CN106033133B - 一种光栅、制造方法和辐射成像装置 - Google Patents

一种光栅、制造方法和辐射成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光栅、制造方法和辐射成像装置，该光栅包括：设有若干个栅格的第一栅格片和与所述第一栅格片相同的第二栅格片；所述第一栅格片与格片第二栅格片叠加，所述第一栅格片的栅格与所述第二栅格片的栅格平行；所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位，所述第一栅格片的栅格不完全遮挡所述第二栅格片的栅格间隙。本发明与现有技术相比，通过物理方式形成栅格片，将两片栅格片叠加的方式组合形成光栅。本发明采用物理成型工艺实现了光栅的加工，从而大幅降低了成本，缩短了生产周期。

Description

一种光栅、制造方法和辐射成像装置
技术领域
本发明涉及一种光栅、制造方法和辐射成像装置，属于辐射成像技术领域。
背景技术
光栅是一种以栅线距离为基准进行测量的仪器。根据形成莫尔条纹原理的不同，可分为几何光栅(幅值光栅)和衍射光栅(相位光栅)。微米级和亚微米级的光栅测量是采用几何光栅，光栅栅距为100μm至20μm，远大于光源光波波长，衍射现象可以忽略，当两块光栅相对移动时产生低频拍现象形成莫尔条纹，其测量原理称为影像原理。纳米级的光栅测量是采用衍射光栅，目前光栅栅距为8μm或4μm，栅线的宽度与光的波长很接近，产生衍射和干涉现象形成莫尔条纹，其测量原理称为干涉原理。
光栅包括光线透过部(以下可简称为“栅格间隙”)和光线屏蔽部(以下可简称为“栅格”)，由此发射到它的光线被分割并形成为多个光线束。这允许衍射光栅被具有空间相干性的光线束所照射。衍射光栅衍射来自源光栅的光线，并且根据Talbot效应形成干涉图案。光线检测器检测来自衍射光栅的光线。在基于光栅的X射线相衬成像系统中，需将X射线吸收光栅置于X射线源后，X射线吸收光栅的填充重金属部分(栅格)吸收X射线，而光栅的另外部分(栅格间隙)透过X射线，这样，吸收光栅与普通光栅X射线源共同构成了具有一维空间相干性的X射线源。
众所周知，随着辐射成像技术的不断发展，需要成像的精度要求越来越高，进而使成像设备所需要的元件越来越精密。例如，在辐射成像设备中对光栅的要求也越来越高。现有的光栅制作方法主要有机械刻划、激光全息光刻、电子束直写等三种。机械刻划条件极为苛刻，不仅时间长而且精度不高、生产难度大、很难刻划出亚微米的线条。利用电子束直写制作可以制作出纳米级的高分辨率图形，但是效率非常低，而且不能够制作高高宽比的图形。激光全息光刻虽然能够制作出深亚微米水平的光栅，但是控制精度较高、成本高、产能低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中光栅采用化学腐蚀成型，成型效率低成本高，采用物理成型制得的光栅间隙大的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种光栅、制造方法和辐射成像装置。
一方面，本发明提供一种光栅，包括：
设有若干个栅格的第一栅格片和与所述第一栅格片相同的第二栅格片；
所述第一栅格片与格片第二栅格片叠加，所述第一栅格片的栅格与所述第二栅格片的栅格平行；
所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位，所述第一栅格片的栅格不完全遮挡所述第二栅格片的栅格间隙。
其中较优地，所述第一栅格片的栅格宽度与栅格间隙宽度相同。
其中较优地，所述第一栅格片的栅格遮挡所述第二栅格片的栅格间隙的一半。
其中较优地，所述第一栅格片的栅格间隙宽度为所述第一栅格片的栅格宽度的3倍。
其中较优地，所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位2个栅格宽度。
其中较优地，所述栅格是设置在所述第一栅格片一侧的垂直于栅格片所在平面的若干凸棱。
其中较优地，所述第一栅格片有栅格的一面靠近与所述第二栅格片有栅格的一面叠加，所述第一栅格片的栅格位于所述第二栅格片的栅格间隙中。
其中较优地，所述第一栅格片与所述第二栅格片之间设置有连接垫板。
另一方面，本发明提供一种光栅制造方法，包括如下步骤：
在第一栅格片上形成等宽度的栅格和等宽度的栅格间隙的若干个栅格；
形成与所述第一栅格片完全一致的第二栅格片；
所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位叠加，所述第一栅格片的栅格与所述第二栅格片的栅格平行；使所述第一栅格片的栅格不完全遮挡所述第二栅格片的栅格间隙。
再一方面，本发明还提供一种辐射成像装置，所述辐射成像装置应用了上述的光栅。
本发明提供的光栅、制造方法和辐射成像装置与现有技术相比，使用机械加工的方式形成缝隙较宽的栅格片，将两片栅格片错位叠加的方式组合形成缝隙减小的光栅。本发明采用物理成型工艺实现了光栅的加工，降低了机加工精度要求和难度，从而大幅降低了成本，缩短了生产周期。
附图说明
图1是本发明一种实施例光栅结构示意图；
图2是本发明第二种实施例光栅结构示意图；
图3是本发明第三种实施例光栅结构示意图；
图4是本发明实施例1第一栅格片结构示意图；
图5是本发明实施例1第二栅格片结构示意图；
图6是本发明实施例1光栅结构示意图；
图7是本发明实施例2第一栅格片结构示意图；
图8是本发明实施例2第二栅格片结构示意图；
图9是本发明实施例2光栅结构示意图；
图10是本发明实施例3第一栅格片结构示意图；
图11是本发明实施例3第一栅格片结构示意图；
图12是本发明实施例3第二栅格片结构示意图；
