CN2655300Y - 重构x射线全息图的共焦扫描装置 - Google Patents
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Abstract
一种重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于它的结构是:同光轴地设有He-Ne激光器、扩束望远镜、X射线全息图、透镜组、光阑和检测器,而且该X射线全息图垂直于该光轴并位于透镜组前焦点,而光阑位于透镜组的后焦点,该检测器在该光阑之后并紧贴该光阑,该检测器与计算机相连。
Description
技术领域:
本实用新型涉及X射线全息,是一种X射线全息图的重构装置,特别是一种X射线全息图的共焦扫描纵向高分辨率三维重构装置,既利用了X射线全息的穿透性以及横向分辨率高的特性,又吸取了共焦扫描纵向分辨率高的优势,大大提高了重现像的总体分辨率。
背景技术:
为了观察显微物体的三维结构,人们发展了各种成像技术,特别是在X射线波段,利用X射线对物体的穿透能力,发展了X射线全息术和X射线显微层析术。衡量这些成像方法性能的一个重要参数是它们的分辨率,包括横向分辨率和纵向分辨率。
X射线全息成像,可以精确地获得物体的再现波前。从理论上讲可以得到三维重构像,然而在目前的技术条件下,由于同步辐射的相干性较差,加上X射线的散射因子很小,记录下的X射线全息图孔径较小,因而重构时,纵向分辨率低,难以获得清晰的三维图形,这点已被许多实验证实了,参见在先技术:陈建文、徐至展、朱佩平、王之江,“X射线全息术”,物理学进展,1995年,第15卷,第2期,125-147。
层析技术是在70年代初期发展起来的一种三维成像技术,它通过投影物体内部不同部分的信息。由于沿着投影方向,各个部分的影像重叠,因此是通过物体旋转一定角度后再投影来解决的。从投影数据还原三维结构需要进行大量的数值计算,因此,这一技术从一开始就与计算机紧密结合,被称为计算机层析成像技术,简称CT,这一成像技术已经商业化。X射线CT成像分辨率受X射线束直径、X射线散射、X射线光子起伏和探测器的误差等因素制约。到20世纪90年代,I.McNulty等人将扫描透射X射线显微方法与CT技术相结合,从而开始了高分辨率的显微CT研究。
然而,微CT分辨率受两个相互矛盾的因素制约:一方面,由于X射线的波动性,穿过物体后要发生衍射,结果使投影的阴影区的界线变得模糊,因此希望物体能尽量贴近记录介质,减小衍射效应;另一方面,进行CT成像时,样品需要旋转,这样又必须和记录介质保持一定的距离,显然与前者矛盾,阻碍了微CT分辨率的提高。
发明内容:
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述已有技术的不足,本实用新型的目的在于提供一种重构X射线全息图的共焦扫描装置,以提高重现像的总体分辨率。
本实用新型的基本思想是,采用共焦扫描装置来重构X射线全息图。共焦扫描三维成像的最大特点是纵向分辨能力很高,而横向分辨率低,将这种成像技术与X射线全息相结合,以获得高分辨率的三维空间图像。
所谓共焦扫描就是物镜和目镜共用一个焦点,且同在样品的探测点上,焦点相对样品做二维扫描运动,通常用计算机控制样品移动来实现。物镜将点光源聚焦形成锐的亮斑,照明样品,再由收集镜成像,在像平面上用小孔滤去非焦点杂散光,从而获得点像强度的数据,通过扫描将每个点像数据按照位置和同步关系逐点存储到计算机,然后以点的形式构成样品的完整图像。
共焦扫描的样品上只有焦点附近的光强最强,成像到探测器上的光强也最强,不在焦点处的物点,在点探测器上的光斑较大,用像面小孔滤去焦点以外的杂散光,可大大提高图像的信噪比,从而提高图像的分辨率。横向分辨率的提高与光阑的大小有关,一般可达微米以下;纵向分辨率则与成像系统的焦深密切相关,通常达到几十纳米。
本实用新型的具体技术解决方案如下:
一种重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于它的结构是:同光轴地设有He-Ne激光器、扩束望远镜、X射线全息图、透镜组、光阑和检测器,而且该X射线全息图垂直于该光轴并位于透镜组前焦点,而光阑位于该透镜组的后焦点,该检测器在该光阑之后并紧贴该光阑,该检测器与计算机相连。
各元部件的关系如下:
所说的He-Ne激光器是一台输出功率为1~5mW的波长为6328nm的相干光源。
所说的扩束望远镜是一台将He-Ne激光器输出光束扩束100倍的光学系统。
所说的X射线全息图,它是一张采用X射线作为束源,以干涉的方法记录了三维显微物体信息的全息图。
所说的两透镜是一组消像差透镜。
所说的光阑是一个直径为1微米的光阑。
