CN1144237C - 用于高能量粒子流的集成透镜、制造方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种本发明通过透镜装置可增强辐射的集成程度，使用高能量的粒子，并改善装置的参数，使用该参数取决于上述因素的透镜。该透镜有一组具有各种集成(合)度的小透镜(18和19)，其中有最低级集成(合)度的透镜采用一种管道(通道)形式。小透镜由发明性工作产生，其中在管道内的气体媒质的压力比先前集成度的小透镜之间的间隙的压力大，且温度足够地使小透镜的材料软化，从而粘到墙壁上。

Description

用于高能量粒子流的集成透镜、制造方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种器材，它应用于技术和医学领域中的探伤检查法和医学诊断。在这些领域中都使用了辐射，有以中子和带电荷的粒子流形式的辐射，也包括X光射线。同时，这项发明也应用于使用指定的辐射进行治疗以及微电子学中的触点式甚至投影式石印术。以上所有这些仪器的共同之处，在于在它们的组成中都有一个或几个用于实现指定辐射进行按需变换的透镜。这种透镜的构造和制造方法便成为本文所介绍的一系列发明的课题之一。
背景技术
各种类型的辐射——X光射线、伽玛射线、中子流和带电荷的粒子流形成的辐射被广泛应用于各个领域，仪器制造业、医学、微电子学等等。最近二三十年来应用的范围更广了，建造了更强大的X光射线中心和更安全的中子中心。这些辐射的中心的任务是解决科学和工业面临的重要的基础性的和实际性的问题。
遗憾的是，建造上述辐射中心很昂贵。要建成这样的辐射中心，如欧洲同步辐射中心(法国的格勒诺布尔)需要几个国家的共同努力。
因此，制造光学仪器便很重要。这样就能大大增加价廉的、可利用辐射源的有效光亮度，而可以不必使用类似上述所指的仅有的辐射源。
二十世纪八十年代末到九十年代初研制出了用于控制调节X光射线和其他各种高能量射线的透镜。
最初调节射线的透镜用于聚集分散的射线，将分散的射线合成平行粒子流、聚集平行的射线或作其它变换，是一种传送射线的各条管道的综合体。在这些管道中，射线经历了多次完整的外部反射。这样的透镜就好象很多毛细管和无数小毛细管。它们通过根据透镜长度而确定一定距离的支撑架上的小孔和细胞(见В.А.Арκадьев，А.И.Коломийцев，М.А.Кумахов和其他人的相关著作。《带角的大口径宽频X光仪器》物理学收获出版社，1989年，第157卷第3版第529-537[1]页，美国专利第5192869号[公布于1993年3月9日])。如果它用于将分散的射线聚集起来，那么透镜整体外形就好象一个滚桶(即两端较窄)。如果它用于将分散的射线变换成准平行的或者聚集这样的射线，那么它的外形就是半滚桶形的(即只有一端较窄)。
接下来，为了说明以上所说的两类透镜，包括区别于所描述的结构透镜，我们取得了两个已被广泛使用了的相应术语：“全透镜”和“半透镜”。
也有其他的外形，区别于“古典形”的滚桶形和半滚桶形，如“瓶形”透镜。它的一端或两端管道平行，旋转的镜体形成弯曲的曲线。这类透镜可用于过滤射线(用于中断频谱源的高能量粒子流)和变换射进的波束的切面面积等等。
上述描述的透镜属于第一代透镜，以人工制作并相当笨重。它们能聚集的能量量子接近10千电子伏特的X光射线，并获得直径为0.5mm的焦点。
以整块石头制成的透镜也相当知名。在这种透镜中相邻的射线传送管道壁沿整个长度相互接触，而这些管道自身也具有可按长度变化的横截面。变化的规律与透镜完整的横截面相同。(V.M.Andreevsky，M.V.Gubarev，P.I.Zhidkin，M.A.Kumakhov，A.V.Noskin，I.Yu.Ponomarev，Kh.Z.Ustok.X-raywaveguide system with a variable cross-section of the sections.The IV-th All_UnionConference on Interaction of Radiation with Solids.Book of Abstracts(May15-19，1990，Elbrus settlement，Kabardino-Balkarian ASSR，USSR，pp.177-178)[3]；美国专利号5570408(发表于1996年10月29日)[4]。
借助于这些透镜可以聚集辐射能量达20-25千电子伏。传送管道的横截面近10μm，而有时可达2-3μm。这样的排列可以获得最小面积的焦点。目前这些所谓的第二代透镜作为X射线管的辐射源已成为最实用的X光射线集成器。
单体透镜的不足之处在于较差的形状和面积重复性。除此之外，实践中尚未能研制出足够大口径(2-3cm甚至更大)由众多亚微型管道组成的透镜。
在国际声明书中，PCT/RU94/00189和PCT/RU94/00146(国际刊物WO96/01991(5)和WO 96/02058(6)自25.01.96)是这样描述全透镜和半透镜的：它们由紧密排列的各个微型透镜组成，每个微型透镜都是一个单体透镜。在这种结构中，能获得比普通单体透镜更大的横截面。借助于口径的增大，射线中心点的平面角也增大。然而，在这种透镜中，辐射传送管道和焦点的横截面积仍然与普通的单体透镜一样。而为了安装这些微型透镜，使之具透镜所需的外形，根本上还需手工安装。
由众多紧密排列的微型透镜组成的透镜是第三代透镜。从观察用途的角度来看，它最接近本文将要介绍的透镜。
本文所介绍的透镜的技术成果在于因减小了管道的横截面，从而获得使用更高的能量粒子，简化了制作工艺，取消了过去为将微型透镜排列成统一的结构而作的个别调整，从而提高了射线的聚集度。
这种方式有与之类似的形式一—见美国专利号581263(发表于98年9月22日)[7]。根据这种方式实现毛坯拉伸的几个阶段(2个甚至更多)，就是把前阶段取得的毛坯放入一个共同的毛坯外壳。为得到透镜，通过切割一段成品，从炉子中拉伸。这种模式是比较原始的方法。这样可以直接取得半透镜，但要取得全透镜则必须将所得成品的一端放进炉子不断拉抻，这使工艺流程大大复杂化了。
然而更重要的是这种方式的另外一个不足之处在于它并未预见到毛细管内的压力和毛坯间空间的相互关系，并制定相关的保证条件。而没有这些条件，通常用作观察用途的透镜的毛细管薄壁在拉伸过程中会被压扁，也就是说，不可能获得适用于实际的透镜，因而上述美国专利的那种方式，(即，可获得原则上有实际用途的透镜)只在使用厚壁管(与壁的厚度相比具有管道直径大小)的毛细管时才可行。
这种关系也存在于透镜的成品中。正是因为这个原因，它的透明度很低。例如，如果毛细管直径约等于壁的厚度，那么透明度降低一级，而且这种著名的方式只能获得有内壳的透镜，因为不包括从毛坯顶部将它们消除的工序。
本文介绍的方法用于消除已知的明显的缺陷。
在同一项美国专利中描述的透镜特点是，它同样是依据这项专利而获得的方法，这种方法的上述特点和它所造成的缺陷，所得的透镜不仅比不上本文介绍的、而且甚至与国际声明书中所描述的透镜相去甚远。PCT/RU94/0189和PCT/RU94/00146(国际刊物WO96/01991[5]和WO96/02058[6]于96年1月25日)
X光透镜的另一个用途是：分析装置包括相关客体的(包括医学和其他生物学课题)结构分析(确定密度)、成品和材料的元素组成。辐射，特别是X光射线的这个用途已经早已为人所知了。(见：《生产自动化和工业电子学》，М·《苏联百科全书》1964年第32集第277页，第1集第209页[8]；《医学图像直观化的物理学》，С·узбба《编辑部》第1集莫斯科《世界》出版社1991[9]P·Вольдсет，《X光射线实用光谱测定法》М·Атомиздат 1997[10])
这种装置发展的新阶段始于使用透镜来控制辐射。最接近本文介绍的是依照美国专利(美国专利号5497008，发表96年3月5日第11期)而制的分析装置。
这种分析装置的一个组成部分是辐射源，即中子和带电荷的粒子流以及所研究客体的定位装置(固定其位置以便对辐射源的客体产生作用)。除此之外，分析装置还包括一个或多个辐射探测器，它的位置足以保证经过所研究客体的或放在客体内被激发的辐射对它发生作用。另外还包括一个或多个透镜，用于改变中子和带电荷的粒子流所形成的辐射。它位于辐射源与研究客体之间和(或)最后一个研究客体与指定的辐射探测器之间。这些探测器由管道壁相互接壤的具有完全外部反射的辐射传送管道组成。进口端都能捕捉射线。
这里，根据美国专利第5497008号研制的著名的分析装置是在研究装置内使用的临时组装的(即第一代)或单体的(即第二代)的多毛细管透镜。正如前文所述，这些透镜并不能保证足够高能量区域的工作，而且也不能形成很多的小焦点，这样就降低了分析的精度和解决问题的能力。
