CN107492476A - 电子束莫尔条纹产生装置及电子光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电子束莫尔条纹产生装置及电子光学成像系统，电子束莫尔条纹产生装置包括激发光源、透光窗、光电阴极、阳极栅网、管壳、分幅变像管、荧光屏，光电阴极表面设置有条纹状刻线，用于产生第一道电子光栅；阳极栅网的目数与刻线的空间频率相匹配，且阳极栅网贴近光电阴极设置，用于产生第二道电子光栅，并在第一道电子光栅和第二道电子光栅的作用下形成电子束的莫尔条纹。本发明提供的电子束莫尔条纹产生装置能够直接利用光电阴极和阳极栅网的相互作用产生莫尔条纹，无需扫描时间，提高了效率。

Description

电子束莫尔条纹产生装置及电子光学成像系统

技术领域

本发明涉及电子成像技术领域，具体而言，涉及电子束莫尔条纹产生装置及电子光线成像系统。

背景技术

莫尔条纹作为一种光学现象，常被应用于高次条纹消除、等高线测量、凹凸判定、医疗诊断等领域。近年来，光学领域的莫尔条纹已经得到了广泛的应用，但对电子束领域莫尔条纹的研究与应用却不多见。

目前最具代表性的电子束莫尔条纹产生装置包括以下两种：第一种，在黄铜样品上制作刻线形成电子光栅，利用样品上的刻线与扫描电镜的电子束光栅扫描来形成电子束莫尔条纹，并进行观测；第二种，采用光刻法在样品上制作条纹，利用SEM照射样品产生的二次电子和一次电子来产生电子束莫尔条纹。

由于采用扫描电镜来产生并测量莫尔条纹，因此第一种方案中用于产生电子束莫尔条纹电子束光栅并非真实存在的电子光栅，而是电子束的光栅状扫描。因此电子束莫尔条纹的图像并非同时产生的，而是将多次扫描的图像组合起来形成的莫尔条纹，在时间上存在延迟性。此外，采用该结构产生的莫尔条纹还受到放大倍率的影响，在不同倍率下观测到的莫尔条纹形状会发生变化。第二种方案中所用的方法虽然没有利用到电子束的光栅状扫描来产生莫尔条纹，莫尔条纹不会受到放大倍率的影响，但是依然用到了这种扫描方式来成像，因此其莫尔条纹图像在时间上同样存在延迟性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了电子束莫尔条纹产生装置及电子光线成像系统。

具体地，其技术方案如下：

一种电子束莫尔条纹产生装置，包括激发光源、透光窗、光电阴极、阳极栅网、管壳、分幅变像管、荧光屏，所述激发光源设置在所述管壳的第一端外侧，所述第一端的端面上设置有用于使光子穿透的所述透光窗，所述光电阴极和所述阳极栅网顺次设置在所述透光窗的内侧，所述光电阴极与所述阳极栅网间存在加速电压，所述分幅变像管和所述荧光屏设置在所述管壳的第二端，所述分幅变像管用于将电子图像加强后轰击到所述荧光屏上转变为光学图像；

所述光电阴极表面设置有条纹状刻线，用于产生第一道电子光栅；

所述阳极栅网的目数与所述刻线的空间频率相匹配，且所述阳极栅网贴近所述光电阴极设置，用于产生第二道电子光栅，并在所述第一道电子光栅和所述第二道电子光栅的作用下形成电子束的莫尔条纹。

作为对技术方案的改进，所述电子束莫尔条纹产生装置还包括磁聚焦透镜，所述磁聚焦透镜套接在所述管壳上，用于聚焦所述电子束。

作为对技术方案的改进，所述磁聚焦透镜的数量为多个。

作为对技术方案的改进，所述磁聚焦透镜的数量为单个。

作为对技术方案的改进，所述电子束莫尔条纹产生装置还包括耦合透镜和相机，所述耦合透镜和所述相机顺次设置在所述管壳的第二端外侧，用于将所述荧光屏上的光学图像通过所述耦合透镜的作用成像于所述相机的探测面上。

作为对技术方案的改进，所述相机为CCD相机。

作为对技术方案的改进，所述相机为CMOS相机。

作为对技术方案的改进，所述管壳的第一端内侧设置有能够相对于所述光电阴极转动的调整架，所述阳极栅网安装在所述调整架上。

作为对技术方案的改进，所述激发光源为紫外线光源或X射线光源。

一种电子光学成像系统，包括前述任一技术方案所述的电子束莫尔条纹产生装置。

本发明至少具有以下有益效果：

根据本发明提供的电子束莫尔条纹产生装置，当有X射线或紫外光照射到光电阴极之后，由于在光电阴极上有条纹状刻线，所以光电阴极会直接产生条纹状的电子图像，相当于第一道电子光栅。光电阴极产生的电子在加速电压的作用下，移动到阳极栅网处，由于光电阴极和阳极栅网之间的距离很短，可以认为光电阴极的电子图像到阳极栅网并没有产生太大的变化，因此阳极栅网的栅格可以作为第二道电子光栅，在两道电子光栅的作用下可以形成电子束的莫尔条纹。

