一种x射线探测和成像系统的双镜式探测分析方法
【专利摘要】一种X射线探测和成像系统的双镜式探测分析方法，包括以下步骤：（1）首先调整双镜镜筒，将第一X射线组合折射透镜移入光路，让X射线光管发出的X射线光束照射到第一X射线组合折射透镜的入射口径处；接着，从第一X射线组合折射透镜出射的X射线光束传输入X射线探测和成像系统的X射线探测器进行探测分析，得到初步检测分析结果；（2）经步骤（1）得到初级检测分析结果；（3）调整双镜镜筒，将第一X射线组合折射透镜移出光路，同时将一个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，重复步骤（1）针对第一X射线组合折射透镜的操作，得到二级检测结果。本发明获得高微区分辨率的同时、分辨率在线调节。
【专利说明】ー种X射线探测和成像系统的双镜式探测分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及X射线探测和成像领域，尤其是ー种X射线探测和成像系统的探測分析方法。
【背景技术】
[0002]自从1895年伦琴发现X射线以来，X射线所具有的独特的特性就使得它在医学和エ业探伤领域发挥了巨大的作用。X射线所具有的独特的特性是指:x射线辐射光子能量越高，波长就越短，而其相应的X射线诊断系统的分辨率就越高；同时X射线所具有的大穿透深度，可以无损地观测各种样本的不透明的内部结构。近年来，随着X射线辐射源和X射线光学元器件的发展，X射线探测和成像技术向着更高的分辨率和更好的无损性的方向发展，比如，用于样本中元素分布测量的X射线荧光微层析实验系统(C.u Schroer, Reconstructing x-ray fluorescence microtomograms, App1.Phys.Lett.，79 (2001): 1912-1914)，以及用于单细胞检测的X射线实验系统(S.Bohic, etal.，ynchrontron hard x-ray microprobe: Fluorescence imaging 01 singlecells, App1.Phys.Lett.，78 (2001): 3544-3546)等。X射线探测和成像装置主要包括X射线显微镜、X射线微探针、X射线衍射仪、X射线散射仪、X射线反射仪、X射线层析术、X射线投影光刻装置等等。要进ー步提高上述探測和成像系统的分辨率，使其达到微米、亚微米甚至纳米量级，能实现亚微米甚至纳米量级X射线探测聚焦微束的光学结构是核心技术问题。
【发明内容】
[0003]为了克服已有X射线探测和成像系统的探測分析技术的微区分辨率较低、分辨率不能在线调节、不能实现分级检测的不足，本发明提供ー种获得高微区分辨率的同时、分辨率在线调节的X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]ー种X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，实现该方法的双镜式探測光学部件包括双镜镜筒、X射线跨接式组合折射透镜和第一 X射线组合折射透镜，所述X射线跨接式组合折射透镜包括第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜，所述第二 X射线组合折射透镜与所述第一 X射线组合折射透镜具有相同的入射口径，所述第二 X射线组合折射透镜出射端与所述第三X射线组合折射透镜的入射端连接；所述X射线跨接式组合折射透镜、第一 X射线组合折射透镜位于所述双镜镜筒内，所述X射线跨接式组合折射透镜的光轴与第一 X射线组合折射透镜的光轴平行，所述X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸比第一 X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸小；所述双镜式探測分析方法包括以下步骤:[0006]( I)首先调整双镜镜筒，将所述第一 X射线组合折射透镜移入光路，使得X射线探测和成像系统的X射线光管所发出的X射线光束的光轴与第一 X射线组合折射透镜的光轴重合，让X射线光管发出的X射线光束照射到第一 X射线组合折射透镜的入射口径处；
[0007]接着，从所述第一 X射线组合折射透镜出射的X射线光束传输入X射线探测和成像系统的X射线探测器进行探測分析，得到初步检测分析结果；
[0008](2)经步骤(I)得到初级检测分析结果，判断是否需要对目标进行精细结构的探測分析，如果需要，进入步骤(3)；
[0009](3)调整双镜镜筒，将所述第一 X射线组合折射透镜移出光路，同时将ー个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，使得X射线探测和成像系统的X射线光管所发出的X射线光束的光轴与X射线跨接式组合折射透镜的光轴重合，让X射线光管发出的X射线光束照射到X射线跨接式组合折射透镜的入射口径处；