本文所介绍的分析装置的技术成果在于大大提高了精度和解决问题的能力，而且提高了应用更高能量辐射时的能力。借助于本文介绍：集成透镜的优越性，使应用更高能量辐射得以实现。
由一个或几个辐射源组成的辐射治疗仪也很著名。这些辐射源由中子或带电荷的粒子流(特别是X光射线、质子流)组成。治疗仪中还包括每个辐射源粒子流视准光学系统和用来固定患者体位和需要辐射的其他部位的定位仪。(见：Sandro Rossi and Ugo Amaldi.The TERA Programme：Status andProspects Ln：Advances in Neutron Capture Therapy.Volume I，Medicine andPhysics.Proceedings of the Seventh International Symposium on Neutron CaptureTherapy for Cancer.Zurich，Switzerland，4-7 September 1996.ELSEVIER，Amsterdamm-Lausanne-New York-Oxford-Shannon-Singapore-Tokyo，1997[13]
当使用这种仪器时，在向患者深处的肿瘤辐射时，射线经过处的健康组织会受到强烈的辐射。
本文所介绍的发明应用于辐射治疗仪器中，它的技术成果在于可以降低肿瘤周围的组织接受的辐射量。
X光透镜的另一个应用领域是微电子学，具体的说是X光石印术。
已知有用于接触式X光石印术的装置，它的组成包括软X射线源和用于将指定的分散的辐射源变换成准平行式的透镜，这种透镜由管道壁相互接壤的具有完全反射的辐射传送管道组成。除此之外，这种装置的组成还包括屏幕和涂有保护层的底板放置装置(美国专利号5175755，发表于1992年12月29日[13]。
这项专利中建议使用第一代和第二代透镜来完成石印术，然而没有任何一种透镜能保证解决微电子学中的石印术课题。不管是组装的透镜(第一代透镜)或是单体透镜(第二代透镜)，技术上都不可能实现管道进口尺寸为1μm、出口处为0.1μm、出口处口径为10cm2或更大，而这些都是微电子石印术所必须的。
本文所介绍的发明的技术成果在于将它用于接触式石印术装置后，在使用微电子仪器时可获得较为实用的效果。
X光投影石印术装置也是应用了已知的美国专利第5175755号[13]而制成的。
这种装置包括软X光射线源——将指定的分散的辐射源变换成准平行的光束，以对屏幕进行辐射；底板放置装置——一种通过缩小面积将屏幕上的X光成像传送到保护层上的透镜以及带有保护层的底板放置装置。这里，以上两种透镜均由管道壁相互接壤的具有完全外部反射的辐射传送管道组成。
在这个装置上使用当时已知的第一和第二代透镜(即组装的和单体透镜，就象上述用于接触式石印术的装置。由于这种透镜中管道的直径达不到要求，因而不能保证得到屏幕在保护层上的成像再现所要求的精度，故而在使用微电子仪器中不能获得实用的效果。
应用于投影石印装置的本项发明的技术成果在使用微电子仪器中能获得实用的效果。
技术方案
为获得上述用来转换由中子或带电荷的粒子流形成的辐射的透镜所固有的较高的技术成果，这透镜与[5、6]中已知的很相似，含有管道壁相接触的管道以传送带有完全外部反射波的射线，以入口端标定方向以便能接收被使用辐射波的射线。
与上述某种透镜不同，本透镜是各种不同整合级别的小透镜的集合体。为此，最低整合级别的小透镜是传送辐射的管道的集合体。这集合体是在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下不断拉伸进入同一束毛细管内塑造成型的结果。每一个更高整合级别的小透镜是前述的更高整合级别的小透镜的集合体。它是在它们之间空隙中小透镜内压力较小的气体环境压力下，以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下不断拉伸塑造成型的结果。所有最高整合级别的小透镜构成一个统一的结构，是在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下不断拉伸进入同一束毛细管内塑造成型的结果。这一结构的两端经切割形成输入端和输出端。
上述统一结构和每一个整合级别的透镜可拥有采用热膨胀系数与毛细管相同的或是近似的那种材料的管状外壳。
外壳可提高结构的硬度和透镜的强度。但是，内含的小透镜没有外壳，拥有更大的透明度。
因此，上述透镜又可称为集成透镜。因为透镜内综合了数目庞大的(106以上)的辐射传送管道，(所以相当于小透镜使用整合化程度的概念。)有比整块透镜更小横截面的管道，从[3、4]中已知，或由透镜组成的微小透镜，从[5、6]中已知，因为在每个拉伸阶段都会减小管道的直径。同样也会高辐射的聚焦程度即缩小焦点尺寸。
所有整合化程度最高的小透镜可放在总的外壳内。在这种情况下，最后一个就是透镜的外壳。
在一系列附件中已证明，在传送辐射的管道内壁内有一层或几层由相同或不同化学成分组成的涂层是非常有益的。管道内壁上的涂层能使在制造集成透镜之前形成毛细管。因此很重要的一点是涂层材料热膨胀系数必须非常接近制造毛细管材料的热膨胀系数。在这种情况下，过程就不很复杂。多层定期的涂层可实现如下优点，即在有这种涂层表面产生反射时出现干涉现象，其中也可能是沿着带有这种涂层内壁传送的单色辐射。反射时，一层表面粗糙的涂层会引起浸射现象，并可能形成超越完全反射临界角的入射角辐射传送的条件。
就象众所周知的前述几代透镜，集成透镜可将分散的辐射聚集。为此，应对辐射传送管道的输入端和输出端进行定位，相应地，定位成第一和第二个焦点。使用透镜时，第一点分散辐射源，第二点形成透镜的焦点。
为了把分散的射线转换成准平行的，就象在使用前代透镜时，可更换成集成半透镜，其中传送管道的一端可聚焦于第一焦点，另一端相互平行。
完整的用于聚集分散的射线的集成透镜，并不总是适当地制作成匀称的。如果X射线源的尺寸足够大，那么透镜输入端的聚焦就大，而透镜输出端的聚焦就小，即使焦点不是很大。在与输入端相邻的半个透镜的管道曲率的半径必须比与输出端相邻的半个透镜的管道曲率的半径大，即相对于其横截面平均长度透镜必须是不均匀的。
集成透镜可制成带有些弯曲的旋转体，并且输入端和输出端可以是不同直径。其中包括为改变传送光束的横截面尺寸。在这种情况下，透镜可制成“瓶状”的形式。
在制造透镜时，有一个传统的要求，使所有的透镜传送管道完全充满辐射。为此，必须使填充系数r＝R(θkp)2/2d大于或等于1。
式中：R——管道曲率半径，
      d——管道直径，
      θkp——完全外部反射临界角。
但是，并不总是能满足这个条件。当r≥1时，透镜焦点的尺寸等于d+2F输出θkp，式中f输出——透镜输出端的聚焦。这表示透镜焦点尺寸不可能小于d。如果不能满足r≥1，那么管道将只有填充部分辐射。在这种情况下X射线的光子或中心“紧贴”透镜光轴传送管道壁表面。如果r＜＜1，那么管道有效尺寸可能比管道d的尺寸小得多，这样透镜总的传送量减小。但是，按比例减小的还有焦点的尺寸，而焦点的面积减小得更多，因此焦点处的辐射密度增大。
上述用途的透镜含有色差，可归结为纵向焦点的位置完全被冲模糊。冲刷度(模糊度)的特殊尺寸按常规使横向焦点的尺寸升高10％至一倍。对这模糊度起很大作用的是紧贴透镜光轴的辐射传送管道。由于这些形成焦点的通道，使其横向尺寸增加，因此这些通道具有很小的(直至0)弯曲度，并对这些通道来说，不能满足r＜＜1甚至r＜1的条件。
在一种能满足上述透镜的特殊情况下，影响这些纵向焦点模糊度的通道及增加其横向尺寸可以除去，用遮光板从输入端或输出端遮盖透镜紧贴光轴的部分，或用其它方法使辐射不能透过这部分。例如，可以使可能有小透镜的这一部分(没有通道的部分)密闭，以使小透镜的通道r≥1。
另一个特殊情况的特点是，一个或几个小透镜的通道分布于靠近头井的纵轴上，在一次完全外部反射时或没有反射时，能完成辐射传送。因此他们能够完成例如比距离透镜纵向轴更远的小透镜更小的长度。为此，在上述小透镜的通道中，辐射的损耗降低，透镜的传送总系数增长。在完成大直径的中心通道时，可以达到这个结果。(确实与焦点模糊度相结合时)。
在制作上述集成透镜工艺过程的不同阶段所完成的操作都是同一类型的，而并不取决于所使用的小透镜的每一个阶段的集成程度如何。用来制作集成透镜最合适的材料是玻璃，也可使用其它材料，如陶瓷，金属，合金。
上述制作集成透镜的方法，见[7]，包括两个或更多的盛装于管形壳体的毛坯制作阶段。这时，作为半成品在第一阶段使用毛细管，而在以后的每一个阶段则使用由上一阶段制成的半成品。
