專(zhuān)利名稱(chēng)：X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，更具體的涉及了將X射線通過(guò)鈰激活釔鋁石榴石單晶轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光，可見(jiàn)光進(jìn)入物鏡、轉(zhuǎn)向鏡、管鏡這個(gè)光路系統(tǒng)進(jìn)行放大成像，最終成像在電荷耦合器(CCD)感應(yīng)面上。
背景技術(shù)：
X射線成像在日常生活中起著重要的作用，從醫(yī)療X射線成像的應(yīng)用到機(jī)場(chǎng)安檢裝置，X射線成像的探測(cè)器都起著重要作用。X射線成像系統(tǒng)的探測(cè)器通?？煞殖蓛深?lèi)基于化學(xué)方法的探測(cè)器，如膠片；電子探測(cè)器，如電荷耦合器(CCD)或成像板。基于化學(xué)方法的探測(cè)器是傳統(tǒng)的X射線成像探測(cè)器?；瘜W(xué)探測(cè)器是最先運(yùn)用于X 線成像的，然而，基于化學(xué)方法的探測(cè)器無(wú)法重復(fù)利用，成像速度慢代價(jià)高。另外X射線膠片的分辨率約為10微米，主要取決于膠片感光顆粒的大小，高感光度膠片有比較大的感光顆粒，其分辨率在50-100微米。大多數(shù)電子探測(cè)器是基于電荷耦合器(CCD)相機(jī)或成像板的探測(cè)器有效地解決了基于化學(xué)方法的探測(cè)器的弊端，可以重復(fù)利用，電子探測(cè)器所記錄的圖像可以在曝光后立即讀出。但是，這些電子探測(cè)器若直接感應(yīng)X射線，電子探測(cè)器的門(mén)電路會(huì)受到輻射損傷。當(dāng)然，如果門(mén)電路輻射損傷可以控制在一定范圍內(nèi)，電子探測(cè)器有較長(zhǎng)的使用壽命。直接連成像電荷耦合器(CXD)的探測(cè)器，X射線直接輻射電荷耦合器(CXD)芯片使其產(chǎn)生電子空穴對(duì)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是有很高的轉(zhuǎn)化效率，X線一般可以控制在100千電子伏以?xún)?nèi)，但是大多數(shù)的電荷耦合器(CCD)芯片的像素大小為6-20微米，所以探測(cè)的分辨率只能達(dá)到10微米左右。還有就是硬X射線的直接照射會(huì)造成CXD的損傷，大大的降低CXD 的使用次數(shù)。為了解決這種X線直接照射帶來(lái)的損傷現(xiàn)可以采用閃爍體光纖錐耦合的電荷耦合器(CCD)探測(cè)器，光纖錐的一端與電荷耦合器(CCD)芯片相連，另一端則與閃爍體相接。 該系統(tǒng)的分辨率為幾個(gè)微米，光線轉(zhuǎn)換效率通常相當(dāng)高，一般有70%-80%。由于X射線輻射經(jīng)閃爍體后通過(guò)光線錐到達(dá)電荷耦合器(CCD)，可以使電荷耦合器(CCD)以免受輻射損傷。 但是，這樣的系統(tǒng)存在光纖錐的失真，且這種失真會(huì)隨著放大倍數(shù)的增大而增強(qiáng)。本系統(tǒng)為了得到較高的分辨率以及避免X線直接照射帶來(lái)的電荷耦合器(CCD) 使用壽命的降低，首先采用將閃爍體與顯微物鏡結(jié)合的探測(cè)器得到較高的分辨率，在最佳條件下其分辨率可達(dá)到1微米以上。通過(guò)采用光線轉(zhuǎn)向裝置避免X線的直接照射。本系統(tǒng)采用了顯微物鏡，所以其分辨率是最高的。也正是因?yàn)槠涓叻直媛剩x擇沒(méi)有紋理的單晶作為閃爍體材料。此外，使用高數(shù)值孔徑使物鏡系統(tǒng)光通量增加。通過(guò)操作結(jié)構(gòu)改變物鏡系統(tǒng)可以大范圍的提高放大倍數(shù)和分辨率。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用光子能量在20-70千電子伏特范圍內(nèi)的X射線，通過(guò)動(dòng)態(tài)置換不同的物鏡系統(tǒng)，可使該系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到1微米以上。