一種x射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法
【專利摘要】一種X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，包括以下步驟：（1）首先調(diào)整雙鏡鏡筒，將第一X射線組合折射透鏡移入光路，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到第一X射線組合折射透鏡的入射口徑處；接著，從第一X射線組合折射透鏡出射的X射線光束傳輸入X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結(jié)果；（2）經(jīng)步驟（1）得到初級檢測分析結(jié)果；（3）調(diào)整雙鏡鏡筒，將第一X射線組合折射透鏡移出光路，同時將一個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，重復步驟（1）針對第一X射線組合折射透鏡的操作，得到二級檢測結(jié)果。本發(fā)明獲得高微區(qū)分辨率的同時、分辨率在線調(diào)節(jié)。
【專利說明】ー種X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及X射線探測和成像領域，尤其是ー種X射線探測和成像系統(tǒng)的探測分析方法。
【背景技術】
[0002]自從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，X射線所具有的獨特的特性就使得它在醫(yī)學和エ業(yè)探傷領域發(fā)揮了巨大的作用。X射線所具有的獨特的特性是指:x射線輻射光子能量越高，波長就越短，而其相應的X射線診斷系統(tǒng)的分辨率就越高；同時X射線所具有的大穿透深度，可以無損地觀測各種樣本的不透明的內(nèi)部結(jié)構。近年來，隨著X射線輻射源和X射線光學元器件的發(fā)展，X射線探測和成像技術向著更高的分辨率和更好的無損性的方向發(fā)展，比如，用于樣本中元素分布測量的X射線熒光微層析實驗系統(tǒng)(C.u Schroer, Reconstructing x-ray fluorescence microtomograms, App1.Phys.Lett.，79 (2001): 1912-1914)，以及用于單細胞檢測的X射線實驗系統(tǒng)(S.Bohic, etal.，ynchrontron hard x-ray microprobe: Fluorescence imaging 01 singlecells, App1.Phys.Lett.，78 (2001): 3544-3546)等。X射線探測和成像裝置主要包括X射線顯微鏡、X射線微探針、X射線衍射儀、X射線散射儀、X射線反射儀、X射線層析術、X射線投影光刻裝置等等。要進ー步提高上述探測和成像系統(tǒng)的分辨率，使其達到微米、亞微米甚至納米量級，能實現(xiàn)亞微米甚至納米量級X射線探測聚焦微束的光學結(jié)構是核心技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有X射線探測和成像系統(tǒng)的探測分析技術的微區(qū)分辨率較低、分辨率不能在線調(diào)節(jié)、不能實現(xiàn)分級檢測的不足，本發(fā)明提供ー種獲得高微區(qū)分辨率的同時、分辨率在線調(diào)節(jié)的X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]ー種X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，實現(xiàn)該方法的雙鏡式探測光學部件包括雙鏡鏡筒、X射線跨接式組合折射透鏡和第一 X射線組合折射透鏡，所述X射線跨接式組合折射透鏡包括第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡，所述第二 X射線組合折射透鏡與所述第一 X射線組合折射透鏡具有相同的入射口徑，所述第二 X射線組合折射透鏡出射端與所述第三X射線組合折射透鏡的入射端連接；所述X射線跨接式組合折射透鏡、第一 X射線組合折射透鏡位于所述雙鏡鏡筒內(nèi)，所述X射線跨接式組合折射透鏡的光軸與第一 X射線組合折射透鏡的光軸平行，所述X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸比第一 X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸?。凰鲭p鏡式探測分析方法包括以下步驟:[0006]( I)首先調(diào)整雙鏡鏡筒，將所述第一 X射線組合折射透鏡移入光路，使得X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線光管所發(fā)出的X射線光束的光軸與第一 X射線組合折射透鏡的光軸重合，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到第一 X射線組合折射透鏡的入射口徑處；
