专利名称：X射线显微成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及显微CT扫描成像技术领域，尤其是涉及ー种X射线显微成像系统。
背景技术：
X射线具有波长短、分辨率高和穿透深度大等优点，其无损成像能力为科研观察和エ业检测提供了技术手段。使用X射线作为探測手段的X射线三维成像显微镜是计算机技术与放射学相结合所产生的新的成像技木。利用不同角度的透视投影成像，结合计算机三维数字成像构造技术，构建出待测物体的三维立体透射成像模型，以图像的形式清晰准确直观的展现被检测物体内部结构特征，提供详尽的图像信息。传统的X射线成像系统存在一定的不足之处，往往满足大视场的要求但分辨率较低，分辨率满足要求时视场又比较�。惶ǔ上褚瞧鞔笫映∮敫叻直媛柿秸吣岩酝甭悖佣拗屏顺上裣低郴虺上褚瞧鞯挠τ�。
发明内容
本发明g在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种可兼顾大视场和高分辨率成像要求的X射线显微成像系统。根据本发明的X射线显微成像系统，包括用于发射X射线的射线源，所述射线源可沿纵向移动；用于承载待测样品的样品台；探測器，所述探测器和所述射线源在纵向上位于所述样品台的两侧，所述探测器包括横向相邻的大视场探測器和高分辨率探測器，所述探测器被构造成可分别沿横向和纵向移动以使所述射线源发射出的X射线穿透所述待测样品后投射至所述大视场探测器和高分辨率探測器中的其中ー个上；控制器，所述控制器用于控制所述射线源和所述探测器的移动；和计算机，所述计算机分别与所述控制器和 所述探测器相连以分别向所述控制器发出控制指令及对待测样品进行图像数据采集。根据本发明的X射线显微成像系统，通过设置大视场探測器和高分辨率探測器，井根据实际所需成像要求在二者之间灵活切換，同时满足了大视场和高分辨率的成像要求，解决了两种成像难以兼顾的问题，从而更好地获取待测样品的内部结构特征、密度、有无缺陷以及缺陷的大小和位置等信息，更加详尽地了解待测样品的特性以满足不同的使用要求。另外，根据本发明的X射线显微成像系统，还可以具有如下附加技术特征所述X射线显微成像系统还包括射线源变焦平台，所述射线源设在所述射线源变焦平台上，所述射线源变焦平台与所述控制器相连以被控制沿纵向移动。通过设置射线源变焦平台，实现了射线源沿成像方向的移动，即可通过改变射线源到样品在成像方向上的距离以获得不同的成像放大倍数。具体地，所述射线源变焦平台包括第一底座，所述第一底座上形成有两个第一导轨槽，所述两个第一导轨槽沿横向彼此间隔开；第一移动平台，所述第一移动平台的底部设有两个沿横向彼此间隔开的第一导轨，所述两个第一导轨分别一一对应地配合在所述两个第一导轨槽内。所述X射线显微成像系统，还包括探测器变焦平台，所述探测器变焦平台与所述控制器相连以被控制沿纵向移动；探測器切換平台，所述探测器切換平台设在所述探测器变焦平台上，所述探测器切換平台与所述控制器相连以可被控制沿横向移动，其中所述大视场探測器和所述高分辨率探測器沿横向并排设在所述探测器切換平台上。具体地，所述探测器变焦平台包括第二底座，所述第二底座上形成有两个第二导轨槽，所述两个第二导轨槽沿横向彼此间隔开；第二移动平台，所述第二移动平台的底部设有两个沿横向彼此间隔开的第二导轨，所述两个第二导轨分别一一对应地配合在所述两个第二导轨槽内。通过设置探测器变焦平台，实现了探測器沿成像方向的移动，即可通过改变探測器到样品在成像方向上的距离以获得不同的成像放大倍数。具体地，所述探测器切換平台包括两个第三导轨，所述两个第三导轨设在所述第二移动平台的上表面上且沿纵向彼此间隔开；第三移动平台，所述第三移动平台的底部设有两个第三导轨槽，其中所述两个第三导轨分别一一对应地配合在所述两个第三导轨槽内。通过设置探測器切換平台，在对样品内部结构进行探测时，可按照实际情况在大视场探测器和高分辨率探測器之间切换，满足不同样品的不同成像要求。通过设置射线源变焦平台、探测器变焦平台和探測器切換平台，一方面实现了大视场探測器和高分辨率探測器之间的切換，满足不同待测样品高分辨率和大视场的成像要求，另ー方面，当在成像时视场范围或分辨率超过某个探測器的工作范围时，可随时根据实际需要通过对各个平台的组合调节来改变放大倍数，以更好地获取待测样品图像信息，方便计算机重构样品的三维图像以更好地了解待测样品的内部结构特征。