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)將X射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光并成像在電荷耦合器探測(cè)器上，該系統(tǒng)包括提供X射線的點(diǎn)源；閃爍體；設(shè)置在點(diǎn)源與閃爍體之間且具有旋轉(zhuǎn)、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的載物臺(tái)；涂敷在閃爍體與載物臺(tái)相對(duì)的一面的可見(jiàn)光反射涂層；與閃爍體連接的光學(xué)玻璃基底；與光學(xué)玻璃基底相連的顯微物鏡；與顯微物鏡相距一定距離的轉(zhuǎn)向鏡；與轉(zhuǎn)向鏡相距一定距離的管鏡；與管鏡相連的電荷耦合器探測(cè)器；其中，點(diǎn)源發(fā)射X射線，經(jīng)過(guò)載物臺(tái)上的物體的吸收，到達(dá)閃爍體，同時(shí)閃爍體吸收轉(zhuǎn)化X射線成可見(jiàn)光，可見(jiàn)光通過(guò)光學(xué)玻璃基底折射后到達(dá)顯微物鏡的前端，顯微物鏡與轉(zhuǎn)向鏡的夾角等于管鏡與轉(zhuǎn)向鏡的夾角，顯微物鏡將閃爍體發(fā)出的可見(jiàn)光線成像到無(wú)窮遠(yuǎn)處；該光線經(jīng)轉(zhuǎn)向鏡后方向轉(zhuǎn)變，管鏡則將光線聚焦到可見(jiàn)光電荷耦合器探測(cè)器的感應(yīng)面上，通過(guò)這樣的將X射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光并聚焦的過(guò)程獲得圖像。優(yōu)選的，所述的閃爍體材料是鈰激活釔鋁石榴石單晶。優(yōu)選的，所述的閃爍體的厚度因整個(gè)系統(tǒng)的放大倍數(shù)不同而不同。優(yōu)選的，可見(jiàn)光反射涂層為鋁膜。優(yōu)選的，所述的管鏡經(jīng)過(guò)顯微物鏡的平行光線聚焦到電荷耦合器探測(cè)器感應(yīng)面上。優(yōu)選的，所述的顯微物鏡像方視場(chǎng)范圍為^mmX沈讓。優(yōu)選的，所述的光學(xué)玻璃基底的折射率η為1.5。有益效果通過(guò)將X射線轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光進(jìn)行方法成像，有效的避免了在X射線顯微成像過(guò)程中微焦點(diǎn)源對(duì)造成的偽影影響，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)顯微分辨率的顯著提高。通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)向鏡可以有效避免X射線對(duì)電荷耦合器的損傷。通過(guò)設(shè)置不同放大倍數(shù)的物鏡系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換裝置可以實(shí)現(xiàn)不同尺度成像的需要。

圖1 :Χ射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)的示意圖；圖2 不同放大倍數(shù)的物鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)換示意圖；圖3 顯微物鏡的設(shè)計(jì)示意圖；圖4 管鏡的設(shè)計(jì)示意圖。圖中有點(diǎn)源10，載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸11，可見(jiàn)光反射鋁模12，粘合部分13，閃爍體15， 光學(xué)玻璃基底16，顯微物鏡17，可見(jiàn)光18，轉(zhuǎn)向鏡19，管鏡20，電荷耦合器探測(cè)器21 ；載物臺(tái)22，轉(zhuǎn)盤(pán)31 ；由可見(jiàn)光反射鋁模12—顯微物鏡17組成的物鏡系統(tǒng)33，調(diào)節(jié)裝置32。
具體實(shí)施方式
為了更詳盡地表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下列舉出具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明技術(shù)效果。需要強(qiáng)調(diào)的是，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不限制本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型提供了一個(gè)X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用光子能量在 20-70千電子伏特范圍內(nèi)的X射線，通過(guò)動(dòng)態(tài)置換不同的物鏡系統(tǒng)，可使該系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到1微米以上。