４枚の形状可変ミラーを用いた硬Ｘ線アダプティブ集光光学系の開発

• Project/Area Number: 15J00656
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Production engineering/Processing studies
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 後藤 拓実 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: X線ミラー / 形状可変ミラー / 圧電素子 / 放射光施設 / X線自由電子レーザー / 精密計測

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，機械曲げ機構と圧電素子駆動型バイモルフミラーを組み合わせたハイブリッド型変形機構を持つ長尺形状可変ミラーの開発に取り組んだ．開発したミラーは，まず機械曲げ機構によりミラー基板両端に異なる曲げモーメントを与え，ミラーを近似的な非球面形状へと変形させ，その後残った高周期の形状誤差を圧電素子駆動型バイモルフミラーにより回折限界集光を達成可能な精度で形状を修正する．このようなシステムをとることで，圧電素子の担う変形量が減るため，圧電素子のドリフト量を減らし，形状の時間安定性が向上する．開発した長尺形状可変ミラーを用いて，変形テストを行ったところ，PV4 nmの精度で楕円形状を創成することに成功した．また，ミラー形状は2時間以上安定していることを確認し，高精度変形かつ長時間の安定性を有するミラーの変形機構の開発に成功した．
開発した長尺形状可変ミラーを用いてSPring-8にて一次元可変集光および，二次元集光実験を行った．一次元可変集光実験は，ミラーの入射角を変更することで，ミラーの開口数を変化させ異なる2つのサイズのX線集光ビームの形成を試みた．明視野ナイフエッジスキャン法により，集光径を評価したところ半値全幅で127 nmと253 nmという回折限界条件と同じサイズの集光ビームの形成に成功した．また，長尺形状可変ミラーを用いてKirkpatrick-Baezミラー集光光学系を構築し，二次元集光実験を行った．集光径の評価を行った結果156 nm (垂直) × 175 nm (水平)の回折限界条件とほぼ同等な大きさのＸ線二次元集光ビームの形成に成功した．また，集光ビームの形成後走査透過型顕微法を用いてＴａ製のスターチャートの計測を行ったところ，1時間の計測中もビームは安定しており，最小で100nmの構造を分解することに成功した．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Simulation and Experimental Study of Wavefront Measurement Accuracy of the Pencil-Beam Method (2016)
  • Author(s): T. Goto, S. Matsuyama, H. Nakamori, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • Journal Title: Synchrotron Radiation News Volume: 29 Issue: 4 Pages: 32-36
  • DOI: 10.1080/08940886.2016.1198674
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nearly diffraction-limited X-ray focusing with variable-numerical-aperture focusing optical system based on four deformable mirrors (2016)
  • Author(s): Satoshi Matsuyama, Hiroki Nakamori, Takumi Goto, Takashi Kimura, Krishna P. Khakurel, Yoshiki Kohmura, Yasuhisa Sano, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Yoshinori Nishino, and Kazuto Yamauchi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 24801-24801
  • DOI: 10.1038/srep24801
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Size-changeable x-ray beam collimation using an adaptive x-ray optical system based on four deformable mirrors (2016)
  • Author(s): T. Goto, S. Matsuyama, H. Nakamori, H. Hayashi, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 9965 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2238794
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hard X-ray nanofocusing using adaptive focusing optics based on piezoelectric deformable mirrors (2015)
  • Author(s): Takumi Goto, Hiroki Nakamori, Takashi Kimura, Yasuhisa Sano, Yoshiki Kohmura, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Kazuto Yamauchi, and Satoshi Matsuyama
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 86 Issue: 4 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1063/1.4916617
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 圧電駆動型ミラーと機械曲げ機構を組み合わせたアダプティブ集光システムによるX線集光ビームの形成 (2018)
  • Author(s): 後藤拓実．松山智至，林宏樹，山口浩之，園山純生，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第31回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] 圧電単結晶を用いた形状可変ミラーの開発 (2018)
  • Author(s): 林宏樹，後藤拓実，松山智至，山口浩之，中森紘基，佐野泰久，山内和人
  • Organizer: 第31回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] 機械曲げ機構と圧電バイモルフミラーによるハイブリッド型形状可変ミラーの開発 (2018)
  • Author(s): 山口浩之，後藤拓実，松山智至，林宏樹，園山純生，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第31回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] 4枚の形状可変ミラーを用いたアダプティブX線光学系による硬X線コリメート光の形成 (2017)
  • Author(s): 後藤拓実，松山智至，林宏樹，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第30回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 兵庫，神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07
• [Presentation] ビームサイズ可変X線集光光学系の開発－形状可変ミラーの形状制御プロセスの改良－ (2017)
  • Author(s): 林宏樹，後藤拓実，中森紘基，松山智至，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第30回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 兵庫，神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07
• [Presentation] 圧電バイモルフミラーと機械曲げ機構を組み合わせたX線集光用システムの開発 (2017)
  • Author(s): 後藤拓実，松山智至，林宏樹，園山純生，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [Presentation] バイモルフ型形状可変ミラーのための低ドリフト制御プロセスの開発 (2017)
  • Author(s): 林宏樹，後藤拓実，山口浩之，中森紘基，松山智至，佐野泰久，山内和人
  • Organizer: "2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [Presentation] 圧電バイモルフミラーと機械曲げ機構を組み合わせたハイブリッド型形状可変ミラーによる硬X線集光ビームの形成 (2017)
  • Author(s): 山口浩之，後藤拓実，林宏樹，松山智至，園山純基，秋山和輝，中森紘基，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第14回X線結像光学シンポジウム
• [Presentation] Development of an adaptive x-ray focusing system based on the combination of piezoelectric bimorph mirror and mirror bender (2017)
  • Author(s): T. Goto, S. Matsuyama, H. Hayashi, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, and K. Yamauchi
