一種基于ccd探測的x射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法
【專利摘要】一種X射線組合折射透鏡的聚焦性能測試方法，實現該方法的裝置包括底座導軌、依次位于底座導軌上的調整臺、X射線組合折射透鏡和X射線CCD，X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線CCD形成探測光路，包括如下步驟：（1）在顯微鏡下觀察并制作標記標示X射線組合折射透鏡的光軸；（2）將激光器移入探測光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個光軸標記線重合；（3）將激光器移出光路，同時X射線光管移入探測光路；（4）X射線CCD進行圖像記錄，通過對所記錄圖像進行圖像處理，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強度，得到聚焦性能測試結果。本發明檢測方便、減低成本、實用性良好。
【專利說明】一種基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及X射線探測和成像領域，尤其是一種可以測量X射線組合折射透鏡聚焦性能的方法。
【背景技術】
[0002]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。鑒于以上優點，X射線組合折射透鏡有望在眾多X射線探測和成像裝置(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射線層析木、X射線投影光刻裝置等等)獲得應用。X射線組合折射透鏡的聚焦性能是其作為X射線探測和成像系統核心器件的最重要的性能，因此發明測量X射線組合折射透鏡聚焦性能的方法和裝置極為重要。
[0003]因為X射線組合折射透鏡是ー種新型的X射線光學器件，迄今為止，尚無對其聚焦性能進行專門測試的裝置，一般都是由該器件的研發者在同步輻射線束上對其聚焦性能進行實驗研究和驗證(樂孜純，梁靜秋，董文，等，高能X射線組合透鏡聚焦性能的實驗結果，光學學報，2006，26 (2): 317-320)，但是同步輻射是超大型科學裝置，運行維護費用極其昂貴，機時與需求相比非常稀缺，無法滿足實際測試需求。
【發明內容】
[0004]為了克服已有X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方式的機構復雜、運行維護費用昂貴、實用性較差的不足，本發明提供了一種檢測方便、減低成本、實用性良好的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]一種基于(XD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，實現該方法的裝置包括底座導軌、依次位于所述底座導軌上的調整臺、X射線組合折射透鏡和X射線(XD，X射線光管、激光器可橫向移動地安裝在所述調整臺上，所述X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線CCD形成探測光路，所述聚焦性能測試方法包括如下步驟:
[0007](1)所述X射線組合折射透鏡的光軸在制作時已經確定，在顯微鏡下觀察并制作標記標示其光軸，以備激光校準時使用；
[0008](2)將激光器移入探測光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個光軸標記線重合；
[0009](3)將激光器移出光路，同時X射線光管移入探測光路；[0010](4) X射線(XD進行圖像記錄，通過對所記錄圖像進行圖像處理，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強度，得到聚焦性能測試結果。
[0011]進ー步，調整臺位于所述底座導軌的ー側，所述X射線光管、激光器可橫向移動地安裝在所述調整臺上；.χ射線光管和激光器安裝在多維精密調整臺上，精密調整并固定兩個檔位，保證機械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
[0012]更進一歩，所述步驟(4)，首先沿底座導軌縱軸方向移動X射線(XD，達到距離X射線組合折射透鏡最近的位置，記錄位置坐標和X射線CCD圖像；再將X射線CCD沿底座導軌縱軸方向向遠離X射線組合折射透鏡的方向移動，記錄移動的位置坐標，進行圖像記錄。
[0013]再進ー步，所述X射線(XD沿底座導軌縱軸方向移動的平移步長0.2?5毫米。
[0014]進ー步地，所述圖像記錄方式為離線記錄圖像文件或在線顯示圖像信息并記錄圖像文件。
[0015]再進ー步，所述光斑尺寸和光斑強度的測試精確度由X射線CCD的像元尺寸決定。
[0016]本發明中，以X射線光管作為光源構建X射線組合折射透鏡的測試裝置，不僅可以滿足實際測試需求，更可以探索和研發利用X射線光管作為光源的、基于X射線組合折射透鏡的各種新型探測和成像系統，因此具有非常重要的意義。