另外該探測(cè)器的光學(xué)轉(zhuǎn)向鏡裝置和非常薄的單晶閃爍體裝置使該光學(xué)成像系統(tǒng)成為一個(gè)高能X射線濾波器，在閃爍體前的鋁膜設(shè)計(jì)又可以有效濾除較低能的X射線，這就使該系統(tǒng)變成了一個(gè)X射線帶通濾波器，可以有效的濾除產(chǎn)生全吸收的低能射線和穿透性很強(qiáng)的高能射線。該成像系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用于DR (數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng))和CT (計(jì)算機(jī)X線斷層掃描技術(shù))成像等。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種X射線閃爍體成像光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由閃爍體、基底、顯微物鏡、轉(zhuǎn)向鏡、管鏡、光電耦合探測(cè)器CCD以及機(jī)架和操作結(jié)構(gòu)組成。閃爍體吸收帶通范圍內(nèi)的低能量X射線并將其轉(zhuǎn)化成特定光學(xué)頻率或波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。顯微物鏡收集閃爍體發(fā)出的可見(jiàn)光，成像于無(wú)限遠(yuǎn)處。顯微物鏡與閃爍體之間為了增加光通量采用折射率較大的光學(xué)玻璃基底間隔。轉(zhuǎn)向鏡轉(zhuǎn)變光線方向，使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊并同時(shí)濾過(guò)高能射線。管鏡則將平行光線聚焦到CCD (可見(jiàn)光光電耦合探測(cè)器)的感應(yīng)面上。優(yōu)選的，針對(duì)不同的放大倍數(shù)，設(shè)計(jì)多個(gè)顯微物鏡系統(tǒng)，這些物鏡系統(tǒng)的放大倍數(shù)不同，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)更換物鏡系統(tǒng)，得到不同的放大倍數(shù)。優(yōu)選的，管鏡是唯一的，不同的物鏡系統(tǒng)都和這個(gè)管鏡相匹配。優(yōu)選的，每個(gè)顯微物鏡系統(tǒng)包括物鏡、閃爍體、基底這三部份，這三者通過(guò)粘合作用連接在一起。優(yōu)選的，基底的折射系數(shù)同時(shí)與顯微物鏡和閃爍體材料相匹配，為了增加數(shù)值孔徑盡量選擇折射率較大的基底。優(yōu)選的，閃爍體材料是單晶材料，單晶閃爍體材料可以確保沒(méi)有由顆粒尺寸引起的分辨率丟失。優(yōu)選的，閃爍體材料是鈰激活釔鋁石榴石(Ce3+ YAG)單晶。此外，閃爍體材料需要相當(dāng)薄，厚度在10微米至50微米之間變化，選取的數(shù)值孔徑越大景深就越小，閃爍體就越薄，本系統(tǒng)最薄的閃爍體厚度為10微米。優(yōu)選的，使用薄的單晶閃爍體材料，該閃爍體材料與玻璃基底粘合在一起并刨成斜角打磨，可以保證打磨的更加薄，這有利于避免打磨過(guò)程中對(duì)閃爍體材料造成破裂或其他損傷。優(yōu)選的，基底的厚度由顯微物鏡的工作距離確定。不同的顯微物鏡配備不同厚度的基底，保證閃爍體材料位于顯微物鏡的焦平面上。優(yōu)選的，鏡頭系統(tǒng)有顯微物鏡、轉(zhuǎn)向鏡和管鏡組成。顯微物鏡采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向鏡用于轉(zhuǎn)變光線方向，避免X高能射線對(duì)CCD (光電耦合探測(cè)器)的傷害，管鏡有放大的作用，并最終將平行光聚焦到CCD (光電耦合探測(cè)器)的感應(yīng)面上。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種X射線閃爍體成像光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的重要組成部分是閃爍體，它將X射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光。閃爍體材料在光軸方向有一定厚度，通過(guò)設(shè)置閃爍體厚度可以?xún)?yōu)先選擇將低能X射線吸收轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光。閃爍體材料的厚度是有限的，更高能量的χ射線完全穿透閃爍體材料而不被吸收。所以，對(duì)于χ射線輻射而言，閃爍體薄片相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器。