CN103454070A

CN103454070A - 一种基于ccd探测的x射线组合折射透镜聚焦性能测试方法

Info

Publication number: CN103454070A
Application number: CN2013103659478A
Authority: CN
Inventors: 乐孜纯; 董文
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Guangdong Gaohang Intellectual Property Operation Co ltd; Hanmen Electronics Jiangsu Co ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: CN103454070B

Abstract

一种X射线组合折射透镜的聚焦性能测试方法，实现该方法的装置包括底座导轨、依次位于底座导轨上的调整台、X射线组合折射透镜和X射线CCD，X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线CCD形成探测光路，包括如下步骤：（1）在显微镜下观察并制作标记标示X射线组合折射透镜的光轴；（2）将激光器移入探测光路，使得激光器与X射线组合折射透镜上的两个光轴标记线重合；（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；（4）X射线CCD进行图像记录，通过对所记录图像进行图像处理，得到X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸和光斑强度，得到聚焦性能测试结果。本发明检测方便、减低成本、实用性良好。

Description

一种基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法

技术领域

本发明涉及X射线探测和成像领域，尤其是一种可以测量X射线组合折射透镜聚焦性能的方法。

背景技术

X射线组合折射透镜是一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、制作工艺简单、鲁棒性好、可批量加工的优点，适合高探测分辨率的X射线探测和成像***；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***，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，因此所形成的探测装置结构紧凑、尺寸小、重量轻。鉴于以上优点，X射线组合折射透镜有望在众多X射线探测和成像装置（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）获得应用。X射线组合折射透镜的聚焦性能是其作为X射线探测和成像***核心器件的最重要的性能，因此发明测量X射线组合折射透镜聚焦性能的方法和装置极为重要。

因为X射线组合折射透镜是一种新型的X射线光学器件，迄今为止，尚无对其聚焦性能进行专门测试的装置，一般都是由该器件的研发者在同步辐射线束上对其聚焦性能进行实验研究和验证（乐孜纯，梁静秋，董文，等，高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果，光学学报，2006，26(2):317-320），但是同步辐射是超大型科学装置，运行维护费用极其昂贵，机时与需求相比非常稀缺，无法满足实际测试需求。

发明内容

为了克服已有X射线组合折射透镜聚焦性能测试方式的机构复杂、运行维护费用昂贵、实用性较差的不足，本发明提供了一种检测方便、减低成本、实用性良好的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，实现该方法的装置包括底座导轨、依次位于所述底座导轨上的调整台、X射线组合折射透镜和X射线CCD，X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上，所述X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线CCD形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（1）所述X射线组合折射透镜的光轴在制作时已经确定，在显微镜下观察并制作标记标示其光轴，以备激光校准时使用；

（2）将激光器移入探测光路，使得激光器与X射线组合折射透镜上的两个光轴标记线重合；

（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；

（4）X射线CCD进行图像记录，通过对所记录图像进行图像处理，得到X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸和光斑强度，得到聚焦性能测试结果。

进一步，调整台位于所述底座导轨的一侧，所述X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上；将X射线光管和激光器安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

更进一步，所述步骤（4），首先沿底座导轨纵轴方向移动X射线CCD，达到距离X射线组合折射透镜最近的位置，记录位置坐标和X射线CCD图像；再将X射线CCD沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜的方向移动，记录移动的位置坐标，进行图像记录。

再进一步，所述X射线CCD沿底座导轨纵轴方向移动的平移步长0.2～5毫米。

进一步地，所述图像记录方式为离线记录图像文件或在线显示图像信息并记录图像文件。

再进一步，所述光斑尺寸和光斑强度的测试精确度由X射线CCD的像元尺寸决定。

本发明中，以X射线光管作为光源构建X射线组合折射透镜的测试装置，不仅可以满足实际测试需求，更可以探索和研发利用X射线光管作为光源的、基于X射线组合折射透镜的各种新型探测和成像***，因此具有非常重要的意义。