与众所周知的不同，在提出的方式中，把毛坯放入炉子时，拉伸管状壳，同时保持送炉速度比出炉速度低，并一直保持这种速度关系，这样再按长度切割炉中出来的毛坯，就可得到该阶段的毛坯。
在最后阶段结束时，以这一阶段取得的毛坯填入与毛坯同时在炉中拉伸的管状外壳，保持较制品出炉速度较低的进路速度，周期性地改变这种速度的关系，使管状制品出炉时加粗，然后将该制品按长度切割，最后，从按长度切割的制品中就能得到保持同一厚度的管形制品的透镜。
该实现方式的所有阶段中都使用有毛细管或与起相似的热膨胀系数的材料制成的管状壳体。而拉伸填充毛坯的管状壳体的过程必须在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下才能进行。
由于进行分段(在两面对称或不对称管形粗厚部分最大值的截面上，或相关的粗厚部分最大值的截面上，以及两面)，可获得对称的或不对称的完整的透镜或半透镜。
拉伸速度的模式(毛坯管状壳体进炉速度与制成品的出炉速度的相互关系)由透镜的形状决定。特别是在管状粗厚部分的形成过程中，这个关系的变化会导致获得的透镜具有不同的管道弯曲半径。透镜的管道由最大的管状粗厚部分向不同层面弯曲。
作为旋转体的透镜带有弯曲度，管道的两端与纵轴平行(瓶状透镜)。它由不断分出炉中毛坯段而获得。这些毛坯段在最大的管状粗度与截面之间，按另外一个方向，即由在保护层上形成的弯曲点的方向，那里它的直径保持不变。
为获得包含众多小透镜的没有外壳的透镜，获取半成品的每一个阶段通过冲刷外壳来完成。同样，如果要获得没有外壳的透镜，则以冲刷这个外壳来完成。
本文所介绍的仪器，就象已知的与它最相似的分析装置[11]的一个组成部分是辐射源，即由中子和带电荷的粒子流；所研究客体的定位装置(固定位置以便对辐射源的客体产生作用。除此之外，，分析装置还包括一个或多个辐射探测仪，它的位置足以保证经过所研究客体的或在客体内被激发的辐射对它发生作用。另外，还包括一个或多个透镜，用于改变中子和带电荷的粒子流形成的辐射。它位于辐射源与研究客体之间，和(或)最后一个研究客体与指定的辐射探测器之间。这些探测器由管道壁互相接壤的带有完全外部辐射的辐射传送管道组成。进口端都能捕捉被传送的射线。
所不同的是，上述透镜中，至少有一种透镜是由各种整合程度的小透镜集合而成。这里最低整合级别的小透镜由许多辐射传送管道组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而每个较高整合级别的小透镜则由前一整合级的小透镜组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而最高整合级别的小透镜组成一个统一的结构。这种结构是是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。刚才提到的统一的结构体两端经过切割，形成透镜的输入端和输出端。
分析仪器中集成透镜的位置还有可能有一系列特殊的几何学，与其他一些结构特点相结合。
这样，分析仪器能够扫描分布于从辐射源到客体以及从客体到探测器的射线途中的焦点上的被研究客体表面或整个范围。在这种几何学中可能有三维局部的分析，如果客体在这三个方向进行扫描，这种方法在此处的灵敏度(光性能)非常高，因为探测器受到来自两个透镜共同焦点区域的辐射。
在这一几何学中可能有个别情况。当分布于从被研究客体到探测器的射线途中的集成透镜形成非平行光束，而在该透镜和探测器之间安装了晶体单色光学镜或多层次衍射的能使其位置和非平行光束入射角变形的结构，以保证满足在研究客体中引起的辐射波各种长度的布列格条件。同视准误差法相比，透镜的使用实际上会减少照射到晶体单色光学镜上平行光束的损耗。
在另一个几何学中，作为上述辐射源，使用了制造平行光束的同步加速的或其他源，而透镜位于这个源到研究客体的路途中。这种透镜能聚集这种光束。
还有一种几何学的特点是：在分析仪器中使用宽频X射线辐射源。这个射线同时由两个透镜传送，形成非平行光束。在每个透镜和研究客体定位仪之间放置一个晶体单色光学镜，这样其中一个能分出波长较低的辐射，而另一个——高于元素吸收线，在研究客体中检查该元素的存在。装置中有两个检波器。每个检波器位于装置的后面，用来吸收通过研究客体的由其中一个晶体单色光学镜形成的辐射对研究客体进行定位。检波器输出信号的差异均匀地集中于被检查的元件。
另外两个将要描述的几何学具有与上相同的特征。
其中一个几何学的分析装置除了上述源外还包括一个X射线辐射源。这样，一个源头的辐射有较短的波长，而另一个源头的辐射高于元素吸收线。，并在研究客体中检查该元素的存在。在每个源头和被研究客体的设备中间放置一个透镜，以便形成非平行光束。装置中有两个探测器。每个探测器位于设备之后，用吸收通过被研究客体一个源头的辐射的方法对被研究客体定位。探测器输出的信号差异和前面论述的相同，均匀地集中于被检查的元件。
在另一个几何学中论述的源头是保证接受两个标识波长的阳极X射线源——元素吸收线较低或较高。可在研究客体中检查该元素的存在。为了对研究的客体进行定位，在这些源头和设备中，在这个头井之前或之后设置了旋转屏幕，它带指定波长中一个透明、另一个不透明的被过滤器遮盖的交替窗口。与两个相邻窗口相应的输出信号的差异均匀的集中在被检查的元件中。
还有一种几何学的类型。特点是再生阴极辐射，定位于透镜之后，从上述源头至被研究客体的辐射线路中，这样透镜可对再生阴极辐射进行聚焦。这可使研究客体被再生阴极的单色射线照射。这样，当客体中被检测的元件有损耗，靠近再生阴极辐射线路时，就可提高分析的感光性能。
集中了阴极上辐射源射线的透镜的存在能补偿导致二次辐射的强度不高这种方法的不足。这种方法的感光性能可在再生阴极上的集合几何学中补充提高。其特点是在再生阴极和对被研究客体的定位仪之间有第二个透镜。
在下列情况下，使用极化辐射来照射被研究客体有其优越性。即在下面描述的几何学中在源头到被研究客体的射线途中，相继安置透镜、晶体单色光学镜或多层衍射结构。在此情况下，透镜能够完成并测定以45°角照射到晶体单色光学镜或多层衍射结构上以形成极化辐射。而探测仪放置在与上述极化辐射发射方向构成90°角的位置。在这个几何学中，由于极化的选择，由漫射线决定的背景剧降。
下一个几何学可实现相位定位法。在这个几何学中的分析装置中，在从辐射源到被研究客体的辐射线路中，相继安置透镜，晶体单色光学镜。这样，就能够形成以布列格角照射到晶体单色光学镜上的准平行光束对透镜进行定位。而在被研究客体到探测仪的射线途中，安装同样的晶体与之平行或倾斜，这就能保证探测仪测出被研究客体区域相反相位。这些区域具有不同密度，引起照到它的射线的不同折射。
在医学应用中典型的几何学是使用X光源并完成对被研究客体定位的设置对人体各被研究部位及器官检查的定位仪。
其中，为使用乳腺分析装置X射线的辐射源具有钼阳极，而用于被研究客体的定位装置用于研究乳状铁。
在此，位于由带钼化阳极的X光射线源到被研究客体的射线途中的透镜能够形成横截面足以同时对整个被研究区域产生作用的准平行光束。而探测器位置的选择则保证它和被研究客体间的距离不小于30cm。使用平行光束和这样选择间距能保证有较好的比对度而不借助专业装置来减少作用于被研究客体的漫射光的影响。
在医学诊断中，还有一项采用上述分析装置的，那就是计算机层析X射线照相法。
在已论述的几何学中，研究使用X光辐射源和用于对人体各被研究部位及器官进行检查的定位仪的设置，预见到相互之间的旋转运动。一方面是从上述定位装置，另一方面是辐射源，安装于它和被研究客体定位仪之间的透镜，以及探测器，其出口连接在对探测结果进行加工处理的计算机上。这里，集成透镜能够对被研究客体内部的辐射源造成的辐射聚焦，焦点就是位于被研究客体内部的潜在的辐射源。这就决定了与计算机层析X射线照相法的普通扫描的根本区别。那里，有探测器来接收被研究客体内部的并经过被研究客体的辐射源的射线。因此，将被研究客体较小区域内得到成像的手续简单化了。
上述与光学治疗仪有关的发明里，采用肿瘤上聚焦的办法，可减少肿瘤周围组织接受的辐射量。
因此，在肿瘤获得相同辐射量时，辐射集中在一些健康的组织上，有时在病人皮肤上的机会降低很多。
为了获得所指出的结果，众所周知，该装置包括一个或几个由中子或带电荷的粒子流形成的辐射源，和用做为患者固定体位和接收副摄部分的定位装置。