图13是本发明实施例3光栅组合示意图；
图14是本发明实施例4光栅组合示意图；
图15是本发明实施例5第一栅格片结构示意图；
图16是本发明实施例5第二栅格片结构示意图；
图17是本发明实施例5第二、二栅格片通孔示意图；
图18是本发明实施例5光栅组合示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-图3所示，本发明提供一种光栅，包括：设有若干个栅格的第一栅格片和与第一栅格片相同的第二栅格片；第一栅格片与格片第二栅格片叠加，第一栅格片的栅格与第二栅格片的栅格平行；第一栅格片与第二栅格片沿栅格的宽度方向上错位，第一栅格片的栅格不完全遮挡第二栅格片的栅格间隙。下面结合多个实施例对本发明提供的光栅展开详细的说明。
实施例1
如图4、图5所示，本实施例提供一种光栅，包括：第一栅格片1和第二栅格片2。由于第一栅格片1与第二栅格片2相同，第一栅格片1的栅格11宽度与第二栅格片2的栅格21宽度相同，第一栅格片1的栅格间隙12与第二栅格片2的栅格间隙22相同。如图4所示，第一栅格片1的栅格11宽度与栅格间隙12宽度相同。因此，如图5所示，第二栅格片2的栅格21宽度与栅格间隙21宽度相同。
如图6所示，将图4中的第一栅格片1与图5中的格片第二栅格片2叠加，形成如图6所示的光栅。其中第一栅格片1的栅格11与第二栅格片2的栅格21平行；第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位，第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22。最终使第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有供射线通过的缝隙。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时优选错过栅格11、21宽度的一半，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的一半。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21或栅格间隙12、22的一半。
实施例2
如图7所示，本实施例与实施例1基本相同，其区别在于，在本实施例中，第一栅格片1的栅格11宽度为栅格间隙12宽度的1/3。同样的，如图8所示，第二栅格片2的栅格21宽度为栅格间隙22宽度的1/3.
如图9所示，将图7中的第一栅格片1与图8中的格片第二栅格片2叠加，形成如图9所示的光栅。其中第一栅格片1的栅格11与第二栅格片2的栅格21平行；第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位，第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22。最终使第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有供射线通过的缝隙。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时优选错过栅格宽度的二倍，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的1/3。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅中，第一栅格片1的栅格11和第二栅格片2的栅格22两边留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21宽度。
实施例3
如图1、图10-图13所示，本实施例提供一种光栅，包括：第一栅格片1和第二栅格片2。栅格11是设置在所述第一栅格片1一侧的垂直于第一栅格片1所在平面的若干凸棱，凸棱之间的通孔形成栅格间隙12。由于第一栅格片1与第二栅格片2相同，第二栅格片2上的栅格也是设置在第二栅格片2一侧的垂直于第二栅格片2所在平面的若干凸棱。第一栅格片1的栅格11宽度与第二栅格片2的栅格21宽度相同，第一栅格片1的栅格间隙12与第二栅格片2的栅格间隙22相同。如图10、图11所示，第一栅格片1的栅格11宽度与栅格间隙12宽度相同。因此，如图12所示，第二栅格片2的栅格21宽度与栅格间隙21宽度相同。
如图1所示，将图11中的第一栅格片1与图12中的第二栅格片2按图13所示的方式叠加，形成如图1所示的光栅。其中第一栅格片1的栅格11与第二栅格片2的栅格21平行；第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位，第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22。最终使第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有供射线通过的缝隙。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时优选错过栅格11、21宽度的一半，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的一半。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21或栅格间隙12、22的一半。在图1、图13中，第一栅格片1与第二栅格片2叠加时，所述第一栅格片1有栅格11的一面远离与所述第二栅格片2有栅格21的一面叠加。