[0010]接着，从所述X射线跨接式组合折射透镜出射的X射线光束传输入X射线探测和成像系统的X射线探测器进行探測分析，得到ニ级检测結果。
[0011]进ー步，所述双镜镜筒内安装至少两个X射线跨接式组合折射透镜和I个第一 X射线组合折射透镜，至少两个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸由大到小分级；所述双镜式探測分析方法还包括以下步骤:
[0012](4)经步骤(3)得到ニ级检测结果，对结果进行分析，判断是否需要调整不同的探测分辨率，对被检目标进行进ー步的分析，如果需要，进入步骤(5)；
[0013](5)调整双镜镜筒，另ー个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸比所述ー个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸小，将所述ー个X射线跨接式组合折射透镜移出光路，同时将所述另ー个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，重复步骤(3)针对所述ー个X射线跨接式组合折射透镜的操作，得到三级检测结果；
[0014](6)依次类推逐级增加探测分辨率，直到检测得到针对被检目标的满意的检测结果。
[0015]所述步骤(I)中，对于X射线荧光分析系统而言，所述第一 X射线组合折射透镜对X射线光管发射的X射线光束聚焦，形成探測光斑对被检样品进行分析。
[0016]所述步骤(I)中，对于X射线显微系统而言，须将被检目标放置在X射线光管与X射线组合折射透镜之间，利用所述第一 X射线组合折射透镜的光学原理进行显微放大。
[0017]所述双镜式探測光学部件还包括双镜机械调整机构，所述双镜镜筒安装在用以将X射线跨接式组合折射透镜或第一 X射线组合折射透镜移出或移入X射线探测和成像系统光路的机械调整机构上；所述步骤(3)中，移出移入动作和精度由所述双镜机械调整机构决定。
[0018]本发明的技术构思为-X射线组合折射透镜是ー种基于折射效应的新型X射线聚焦器件，其理论聚焦光斑尺寸可达纳米量级，实际测试所得聚焦光斑尺寸通常在几个微米，并具有尺寸小、制作エ艺简单、鲁棒性好、可批量加工的优点，适合高探测分辨率的X射线探測和成像系统；其次，X射线组合折射透镜覆盖的光子能量非常宽，因此基于它构架X射线探测和成像系统，适用于多种应用场合；最后由于其基于折射效应，因此在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探測装置结构紧凑、尺寸小、重量轻。
[0019]本发明的有益效果主要表现在:1、采用X射线组合折射透镜作为聚焦和成像器件，本身就可以达到更高的探测分辨率，再与X射线跨接式组合折射透镜相结合，能够实现对被检目标的更高精度的精细结构分析；2、通过发明双镜式光学结构，X射线探测和成像系统可以实现对被检目标宏观和细节同时检测的目的；3、实现了探测分辨率在线实时调节；4、探測双镜基于折射效应工作，在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测系统结构紧凑、尺寸小、重量轻。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1-1是本发明一种用于X射线探测和成像系统的双镜式探測光学部件的正视图，其中，I是X射线组合折射透镜，2是X射线跨接式组合折射透镜，3是双镜镜筒，4是双镜机械调整机构。
[0021]图1-2是本发明一种用于X射线探测和成像系统的双镜式探測光学部件的俯视图。
[0022]图2是X射线跨接式组合折射透镜的示意图。
[0023]图3是本发明一种基于双镜式探測光学结构的X射线探测和成像系统的示意图，其中，5是X射线光管，6是X射线探测器。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进ー步描述。
[0025]參照图1?图3，ー种X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，实现该方法的双镜式探測光学部件包括双镜镜筒3、X射线跨接式组合折射透镜2和第一 X射线组合折射透镜1，所述X射线跨接式组合折射透镜2包括第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜，所述第二 X射线组合折射透镜与所述第一 X射线组合折射透镜具有相同的入射口径，所述第二X射线组合折射透镜出射端与所述第三X射线组合折射透镜的入射端连接；所述X射线跨接式组合折射透镜2、第一 X射线组合折射透镜I位于所述双镜镜筒3内，所述X射线跨接式组合折射透镜2的光轴与第一 X射线组合折射透镜I的光轴平行，所述X射线跨接式组合折射透镜2的聚焦光斑尺寸比第一 X射线组合折射透镜I的聚焦光斑尺寸小；所述双镜式探測分析方法，包括以下步骤:
[0026]( I)从X射线光管5发出的X射线光有比较大的发散角，因此首先调整双镜镜筒，将所述第一 X射线组合折射透镜I移入光路，使得X射线光管所发出的X射线光束的光轴与第一 X射线组合折射透镜I的光轴重合，让X射线光管发出的X射线光束照射到第一 X射线组合折射透镜I的入射口径处。从所述第一X射线组合折射透镜I出射的X射线光束传输入X射线探测器6进行探測分析。对于X射线荧光分析系统而言，第一 X射线组合折射透镜I对X射线光管5发射的X射线光束聚焦，形成探測光斑对被检样品进行分析；对于X射线显微系统而言，须将被检目标放置在X射线光管5与第一 X射线组合折射透镜I之间，利用X射线组合折射透镜的光学原理进行显微放大。
[0027](2)经步骤(I)得到初级检测分析结果，判断是否需要对目标进行精细结构的探測分析，如果需要，进入步骤(3)。
[0028](3)调整双镜镜筒3，将所述第一 X射线组合折射透镜I移出光路，同时将所述ー个X射线跨接式组合折射透镜2移入光路，移出移入动作和精度由所述双镜机械调整机构决定，重复步骤(I)针对所述第一 X射线组合折射透镜I的操作。
[0029](4)经步骤(3)得到ニ级检测结果，对结果进行分析，判断是否需要调整不同的探测分辨率，对被检目标进行进ー步的分析，如果需要，进入步骤(5)。
[0030](5)调整双镜镜筒3，将所述ー个X射线跨接式组合折射透镜2移出光路，同时将所述另ー个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，移出移入动作和精度由所述双镜机械调整机构决定，重复步骤(I)针对所述X射线组合折射透镜的操作，直到利用不同的探测分辨率检测得到针对被检目标的满意的检测結果。
[0031]所述探测分析过程，需要使用标准X射线信号和信息处理系统进行分析处理。
[0032]所述ー种用于X射线探测和成像系统的双镜式探測光学结构，沿光轴方向可以进行调节，形成多种物象关系，以适应对被检目标不同区域的探測和成像。
[0033]所述双镜式探測光学部件还包括双镜机械调整机构4，所述双镜镜筒3安装在用以将X射线跨接式组合折射透镜2或第一 X射线组合折射透镜I移出或移入X射线探测和成像系统光路的机械调整机构4上。
[0034]进ー步，所述第二 X射线组合折射透镜出射端制作有微结构连接销，所述第三X射线组合折射透镜的入射口径与所述第二X射线组合折射透镜的出射口径匹配，所述第三X射线组合折射透镜的入射端制作有与所述微结构连接销适配的销孔，以便于将所述第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜接续起来。
[0035]再进ー步，所述双镜镜筒3内安装至少两个X射线跨接式组合折射透镜2和ー个第一 X射线组合折射透镜I。例如可以配置为ー个第一 X射线组合折射透镜I和三个X射线跨接式组合折射透镜2，三个X射线跨接式组合折射透镜2的聚焦光斑尺寸处于不同等级，当然，也可以采用其他组合。至少两个X射线跨接式组合折射透镜2的聚焦光斑尺寸由大到小分级。
[0036]更进一歩，至少两个X射线跨接式组合折射透镜和ー个第一 X射线组合折射透镜的光轴位于所述双镜镜筒3的同心圆上，所述机械调整机构4与双镜镜筒3的中心轴联动。由于X射线跨接式组合折射透镜和第一 X射线组合折射透镜位于同心圆上，通过转动，可以调节相互的位置，通过双镜镜筒将X射线跨接式组合折射透镜或第一 X射线组合折射透镜双镜移出或移入X射线探测和成像系统光路；当然，也可以采用其他的调节方式。
[0037]本实施例中，采用第一 X射线组合折射透镜I和X射线跨接式组合折射透镜2组成双镜，所述第一 X射线组合折射透镜I作为初级X射线聚焦和成像器件，对从X射线光源(包括同步辐射线束和X射线光管)出射的X射线光束进行一次聚焦；所述X射线跨接式组合折射透镜2，由第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜接续构成，所述第ニ X射线组合折射透镜与所述X射线组合折射透镜具有相同的入射口径，出射口径端制作有微结构连接销，所述第三X射线组合折射透镜的入射口径与所述第二 X射线组合折射透镜的出射口径匹配，入射端ロ制作有与所述微结构连接销适配的销孔，以便于将所述第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜接续起来。
[0038]所述双镜镜筒3是用于装配所述第一 X射线组合折射透镜I和X射线跨接式组合折射透镜2的机械器件。
[0039]所述双镜机械调整机构4，与所述双镜镜筒3连接，用于通过机械旋转将所述第一X射线组合折射透镜I或者X射线跨接式组合折射透镜2移出或者移入X射线探测和成像系统光路。
[0040]所述第一 X射线组合折射透镜I的聚焦光斑尺寸大于所述X射线跨接式组合折射透镜2，即对于X射线荧光分析系统而言，X射线跨接式组合折射透镜2能够分析比所述第一 X射线组合折射透镜I更加微小的样品微区；对于X射线显微系统而言，X射线跨接式组合折射透镜2能够对更小尺寸的物体进行显微成像。