所以，CCD (光電耦合探測(cè)器)系統(tǒng)對(duì)高能量X射線不敏感，因?yàn)楦吣?X射線直接穿透閃爍體而沒(méi)有被吸收轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光，本系統(tǒng)對(duì)生成的可見(jiàn)光光路轉(zhuǎn)向，而穿透的X射線沿直線傳播，避免了 X射線對(duì)CXD (光電耦合探測(cè)器)造成損傷。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種X射線閃爍體成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于閃爍體的加工方法。閃爍體的加工方法包括先閃爍體粘合到基底上，這樣可以固定閃爍體并能把閃爍體打磨到非常薄的厚度。優(yōu)選的，一般需要將閃爍體材料的厚度打磨到小于50微米。優(yōu)選的，為了獲得20
5倍的放大倍數(shù)，需要大小為0. 75的數(shù)值孔徑，閃爍體材料的厚度需要打磨到10微米。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種X射線閃爍體成像光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)顯微光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)X射線輻射子系統(tǒng)和一個(gè)光學(xué)子系統(tǒng)。X射線輻射子系統(tǒng)包括一個(gè)對(duì)經(jīng)過(guò)樣本的輻射成像的帶片鏡頭，和一個(gè)將X射線輻射轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光的閃爍體。光學(xué)子系統(tǒng)包括一個(gè)探測(cè)器、一個(gè)管鏡、一個(gè)轉(zhuǎn)向鏡和一個(gè)將閃爍體發(fā)出的可見(jiàn)光成像到無(wú)限遠(yuǎn)的顯微物鏡。 本實(shí)用新型中使用的射線源是電子轟擊X點(diǎn)射線源，X射線輻射子系統(tǒng)與光學(xué)子系統(tǒng)的聯(lián)合使成像分辨率更高。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種X射線閃爍體成像光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于其緊湊的尺寸，對(duì)不同能級(jí)的X射線的選擇作用，同時(shí)避免了高能X射線對(duì)CCD造成損傷。優(yōu)選的，X射線輻射子系統(tǒng)和光學(xué)子系統(tǒng)都有一定的放大倍數(shù)。X射線輻射子系統(tǒng)的放大倍數(shù)在1-10 ；光學(xué)子系統(tǒng)的放大倍數(shù)在5-40。優(yōu)選的，X射線輻射子系統(tǒng)的放大倍數(shù)在1-10，若考慮X射線輻射子系統(tǒng)的放大倍數(shù)，存在射線源的偽影影響，該系統(tǒng)不考慮輻射子系統(tǒng)的放大，將輻射子系統(tǒng)的放大倍數(shù)設(shè)置為1，這樣不會(huì)產(chǎn)生偽影影響，光學(xué)子系統(tǒng)的放大倍數(shù)在5-40之間，取40倍的光學(xué)放大，而對(duì)于普通CCD(光電耦合探測(cè)器)，像素大小在5-20微米，通過(guò)這樣的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率。本實(shí)用新型的上述優(yōu)勢(shì)和其他優(yōu)點(diǎn)將配合圖片更加詳細(xì)地描述并在權(quán)利要求中聲明。為了更詳盡地表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，一下列舉出具體的方法和實(shí)現(xiàn)裝置，需要強(qiáng)調(diào)是這些實(shí)例是用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不是限制本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的原則與特征可以應(yīng)用于不同的實(shí)現(xiàn)而沒(méi)有超越本實(shí)用新型的范圍。圖1所示為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)例X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)中射線從射線源10出射穿過(guò)載物臺(tái)22上的物體，進(jìn)入閃爍體15產(chǎn)生可見(jiàn)光，為了避免射線源焦點(diǎn)產(chǎn)生的偽影影響將載物臺(tái)和緊靠閃爍體15前端的鋁膜12放置，同時(shí)為了獲得盡量多的X射線進(jìn)入閃爍體也相應(yīng)的讓射線源在不影響成像的情況下盡量靠近載物臺(tái)。