采用上述结构的优点在于：光电阴极的条纹状刻线可作为第一道电子光栅与阳极栅网的网格直接相互作用产生莫尔条纹，无需扫描时间，提高效率。进一步地，阳极栅网相对光电阴极可旋转，可根据需求改变莫尔条纹形状。此外，磁聚焦透镜的放大倍率不会对莫尔条纹形状产生影响，可在不同放大倍率下对同一莫尔条纹进行观测。

进一步地，电子束莫尔条纹图像形成后，在磁聚焦透镜的作用下被成像于分幅变像管的输入端，并被转换成可见光图像用于观测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例中电子束莫尔条纹产生装置的示意图；

图2是本发明实施例中光电阴极的放大示意图；

图3是本发明实施例中阳极栅网的放大示意图。

主要元件符号说明：

1-激发光源；2-透光窗；3-光电阴极；4-阳极栅网；5-调整架；6-管壳；7-磁聚焦透镜；8-分幅变像管；9-荧光屏；10-耦合透镜；11-相机。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

请一并参阅图1、图2、图3，本实施例提供了一种电子束莫尔条纹产生装置，包括激发光源1、透光窗2、光电阴极3、阳极栅网4、管壳6、分幅变像管8、荧光屏9。

其中，激发光源1用于利用光子激发光电阴极3，使其发生电子。作为一种优选的激发光源1，本实施例中激发光源1为紫外线光源。作为另一种优选的激发光源1，本实施例中激发光源1为X射线光源。

在本实施例中，管壳6为金属结构，其内部为真空环境，用于形成电子漂移通道或者漂移区。

优选地，管壳6接地。

激发光源1设置在管壳6的第一端外侧，第一端的端面上设置有用于使光子穿透的透光窗2，例如玻璃透光窗2，更进一步地，可以是石英玻璃透光窗2。

在本实施例中，光电阴极3和阳极栅网4顺次设置在透光窗2的内侧。其中，关于光电阴极3是指与阴极连接的，能够产生光电发射效应的光电发射体，当照射到光电发射体表面的光子的能量足够强时，光子和光电发射体中的电子相互作用，使电子从光电发射体的表面溢出。

而且，光电阴极3与阳极栅网4间存在加速电压，使光电阴极3处产生的电子向阳极栅网4方向移动。

在本实施例中，光电阴极3表面设置有条纹状刻线，用于产生第一道电子光栅。具体而言，当有X射线或紫外光照射到光电阴极3之后，由于在光电阴极3上有条纹状刻线，所以光电阴极3会直接产生条纹状的电子图像，相当于第一道电子光栅。

在本实施例中，阳极栅网4的目数与刻线的空间频率相匹配，且阳极栅网4贴近光电阴极3设置，用于产生第二道电子光栅，并在第一道电子光栅和第二道电子光栅的作用下形成电子束的莫尔条纹。

具体而言，阴极产生的电子在加速电压的作用下，移动到栅网处，由于光电阴极3和阳极栅网4之间的距离很短，可以认为阴极的电子图像到栅网并没有产生太大的变化，因此栅网的栅格可以作为第二道电子光栅，在两道电子光栅的作用下可以形成电子束的莫尔条纹。

在本实施例中，分幅变像管8和荧光屏9设置在管壳6的第二端，分幅变像管8用于将电子图像加强后轰击到荧光屏9上转变为光学图像。作为一种优选的分幅变像管8，其由微通道板形成。

作为微通道板的一种示例性的结构，其构造为双微通道板(图中未示出)，包括输入侧微通道板和输出侧微通道板，输入侧微通道板的输入面上镀制有平行的、作光阴极又兼作电极的微带线Mi，其输出面上蒸镀有一层接地电极面；输出侧微通道板的输出面上镀制有平行的、作电极的微带线Ni，其输入面上蒸镀有一层接地电极面；输入侧微通道板和输出侧微通道板的接地电极面同轴、近贴设置，其特殊之处在于：输入侧微通道板和输出侧微通道板上的微带线Mi和Ni在双微通道板轴向的投影相交构成可曝光区域。

需要特别说明的是，上述列举的微通道板具体结构仅是微通道板的一种示例性的结构，本实施例也可以采用其它结构种类。

优选地，电子束莫尔条纹产生装置还包括磁聚焦透镜7，磁聚焦透镜7套接在管壳6上，用于聚焦电子束。具体地，可采用短线圈载流螺线管或者长线圈载流螺线管中激发的非均匀磁场来实现磁聚焦作用，用于对管壳6内的电子进行聚焦。