[0007]接著，從所述第一 X射線組合折射透鏡出射的X射線光束傳輸入X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結(jié)果；
[0008](2)經(jīng)步驟(I)得到初級檢測分析結(jié)果，判斷是否需要對目標進行精細結(jié)構的探測分析，如果需要，進入步驟(3)；
[0009](3)調(diào)整雙鏡鏡筒，將所述第一 X射線組合折射透鏡移出光路，同時將ー個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，使得X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線光管所發(fā)出的X射線光束的光軸與X射線跨接式組合折射透鏡的光軸重合，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到X射線跨接式組合折射透鏡的入射口徑處；
[0010]接著，從所述X射線跨接式組合折射透鏡出射的X射線光束傳輸入X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線探測器進行探測分析，得到ニ級檢測結(jié)果。
[0011]進ー步，所述雙鏡鏡筒內(nèi)安裝至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡和I個第一 X射線組合折射透鏡，至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸由大到小分級；所述雙鏡式探測分析方法還包括以下步驟:
[0012](4)經(jīng)步驟(3)得到ニ級檢測結(jié)果，對結(jié)果進行分析，判斷是否需要調(diào)整不同的探測分辨率，對被檢目標進行進ー步的分析，如果需要，進入步驟(5)；
[0013](5)調(diào)整雙鏡鏡筒，另ー個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸比所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸小，將所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡移出光路，同時將所述另ー個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，重復步驟(3)針對所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡的操作，得到三級檢測結(jié)果；
[0014](6)依次類推逐級增加探測分辨率，直到檢測得到針對被檢目標的滿意的檢測結(jié)果。
[0015]所述步驟(I)中，對于X射線熒光分析系統(tǒng)而言，所述第一 X射線組合折射透鏡對X射線光管發(fā)射的X射線光束聚焦，形成探測光斑對被檢樣品進行分析。
[0016]所述步驟(I)中，對于X射線顯微系統(tǒng)而言，須將被檢目標放置在X射線光管與X射線組合折射透鏡之間，利用所述第一 X射線組合折射透鏡的光學原理進行顯微放大。
[0017]所述雙鏡式探測光學部件還包括雙鏡機械調(diào)整機構，所述雙鏡鏡筒安裝在用以將X射線跨接式組合折射透鏡或第一 X射線組合折射透鏡移出或移入X射線探測和成像系統(tǒng)光路的機械調(diào)整機構上；所述步驟(3)中，移出移入動作和精度由所述雙鏡機械調(diào)整機構決定。
[0018]本發(fā)明的技術構思為-X射線組合折射透鏡是ー種基于折射效應的新型X射線聚焦器件，其理論聚焦光斑尺寸可達納米量級，實際測試所得聚焦光斑尺寸通常在幾個微米，并具有尺寸小、制作エ藝簡單、魯棒性好、可批量加工的優(yōu)點，適合高探測分辨率的X射線探測和成像系統(tǒng)；其次，X射線組合折射透鏡覆蓋的光子能量非常寬，因此基于它構架X射線探測和成像系統(tǒng)，適用于多種應用場合；最后由于其基于折射效應，因此在對X射線束聚焦時不需要折轉(zhuǎn)光路，因此所形成的探測裝置結(jié)構緊湊、尺寸小、重量輕。