与众所周知的不同，本文介绍的用于光学治疗的装置中，在每一个辐射源和定位仪之间安装了透镜，以对病人的肿瘤进行照射。透镜由很多带完全外部反射的传送管道组成。这些管道壁相互接壤，管道由进口端定向，以便捕捉所使用的辐射源。这种透镜由许多各种整合级别的小透镜组成。这里最低整合级别的小透镜由许多辐射传送管道组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而每个较高整合级别的小透镜则由前一整合级的小透镜组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而最高整合级别的小透镜组成一个统一的结构。这种结构是是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。刚才提到的统一的结构体两端经过切割，形成透镜的输入端和输出端。
作为指定辐射源使用了或加速器，在出口端形成热中子或超热能中子的准平行光束。
这里所使用的集成透镜带有能将中子转向的曲线纵向轴。
就象在讨论技术水平时提到的那样，无论是组装的透镜(第一代透镜)或是单体透镜(第二代透镜)，技术上都不可能实现管道进口处尺寸为1μm，出口处0.1μm，出口处口径为10cm2或更大，而这些都是微电子石印术所必须的。上述数据只能在使用集成透镜的上述装置中取得。
对于接触式X光射线石印术装置来说，本文论述的装置与[13]中的非常接近。她的组成包括软X射线源，和用于将指定的分散的辐射源变换成准平行形式的透镜，这种透镜由管道壁相互接壤的，具有完全反射的辐射传送管道组成。除此之外，它的组成还包括屏幕和涂有保护层的底版移动装置。
与众所周知的情况不同，本文所介绍的仪器是由各种整合程度的小透镜集合而成。这里最低整合级别的小透镜由许多辐射传送管道组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而每个较高整合级别的小透镜则由前一整合级的小透镜组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而最高整合级别的小透镜组成一个统一的结构。这种结构是是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。刚才提到的统一的结构体两端经过切割，形成透镜的输入端和输出端。
要增加在保护层上的防护板图象复制精度，以达到微电子学中投影石印术的要求，在使用本文介绍的集成透镜装置后就可能实现了。
本文介绍的用于X光射线投影石印术的装置，同[13]中介绍的非常接近。它包括包括软X射线源；和用于将指定的分散的辐射源变换成用于对屏幕辐射的准平行形式的透镜；屏幕放置仪；通过缩小面积将屏幕上的X光成像传送到保护层上的透镜；以及带有保护层的底版放置装置。这里以上两种透镜均由管道壁相互接壤的具有完全外部反射的辐射传送管道组成。
与众所周知的情况不同，在本文论述的用于投影石印术的仪器中，至少第二个透镜是以不同整合级别的小透镜的集合形式出现的。这里最低整合级别的小透镜由许多辐射传送管道组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而每个较高整合级别的小透镜则由前一整合级的小透镜组合而成。这种组合又是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。而最高整合级别的小透镜组成一个统一的结构。这种结构是是毛细管波束在气体环境压力下，在毛细管之间空隙中毛细管内压力较小以及在足以软化材料和熔合相邻毛细管壁的温度下拉伸形成波束的结果。刚才提到的统一的结构体两端经过切割，形成透镜的输入端和输出端。
为了缩小传送到保护层的图象尺寸，设备中使用的第二个透镜是以旋转体的形式出现的。该旋转体是弯曲的，带有生成线，管道输入端与输出端与透镜纵轴平行，而且透镜输入端直径大于输出端。
这种关系也适用于透镜出入口单独的辐射传送管道直径间的关系。
在实际运用中上述直径的比值必须小于1，取决于从防护板传送到保护层时的图象的缩小程度，即微电子学制品的微缩程度。
附图概述
图1，8，9——全透镜，半透镜和作为旋转体的，带有生成线的弯曲的透镜示意图；
图2——沿管道传送时辐射多次反射过程；
图3——焦点的形成；
图4，5——沿管道传送时，辐射多次反射过程及射线挤压至管道壁外侧效果时焦点形成的过程。
图6——不包括辐射传送管道中心部分的全透镜；
图7——进口端及出口端不同管道弯曲度半径的全透镜。
图10——本文中论述的透镜横截面成像示意图；
图11——小透镜之一成像的示意图；
图12——在用本文论述的方法制造半成品时，进行拉伸操作示意图；
图13——完成拉伸操作到最后阶段形成所介绍方法的示意图；
图14——完成拉伸操作到最后阶段形成所介绍方法得到制品的示意图，附为获得各种形状的透镜进行切割的截面分布图；
图15-24——从技术角度优先使用的分析仪器各组成部分分布几何学的不同方案；
图25——在为医学诊断而设的分析仪器中使用的集成透镜；
图26——在运用层析X射线计算机扫描的分析仪器中使用的集成透镜；
图27，28——在光学治疗中使用的集成透镜；
图29，30——用于接触和投影石印术仪器的组成部分的几何分布；
本发明的实施例
全集成透镜1(图1)有输入2和输出3焦点，分布于光轴4之上，与辐射传送管道轴线的交叉点上。其中一个管道，见图2，夹住管道输入端的部分沿管道轨迹6运动，反映了管道壁7的角度比完整外部反射角的临界值Okp要小。Okp的大小有几个毫弧级，横截面上的管道有部分微米级，其数量有百万级。因此该图形是假定的，图形中的尺寸与实际相差甚远。
从图3中所画的来自管道5的辐射焦点的形成图可以看出，纵向的焦点被冲刷，所拥有的尺寸9远比横向上焦点的尺寸8大。这种现象是光学系统中偏差的一种类型。为减少这种偏差建议在制作集成透镜时，不要以传统的条件为出发点，即用辐射填充传送管道的整个横截面(r≥1)。而是以相反的条件(r＜1)或甚至用r＜＜1的条件，这时被夹住部分轨迹6特点见面4。这种情况下反映每次都是由管道壁7同一方向产生。而辐射“像”“紧靠”管道壁，占有管道横截面不大的部分。因此焦点的尺寸有管道横截面这部分的尺寸决定，并可达到象缩小上述横截面时的效果。为了减少辐射时管道横截面的填充程度，在其余相同的条件下，必须减少管道弯曲度的半径。管道出口端的延长部分以较大的角度在焦点区域相接。因此减少对纵向焦点的冲刷能消除上述的偏差。所描述的现象见图5。图中，部分10参加辐射传送的管道5被涂黑，可见在两个方向上的焦点11的尺寸要比图中的尺寸小。
对于有着比周围的管道较小的弯曲度的中心管道(紧贴着透镜光轴)要满足r＜＜1或r＜1的条件是不可能的。对于负面影响的例外是透镜的中心部分不包含辐射传送管道(见图6，图中阴影部分表示密实的中心部分12)或从辐射源方向遮盖屏幕。
在对称的(相对于横截面的透镜平均长度)全透镜中每个管道都有固定的弯曲半径，半径越小(即管道的弯曲度大)，管道离透镜的光轴越远(见图1和图6)。全透镜也可能与截面不对称，如图7所示。在不对称的透镜中，每个管道的弯曲度按其长度是不固定的。这样，对与一个末端相连的所有的管道端点来说，弯曲度太大了。弯曲的中心可以战据末端管道不同区段的不同位置(图7中的13和14图位)。
集成半透镜14(图8a)从较小端来说(图8a左)，只有一个焦点2。与这个末端相连的管道端点在焦点2方向定向。与较大一个末端(图8a右)相连的管道端点同半透镜14的光轴4平行。如果焦点与点状源相吻合，半透镜输出端的射线是准平行的。当这种射线从较大的一端(图8Б)照射时，同较小一端(图8Б左)相连的管道端点变成输出端。在这种情况下，从半透镜出来的射线在焦点处集中。
转向焦点的全透镜和半透镜末端可加工成球状体，其中心与焦点相吻合，如图1，图7和图8a，8Б中所示。在这种情况下，才能保证捕捉所有管道点状源射线具有同等条件。
“瓶状”透镜17(图9)平行于透镜光轴的两个末端都有管道端点。这种透镜具有带母线的弯曲的旋转体形状。投射到较小末端(图9左)的输入端准平行光束16变成较大截面输出端的准平行光束16。相反，当输入端射线射到较大(图9右)的末端时，同输入端相比，会缩小输出端光束的横向尺寸。如果输入端光束是图象的载体(传递介质)，如X光射线，并且在光束横截面辐射强度的分布具有与该图象相应的特征，那么在透镜的输出端的图象比例会以相应的方式改变。在集成透镜中，图象比例的变化可达到两个级别，而同缺乏小透镜外壳的聚光共同发生作用的(制作透镜时进行洗刷的)小的管道直径能保证在图象细节复制时，有很好的质量。
对于所有类型的集成透镜总的横截面图片(考虑到上面对图象的条件性和比例做出的注解)见图10。在这些图形中，描述了一个个别情况，即不论是整体的透镜还是小透镜都有外壳。辐射传送管道5位于整合级别最低的(第一级)小透镜外壳18内。成组的构成下一(第二级的)整合级别的这种小透镜则放置在外壳19内，它们和小透镜的集合体构成带外壳的整个透镜。