本发明的有益效果主要表现在：1、发明了一种光源为X射线光管的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，可以方便地对X射线组合折射透镜的聚焦性能进行测试；2、因为探测光源为小型化的X射线光管，也可以为研发基于X射线光管的X射线探测和成像***提供技术基础；3、整个装置结构紧凑、尺寸小、重量轻，方便使用。

附图说明

图1是本发明基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试装置的示意图，其中，1是X射线光管、2是激光器、3是多维精密调整台、4是X射线组合折射透镜、5是底座导轨、6是X射线CCD。

图2-1和2-2是二维聚焦X射线组合折射透镜的正视图和俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，实现该方法的装置包括底座导轨5、依次位于所述底座导轨5上的调整台3、X射线组合折射透镜4和X射线CCD6，X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上，所述X射线光管1/激光器2、X射线组合折射透镜4、X射线CCD6形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（1）所述X射线组合折射透镜4的光轴在制作时已经确定，在显微镜下观察并制作标记标示其光轴，以备激光校准时使用；

（2）将激光器2移入探测光路，使得激光器2与X射线组合折射透镜4上的两个光轴标记线重合；

（3）将激光器2移出光路，同时X射线光管1移入探测光路；

进一步，调整台3位于所述底座导轨5的一侧，所述X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上；将X射线光管1和激光器2安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

所述步骤（4），首先沿底座导轨5纵轴方向移动X射线CCD6，达到距离X射线组合折射透镜最近的位置，记录位置坐标和X射线CCD图像；再将X射线CCD6沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜的方向移动，记录移动的位置坐标，进行图像记录。

再进一步，所述X射线CCD6沿底座导轨5纵轴方向移动的平移步长0.2～5毫米。

所述步骤（4）中，所述图像处理过程如下：

对于离线记录X射线CCD图像文件情况：每一次固定X射线CCD的纵向位置后，记录纵向位置坐标，记录X射线CCD图像文件，进行图像处理，可以画出每一固定纵向位置坐标下的光强随X射线CCD像元的变化曲线，该变化曲线就是光强分布，光强分布的半高全宽（FWHM，full width at half maximum）就是光斑的尺寸。沿底座导轨纵轴移动X射线CCD6，得到每个纵向位置坐标下的光强分布和光斑尺寸值，最小的光斑尺寸就是所述X射线组合折射透镜的聚焦光斑尺寸，对应的光强分布就是光斑强度。

对于在线显示图像信息并记录图像文件情况：可先沿底座导轨纵轴移动X射线CCD6，移动方式为以X射线组合折射透镜出射端为参照物由近至远，通过在线图像显示找到光斑尺寸比较小的范围，之后在此小范围内，重复上述离线记录X射线CCD图像文件的过程，可提高图像处理的效率。

本实施例中，所述底座导轨5呈纵向布置；调整台3位于所述底座导轨5的一侧，所述X射线光管1、激光器2的光轴均呈纵向布置，所述X射线光管1、激光器2可横向移动地安装在所述调整台3上；待检测X射线组合折射透镜4位于所述底座导轨5的中部，所述待检测X射线组合折射透镜4的光轴呈纵向布置；所述X射线CCD6位于所述底座导轨5的另一侧，所述X射线CCD6的光轴与所述X射线组合折射透镜4的光轴在同一直线上；所述X射线光管1或激光器2的出射端与所述待检测X射线组合折射透镜4的入射端呈相对设置，所述待检测X射线组合折射透镜4的出射端与X射线CCD6呈相对设置。

所述底座导轨5的一侧安装第一支架，所述第一支架上安装所述调整台3，所述底座导轨5的中部安装用以放置待检测X射线组合折射透镜4的第二支架，所述底座导轨5的另一侧安装第三支架，所述第三支架上安装X射线CCD6。所述第一支架、第二支架和第三支架可纵向移动地安装在所述底座导轨5上。