[0019]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、采用X射線組合折射透鏡作為聚焦和成像器件，本身就可以達到更高的探測分辨率，再與X射線跨接式組合折射透鏡相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對被檢目標的更高精度的精細結(jié)構分析；2、通過發(fā)明雙鏡式光學結(jié)構，X射線探測和成像系統(tǒng)可以實現(xiàn)對被檢目標宏觀和細節(jié)同時檢測的目的；3、實現(xiàn)了探測分辨率在線實時調(diào)節(jié)；4、探測雙鏡基于折射效應工作，在對X射線束聚焦時不需要折轉(zhuǎn)光路，因此所形成的探測系統(tǒng)結(jié)構緊湊、尺寸小、重量輕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1-1是本發(fā)明一種用于X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測光學部件的正視圖，其中，I是X射線組合折射透鏡，2是X射線跨接式組合折射透鏡，3是雙鏡鏡筒，4是雙鏡機械調(diào)整機構。
[0021]圖1-2是本發(fā)明一種用于X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測光學部件的俯視圖。
[0022]圖2是X射線跨接式組合折射透鏡的示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一種基于雙鏡式探測光學結(jié)構的X射線探測和成像系統(tǒng)的示意圖，其中，5是X射線光管，6是X射線探測器。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步描述。
[0025]參照圖1?圖3，ー種X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，實現(xiàn)該方法的雙鏡式探測光學部件包括雙鏡鏡筒3、X射線跨接式組合折射透鏡2和第一 X射線組合折射透鏡1，所述X射線跨接式組合折射透鏡2包括第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡，所述第二 X射線組合折射透鏡與所述第一 X射線組合折射透鏡具有相同的入射口徑，所述第二X射線組合折射透鏡出射端與所述第三X射線組合折射透鏡的入射端連接；所述X射線跨接式組合折射透鏡2、第一 X射線組合折射透鏡I位于所述雙鏡鏡筒3內(nèi)，所述X射線跨接式組合折射透鏡2的光軸與第一 X射線組合折射透鏡I的光軸平行，所述X射線跨接式組合折射透鏡2的聚焦光斑尺寸比第一 X射線組合折射透鏡I的聚焦光斑尺寸小；所述雙鏡式探測分析方法，包括以下步驟:
[0026]( I)從X射線光管5發(fā)出的X射線光有比較大的發(fā)散角，因此首先調(diào)整雙鏡鏡筒，將所述第一 X射線組合折射透鏡I移入光路，使得X射線光管所發(fā)出的X射線光束的光軸與第一 X射線組合折射透鏡I的光軸重合，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到第一 X射線組合折射透鏡I的入射口徑處。從所述第一X射線組合折射透鏡I出射的X射線光束傳輸入X射線探測器6進行探測分析。對于X射線熒光分析系統(tǒng)而言，第一 X射線組合折射透鏡I對X射線光管5發(fā)射的X射線光束聚焦，形成探測光斑對被檢樣品進行分析；對于X射線顯微系統(tǒng)而言，須將被檢目標放置在X射線光管5與第一 X射線組合折射透鏡I之間，利用X射線組合折射透鏡的光學原理進行顯微放大。
[0027](2)經(jīng)步驟(I)得到初級檢測分析結(jié)果，判斷是否需要對目標進行精細結(jié)構的探測分析，如果需要，進入步驟(3)。
[0028](3)調(diào)整雙鏡鏡筒3，將所述第一 X射線組合折射透鏡I移出光路，同時將所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡2移入光路，移出移入動作和精度由所述雙鏡機械調(diào)整機構決定，重復步驟(I)針對所述第一 X射線組合折射透鏡I的操作。
[0029](4)經(jīng)步驟(3)得到ニ級檢測結(jié)果，對結(jié)果進行分析，判斷是否需要調(diào)整不同的探測分辨率，對被檢目標進行進ー步的分析，如果需要，進入步驟(5)。
[0030](5)調(diào)整雙鏡鏡筒3，將所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡2移出光路，同時將所述另ー個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，移出移入動作和精度由所述雙鏡機械調(diào)整機構決定，重復步驟(I)針對所述X射線組合折射透鏡的操作，直到利用不同的探測分辨率檢測得到針對被檢目標的滿意的檢測結(jié)果。
[0031]所述探測分析過程，需要使用標準X射線信號和信息處理系統(tǒng)進行分析處理。
[0032]所述ー種用于X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測光學結(jié)構，沿光軸方向可以進行調(diào)節(jié)，形成多種物象關系，以適應對被檢目標不同區(qū)域的探測和成像。