一种外围小透镜18，19的形式见图11。
必须注意的是，本文所述的集成透镜的结构并不只是按直线由毛细管管道到第一整合级别的透镜，再由一组第一整合级别的透镜构成第二整合级别的透镜这一顺序拼装的结果。这一结构是同前述的制作方式紧密相连的，用以解释存在于这种方式中的特点。任何整合级别的小透镜和集成透镜的出现不是拼装，而是整个方式实现的结果——经过几个拉伸阶段而成型以后。不论是完整的透镜还是作为其组成部分的小透镜，在它们还没有形成以前，有的只是普通的毛坯。在集成透镜的说明书中出现的“成型”作为不同整合级别的小透镜及整个透镜的特征，正是上面提到的在这种方式最后阶段实现的成型。只有在作为集成透镜的组成部分的这种被称为最高整合阶段的小透镜和这种被称为较低整合级别的小透镜成型后，才获得区别于平行管道构件组的透镜的性能。此外，已制成的集成透镜已经不能用小透镜和独立的管道来区分。所以，图11中所示的小透镜不能存在于整个集成透镜之外(类似于微型集成电路不能按物理方式分出单独的电子元件)。每个小透镜在完整的透镜组合中处于从属地位，表现出非“独立”性。这在小透镜的“小”中也反映了其附属地位。这个原因造成了使用术语“小透镜”(而不是“透镜)对集成透镜的组成部分作标志。
这样，不仅大量的透镜和每个小透镜中的管道，而且上述情况，都是在有关透镜发明的名称中使用术语“集成”以及在小透镜的说明书中使用“整合级别(水平)”这一概念的基础。在第一整合级别(水平)的小透镜中整合(联合)的只是单独的毛细管，在第二或更高整合级别的小透镜中整合的已经是从函数关系上看已经是透镜(第一，第二及其它整合级别的)元件。
就象在上述有关集成透镜发明的说明书中指出的那样，小透镜外壳对提高结构硬度起着积极的作用。这些外在的存在决定着制作工艺，而为消除这些外壳必须增加洗刷外壳的工序的制作方法。这些外壳必须使用的材料就象毛细管使用的或与其“温度膨胀系数”值接近的材料。外壳对透镜透明度的影响是很微弱的，但除去外壳会使工艺过程复杂化。更重要的是它们会对辐射温度沿光束横截面传送的均匀性产生消极的影响。所以使用不带罩位小透镜的外壳的透镜不仅对提高透镜的透明度是必须的，而且对于消除沿光束横截面传送强度不均匀，都是必须的。这些在一系列的附页中是很重要的。
对于按上述方式制作所描述的透镜，将管状外壳21(图12)例如用玻璃的，以前一阶段方式得到的毛坯对其进行填充的管状外壳借助于上面的传动装置垂直放入炉22内，并借助于下面的装置24以高于进炉速度的出炉速度将它从炉中拉出来。拉伸的结果是得到了比在炉子进口出外壳的直径小的直径的制品25。炉内温度必须足够能使材料软化及能熔合相邻的填充了管状外壳的毛坯。作为填充了管状外壳的毛坯，在第一阶段使用毛细管，而且是玻璃的，是由与外壳相同牌子的玻璃制成的。玻璃毛细管本身能根据类似的工艺通过拉伸玻璃管，然后把它们切割成所要求的长度的毛细管的方式制成的。拉伸时，在炉内形成轴对称的温度地带，如图。该地带能根据炉子高度L确定具有小范围的最高值27温度T的分布。从填入毛坯的管状外壳21的最初直径到制成品25较小直径的过度区域26，位于根据炉子高度确定温度分布的狭窄的峰值区域。
在毛坯拉伸和不断压缩，填入管状外壳的过程中，为了防止压偏毛细管，毛坯之间区域的压力应保持比毛坯管道内部更低的压力(归根结底，在较小整合级别的小透镜毛细管的管道内，保持比上述所指的区域内更高的压力，这点是很重要的)。为此，在把毛坯放入外壳之前，毛坯管道上面的端点是关闭的。(例如把毛坯上面的端点烧熔)，而在拉伸过程中，要从放有毛坯的外壳上面的端点吸出气体(见图12中的28位置)。不需要对毛坯管道下面的端点及放有毛坯的外壳进行密封，因为与装有毛坯的，自上面放入炉内的外壳的原始直径相比，减小出炉制品的直径可以达到和密封同样的效果。
如果要获得透镜，在用毛坯装入管状外壳之前，每个阶段获得的为在下一个阶段使用的毛坯受到酸的浸蚀以祛除外壳材料。而小透镜是没有外壳的。
这中间有好几个阶段(通常3-5个)，然后就是实施方法的最后阶段。在这一阶段(图13)对炉中制品进行拉伸，先慢再快地重复，直至形成通过收缩29连接的粗厚部分28。直接与最大处连接的粗厚部分有着桶状形式。对拉伸的变化速度的调整，即上部和下部传动装置23，24的速度关系达到所希望的桶状母线的弯曲度。沿母线分布着管道，其中可能获得相对于最大处不对称的粗厚部分。在这一阶段，象在以前获得毛坯的阶段一样，在把毛坯放入管状外壳前关闭毛坯管道上面的断口，并且在把毛坯放入外壳时，抽去外壳上部端口中的气体(图13中无抽气装置)。
这一阶段获得的随周期性加粗的制品，根据所要求类型的透镜的长度进行截取。图14中30，31，32位置表示各区段制成品，分出它们可行营地获得全透镜，半透镜或“瓶状”透镜。
在分析仪器中使用集成透镜进行扫描，零部件的分析，客体内部结构的分析，并在技术和医学诊断时，可以应用大量的几何学来对辐射进行互相排列，对客体，辐射检测手段，透镜和其它零部件等进行分析。下面就分别来看看与相应的几何学有关的几个分析仪器的结构特点。
对被研究客体进行定位的装置是分析一起的组成部分之一，下面有时也称试件(样品)。因为在分析仪器工作时，会与试件产生相互的辐射，接着按常规直接把它成称作被研究客体，而不是对其定位的设备，虽然该设备(而不是试件)正是分析仪器结构的一个组成部分。
因为有几何学的因素，借助于在被研究客体表面将辐射源进行聚焦与试件在随后的探测仪上集中的某个立体角内发出的浸射线聚集相结合，分析的效率很高。见图15。这里全透镜1和1′拥有共同的焦点34，可对试件33的表面或内部区域进行扫描。探测仪35接收第二个透镜聚集的射线，使用在分析客体上聚集点状辐射源2的透镜1，即上面提及的透镜，  可允许在小功率辐射源2的情况下进行分析。
相似的几何学(没有第二个透镜)可在能量分散法中运用，当使用半导体探测器时，此时，透镜1把射线聚集在客体(试件)上，探测器35靠近试件并记录荧光射线和浸射线。在这种几何学中集成透镜1会增加浸射线上光子的流量，而探测器靠近试件使能够聚集更多的光子。透镜1能清洗高能量光子辐射源发出的光谱，能在试件中形成浸射线很大的背景。由于辐射聚集到较小的试件33上，保证了分析的稳定。
分析仪器结构的一个重要的个别情况是使用带有阳极的X射线管。如果使用很小焦距的透镜(例如当透镜中r≤1，产生射线“挤压”到传送管道壁外侧的效果)，那么可使这种透镜紧贴阳极。这种情况下透镜的尺寸可以不大，同时保持较大的平面角。当阳极是微型焦距(0.1-100μm)时，这样的组合(阳极管加上集成透镜)特别有效。因为阳极射线的立体角很大(接近半球面)，阳极管可同时使用几个透镜，其中每个透镜都从该立体角部分捕捉射线。
还有一点符合所描述的提要，将在下文论述。必须注意到，它们包含足以完成分析功能的装置元件的最小值——接收这种或那种有关被研究客体的信息。为了保证收到信息，对于直接使用最适宜达到是在明显的形式下，提高接收信息的灵活性。分析装置以加工和提交信息的方式接入探测仪输出端，并得到补充。这些方式实现对探测器输入信号的交换，实现显像与机械移动分析装置元器件同步等等。上述同步要求加工手段和实现移动信息相互联系，加工和提交信息手段。加工手段和分析仪器中共同使用的提交信息已为大家所熟知。(见例9，10中描写的方法)。并且他们的功能和结构并不取决于以怎样的方式接收被分析客体的信号。因此，可以作为分析装置的输出口，习惯上被看作探测器的输出口：该元件对射线很敏感，其射线是辐射源和被研究客体相互作用的结果。所以，带来的是有关后者性能的信息。这种对分析装置的技术描写被收入专利文献(见4，5，6)。
在下面论述的几何学中(图16)，可使用试件33晶体单色光学镜的单色射线(手段)设备，由于反射品行光束的条件在很窄的能量间隙内满足，所以射线是单色的。为了获得平行光束并同时汇集漫射在被研究客体上的射线，可使用半透镜14。半透镜的焦点与全透镜的焦点重合，全透镜点状辐射源2射线在被分析客体上的聚焦照射在探测器35上的部分能量的变异，可用改变晶体单色光学镜角度位置的方法更详细地研究试件的特性，特别是研究其中拥有的某些化学成分。
图17中的几何学，同前述的不同点是，在点状辐射源的地方可(预先)规定使用准平行射线源17，作为准平行射线源可以产生例如同步加速器源。半头井14′可在为晶体单色光学镜形成准平行光束的半透镜1的焦点上对同步加速器源进行聚焦。
下列两类几何学的共同特点(图18和19)是同时研究通过试件的及在试件内以两个相邻波长的晶体单色光学镜作用于试件时产生的射线。