  • Organizer: International conference on X-ray optics and applications 2017 (XOPT'17) in OPIC2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of hybrid adaptive x-ray focusing system based on piezoelectric bimorph mirror and mirror bender (2017)
  • Author(s): T. Goto, S. Matsuyama, H. Hayashi, J. Sonoyama, K. Akiyama, H. Nakamori, Y. Sano, and K. Yamauchi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics 2017
• [Presentation] Development of an x-ray adaptive optical system using four deformable mirrors for focusing and collimating (2016)
  • Author(s): T. Goto, S. Matsuyama, H. Nakamori, H. Hayashi, T. Kimura, K. P. Khakurel, Y. Kohmura, Y. Sano, M. Yabashi, T. Ishikawa, Y. Nishino, and K. Yamauchi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics2016
  • Place of Presentation: San Diego Convention Ceter, California, US
  • Year and Date: 2016-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Two-stage Adaptive X-ray Focusing System using Four Piezoelectric Deformable Mirrors (2016)
  • Author(s): T. Goto, H. Nakamori, S. Matsuyama, H. Hayashi, T. Kimura, K. P. Khakurel, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, Y. Nishino, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • Organizer: 13th International Conference on X-ray Microscopy (XRM2016)
  • Place of Presentation: University of Oxford, Oxford, UK
  • Year and Date: 2016-08-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Size-controllable X-ray beam collimation using a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirror system based on piezoelectric deformable mirrors (2016)
  • Author(s): T. Goto, H. Nakamori, S. Matsuyama, H. Hayashi, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • Organizer: International Conference on X-ray Optics, Detectors, Sources, and their Applications 2016 (XOPT2016)
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
  • Year and Date: 2016-05-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A variable-numerical-aperture x-ray focusing system using a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirrors based on piezo electric deformable mirrors (2016)
  • Author(s): H. Hayashi, T. Goto, H. Nakamori, S. Matsuyama, T. Kimura, K. P. Khakurel, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, Y. Nishino, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
  • Organizer: International Conference on X-ray Optics, Detectors, Sources, and their Applications 2016 (XOPT2016)
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
  • Year and Date: 2016-05-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-situ slope error measurement for adaptive hard x-ray focusing optics (2016)
  • Author(s): T. Goto
  • Organizer: Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies (AOMATT2016)
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Year and Date: 2016-04-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二段アダプティブKBミラー光学系を用いた硬X線平行ビームの形成 (2016)
  • Author(s): 後藤拓実，中森紘基，松山智至，佐野泰久，香村芳樹，矢橋牧名，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 2016年度精密工学会春季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 千葉，東京理科大学野田キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-16
• [Presentation] 形状可変ミラーによる二段 KB ミラー集光光学系を用いた任意サイズ硬 X 線集光ビームの形成 (2016)
  • Author(s): 後藤拓実，中森紘基，松山智至，木村隆志，Krishna Prasad Khakurel，佐野泰久，香村芳樹，西野吉則，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 第29回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉，東京大学柏の葉キャンパス
  • Year and Date: 2016-01-10
• [Presentation] Development of a two-stage adaptive Kirkpatrick-Baez mirror system for hard x-ray focusing using piezoelectric deformable mirrors (2015)
  • Author(s): Takumi Goto, Hiroki Nakamori, Satoshi Matsuyama, Takashi Kimura, Krishna P. Khakurel, Yasuhisa Sano, Yoshiki Kohmura, Makina Yabashi, Yoshinori Nishino, Tetsuya Ishikawa and Kazuto Yamauchi
  • Organizer: The 13th Symposium on X-ray Imaging Optics
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2015-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 形状可変ミラーを用いた二段Kirkpatrick-Baezミラー集光光学系による硬X線集光ビームの形成 -開口数制御による任意集光ビーム径の実現- (2015)
  • Author(s): 後藤拓実，中森紘基，松山智至，木村隆志，Khakurel Krishna，佐野泰久，香村芳樹，西野吉則，石川哲也，山内和人
  • Organizer: 2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 宮城，東北大学川内北キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-05
• [Presentation] Development of an adaptive K-B mirror for hard x-ray nanofocusing using piezoelectric deformable mirrors (2015)
  • Author(s): Takumi Goto, Satoshi Matsuyama, Hiroki Nakamori, Takashi Kimura, Yasuhisa Sano, Yoshiki Kohmura, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa and Kazuto Yamauchi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, US
  • Year and Date: 2015-08-11
  • Int'l Joint Research