如图1、图10-图13所示在本实施例中，不仅限于第一栅格片1的栅格11宽度与栅格间隙12宽度相同，应当可以理解，采用其他可以实现第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的方案均可以实现本发明。例如，可以将第一栅格片1的栅格11宽度为栅格间隙12宽度的1/3。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时错过栅格宽度的二倍，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的1/3。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅中，第一栅格片1的栅格11和第二栅格片2的栅格22两边留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21宽度。
实施例4
如图2、图14所示，本实施例与实施例3基本相同，其区别在于，在本实施例中，将图11中的第一栅格片1与图12中的格片第二栅格片2按图14所示的方式叠加，形成如图2所示的光栅。其中第一栅格片1的栅格11与第二栅格片2的栅格21平行；第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位，第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22。最终使第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有供射线通过的缝隙。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时优选错过栅格11、21宽度的一半，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的一半。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21或栅格间隙12、22的一半。在图2、图14中，第一栅格片1与第二栅格片2叠加时，所述第一栅格片1有栅格11的一面远离与所述第二栅格片2有栅格21的一面叠加。如图2、图10-图12、图14所示，在本实施例中，不仅限于第一栅格片1的栅格11宽度与栅格间隙12宽度相同，应当可以理解，采用其他可以实现第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的方案均可以实现本发明。例如，如图2所示，可以将第一栅格片1的栅格11宽度为栅格间隙12宽度的1/3。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时错过栅格宽度的二倍，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的1/3。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅中，第一栅格片1的栅格11和第二栅格片2的栅格22两边留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21宽度。在本实施例中，优选将第一栅格片1和第二栅格片2近一步叠加靠近，使第一栅格片1的栅格11进入所述第二栅格片2的栅格间隙22中，使第二栅格片2的栅格21进入所述第一栅格片1的栅格间隙12中。在本实施例中，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅中，栅格11和栅格21高度一样。这种结构等同于蚀刻成的光栅。为了进一步保证第一栅格片1与第二栅格片固定时更稳固，不易在栅格宽度方向上活动，在所述第一栅格片1与所述第二栅格片2之间设置有连接垫板3。
实施例5
如图3、图15-18所示，本实施例与实施例3、实施例4不同，在本实施例中，本实施例提供一种光栅，包括：第一栅格片1和第二栅格片2。在本实施例中，第一栅格片1上的栅格11与第一栅格在同一平面内。在第一栅格片1开设长通孔形成栅格间隙12，相邻两个栅格间隙12之间的连通部分形成栅格11。在第一栅格片1上形成的长通孔结构如图17所示。由于第一栅格片1与第二栅格片2相同，第一栅格片1的栅格11宽度与第二栅格片2的栅格21宽度相同，第一栅格片1的栅格间隙12与第二栅格片2的栅格间隙22相同。如图15所示，第一栅格片1的栅格11宽度与栅格间隙12宽度相同。因此，如图16所示，第二栅格片2的栅格21宽度与栅格间隙21宽度相同。
如图3、图18所示，将图15中的第一栅格片1与图16中的第二栅格片2叠加，形成如图3所示的光栅。其中第一栅格片1的栅格11与第二栅格片2的栅格21平行；第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位，第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22。最终使第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有供射线通过的缝隙。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时优选错过栅格11、21宽度的一半，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的一半。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21或栅格间隙12、22的一半。应当可以理解，采用其他可以实现第一栅格片1的栅格11不完全遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的方案均可以实现本发明。例如，参考实施例2，可以将第一栅格片1的栅格11宽度为栅格间隙12宽度的1/3。第一栅格片1与第二栅格片2沿栅格21、22的宽度方向上错位时错过栅格宽度的二倍，也就是第一栅格片1的栅格21遮挡第二栅格片2的栅格间隙22的1/3。此时，第一栅格片1和第二栅格片2构成的光栅中，第一栅格片1的栅格11和第二栅格片2的栅格22两边留有的供射线通过的缝隙宽度恰好是栅格11、21宽度。