優(yōu)選的，樣本放在一個(gè)平臺(tái)22上，該載平臺(tái)可以在χ軸、y軸和ζ軸的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。最常用的閃爍體材料是熒光體，熒光體通過(guò)磷光作用，具有較長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間和非常高的轉(zhuǎn)化效率。熒光體有幾微米甚至更大的顆粒，因此不適合用于分辨率為1微米或更高的成像應(yīng)用。優(yōu)選的，本系統(tǒng)選擇單晶閃爍體材料，鈰激活釔鋁石榴石(Ce3+ YAG)單晶，這種晶體發(fā)光的延遲短，發(fā)出可見(jiàn)光的頻段窄，適合做高分辨率的成像應(yīng)用。閃爍體產(chǎn)生的可見(jiàn)光通過(guò)油浸類(lèi)顯微物鏡收集，油浸類(lèi)顯微物鏡由顯微物鏡17 和折射系數(shù)較大的玻璃基底16構(gòu)成。顯微物鏡有確定的工作距離，即物體到顯微物鏡17 前端的距離。本系統(tǒng)中閃爍體材料15就是系統(tǒng)的物體。顯微物鏡17將物體成像到無(wú)限遠(yuǎn)處，轉(zhuǎn)向鏡19改變可見(jiàn)光線18的方向，然后管鏡20將光線聚焦成像到光電耦合探測(cè)器 (CCD) 21 上。閃爍體光學(xué)系統(tǒng)主要包括閃爍體材料15，顯微物鏡17，轉(zhuǎn)向鏡19和管鏡20，其分辨率和收集效率主要取決于顯微物鏡17的數(shù)值孔徑(NA)。顯微物鏡的分辨率與數(shù)值孔徑的關(guān)系有分辨率=0.61* λ/NA，其中λ為入射光波長(zhǎng)。數(shù)值孔徑越大的物鏡可以通過(guò)更大的孔徑角但更小的景深收集閃爍體材料15所發(fā)出的光。所以，最優(yōu)化閃爍體光學(xué)系統(tǒng)的分辨率和整體收集效率是非常重要的。研究發(fā)現(xiàn)數(shù)值孔徑在0. 65-0. 85尤其是0. 75時(shí)系分辨率可以達(dá)到亞微米，閃爍體材料采用鈰激活釔鋁石榴石(Ce3+ YAG)單晶，且一定厚度的單晶只對(duì)特定的能級(jí)的射線起轉(zhuǎn)換作用。大部分現(xiàn)代物鏡都采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，就是物體位于物鏡的物方焦平面上，物體經(jīng)物鏡成像于無(wú)限遠(yuǎn)處。物體上每一點(diǎn)所發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)物鏡之后成為平行光線，真實(shí)的像面通過(guò)管鏡20形成，管鏡將平行光線聚焦到光電耦合探測(cè)器(CXD) 21。該設(shè)計(jì)中，物鏡管鏡聯(lián)合的光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)是管鏡焦距ft與物鏡焦距f。的比值M=ft/f。。放大倍數(shù)與顯微物鏡17和管鏡20之間的距離沒(méi)有關(guān)系，所以?xún)烧咧g添加一個(gè)轉(zhuǎn)向鏡并不會(huì)最終的成像質(zhì)量。雖然兩者的距離太遠(yuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生光暈，但系統(tǒng)的放大倍數(shù)保持不變。在當(dāng)前設(shè)計(jì)中，閃爍體材料15直接固定在顯微物鏡17的前焦面上，同時(shí)固定閃爍體結(jié)構(gòu)和顯微物鏡使之成為一個(gè)整體，保證閃爍體始終在顯微物鏡的焦面面上。光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)可以通過(guò)改變顯微物鏡17或管鏡20的焦距而變化。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)支持多個(gè)放大倍數(shù)，通過(guò)變換顯微物鏡和與其一一對(duì)應(yīng)并膠合在一起的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本實(shí)用新型，閃爍體材料15與玻璃基底16粘合在一起?；椎暮穸仁歉鶕?jù)顯微物鏡17的工作距離設(shè)定的?；?6的固定長(zhǎng)度以及基底與顯微物鏡的一一對(duì)應(yīng)保證閃爍體材料15與顯微物鏡17之間的距離是相當(dāng)穩(wěn)定的。