在图18的几何学中，这种射线是借助于两个晶体单色光学镜36和36′，从一个宽频点状辐射源2中得到，并以来自半透镜14和14′的平行光束照射在晶体单色光学镜上的。其共同的焦点同辐射源重合。为防止辐射源射线的直接照射在试件33上，它们之间可放置吸光性折光板(图中未标明)。探测器35和35′的输出信号因以不同的但近似的光通量照射在被研究客体上的反应不同而程度不同。这些信号的不同带来这种射线的信息。所以，如果其中所提到的一种能量较高，而另一个比试件中必须显示其存在的元件吸光线低，那么由于消除了所有其余因素的探测器35和35′的输出信号不同的影响，设备的灵敏度就很高。当患者的血液中进入了碘，该几何学可在，如血管造影术中应用，并能加大该方法的两级灵敏度。
在缺乏保证照射在晶体单色光学镜上射线的平行性的透镜的情况下，必须加大晶体单色光学镜上和辐射源之间的距离。
在实施同一原理的图19的几何学中，为了获得不同的，但近似的能量的部分，可使用两个不同的电状辐射源2和2′，其射线具有明显标明的特有的线：一个较高，而另一个低于应显示元件的吸光线。每一个射线源的射线由半透镜14和14′变换成直接作用于试件的准平行射线。
还有一个实施同一原理的方案见图20。在这种几何学中带有两个能源的作用于试件33的射线，由于透过了经过交替旋转滤光器窗口遮光板37的同一个宽频点状射线源的射线，而交替形成。这些窗口的交替使用，一种波长的射线能通过，而另一种作用于被分析客体的射线则不能透过。带有窗口的旋转遮光板可安装于把辐射源浸射线变换成准平行射线的半透镜之后(这种情形见图20)，也可安装于该半透镜之前。探测器35输出信号的差异与旋转遮光板两个邻近的位置相一致，可以按图18和图19中的几何学方法使用。
在图21的几何学中规定了再生目标的使用，允许接收带有波长的单色光镜射线，该波长由目标的特性决定。带有再生目标的本装置的缺点是二次射线的强度太低。由于在所描述的几何学中使用了透镜1，这种缺点可消除。透镜1能将在焦点很小的区域内目标辐射源发出的射线集中。再生目标38的射线照射到被研究的客体33上，其中有照射到探测器35上到荧光射线。这种几何学允许以拥有足够强度的再生目标单色光镜射线照射被研究客体。
在图22的几何学中，也是以单色光镜射线照射试件35，但是其辐射源不是再生目标，而是晶体单色光镜36。对于形成晶体单色光镜射线所必须的平行光束，来自于宽频辐射源浸射线，用半透镜来形成。为使晶体单色光镜的角位置变形，可以改变作用于被研究客体射线的波长(粒子的能量)。
在图23的几何学中，也使用由半透镜14形成的准平型光束照射的晶体单色光镜36。在这个几何学中，应用晶体单色光镜的特性形成极化射线。为此，所提到的准平行光束以θ＝45°的角度照射到晶体单色光镜上。来自晶体单色光镜36的衍射线照射到被研究的试件33上，而来自试件33的射线照射到安装成与晶体单色光镜36极化射线传播防线过程90°角的探测器35上。因此产生极化选择，探测器35可摆脱有浸射线造成的背景的影响。
这浸射线是在晶体单色光镜的射线作用于被研究客体上时，在该客体上产生的。
在这个几何学中可使用由轻金属，象铂制成的目标代替晶体单色光镜。
图24的几何学可用来实施相位对比法。在这个方法中，试件由第一个晶体单色光镜36形成的晶体单色光镜射线照射。其平行光束由半透镜14从辐射源2的浸射线形成。射线以布列格角θБP照射到晶体单色光镜36上。在试件后相对平行于第一个晶体单色光镜的位置，安装第二个晶体单色光镜36′，与第一个相同，能使其角位置在不大的界限内产生变形。在射线中存在不均匀度不同于相邻区域的密度，射线通过这些不均匀处时，按另一种与在相邻区域中不同的方式折射，这能在第二个晶体单色光镜固定的位置，以在探测器35输出端信号的出现进行确定。与密度差异的直接定位相比，例如，按照以不同但近似密度的通过客体相邻的区域的辐射强度，相位对比法的感光性能要高得多。透镜的使用允许在照射到晶体单色光镜上的准平行射线强度的绝对值增大的条件下工作，并且照射到探测器上的射线不增加辐射源强度。
在上面的血管造影术中使用的例子中已论述了在医学诊断书中使用血管造影术设备的可能性。
在图25中也论述了在分析仪器中使用半集成透镜以解决医学诊断中的问题。被研究的客体——人体的部分或器官39由半透镜14从位于这个半透镜焦点中辐射源2的浸射线形成的准平行射线照射。探测器35承受通过客体39，被诠释为在相应的投影中客体密度分布的射线强度的二维分布。该几何学的特点是：探测器必须位于离客体足够远的——不小于30cm的距离。由于客体被准平行光束照射，探测器的消除实际上并不会在带来课题密度分布信息的有效信号的水平上表现出来。但这样实际上会减弱产生于客体的浸射线的影响。因此，图象的反差就会更大。
在这种情况下，半集成透镜能形成20×20cm2的照射范围。如果探测器安置在距客体指定的距离，那么在这个几何学中没有必要使用任何挤压浸射线的装置。这是要解决大两个问题——空间清晰度和剂量的问题。即使，如果探测器位于距客体有50cm的距离。在光束差度在10-4弧度时，得到10-4×50＝50×10-3cm＝50μm的清晰度。那时在距客体50cm的距离内，浸射在客体上的定向射线大大减弱(大于30倍)地射到探测器上。所以，没有非浸射光栅也是可行的，而使用非浸射光栅可使图象的反差与照射量相结合。
使用清晰度达到50-100μm的集成透镜，可以解决肿瘤病早期诊断的问题。合理使用作为辐射源的带有钼阳极的X射线管(E＝17.5κзв)可用于对乳腺图表的研究。
在医学诊断中还有一个较有前景的方面是使用带集成透镜的分析仪器，即计算机层析X射线扫描。在现代层析X射线摄影术中，用记录从辐射源到探测器射线强度的方法获得人体组织密度的分布图。为了以设计计算的方法获得具有高清晰度的任何一个切片密度分布的信息，必须从各个角度对这个切片做大量的(通常超过100次)照射。这是的辐射两通常很大——1个伦琴。
使用射线聚焦程度较高的集成透镜后，情况发生了根本的变化。如图26所示，全透镜1放置在辐射源2和患者39之间，其形式为：使第二焦点位于被研究区域内。探测器35和通常一样，位于患者另一侧射线输出方向。射线的焦点，起着潜在的(虚拟的)安置在被研究客体内部的辐射源作用。因此与这种辐射源极小面积相结合，从根本上会减小辐射源的几何模糊度。辐射模糊度U用公式U＝bd/I表示，
式中：b——辐射源面积。
      d——客体到辐射源的距离。
      I——客体到探测器的距离。
  当辐射源位于客体以外，d和I——属于一类，而另一类c，b的模糊度U带辐射源的面积。如果辐射源位于客体内部并紧贴缺陷(这里指的是肿瘤)处，那么d≤1，这就对辐射源模糊度的减少作了注释。由于集成透镜焦点的尺寸较小，模糊度更减小，最终为了获得图象足够的精度，只须很少量的照射即可。
由于焦点能与任何被研究区域内所希望的点相吻合，能够在研究较小客体时，大大简化获得图象的手续。例如，如果必需研究尺寸为1平方厘米的肺部区域，透镜输出端焦点可直接安置在靠近这划分出来的区域。焦点可在这个区域以约等于透镜焦点尺寸的精度移动。例如，焦距为20cm，那么当能量为
50κзв，θκP≈5×10-4弧度时，这个焦点的尺寸为0.1mm。
在图26所示的几何学中，元件40相对地描述了在集成全透镜辐射源2与探测器之间存在着钢性连接。在进行层析X射线成像法研究时，这三个客体作为一个整体，必须加入到将患者定位的仪器的旋转中(可能还有一种方案，即在辐射源2，透镜和探测仪35不固定的情况下，定位装置和患者一起旋转。)
在放射疗法中使用集成透镜时，见图27和图28，得到的结果取决于较高的指标，就象焦点的尺寸，焦距的大小。在相同的条件下，能保证该焦点的尺寸大小。在图27中展示了用于放射疗法的设备，其中使用了点状辐射源2，而在图28中则介绍了平行射线16的辐射源，象原子反应堆或加速器的输出端，它们形成了热能或高热能中子的准平行光束。射线照射到患者39的方向，并在肿瘤41内部聚焦。借助于带有曲线纵轴的透镜(不一定是集成的)，可使中子束脱离反应堆，实现中子束的转变，使其具有方向，并易于在放射治疗的设备中使用。
在放射治疗中，保证对肿瘤高强度照射与对周围组织和皮肤低照射相结合，是一个重要的课题。为此，必须使射线与肿瘤形成较大的角度。这个角度越大，肿瘤周围组织的范围就越广，照射到皮肤表面较大面积的射线在到达肿瘤处之前就已分开。
作为射线聚焦装置，集成透镜，特别是上面所描述的透镜中对照射到管道壁外侧的射线有“挤压”作用，它拥有的特性是对解决以下问题所必须的：它能保证在输出孔与焦距有较大比例时聚焦装置有较高的质量(焦距的特性有助于使聚焦后的射线以较大的角度交叉)。
为在肿瘤上建立较大的斜度所提出的设备能包含几个从不同位置照射到肿瘤上的透镜。为了更加减少皮肤所受到的照射量，透镜系统能够完成保留由透镜形成的交叉点而照射到肿瘤上的光束的移动。