实施例6
在本实施例中，本发明还提供一种光栅制造方法，包括如下步骤：在第一栅格片上形成等宽度的栅格和等宽度的栅格间隙的若干个栅格；形成与第一栅格片完全一致的第二栅格片；第一栅格片与第二栅格片沿栅格的宽度方向上错位叠加，第一栅格片的栅格与第二栅格片的栅格平行；使第一栅格片的栅格不完全遮挡第二栅格片的栅格间隙。在本实施例中，第一栅格片、第二栅格片可以采用实施例1、实施例2、实施例3、实施例5中的栅格片，第一栅格片、第二栅格片的叠加方式可以采用实施例1-实施例5中的叠加方式。在第一栅格片、第二栅格片的叠加完成之后将第一栅格片、第二栅格片用螺丝固定即可形成光栅。
在制备图1、图2、图10-图14所示的栅格片时，在一两条完全相同且平行的基板上形成与基板等长度的凸块；使线切割机的电极丝与凸块的宽度方向平行，在凸块厚度方向上切割凸块；切割凸块至长通孔。通孔为栅格间隙，栅格间隙两侧为栅格。重复上述步骤形成多条栅格和栅格间隙。以上述方法形成第一栅格片后，再以同样的方法形成第二栅格片。第一栅格片与第二栅格片沿栅格的宽度方向上错位叠加，第一栅格片的栅格与第二栅格片的栅格平行；使第一栅格片的栅格不完全遮挡第二栅格片的栅格间隙。
在制备图3、图15-图18所示的栅格片时，在一平面的栅格基板上形成上下错位的孔；从小孔中穿过电极丝，使电极丝垂直于栅格基板平面，在栅格基板宽度方向切割，使其形成长通孔。通孔为栅格间隙，栅格间隙两侧为栅格。重复上述步骤形成多条栅格和栅格间隙。以上述方法形成第一栅格片后，再以同样的方法形成第二栅格片。第一栅格片与第二栅格片沿栅格的宽度方向上错位叠加，第一栅格片的栅格与第二栅格片的栅格平行；使第一栅格片的栅格不完全遮挡第二栅格片的栅格间隙。
实施例7
在本实施例中，提供一种辐射成像装置，该辐射成像装置应用了实施例1至5的光栅。
综上所述，本发明提供的光栅、制造方法和辐射成像装置与现有技术相比，使用机械加工的方式形成缝隙较宽的栅格片，将两片栅格片错位叠加的方式组合形成缝隙减小的光栅。本发明采用物理成型工艺实现了光栅的加工，降低了机加工精度要求和难度，从而大幅降低了成本，缩短了生产周期。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种光栅，其特征在于，包括：
设有若干个栅格的第一栅格片和与所述第一栅格片相同的第二栅格片；
所述第一栅格片与第二栅格片叠加，所述第一栅格片的栅格与所述第二栅格片的栅格平行；
所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位，所述第一栅格片的栅格不完全遮挡所述第二栅格片的栅格间隙；
其中，所述栅格是设置在所述第一栅格片一侧的垂直于栅格片所在平面的若干凸棱；所述第一栅格片和所述第二栅格片均包括基板，所述栅格形成于所述基板上，所述栅格只有其起始端和终止端和所述基板相连接；
所述第一栅格片有栅格的一面靠近与所述第二栅格片有栅格的一面叠加，所述第一栅格片的栅格位于所述第二栅格片的栅格间隙中；其中，所述第一栅格片的栅格高度和所述第二栅格片的栅格高度相同。
2.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一栅格片的栅格遮挡所述第二栅格片的栅格间隙的一半。
3.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一栅格片的栅格间隙宽度为所述第一栅格片的栅格宽度的3倍。
4.如权利要求3所述的光栅，其特征在于，所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位2个栅格宽度。
5.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一栅格片与所述第二栅格片之间设置有连接垫板。
6.一种光栅制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在第一栅格片上形成等宽度的栅格和等宽度的栅格间隙的若干个栅格；
形成与所述第一栅格片完全一致的第二栅格片；
所述第一栅格片与所述第二栅格片沿所述栅格的宽度方向上错位叠加，所述第一栅格片的栅格与所述第二栅格片的栅格平行；使所述第一栅格片的栅格不完全遮挡所述第二栅格片的栅格间隙；
其中，所述栅格是设置在所述第一栅格片一侧的垂直于栅格片所在平面的若干凸棱；所述第一栅格片和所述第二栅格片均包括基板，所述栅格形成于所述基板上，所述栅格只有其起始端和终止端和所述基板相连接；所述第一栅格片有栅格的一面靠近与所述第二栅格片有栅格的一面叠加，所述第一栅格片的栅格位于所述第二栅格片的栅格间隙中；其中，所述第一栅格片的栅格高度和所述第二栅格片的栅格高度相同。
7.一种辐射成像装置，其特征在于，应用权利要求1至5任一所述的光栅。
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