所说的检测器是一台电荷耦合器CCD,用来记录X射线全息图的再现光场,输入到计算机中去复原显微物体的三维结构。
本实用新型与在先技术相比:
本实用新型采用共焦扫描显微成像装置重构X射线全息图,与通常的重构法相比,共焦扫描重构能以更简单、直接的方法获得更高的图像分辨率。这种方法不仅适用于X射线全息,对于中子、原子、电子甚至γ射线全息都适用。共焦扫描法为某些不可见的动态和瞬间过程的研究提供了有效途径,可以先将观测对象用X射线拍摄下来,事后再逐点逐层进行扫描分析。
附图说明:
图1为本实用新型重构X射线全息图的共焦扫描装置最佳实施例简图。
具体实施方式:
图1是本实用新型的重构X射线全息图的共焦扫描装置最佳实施例简图,由图可见,本实用新型的重构X射线全息图的共焦扫描装置由八部分组成:He-Ne激光器1,扩束望远镜2,X射线全息图3,透镜4、5,光阑6,检测器7和计算机8。
所说的He-Ne激光器1是一台输出功率为1~5mW的波长为6328nm的相干光源,用它来照明X射线全息图。
所说的扩束望远镜2是一台将He-Ne激光器1输出光束扩束100倍的光学系统。
所说的X射线全息图3,它是一张采用X射线作为束源,以干涉的方法记录了三维显微物体信息的全息图,用相干光重构全息图,便可获得原物体的三维结构。
所说的透镜4、5是一组消像差透镜,它是用来将全息图重构的衍射场中的各点光场,送入到检测器7中去。
所说的光阑6是一个直径为1微米的光阑,它用来滤去非焦点的杂散光。
所说的检测器7是一台电荷耦合器CCD,是用来记录X射线全息图的再现光场,输入到计算机8中去复原显微物体的三维结构。
He-Ne激光器1输出的相干光,经扩束望远镜2后,照明全息图3,将全息图3中储存的信息重构出来,产生一个衍射光场,调整透镜组4,让其前焦点在衍射场中左右前后逐点扫描,透镜5将透镜4取得的数据经光阑6滤波以后,送入到检测器7中,再经计算机重构。
He-Ne激光器1输出功率为1mW,单横模运转,输出光束经扩束望远镜2放大到φ100mm以后,照明已拍摄好的X射线全息图3上。全息图是用光刻胶PMMA记录,经光学显微镜读出的,全息图上被照明以后产生一衍射光场,调整透镜4,让其焦点在光场中从左到右,然后从上到下逐点扫描,扫描步长0.1μm,透镜5将这一信息经直径为1μm的光阑6聚焦到CCD接收器7上,送入计算机8中进行重构。
这种重构技术只需一次拍摄,就可获取样品的三维信息,使样品所受的X射线辐照量大大减少,这对生物样品有着极其重要的意义;
共焦扫描法为某些不可见的动态和瞬间过程的研究提供了有效途径,可以先将观测对象用X射线拍摄下来,事后再逐点逐层进行扫描分析。
尽管这种记录波长和重现波长之间较大的差异会形成像差,选择适当的工作参数便可以将这种像差减小到忽略不计,参见在先技术:J.W.Chen,Z.Z.Xu,T.Q.Xiao,P.P.Zhu,L.G.Kou,Z.J.Wang,“Aberration analysis and elimination in imagereconstruction from X-ray holograms”,Optics & Laser Technology,1995,Vol1.27,No.6,pp.369-373.。
Claims (5)
1、一种重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于它的结构是:在一光轴上同光轴地设有He-Ne激光器(1)、扩束望远镜(2)、X射线全息图(3)、透镜组(4、5)、光阑(6)和检测器(7),而且该X射线全息图(3)垂直于该光轴并位于透镜组(4、5)前焦点,而光阑(6)位于该透镜组(4、5)的后焦点,该检测器(7)在该光阑(6)之后并紧贴该光阑(6),该检测器(7)与计算机(8)相连。
2、根据权利要求1所述的重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于所说的He-Ne激光器(1)是一台输出功率为1~5mW的波长为6328nm的相干光源。
3、根据权利要求1所述的重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于所说的透镜(4、5)是一组消像差透镜。
4、根据权利要求1所述的重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于所说的光阑(6)是一个直径为1微米的光阑。
5、根据权利要求1所述的重构X射线全息图的共焦扫描装置,其特征在于所说的检测器(7)是一台电荷耦合器CCD。
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