本設(shè)計(jì)采用的是油浸式物鏡，由顯微物鏡17和玻璃基底16共同形成，這與傳統(tǒng)的物鏡與物體之間的間隔是空氣的設(shè)計(jì)不同。根據(jù)鏡頭設(shè)計(jì)原理，油浸式鏡頭系統(tǒng)要求物體與鏡頭前端表面之間用一種折射率在1. 2-1. 8的物質(zhì)填充。因?yàn)殓R頭的數(shù)值孔徑定義為NA=n*Sin(e)，其中θ是鏡頭采集光線的孔徑角的一半，浸入媒介通過(guò)改變折射率η使數(shù)值孔徑的值達(dá)到較高的水平，另外通過(guò)浸入媒質(zhì)可以減少光線在媒介過(guò)渡過(guò)程中的相位失真。一般使用的浸入媒介是折射率為1. 4的礦物油。本實(shí)用新型中因?yàn)殚W爍體很薄， 顯微物鏡與閃爍體之間再加入油作為介質(zhì)很不可靠，特選用光學(xué)玻璃16代替油做介質(zhì)，而所選用的光學(xué)玻璃，既可以得到大的數(shù)值孔徑同時(shí)又作為閃爍體的基底，且在打磨的過(guò)程中可以先固定閃爍體和基地，非常利于閃爍體打磨到較薄的水平。實(shí)例中選用折射率為1. 5 的光學(xué)玻璃，其厚度加工成與物鏡的工作距離相等。優(yōu)選的，為了增加閃爍體光學(xué)系統(tǒng)的效率，在閃爍體材料15的前表面覆蓋一層反射材料12，這個(gè)涂層反射X射線輻射經(jīng)由閃爍體轉(zhuǎn)化的可見(jiàn)光。一般的反射涂層材料12 是多層薄膜過(guò)濾器。在本實(shí)用新型中反射涂層材料12是薄鋁膜。選擇涂層材料為鋁膜的好處有(1)鋁膜可以有效的反射由閃爍體發(fā)出的可見(jiàn)光，增加顯微物鏡的光能輸入( 鋁膜還可以有效阻止外界可見(jiàn)光對(duì)光路系統(tǒng)的影響 (3)鋁膜還可以有效濾除不需要的較低能級(jí)的X射線。優(yōu)選的通過(guò)設(shè)置閃爍體的厚度進(jìn)行X線能量選擇，較薄的閃爍體濾除高能量X射線。因?yàn)橐话愕湍芰康腦射線在閃爍體的前端被吸收，高能量的X射線則會(huì)穿入到閃爍體的里面。由于高能量X射線光子所產(chǎn)生的可見(jiàn)光光子數(shù)比低能量的X射線光子要多。而閃爍體對(duì)高能量X射線的靈敏度隨著其厚度變小而減少。所以為了濾除高能射線需要使閃爍體很薄。優(yōu)選的，閃爍體材料的厚度根據(jù)數(shù)值孔徑有關(guān)，數(shù)值孔徑越大，顯微物鏡的景深越小導(dǎo)致閃爍體也要較薄，本系統(tǒng)的厚度最小達(dá)到10微米。優(yōu)選的，閃爍體材料與基底的系數(shù)匹配確保光線從閃爍體材料15出來(lái)到進(jìn)入基底16之間有一個(gè)小的固定夾角，因而提高輻射的收集效率。優(yōu)選的，閃爍體材料15通過(guò)粘合劑13和基底16粘合在一起與顯微物鏡固定。商用的閃爍體較厚，需要打磨到10微米到50微米之間才能滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需要。為了得到較薄的閃爍體材料，為了防止在加工過(guò)程的碎裂，先將其粘合到玻璃基底上，然后刨出一個(gè)斜角，然后再打磨到指定的厚度，接著在其前端加入反射光線用的鋁膜，最后將這整個(gè)的閃爍體基底系統(tǒng)固定到顯微物鏡17上。圖2所示為不同放大倍數(shù)的顯微物鏡轉(zhuǎn)換裝置，多鏡頭的顯微物鏡轉(zhuǎn)換，配置同一套管鏡系統(tǒng)。每個(gè)物鏡系統(tǒng)由如圖1中12—19的部分組成。圖3所示為顯微物鏡的設(shè)計(jì)結(jié)果，視場(chǎng)為1. 35mmX 1. 35mm,油浸類(lèi)顯微物鏡，數(shù)值孔徑為0. 75，焦距為12. 5mm。圖4所示為管鏡的設(shè)計(jì)結(jié)果，焦距為250mm。整個(gè)X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)如下-無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，管鏡焦距250mm—油浸系物鏡，介質(zhì)Nd約1.5—20X (ΝΑ=0· 75)，IOX (NA=O. 42), 5X (ΝΑ=0· 25)三種倍率物鏡—像方視場(chǎng) ^mm X 26mm ( Φ 37mm)-工作距離(閃爍體基底厚度)不大于2mm—轉(zhuǎn)向鏡 50mm X 50mm—閃爍體到CCD面距離約500mm—物鏡尺寸外徑約50謹(jǐn)，長(zhǎng)度130mm。