[0033]所述雙鏡式探測光學部件還包括雙鏡機械調(diào)整機構4，所述雙鏡鏡筒3安裝在用以將X射線跨接式組合折射透鏡2或第一 X射線組合折射透鏡I移出或移入X射線探測和成像系統(tǒng)光路的機械調(diào)整機構4上。
[0034]進ー步，所述第二 X射線組合折射透鏡出射端制作有微結(jié)構連接銷，所述第三X射線組合折射透鏡的入射口徑與所述第二X射線組合折射透鏡的出射口徑匹配，所述第三X射線組合折射透鏡的入射端制作有與所述微結(jié)構連接銷適配的銷孔，以便于將所述第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡接續(xù)起來。
[0035]再進ー步，所述雙鏡鏡筒3內(nèi)安裝至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡2和ー個第一 X射線組合折射透鏡I。例如可以配置為ー個第一 X射線組合折射透鏡I和三個X射線跨接式組合折射透鏡2，三個X射線跨接式組合折射透鏡2的聚焦光斑尺寸處于不同等級，當然，也可以采用其他組合。至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡2的聚焦光斑尺寸由大到小分級。
[0036]更進一歩，至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡和ー個第一 X射線組合折射透鏡的光軸位于所述雙鏡鏡筒3的同心圓上，所述機械調(diào)整機構4與雙鏡鏡筒3的中心軸聯(lián)動。由于X射線跨接式組合折射透鏡和第一 X射線組合折射透鏡位于同心圓上，通過轉(zhuǎn)動，可以調(diào)節(jié)相互的位置，通過雙鏡鏡筒將X射線跨接式組合折射透鏡或第一 X射線組合折射透鏡雙鏡移出或移入X射線探測和成像系統(tǒng)光路；當然，也可以采用其他的調(diào)節(jié)方式。
[0037]本實施例中，采用第一 X射線組合折射透鏡I和X射線跨接式組合折射透鏡2組成雙鏡，所述第一 X射線組合折射透鏡I作為初級X射線聚焦和成像器件，對從X射線光源(包括同步輻射線束和X射線光管)出射的X射線光束進行一次聚焦；所述X射線跨接式組合折射透鏡2，由第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡接續(xù)構成，所述第ニ X射線組合折射透鏡與所述X射線組合折射透鏡具有相同的入射口徑，出射口徑端制作有微結(jié)構連接銷，所述第三X射線組合折射透鏡的入射口徑與所述第二 X射線組合折射透鏡的出射口徑匹配，入射端ロ制作有與所述微結(jié)構連接銷適配的銷孔，以便于將所述第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡接續(xù)起來。
[0038]所述雙鏡鏡筒3是用于裝配所述第一 X射線組合折射透鏡I和X射線跨接式組合折射透鏡2的機械器件。
[0039]所述雙鏡機械調(diào)整機構4，與所述雙鏡鏡筒3連接，用于通過機械旋轉(zhuǎn)將所述第一X射線組合折射透鏡I或者X射線跨接式組合折射透鏡2移出或者移入X射線探測和成像系統(tǒng)光路。
[0040]所述第一 X射線組合折射透鏡I的聚焦光斑尺寸大于所述X射線跨接式組合折射透鏡2，即對于X射線熒光分析系統(tǒng)而言，X射線跨接式組合折射透鏡2能夠分析比所述第一 X射線組合折射透鏡I更加微小的樣品微區(qū)；對于X射線顯微系統(tǒng)而言，X射線跨接式組合折射透鏡2能夠?qū)Ω〕叽绲奈矬w進行顯微成像。
[0041]所述第一 X射線組合折射透鏡I和所述X射線跨接式組合折射透鏡2之間的光學參數(shù)必須匹配，以便使二者相結(jié)合對被測目標進行宏觀和細節(jié)的分級檢測，所述第一 X射線組合折射透鏡I實現(xiàn)初級檢測，分辨率較低，所述X射線跨接式組合折射透鏡2實現(xiàn)精細結(jié)構檢測，具有更高的分辨率；同時二者的結(jié)合可以實現(xiàn)探測分辨率的在線動態(tài)調(diào)節(jié)。
[0042]所述光學參數(shù)的匹配通過下列理論公式進行設計計算實現(xiàn):
[0043]焦距
【權利要求】