实验表明，在能量不大的情况下，在肿瘤深处5cm的地方有25-30千电子伏的量能超出表面的量。实验中使用了厚度在1-5cm的含水模型。
石印术设备中也可使用所介绍的集成透镜，见示意图29和30。
在图29中介绍的用于接触式石印术中，带有保护层底板的移动装置43直接安置在靠近面罩移动42处。而面罩移动装置安装于集成半透镜14输出端对面，集成半透镜从辐射源2发散的射线中形成准平行射线。在这种情况下特别重要的是准平行射线的同一性，即射线横截面辐射强度的一致性。所以X射线石印术是属于那种必须使用集成透镜而其中的小透镜没有外壳的领域。
投影石印术的设备同其它设备的不同之处是：在面罩移动装置42和带保护层底板的移动装置43之间安装有“瓶状”透镜16，它能把较小的末端引向带保护层底板的移动装置的那一方。该透镜较大一端的尺寸等于半透镜14输出末端的尺寸。拥有用指定的方式定位的“瓶状”透镜16能保证对带保护层底板的图像进行缩小传递。图像规模的缩小程度由透镜输入端口和输出端口直径的比值确定。在透镜的输入端口和输出端口处某些管道(毛细管)的直径比例也是这个数值。既然这个比例可以很大1，那么在使用投影石印术的设备时能够获得较小尺寸的微电子元件。对于在投影石印术设备中使用的“瓶状”透镜16，在比半透镜14还要大的程度上，得到没有外壳的半透镜是很重要的。
在作总结时，必须强调的是：用整石制成的透镜和整体结构小巧精致的透镜转换成作为新一代控制高能量辐射设备的集成透镜，并不是简单地保证使用这些符合透镜本身指标的透镜设备精确度的增长。在很多情况下，这种转变允许创造在实际运用中可以被接受的设备(便于运输的、在侵蚀性环境下适合于密封的、具有可接受的价格等等)。而不论是超限问题、价格问题等透镜本身指标的问题，还是不能使用普通的、便宜的辐射源等问题，在过去都曾经是这种转变的障碍。
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13.美国专利号5175755(发表于92年11月29日)。

Claims (42)

1、一种用于高能量粒子流的集成透镜，其由很多具有完全外部反射的辐射传送管道壁组成，这些管道壁相互接壤，所述管道由进口端定向，其特征在于，所述的集成透镜由许多各种整合级别的小透镜整合而成，每一个较高整合级别的小透镜则由前一整合级别的小透镜整合而成，最低整合级别的小透镜(18)由许多辐射传送管道(5)整合而成，所述的整合是辐射传送管道在管道之间空隙气体环境压力下、管道中较小压力下和为软化材料和熔合相邻辐射传送管道而要求达到的足够温度下共同拉伸塑造成型，所述透镜设有经切割形成的入口端和出口端。
2、根据权利要求1所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述辐射传送管道(5)内壁有一层或几层由相同或不同化学成分组成的涂层。
3、根据权利要求1或2所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为集成半透镜，所述辐射传送管道(5)的一端在焦点方向定向，另一端相互平行且均与光轴平行。
4、根据权利要求1或2所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为瓶状，为带母线的弯曲的旋转体形状，所述辐射传送管道(5)的入口端与出口端均与光轴平行，且透镜入口端和出口端的直径是不同的。
5、根据权利要求1或2所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为全集成透镜，所述辐射传送管道(5)的入口端和出口端相应地定向成第1和第2焦点。
6、根据权利要求5所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述部分辐射传送管道(5)被涂黑。
7、根据权利要求5所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述紧贴光轴的部分不包含辐射传送管道(5)，或该部分辐射传送管道不为指定的辐射所穿透。
8、根据权利要求5所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述辐射传送管道(5)与入口端相邻的一半的管道曲率半径同与出口端相邻的一半的管道曲率半径相比是不相同的。
9、根据权利要求5所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述一个或几个小透镜的辐射传送管道分布于靠近透镜纵轴，在一次完全外部反射时或无反射时，都能完成辐射传送。
10、根据权利要求1或2所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述所有最高整合级别的小透镜都在一个外壳内，该外壳即是集成透镜的外部外壳，而所述其余整合级别的小透镜都没有外壳。
11、根据权利要求10所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为全集成透镜，所述辐射传送管道(5)的入口端和出口端相应地定向成第1和第2焦点。
12、根据权利要求10所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述部分辐射传送管道(5)被涂黑。
13、根据权利要求10所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为集成半透镜，所述辐射传送管道(5)的一端在焦点方向定向，另一端相互平行且均与光轴平行。
14、根据权利要求10所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述集成透镜为瓶状，为带母线的弯曲的旋转体形状，所述辐射传送管道(5)的入口端与出口端均与光轴平行，且透镜入口端和出口端的直径是不同的。
15、根据权利要求11-14中任意一项所述的用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述的透镜的外壳的材料就温度膨胀系数而言与辐射传送管道壁材质相同，或者相接近。
16、根据权利要求15所述用于高能量粒子流的集成透镜，其特征在于，所述的辐射传送管道壁、小透镜的外壳及集成透镜的外壳都是由玻璃、陶土和金属制成。
17、一种用于高能量粒子流的集成透镜的制造方法，包括两次或更多次毛坯的提炼，所述提炼是在第一步先使用毛细管，然后将前一次制成的毛坯填充管状外壳，而接下来的每一次提炼都使用上一阶段制成的半成品且重复前一个阶段的动作，其特征在于，首先，将毛坯放入炉子时，拉伸管状壳，同时保持进炉速度比出炉速度慢，并一直保持这种速度关系，得到直径比在炉子进口处直径小的毛坯，再按长度切割炉中出来的毛坯；将上一阶段取得的毛坯填入与毛坯同时在炉中不断拉伸的管状外壳，保持较出炉速度低的进炉速度，周期性地改变以上两种速度的比例关系，使管状制品出炉时收缩部分连接粗厚部分；然后将该制品按长度切割就能得到所需的集成透镜；上述管状外壳由与毛细管相同材料或与之温度膨胀系数相接近的材料制成，所述填充毛坯的管状外壳拉伸的过程是在气体环境压力下进行的，在这个空间中毛坯间毛坯管道内部的压力较小，并且温度也足以将材料软化和将相邻毛坯熔合。
18、根据权利要求17所述的用于高能量粒子流的集成透镜的制造方法，其特征在于，所述每个阶段毛坯的获得都是通过对毛坯外壳的冲刷酸洗而获得的。
19、根据权利要求17或18所述的用于高能量粒子流的集成透镜的制造方法，其特征在于，为取得全透镜(30)而将从炉中拉伸的成品进行切割的方式是按两个方向进行的，一个是由成品到它粗度的最大横截面的方向，另一个是母线弯曲点的方向。
20、根据权利要求17或18所述的用于高能量粒子流的集成透镜的制造方法，其特征在于，为取得半透镜(31)而将从炉子中拉伸的成品进行切割的方式是在粗度的最大横截面位置按两个方向进行，一个是由成品到横截面方向，另一个是到母线弯曲点的方向。
21、根据权利要求17或18所述的用于高能量粒子流的集成透镜的制造方法，其特征在于，为了取得瓶状透镜而将从炉子中拉伸的成品进行切割方向是在最大粗度的横截面按两个方向，一个是由成品到横截面的方向和另一个弯曲点到横截面的方向，在成品的各个区段形成这个弯曲点，那里它的直径保持不变。