權(quán)利要求1.一種X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)將X射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光并成像在電荷耦合器探測(cè)器(21)上，其特征在于該系統(tǒng)包括提供X射線的點(diǎn)源(10)；閃爍體(15)；設(shè)置在點(diǎn)源(10)與閃爍體(15)之間且具有旋轉(zhuǎn)、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的載物臺(tái)(22);涂敷在閃爍體(15)與載物臺(tái)相對(duì)的一面的可見(jiàn)光反射涂層(12);與閃爍體(15)連接的光學(xué)玻璃基底(16);與光學(xué)玻璃基底(16)相連的顯微物鏡(17);與顯微物鏡(17)相距一定距離的轉(zhuǎn)向鏡(19);與轉(zhuǎn)向鏡(19)相距一定距離的管鏡(20);與管鏡(20)相連的電荷耦合器探測(cè)器(21);其中，點(diǎn)源(10)發(fā)射X射線，經(jīng)過(guò)載物臺(tái)(22)上的物體的吸收，到達(dá)閃爍體(15)，同時(shí)閃爍體(15)吸收轉(zhuǎn)化X射線成可見(jiàn)光，可見(jiàn)光通過(guò)光學(xué)玻璃基底(16)折射后到達(dá)顯微物鏡(17)的前端，顯微物鏡(17)與轉(zhuǎn)向鏡(19)的夾角等于管鏡(20)與轉(zhuǎn)向鏡(19)的夾角，顯微物鏡將閃爍體(15)發(fā)出的可見(jiàn)光線(18)成像到無(wú)窮遠(yuǎn)處；該光線經(jīng)轉(zhuǎn)向鏡(19)后方向轉(zhuǎn)變，管鏡(20)則將光線聚焦到可見(jiàn)光電荷耦合器探測(cè)器(21)的感應(yīng)面上，通過(guò)這樣的將X射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光并聚焦的過(guò)程獲得圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的閃爍體 (15)材料是鈰激活釔鋁石榴石單晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的閃爍體 (15)的厚度因整個(gè)系統(tǒng)的放大倍數(shù)不同而不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于可見(jiàn)光反射涂層 (12)為鋁膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的管鏡(20) 經(jīng)過(guò)顯微物鏡(17)的平行光線聚焦到電荷耦合器探測(cè)器(21)感應(yīng)面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的顯微物鏡 (17)像方視場(chǎng)范圍為^mmX^mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)玻璃基底(16)的折射率η為1.5。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種X射線閃爍體光學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)將X射線轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光并成像在電荷耦合器探測(cè)器(21)上，其特征在于該系統(tǒng)包括提供X射線的點(diǎn)源(10)；閃爍體(15)；設(shè)置在點(diǎn)源(10)與閃爍體(15)之間且具有旋轉(zhuǎn)、上下平移、左右平移、前后平移四自由度的載物臺(tái)(22)；涂敷在閃爍體(15)與載物臺(tái)相對(duì)的一面的可見(jiàn)光反射涂層(12)；與閃爍體(15)連接的光學(xué)玻璃基底(16)；與光學(xué)玻璃基底(16)相連的顯微物鏡(17)。本實(shí)用新型整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，能有效避免X射線對(duì)電荷耦合器的損傷。管鏡則將平行光線聚焦的電荷耦合器的感應(yīng)面上。另外通過(guò)顯微物鏡轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換顯微物鏡，得到不同的放大倍數(shù)。
文檔編號(hào)G01T1/24GK202049238SQ20112012333
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者李光, 羅守華, 顧寧 申請(qǐng)人:東南大學(xué)