1.ー種X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:實現(xiàn)該方法的雙鏡式探測光學部件包括雙鏡鏡筒、X射線跨接式組合折射透鏡和第一 X射線組合折射透鏡，所述X射線跨接式組合折射透鏡包括第二 X射線組合折射透鏡和第三X射線組合折射透鏡，所述第二 X射線組合折射透鏡與所述第一 X射線組合折射透鏡具有相同的入射口徑，所述第二 X射線組合折射透鏡出射端與所述第三X射線組合折射透鏡的入射端連接；所述X射線跨接式組合折射透鏡、第一 X射線組合折射透鏡位于所述雙鏡鏡筒內(nèi)，所述X射線跨接式組合折射透鏡的光軸與第一 X射線組合折射透鏡的光軸平行，所述X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸比第一 X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸?。凰鲭p鏡式探測分析方法包括以下步驟: (1)首先調(diào)整雙鏡鏡筒，將所述第一X射線組合折射透鏡移入光路，使得X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線光管所發(fā)出的X射線光束的光軸與第一 X射線組合折射透鏡的光軸重合，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到第一 X射線組合折射透鏡的入射口徑處； 接著，從所述第一 X射線組合折射透鏡出射的X射線光束傳輸入X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結(jié)果； (2)經(jīng)步驟(I)得到初級檢測分析結(jié)果，判斷是否需要對目標進行精細結(jié)構的探測分析，如果需要，進入步驟(3); (3)調(diào)整雙鏡鏡筒，將所述第一X射線組合折射透鏡移出光路，同時將ー個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，使得 X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線光管所發(fā)出的X射線光束的光軸與X射線跨接式組合折射透鏡的光軸重合，讓X射線光管發(fā)出的X射線光束照射到X射線跨接式組合折射透鏡的入射口徑處； 接著，從所述X射線跨接式組合折射透鏡出射的X射線光束傳輸入X射線探測和成像系統(tǒng)的X射線探測器進行探測分析，得到ニ級檢測結(jié)果。
2.如權利要求1所述的X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述雙鏡鏡筒內(nèi)安裝至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡和I個第一X射線組合折射透鏡，至少兩個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸由大到小分級；所述雙鏡式探測分析方法還包括以下步驟: (4)經(jīng)步驟(3)得到ニ級檢測結(jié)果，對結(jié)果進行分析，判斷是否需要調(diào)整不同的探測分辨率，對被檢目標進行進ー步的分析，如果需要，進入步驟(5)； (5)調(diào)整雙鏡鏡筒，另ー個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸比所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸小，將所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡移出光路，同時將所述另ー個X射線跨接式組合折射透鏡移入光路，重復步驟(3)針對所述ー個X射線跨接式組合折射透鏡的操作，得到三級檢測結(jié)果； (6)依次類推，逐級增加探測分辨率，直到檢測得到針對被檢目標的滿意的檢測結(jié)果。
3.如權利要求1或2所述的X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述步驟(I)中，對于X射線熒光分析系統(tǒng)而言，所述第一 X射線組合折射透鏡對X射線光管發(fā)射的X射線光束聚焦，形成探測光斑對被檢樣品進行分析。
4.如權利要求1或2所述的X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述步驟(I)中，對于X射線顯微系統(tǒng)而言，須將被檢目標放置在X射線光管與X射線組合折射透鏡之間，利用所述第一 X射線組合折射透鏡的光學原理進行顯微放大。
5.如權利要求1或2所述的X射線探測和成像系統(tǒng)的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述雙鏡式探測光學部件還包括雙鏡機械調(diào)整機構，所述雙鏡鏡筒安裝在用以將X射線跨接式組合折射透鏡或第一 X射線組合折射透鏡移出或移入X射線探測和成像系統(tǒng)光路的機械調(diào)整機構 上；所述步驟(3)中，移出移入動作和精度由所述雙鏡機械調(diào)整機構決定。
【文檔編號】G01N23/223GK103454290SQ201310361429
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權日:2013年8月19日
【發(fā)明者】樂孜純, 董文 申請人:浙江工業(yè)大學