具体地，电子束莫尔条纹图像形成后，在磁聚焦透镜7的作用下被成像于分幅变像管8的输入端，并被转换成可见光图像用于观测。

优选地，磁聚焦透镜7的数量为多个。

作为磁聚焦透镜7的另一种数量设置，磁聚焦透镜7的数量为单个。

优选地，电子束莫尔条纹产生装置还包括耦合透镜10和相机11，耦合透镜10和相机11顺次设置在管壳6的第二端外侧，用于将荧光屏9上的光学图像通过耦合透镜10的作用成像于相机11的探测面上。

具体地，电子束莫尔条纹在磁聚焦透镜7的作用下成像于微通道板表面，微通道板将电子图像加强后轰击到荧光屏9上转变为光学图像。荧光屏9上的光学图像通过耦合透镜10的作用成像于相机11的探测面上，被记录并传输到电脑等外部控制装置。

优选地，相机11为CCD相机11。

作为另一种优选的相机11，相机11为CMOS相机11。

优选地，管壳6的第一端内侧设置有能够相对于光电阴极3转动的调整架5，阳极栅网4安装在调整架5上。由于调整架5能够相对于光电阴极3转动，使得阳极栅网4可以相对于光电阴极3转动，用于产生不同角度下的电子束莫尔条纹。

本实施例还提供了一种电子光学成像系统，包括前述的电子束莫尔条纹产生装置。

本实施例至少具有以下有益效果：

根据本实施例提供的电子束莫尔条纹产生装置，当有X射线或紫外光照射到光电阴极3之后，由于在光电阴极3上有条纹状刻线，所以光电阴极3会直接产生条纹状的电子图像，相当于第一道电子光栅。光电阴极3产生的电子在加速电压的作用下，移动到阳极栅网4处，由于光电阴极3和阳极栅网4之间的距离很短，可以认为光电阴极3的电子图像到阳极栅网4并没有产生太大的变化，因此阳极栅网4的栅格可以作为第二道电子光栅，在两道电子光栅的作用下可以形成电子束的莫尔条纹。

采用上述结构的优点在于：光电阴极3的条纹状刻线可作为第一道电子光栅与阳极栅网4的网格直接相互作用产生莫尔条纹，无需扫描时间，提高效率。进一步地，阳极栅网4相对光电阴极3可旋转，可根据需求改变莫尔条纹形状。此外，磁聚焦透镜7的放大倍率不会对莫尔条纹形状产生影响，可在不同放大倍率下对同一莫尔条纹进行观测。

进一步地，电子束莫尔条纹图像形成后，在磁聚焦透镜7的作用下被成像于分幅变像管8的输入端，并被转换成可见光图像用于观测。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，包括激发光源、透光窗、光电阴极、阳极栅网、管壳、分幅变像管、荧光屏，所述激发光源设置在所述管壳的第一端外侧，所述第一端的端面上设置有用于使光子穿透的所述透光窗，所述光电阴极和所述阳极栅网顺次设置在所述透光窗的内侧，所述光电阴极与所述阳极栅网间存在加速电压，所述分幅变像管和所述荧光屏设置在所述管壳的第二端，所述分幅变像管用于将电子图像加强后轰击到所述荧光屏上转变为光学图像；

所述光电阴极表面设置有条纹状刻线，用于产生第一道电子光栅；

所述阳极栅网的目数与所述刻线的空间频率相匹配，且所述阳极栅网贴近所述光电阴极设置，用于产生第二道电子光栅，并在所述第一道电子光栅和所述第二道电子光栅的作用下形成电子束的莫尔条纹。

2.根据权利要求1所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述电子束莫尔条纹产生装置还包括磁聚焦透镜，所述磁聚焦透镜套接在所述管壳上，用于聚焦所述电子束。

3.根据权利要求2所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述磁聚焦透镜的数量为多个。

4.根据权利要求2所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述磁聚焦透镜的数量为单个。

5.根据权利要求1所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述电子束莫尔条纹产生装置还包括耦合透镜和相机，所述耦合透镜和所述相机顺次设置在所述管壳的第二端外侧，用于将所述荧光屏上的光学图像通过所述耦合透镜的作用成像于所述相机的探测面上。

6.根据权利要求5所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述相机为CCD相机。

7.根据权利要求5所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述相机为CMOS相机。

8.根据权利要求1所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述管壳的第一端内侧设置有能够相对于所述光电阴极转动的调整架，所述阳极栅网安装在所述调整架上。

9.根据权利要求1所述的电子束莫尔条纹产生装置，其特征在于，所述激发光源为紫外线光源或X射线光源。

10.一种电子光学成像系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的电子束莫尔条纹产生装置。