３４…反射面電極、３６，３７…裏面電極、３８…電源、４０…反射面、４２…裏面、４４，４４Ｂ…第１圧電層、４６，４６Ｂ…第２圧電層、４８…中間電極、６０…Ｘ線顕微鏡、６２…照明光学系、６４…試料保持部、６６…結像光学系、６８…Ｘ線検出部、１１０…Ｘ線ミラー装置、１１２…外側ミラー、１１４…内側ミラー、１１６…中間ミラー、１２０…Ｘ線、１２２…外側反射面、１２４…内側反射面、１２６…裏面、１２８…中間反射面、１３０…裏面、２１０…Ｘ線ミラー装置、２１２…第１外側ミラー、２１４…第１内側ミラー、２１８…光軸、２２０…Ｘ線、２２２…第１外側反射面、２２４…第１内側反射面、２２６…第１裏面、２３２…第２外側ミラー、２３４…第２内側ミラー、２４２…第２外側反射面、２４４…第２内側反射面。

Claims (10)

1. 光線が入射する反射面と、前記反射面とは反対側の面とを有する圧電基板と、
   前記反射面に位置する第１電極と、
   前記反対側の面に位置する第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加する電源と、を備え、
   前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、複数の電極を備え、
   前記電源は、前記複数の電極に異なる電圧を印加可能であり、
   前記圧電基板は、前記反射面を有する第１圧電層と、前記反対側の面を有する第２圧電層とが一体化された単一の圧電単結晶基板からなり、前記第２圧電層は、前記第１圧電層とは分極方向が反対である、ミラー装置。
2. 前記第２電極は、前記反対側の面において二次元アレイ状に配列される複数の電極を備える、
   請求項１に記載のミラー装置。
3. 前記第１電極上に位置する誘電体多層膜ミラーをさらに備える、
   請求項１に記載のミラー装置。
4. 前記反射面に位置する反射膜をさらに備え、
   前記第１電極は、前記反射面において前記反射膜とは異なる箇所に位置する、
   請求項１に記載のミラー装置。
5. 前記第１電極は、前記反射膜の周囲に配列される複数の電極を備える、
   請求項４に記載のミラー装置。
6. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面から前記第２面まで分極方向が一定であり、単一の圧電単結晶基板からなる圧電基板を用意することと、
   前記圧電基板を加熱し、前記第１面側の分極方向と前記第２面側の分極方向とが反対となるように前記圧電基板の全体にわたって分極反転層を形成することと、
   前記第１面に第１電極を形成することと、
   前記第２面に第２電極を形成することと、を備え、
   前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は、複数の電極を備える、ミラー装置の製造方法。
7. 前記圧電基板は、ニオブ酸リチウムからなり、
   前記分極反転層を形成することは、前記圧電基板を１１００℃以上１１５０℃以下の温度で加熱することを含む、
   請求項６に記載の製造方法。
8. 前記圧電基板は、タンタル酸リチウムからなり、
   前記分極反転層を形成することは、前記圧電基板を酸に浸漬してプロトン交換することと、プロトン交換された前記圧電基板を５５０℃以上６００℃以下の温度で加熱することと、を含む、
   請求項６に記載の製造方法。
9. １ＴＷ以上のピーク出力を有するレーザー光を出力するレーザー光源と、
   前記レーザー光の波面を補償する形状可変ミラーと、
   前記形状可変ミラーで反射された前記レーザー光を集光させる集光光学素子と、を備え、
   前記形状可変ミラーは、
   前記レーザー光が入射する入射面と、前記入射面とは反対側の面とを有し、圧電単結晶材料からなる圧電基板と、
   前記入射面に位置する第１電極と、
   前記反対側の面に位置する第２電極と、
   前記第１電極上に位置し、前記レーザー光を反射させる誘電体多層膜ミラーと、
   前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加する電源と、を備える光学装置。
10. レーザー光を出力するレーザー光源と、前記レーザー光の波面を補償する形状可変ミラーと、前記形状可変ミラーで反射された前記レーザー光を集光させる集光光学素子と、を備える光学装置と、
    前記光学装置から出力される前記レーザー光が導入される内部空間を有し、前記レーザー光の照射によって核融合が生じる燃料を収容する反応容器と、を備え、
    前記形状可変ミラーは、
    前記レーザー光が入射する入射面と、前記入射面とは反対側の面とを有し、圧電単結晶材料からなる圧電基板と、
    前記入射面に位置する第１電極と、
    前記反対側の面に位置する第２電極と、
    前記第１電極上に位置し、前記レーザー光を反射させる誘電体多層膜ミラーと、
    前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加する電源と、を備えるレーザー核融合炉。

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