[0017]本發明的有益效果主要表現在:1、發明了ー種光源為X射線光管的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，可以方便地對X射線組合折射透鏡的聚焦性能進行測試；2、因為探測光源為小型化的X射線光管，也可以為研發基于X射線光管的X射線探測和成像系統提供技術基礎；3、整個裝置結構緊湊、尺寸小、重量輕，方便使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明基于(XD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試裝置的示意圖，其中，1是X射線光管、2是激光器、3是多維精密調整臺、4是X射線組合折射透鏡、5是底座導軌、6是X射線(XD。
[0019]圖2-1和2-2是ニ維聚焦X射線組合折射透鏡的正視圖和俯視圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明作進ー步描述。
[0021]參照圖1和圖2，一種基于(XD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，實現該方法的裝置包括底座導軌5、依次位于所述底座導軌5上的調整臺3、X射線組合折射透鏡4和X射線(XD6，X射線光管1、激光器2可橫向移動地安裝在所述調整臺3上，所述X射線光管1/激光器2、X射線組合折射透鏡4、X射線CCD6形成探測光路，所述聚焦性能測試方法包括如下步驟:
[0022](1)所述X射線組合折射透鏡4的光軸在制作時已經確定，在顯微鏡下觀察并制作標記標示其光軸，以備激光校準時使用；
[0023](2)將激光器2移入探測光路，使得激光器2與X射線組合折射透鏡4上的兩個光軸標記線重合；
[0024](3)將激光器2移出光路，同時X射線光管1移入探測光路；
[0025](4) X射線(XD進行圖像記錄，通過對所記錄圖像進行圖像處理，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強度，得到聚焦性能測試結果。
[0026]進ー步，調整臺3位于所述底座導軌5的ー側，所述X射線光管1、激光器2可橫向移動地安裝在所述調整臺3上；將X射線光管1和激光器2安裝在多維精密調整臺上，精密調整并固定兩個檔位，保證機械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
[0027]所述步驟(4)，首先沿底座導軌5縱軸方向移動X射線(XD6，達到距離X射線組合折射透鏡最近的位置，記錄位置坐標和X射線CCD圖像；再將X射線CCD6沿底座導軌縱軸方向向遠離X射線組合折射透鏡的方向移動，記錄移動的位置坐標，進行圖像記錄。
[0028]再進ー步，所述X射線(XD6沿底座導軌5縱軸方向移動的平移步長0.2?5毫米。
[0029]進ー步地，所述圖像記錄方式為離線記錄圖像文件或在線顯示圖像信息并記錄圖像文件。
[0030]再進ー步，所述光斑尺寸和光斑強度的測試精確度由X射線CCD的像元尺寸決定。
[0031]所述步驟(4)中，所述圖像處理過程如下:
[0032]對于離線記錄X射線(XD圖像文件情況:每一次固定X射線(XD的縱向位置后，記錄縱向位置坐標，記錄X射線(XD圖像文件，進行圖像處理，可以畫出每ー固定縱向位置坐標下的光強隨X射線CCD像元的變化曲線，該變化曲線就是光強分布，光強分布的半高全寬(FWHM,full width at half maximum)就是光斑的尺寸。沿底座導軌縱軸移動X射線(XD6，得到每個縱向位置坐標下的光強分布和光斑尺寸值，最小的光斑尺寸就是所述X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸，對應的光強分布就是光斑強度。
[0033]對于在線顯示圖像信息并記錄圖像文件情況:可先沿底座導軌縱軸移動X射線(XD6，移動方式為以X射線組合折射透鏡出射端為參照物由近至遠，通過在線圖像顯示找到光斑尺寸比較小的范圍，之后在此小范圍內，重復上述離線記錄X射線CCD圖像文件的過程，可提高圖像處理的效率。
[0034]本實施例中，所述底座導軌5呈縱向布置；調整臺3位于所述底座導軌5的ー側，所述X射線光管1、激光器2的光軸均呈縱向布置，所述X射線光管1、激光器2可橫向移動地安裝在所述調整臺3上；待檢測X射線組合折射透鏡4位于所述底座導軌5的中部，所述待檢測X射線組合折射透鏡4的光軸呈縱向布置；所述X射線CCD6位于所述底座導軌5的另ー側，所述X射線CCD6的光軸與所述X射線組合折射透鏡4的光軸在同一直線上；所述X射線光管1或激光器2的出射端與所述待檢測X射線組合折射透鏡4的入射端呈相對設置，所述待檢測X射線組合折射透鏡4的出射端與X射線CCD6呈相對設置。
[0035]所述底座導軌5的一側安裝第一支架，所述第一支架上安裝所述調整臺3，所述底座導軌5的中部安裝用以放置待檢測X射線組合折射透鏡4的第二支架，所述底座導軌5的另ー側安裝第三支架，所述第三支架上安裝X射線CCD6。所述第一支架、第二支架和第三支架可縱向移動地安裝在所述底座導軌5上。
