一種x射線探測和成像系統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的雙鏡式探測分析方法，包括以下步驟：（1）首先調整雙鏡鏡筒，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的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結果；（2）經步驟（1）得到初級檢測分析結果；（3）調整雙鏡鏡筒，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，得到二級檢測結果。本發明獲得高微區分辨率的同時、分辨率在線調節。
【專利說明】ー種X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及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的探測分析方法。
【背景技術】
[0002]自從1895年倫琴發現X射線以來，X射線所具有的獨特的特性就使得它在醫學和エ業探傷領域發揮了巨大的作用。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部結構。近年來，隨著X射線輻射源和X射線光學元器件的發展，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(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(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的分辨率，使其達到微米、亞微米甚至納米量級，能實現亞微米甚至納米量級X射線探測聚焦微束的光學結構是核心技術問題。
【發明內容】
[0003]為了克服已有X射線探測和成像系統的探測分析技術的微區分辨率較低、分辨率不能在線調節、不能實現分級檢測的不足，本發明提供ー種獲得高微區分辨率的同時、分辨率在線調節的X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法。
[0004]本發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的雙鏡式探測分析方法，實現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，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小；所述雙鏡式探測分析方法包括以下步驟:[0006]( I)首先調整雙鏡鏡筒，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的X射線光管所發出的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的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結果；
[0008](2)經步驟(I)得到初級檢測分析結果，判斷是否需要對目標進行精細結構的探測分析，如果需要，進入步驟(3)；
[0009](3)調整雙鏡鏡筒，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的X射線光管所發出的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的X射線探測器進行探測分析，得到ニ級檢測結果。
[0011]進ー步，所述雙鏡鏡筒內安裝至少兩個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)經步驟(3)得到ニ級檢測結果，對結果進行分析，判斷是否需要調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果。
[0015]所述步驟(I)中，對于X射線熒光分析系統而言，所述第一 X射線組合折射透鏡對X射線光管發射的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光路的機械調整機構上；所述步驟(3)中，移出移入動作和精度由所述雙鏡機械調整機構決定。
[0018]本發明的技術構思為-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、可批量加工的優點，適合高探測分辨率的X射線探測和成像系統；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，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光路，因此所形成的探測裝置結構緊湊、尺寸小、重量輕。
[0019]本發明的有益效果主要表現在: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合，能夠實現對被檢目標的更高精度的精細結構分析；2、通過發明雙鏡式光學結構，X射線探測和成像系統可以實現對被檢目標宏觀和細節同時檢測的目的；3、實現了探測分辨率在線實時調節；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光路，因此所形成的探測系統結構緊湊、尺寸小、重量輕。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1-1是本發明一種用于X射線探測和成像系統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是雙鏡機械調整機構。
[0021]圖1-2是本發明一種用于X射線探測和成像系統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是本發明一種基于雙鏡式探測光學結構的X射線探測和成像系統的示意圖，其中，5是X射線光管，6是X射線探測器。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作進ー步描述。
[0025]參照圖1?圖3，ー種X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法，實現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，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發出的X射線光有比較大的發散角，因此首先調整雙鏡鏡筒，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射線熒光分析系統而言，第一 X射線組合折射透鏡I對X射線光管5發射的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)經步驟(I)得到初級檢測分析結果，判斷是否需要對目標進行精細結構的探測分析，如果需要，進入步驟(3)。
[0028](3)調整雙鏡鏡筒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)經步驟(3)得到ニ級檢測結果，對結果進行分析，判斷是否需要調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進行分析處理。
[0032]所述ー種用于X射線探測和成像系統的雙鏡式探測光學結構，沿光軸方向可以進行調節，形成多種物象關系，以適應對被檢目標不同區域的探測和成像。
[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光路的機械調整機構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起來。
[0035]再進ー步，所述雙鏡鏡筒3內安裝至少兩個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，所述機械調整機構4與雙鏡鏡筒3的中心軸聯動。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，通過轉動，可以調節相互的位置，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光路；當然，也可以采用其他的調節方式。
[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]所述雙鏡機械調整機構4，與所述雙鏡鏡筒3連接，用于通過機械旋轉將所述第一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；對于X射線顯微系統而言，X射線跨接式組合折射透鏡2能夠對更小尺寸的物體進行顯微成像。
[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之間的光學參數必須匹配，以便使二者相結合對被測目標進行宏觀和細節的分級檢測，所述第一 X射線組合折射透鏡I實現初級檢測，分辨率較低，所述X射線跨接式組合折射透鏡2實現精細結構檢測，具有更高的分辨率；同時二者的結合可以實現探測分辨率的在線動態調節。
[0042]所述光學參數的匹配通過下列理論公式進行設計計算實現:
[0043]焦距
【權利要求】
1.ー種X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:實現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，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小；所述雙鏡式探測分析方法包括以下步驟: (1)首先調整雙鏡鏡筒，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的X射線光管所發出的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的X射線探測器進行探測分析，得到初步檢測分析結果； (2)經步驟(I)得到初級檢測分析結果，判斷是否需要對目標進行精細結構的探測分析，如果需要，進入步驟(3); (3)調整雙鏡鏡筒，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的X射線光管所發出的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的X射線探測器進行探測分析，得到ニ級檢測結果。
2.如權利要求1所述的X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述雙鏡鏡筒內安裝至少兩個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)經步驟(3)得到ニ級檢測結果，對結果進行分析，判斷是否需要調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果。
3.如權利要求1或2所述的X射線探測和成像系統的雙鏡式探測分析方法，其特征在于:所述步驟(I)中，對于X射線熒光分析系統而言，所述第一 X射線組合折射透鏡對X射線光管發射的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光路的機械調整機構 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 優先權日:2013年8月19日
【發明者】樂孜純, 董文 申請人:浙江工業大學