22、一种包含权利要求1所述的集成透镜的分析仪器，包括由中子和带电荷的粒子流组成的辐射源；用于对所研究客体进行定位且所处位置能对最近的辐射源产生作用的定位仪；一个或几个辐射探测器，其所处的位置能使经过被研究客体的射线或客体自身产生的射线足以对它产生作用；一个或几个透镜，其用于变换指定辐射源射线或研究客体产生的射线，这些透镜位于辐射源与被研究客体之间和(或)最后一个研究客体与指定的辐射探测器之间，其特征在于，所述的透镜中，至少有一种透镜是由许多各种整合级别的小透镜整合而成，每一个较高整合级别的小透镜则由前一整合级别的小透镜整合而成，最低整合级别的小透镜(18)由许多辐射传送管道(5)整合而成，所述的整合是辐射传送管道在管道之间空隙气体环境压力下、管道中较小压力下和为软化材料和熔合相邻辐射传送管道而要求达到的足够温度下共同拉伸塑造成型，所述透镜设有经切割形成的入口端和出口端。
23、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，所述几个集成透镜具有共同的焦点，可沿被研究客体的表面和整个范围进行扫描。
24、根据权利要求23所述的分析仪器，其特征在于，位于自被研究客体到控测仪(35)射线途中的透镜能形成准平行光束，在它和探测仪之间安装了晶体单色光镜(36)或多层衍射结构，用来变异它们的位置和投射到它们上的指定的准平行光束的夹角，以便保证对被研究客体产生的各种辐射波实现布列加条件。
25、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，使用了同步加速或作为上述提出的辐射源另一种发出平行光束(17)的辐射源，而位于这个辐射源到被研究客体的射线途中的透镜(14)能聚集这个光束。
26、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，作为辐射源使用了带穿透阳级的微聚焦X光辐射源。
27、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，指定的辐射源由两面两个透镜传送的宽频X光射线组成(14，14’)，以便能够形成准平行光束，在每一个透镜出口和被研究客体的定位仪之间安置一个晶体单色光镜(36，36’)，这里它们中的一个安装成能够放出具有较低波长的射线，而另一个高于元素吸收线，这个元素的存在在被研究客体内校验，在装置中有两个探测仪(35，35’)，每一个位于的位置都在被研究客体的定位仪之后安置，以接收到经过被研究客体的由一个晶体单色光镜形成的射线。
28、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，除了指定的辐射源(2)外，它还包括一个辐射源，两个辐射源都是X光射线的辐射源，这时一个辐射源的射线具有较低波长，而另一个的高于元素吸收线，元素的存在在被研究客体(33)内校验，在每一个辐射和被研究客体的定位仪之间安置一个透镜(14，14’)，以便形成准平行光束，装置中有两个探测仪(35，35’)，每一个的位置都在被研究客体的定位之后安置，以接收到经过被研究客体的由一个透镜形成的射线。
29、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，指定的辐射源(2)是带阳极的X光辐射源，能保证接收两种特征波长的辐射线——低于和高于元素吸收线的，元素的存在在被研究客体中校验，在这个辐射源和被研究客体的定位仪之间安置一个透镜(14)以便形成准平行光束，在这个透镜前和后安置旋转屏幕(37)，所述旋转屏幕带指定波长中一个透明、另一个不透明的被过滤器遮盖的交替窗口。
30、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，在由指定辐射源(2)到被研究客体(33)的射线途中安置了透镜(1)和再生目标(38)，以使所述透镜能聚集再生目标上的辐射源发出的射线。
31、根据权利要求30所述的分析仪器，其特征在于，再生目标和被研究客体的定位仪之间安置第二个透镜，以便能形成准平行射线。
32、根据权利要求30或31所述的分析仪器，其特征在于，再生目标由铍或其它轻金属制成。
33、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，指定的辐射源到被研究客体的射线途中相继安置了透镜(14)单色光镜晶体或多层衍射结构，这里透镜的安装和定向是为了能形成以45℃角投射到单色光镜晶体(36)上的极化的射线，而探测仪(35)放置在与上述被极化射线分布的方向形成90℃角的位置。
34、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，在由指定的辐射源(2)到被研究客体(33)的射线途中安置了透镜和单色光镜晶体(36)，这里透镜的安装和定向是为了能形成以布列格角度投影到单色光镜晶体(36)上的准平行光束，而在被研究客体(33)到探测仪(35)的射线途中安置了与上述相同的单色光镜晶体(36)与它平行，或者稍稍倾斜以保证探测仪测出被研究客体区域相反相位，这此区域具有不同的密度，引起照射到它的射线的不同折射。
35、根据权利要求22所述的分析仪器，其特征在于，所述的指定的辐射源(2)为X光辐射源，所述的被研究客体为人体(39)各部分或器官。
36、根据权利要求35所述的分析仪器，其特征在于，X光辐射源具有钼化的阳极，而所述被研究客体为乳腺。
37、根据权利要求36所述的分析仪器，其特征在于，上述位于由带钼化阳极的X光辐射源(2)到被研究客体(39)的射线途中的透镜(14)能够形成横截面足够同时对整个被研究区域产生作用的准平行光束，而探测器(35)的位置的选择则保证它和被研究客体的间距不少于30cm。
38、根据权利要求36所述的分析仪器，其特征在于，它能做相对交互的旋转运动，从被研究客体的定位仪方向和从另一个辐射源(2)、安装在它和被研究客体定位仪之间的透镜(11)和探测仪的方向，探测仪的出口接通将探测结果进行加工的计算机，这里透镜能聚集被研究客体(39)内辐射源(2)发出的射线。
39、一种包含权利要求1所述的集成透镜的光学治疗仪，包括一个或几个由中子和带电荷的粒子流组成的辐射源(2)；为患者的体位和接受治疗的部位定位的定位仪，该定位仪在每一个上述辐射源和上述定位仪之间安装了一个能将射线聚集在患者肿瘤上的透镜，所述透镜包括以自己的管道壁相互接壤的带完全外部反射的辐射传递管道，这些管道的入口处被定向后能够接受被传递的射线；其特征在于，所述的透镜是由许多各种整合级别的小透镜整合而成，每一个较高整合级别的小透镜则由前一整合级别的小透镜整合而成，最低整合级别的小透镜(18)由许多辐射传送管道(5)整合而成，所述的整合是辐射传送管道在管道之间空隙气体环境压力下、管道中较小压力下  和为软化材料和熔合相邻辐射传送管道而要求达到的足够温度下共同拉伸塑造成型，所述透镜设有经切割形成的入口端和出口端。
40、根据权利要求39所述的光学治疗仪，其特征在于，所述的辐射源为核反应堆或加速器，所述透镜的出口端可形成热中子或超热中子的准平行光束(16)。
41、一种包含权利要求1所述的集成透镜的用于接触式X光石印术的仪器，包括X射线辐射源(2)；用于把分散的指定辐射源的射线变换成准平行式的透镜(14)，所述透镜包括以自己的管道壁相互接壤的带完全外部反射的辐射传递管道；以及屏幕和涂有保护层的底版移动装置；其特征在于，所述的透镜是由许多各种整合级别的小透镜整合而成，每一个较高整合级别的小透镜则由前一整合级别的小透镜整合而成，最低整合级别的小透镜(18)由许多辐射传送管道(5)整合而成，所述的整合是辐射传送管道在管道之间空隙气体环境压力下、管道中较小压力下和为软化材料和熔合相邻辐射传送管道而要求达到的足够温度下共同拉伸塑造成型，所述透镜设有经切割形成的入口端和出口端。
42、一种包含权利要求1所述的集成透镜的X光投影石印术设备，包括X射线辐射源(2)；用于将辐射屏幕(42)的分散指定辐射源的射线变换成准平行式的透镜(14)；用于放置屏幕的装置，用于将屏幕X光成像通过缩小面积仍送到保护层上的透镜(16)；带有保护层的底板放置装置，这里两个指定的透镜均由管道壁相互接壤的带完全外部反射的辐射传递管道组成，其特征在于，所述的透镜是由许多各种整合级别的小透镜整合而成，每一个较高整合级别的小透镜则由前一整合级别的小透镜整合而成，最低整合级别的小透镜(18)由许多辐射传送管道(5)整合而成，所述的整合是辐射传送管道在管道之间空隙气体环境压力下、管道中较小压力下和为软化材料和熔合相邻辐射传送管道而要求达到的足够温度下共同拉伸塑造成型，所述透镜设有经切割形成的入口端和出口端，这里第二透镜的辐射传送管道的输入直径大于输出直径。
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