[0036]本發明中，第一支架在所述底座導軌上的縱向移動控制，所述X射線光管、激光器在所述調整臺上的橫向移動控制，第二支架在所述底座導軌上的縱向移動控制，第三支架在所述底座導軌上的縱向移動控制；以上各種運動控制，可以采用手動控制，也可以采用電機控制或者其他驅動方式。
[0037]本實施例中，所述X射線光管1，作為發射X射線輻射的光源，所發射X射線光不可見。[0038]所述激光器2，作為本發明光路校準光源，需選擇可見光波段激光器(比如發射紅光的He-Ne激光器)，在校準X射線光管、X射線組合折射透鏡和X射線(XD同軸時使用。
[0039]所述多維精密調整臺3，作為機械運行和調整機構，作用是保證X射線光管和激光器精確地移入移出光路。
[0040]所述X射線光管1和所述激光器2被裝配在所述多維精密調整臺3上，通過精密機械調整，使得X射線光管和激光器交替進入光路，當激光器移入光路時，是校準狀態，利用可見光校準X射線組合折射透鏡的光軸與本發明測試裝置的光軸重合；當X射線光管移入光路吋，是測試狀態，對X射線組合折射透鏡的聚焦性能進行測試。
[0041]所述X射線組合折射透鏡4，是本發明中的被檢目標，主要檢測其聚焦性能。
[0042]所述X射線(XD6，用于對光斑進行圖像記錄，通過計算機編程，對所記錄的光斑圖像進行圖像處理，得到光斑強度隨像元個數的變化曲線，該變化曲線就是光強分布，光強分布的半高全寬(FWHM, full width at half maximum)就是光斑的尺寸。以此得出所述X射線組合折射透鏡的聚焦性能。
[0043]所述底座導軌5，其上裝配有可沿導軌平移的多個支架，所述支架用于固定所述多維精密調整臺、X射線組合折射透鏡、X射線(XD。
[0044]所述待檢測X射線組合折射透鏡4的光軸需要預先標定，并在X射線組合折射透鏡的表面沿其光軸制作標記，所述標記用于激光器2校準X射線組合折射透鏡與探測光束同軸。
[0045]所述X射線光管1和激光器2需要預先裝配在所述多維精密調整臺上，并通過兩個檔位的調整保證所述X射線光管和激光器交替進入探測光路，所述多維精密調整臺還具備對所述X射線光管和所述激光器分別進行位移和角度的精密微調功能。
[0046]所述固定X射線CCD6的第三支架，具備沿導軌長軸方向精密平移的功能，且平移步長0.2?5毫米。所述X射線(XD6進行圖像記錄，光斑強度通過對所記錄圖像進行圖像處理，得到光強隨像元個數的變化曲線，光斑尺寸通過測量曲線的半高全寬獲得，實現聚焦性能檢測。
【權利要求】
1.一種基于(XD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:實現該方法的裝置包括底座導軌、依次位于所述底座導軌上的調整臺、X射線組合折射透鏡和X射線CCD，X射線光管、激光器可橫向移動地安裝在所述調整臺上，所述X射線光管/激光器、X射線組合折射透鏡、X射線(XD形成探測光路，所述聚焦性能測試方法包括如下步驟: (1)所述X射線組合折射透鏡的光軸在制作時已經確定，在顯微鏡下觀察并制作標記標示其光軸，以備激光校準時使用； (2)將激光器移入探測光路，使得激光器與X射線組合折射透鏡上的兩個光軸標記線重合； (3)將激光器移出光路，同時X射線光管移入探測光路； (4)X射線(XD進行圖像記錄，通過對所記錄圖像進行圖像處理，得到X射線組合折射透鏡的聚焦光斑尺寸和光斑強度，得到聚焦性能測試結果。
2.如權利要求1所述的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:調整臺位于所述底座導軌的ー側，所述X射線光管、激光器可橫向移動地安裝在所述調整臺上；將ズ射線光管和激光器安裝在多維精密調整臺上，精密調整并固定兩個檔位，保證機械軸與所述X射線光管和所述激光器的光軸平行。
3.如權利要求1或2所述的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:所述步驟(4)，首先沿底座導軌縱軸方向移動X射線CCD，達到距離X射線組合折射透鏡最近的位置，記錄位置坐標和X射線(XD圖像；再將X射線(XD沿底座導軌縱軸方向向遠離X射線組合折射透鏡的方向移動，記錄移動的位置坐標，進行圖像記錄。
4.如權利要求1或2所述的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:所述X射線CCD沿底座導軌縱軸方向移動的平移步長0.2?5毫米。
5.如權利要求1或2所述的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:所述步驟(4)中，所述圖像記錄方式為離線記錄圖像文件或在線顯示圖像信息并記錄圖像文件。
6.如權利要求1或2所述的基于CCD探測的X射線組合折射透鏡聚焦性能測試方法，其特征在于:所述光斑尺寸和光斑強度的測試精確度由X射線CCD的像元尺寸決定。
【文檔編號】G01M11/02GK103454070SQ201310365947
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】樂孜純, 董文 申請人:浙江工業大學