[0041]所述第一 X射线组合折射透镜I和所述X射线跨接式组合折射透镜2之间的光学參数必须匹配，以便使二者相结合对被测目标进行宏观和细节的分级检测，所述第一 X射线组合折射透镜I实现初级检测，分辨率较低，所述X射线跨接式组合折射透镜2实现精细结构检测，具有更高的分辨率；同时二者的结合可以实现探测分辨率的在线动态调节。
[0042]所述光学参数的匹配通过下列理论公式进行设计计算实现:
[0043]焦距
【权利要求】
1.ー种X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，其特征在于:实现该方法的双镜式探測光学部件包括双镜镜筒、X射线跨接式组合折射透镜和第一 X射线组合折射透镜，所述X射线跨接式组合折射透镜包括第二 X射线组合折射透镜和第三X射线组合折射透镜，所述第二 X射线组合折射透镜与所述第一 X射线组合折射透镜具有相同的入射口径，所述第二 X射线组合折射透镜出射端与所述第三X射线组合折射透镜的入射端连接；所述X射线跨接式组合折射透镜、第一 X射线组合折射透镜位于所述双镜镜筒内，所述X射线跨接式组合折射透镜的光轴与第一 X射线组合折射透镜的光轴平行，所述X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸比第一 X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸小；所述双镜式探測分析方法包括以下步骤: (1)首先调整双镜镜筒，将所述第一X射线组合折射透镜移入光路，使得X射线探测和成像系统的X射线光管所发出的X射线光束的光轴与第一 X射线组合折射透镜的光轴重合，让X射线光管发出的X射线光束照射到第一 X射线组合折射透镜的入射口径处； 接着，从所述第一 X射线组合折射透镜出射的X射线光束传输入X射线探测和成像系统的X射线探测器进行探測分析，得到初步检测分析结果； (2)经步骤(I)得到初级检测分析结果，判断是否需要对目标进行精细结构的探測分析，如果需要，进入步骤(3); (3)调整双镜镜筒，将所述第一X射线组合折射透镜移出光路，同时将ー个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，使得 X射线探测和成像系统的X射线光管所发出的X射线光束的光轴与X射线跨接式组合折射透镜的光轴重合，让X射线光管发出的X射线光束照射到X射线跨接式组合折射透镜的入射口径处； 接着，从所述X射线跨接式组合折射透镜出射的X射线光束传输入X射线探测和成像系统的X射线探测器进行探測分析，得到ニ级检测結果。
2.如权利要求1所述的X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，其特征在于:所述双镜镜筒内安装至少两个X射线跨接式组合折射透镜和I个第一X射线组合折射透镜，至少两个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸由大到小分级；所述双镜式探測分析方法还包括以下步骤: (4)经步骤(3)得到ニ级检测结果，对结果进行分析，判断是否需要调整不同的探測分辨率，对被检目标进行进ー步的分析，如果需要，进入步骤(5)； (5)调整双镜镜筒，另ー个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸比所述ー个X射线跨接式组合折射透镜的聚焦光斑尺寸小，将所述ー个X射线跨接式组合折射透镜移出光路，同时将所述另ー个X射线跨接式组合折射透镜移入光路，重复步骤(3)针对所述ー个X射线跨接式组合折射透镜的操作，得到三级检测结果； (6)依次类推，逐级增加探测分辨率，直到检测得到针对被检目标的满意的检测結果。
3.如权利要求1或2所述的X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，其特征在于:所述步骤(I)中，对于X射线荧光分析系统而言，所述第一 X射线组合折射透镜对X射线光管发射的X射线光束聚焦，形成探測光斑对被检样品进行分析。
4.如权利要求1或2所述的X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，其特征在于:所述步骤(I)中，对于X射线显微系统而言，须将被检目标放置在X射线光管与X射线组合折射透镜之间，利用所述第一 X射线组合折射透镜的光学原理进行显微放大。
5.如权利要求1或2所述的X射线探测和成像系统的双镜式探測分析方法，其特征在于:所述双镜式探測光学部件还包括双镜机械调整机构，所述双镜镜筒安装在用以将X射线跨接式组合折射透镜或第一 X射线组合折射透镜移出或移入X射线探测和成像系统光路的机械调整机构 上；所述步骤(3)中，移出移入动作和精度由所述双镜机械调整机构決定。
【文档编号】G01N23/223GK103454290SQ201310361429
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】乐孜纯, 董文 申请人:浙江工业大学