本发明中，第一支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，所述X射线光管、激光器在所述调整台上的横向移动控制，第二支架在所述底座导轨上的纵向移动控制，第三支架在所述底座导轨上的纵向移动控制；以上各种运动控制，可以采用手动控制，也可以采用电机控制或者其他驱动方式。

本实施例中，所述X射线光管1，作为发射X射线辐射的光源，所发射X射线光不可见。

所述激光器2，作为本发明光路校准光源，需选择可见光波段激光器（比如发射红光的He-Ne激光器），在校准X射线光管、X射线组合折射透镜和X射线CCD同轴时使用。

所述多维精密调整台3，作为机械运行和调整机构，作用是保证X射线光管和激光器精确地移入移出光路。

所述X射线光管1和所述激光器2被装配在所述多维精密调整台3上，通过精密机械调整，使得X射线光管和激光器交替进入光路，当激光器移入光路时，是校准状态，利用可见光校准X射线组合折射透镜的光轴与本发明测试装置的光轴重合；当X射线光管移入光路时，是测试状态，对X射线组合折射透镜的聚焦性能进行测试。

所述X射线组合折射透镜4，是本发明中的被检目标，主要检测其聚焦性能。

所述X射线CCD6，用于对光斑进行图像记录，通过计算机编程，对所记录的光斑图像进行图像处理，得到光斑强度随像元个数的变化曲线，该变化曲线就是光强分布，光强分布的半高全宽（FWHM，fullwidth at half maximum）就是光斑的尺寸。以此得出所述X射线组合折射透镜的聚焦性能。

所述底座导轨5，其上装配有可沿导轨平移的多个支架，所述支架用于固定所述多维精密调整台、X射线组合折射透镜、X射线CCD。

所述待检测X射线组合折射透镜4的光轴需要预先标定，并在X射线组合折射透镜的表面沿其光轴制作标记，所述标记用于激光器2校准X射线组合折射透镜与探测光束同轴。

所述X射线光管1和激光器2需要预先装配在所述多维精密调整台上，并通过两个档位的调整保证所述X射线光管和激光器交替进入探测光路，所述多维精密调整台还具备对所述X射线光管和所述激光器分别进行位移和角度的精密微调功能。

所述固定X射线CCD6的第三支架，具备沿导轨长轴方向精密平移的功能，且平移步长0.2～5毫米。所述X射线CCD6进行图像记录，光斑强度通过对所记录图像进行图像处理，得到光强随像元个数的变化曲线，光斑尺寸通过测量曲线的半高全宽获得，实现聚焦性能检测。

Claims

1.一种基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：实现该方法的装置包括底座导轨、依次位于所述底座导轨上的调整台、X射线组合折射透镜和X射线CCD，X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上，所述X射线光管/激光器、X射线组合折射透镜、X射线CCD形成探测光路，所述聚焦性能测试方法包括如下步骤：

（3）将激光器移出光路，同时X射线光管移入探测光路；

2.如权利要求1所述的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：调整台位于所述底座导轨的一侧，所述X射线光管、激光器可横向移动地安装在所述调整台上；将X射线光管和激光器安装在多维精密调整台上，精密调整并固定两个档位，保证机械轴与所述X射线光管和所述激光器的光轴平行。

3.如权利要求1或2所述的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：所述步骤（4），首先沿底座导轨纵轴方向移动X射线CCD，达到距离X射线组合折射透镜最近的位置，记录位置坐标和X射线CCD图像；再将X射线CCD沿底座导轨纵轴方向向远离X射线组合折射透镜的方向移动，记录移动的位置坐标，进行图像记录。

4.如权利要求1或2所述的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：所述X射线CCD沿底座导轨纵轴方向移动的平移步长0.2～5毫米。

5.如权利要求1或2所述的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述图像记录方式为离线记录图像文件或在线显示图像信息并记录图像文件。

6.如权利要求1或2所述的基于CCD探测的X射线组合折射透镜聚焦性能测试方法，其特征在于：所述光斑尺寸和光斑强度的测试精确度由X射线CCD的像元尺寸决定。