可选地，所述样品台包括转台和三维定位部，所述三维定位部设在所述转台上且所述待测样品放置在所述三维定位部上。进ー步可选地，所述转台的水平截面为圆形、椭圆形或变数大于三的多边形。进ー步可选地，所述控制器与所述样品台相连以控制所述样品台沿所述纵向移动。根据本发明实的X射线显微成像系统，可实现分辨率与视场在成像范围内的连续调节，满足不同样品的高分辨率和大视场的成像要求，结合计算机三维数字成像构造技木，以图像的形式清晰准确直观的展现被测样品内部结构特征、有无缺陷等信息，可在样品无损状态下观测样品的内部结构，了解样品的特性，可广泛应用于岩心探測、化石扫描和电子元件探伤领域。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是根据本发明的X射线显微成像系统的结构示意图；图2是图I中所示的X射线显微成像系统成像时的结构简图；和图3是根据本发明的探測器、探测器变焦平台和探測器切換平台的结构示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，g在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或 者隐含地包括ー个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。下面參考图I-图3描述根据本发明实施例的X射线显微成像系统100，可用于材料科学、地质/石油、半导体/微电子、生物/医学等样品的成像和检测。根据本发明实施例的X射线显微成像系统100，包括射线源I、样品台2、探測器3、控制器4和计算机8。如图I所示，射线源I用于发射X射线，射线源I可沿纵向移动。这里，需要说明的是，本发明中所述的“纵向”即指成像方向，如图I所示，在下面的描述中，如果没有特殊说明，纵向即代表成像方向。样品台2用于承载待测样品200，并对承载的待测样品200进行精确定位。探測器3和射线源I在纵向上位于样品台2的两侧，具体地，如图I所示，探測器3在成像方向上位于样品台2的下游侧，射线源I在成像方向上位于样品台2的上游侧。探测器3包括横向相邻的大视场探測器31和高分辨率探測器32，这里，大视场探測器31为ー级投影放大系统，其成像放大倍数为Mp= (a+b) /a,高分辨率探測器32为ニ级投影放大系统，其成像放大倍数Mg=Mo [ (a+b)/a]，其中a为射线源I到样品200的距离，b为探测器3闪烁屏到样品200的距离，Mo为高分辨率探測器32即高分辨率探測器的显微镜头的倍率，如图2所示。由此，可通过调节射线源I到样品200或探測器3到样品200的距离，即改变a或b的数值来获得不同的放大倍数，满足样品200不同的成像需求。需要说明的是，在本领域内，大视场探测器31成像范围一般在IOOmmXlOOmm以上，高分辨率探測器32成像范围一般在2 μ m以下。探測器3被构造成可分别沿横向和纵向移动以使射线源I发射出的X射线穿透待测样品200后投射至大视场探測器31和高分辨率探測器32中的其中ー个上，这里，横向即指与成像方向垂直的方向，如图I所示。具体而言，如图I和图3所示，探測器3 —方面可被控制沿横向即与成像方向垂直的方向移动，实现大视场探測器31和高分辨率探測器32之间的切換，即经由射线源I发射的X射线穿透样品200后投射至大视场探測器31或高分辨率探測器32上，另ー方面探測器3还可被控制沿纵向即沿成像方向移动，由此通过该变探測器3到样品200的距离以获得所需的成像 倍数。控制器4用于控制射线源I和探測器3的移动，也就是说，控制器4 一方面可用于控制射线源I沿成像方向运动，另一方面还可控制探測器3沿成像方向和与成像方向垂直的方向运动。计算机8分别与控制器4和探測器3相连以分别向控制器4发出控制指令及对待测样品200进行图像数据采集。在对待测样品200的内部结构进行探测观察吋，当需要以大视场观察样品200内部结构时，可通过操作计算机8，由计算机8向控制器4发出控制指令，控制器4控制探測器3沿与成像方向垂直的方向运动以将大视场探测器31切换到成像方向上，这样经过射线源I发出的X射线穿透待测样品200后可直接投射至大视场探測器上，计算机8与大视场探測器相连以获取成像信息并完成图像数据的采集与图像重构。而当需要以高分辨率观察样品200的内部结构时，计算机8可向控制器4发出控制指令并由控制器4控制探測器3沿横向运动以将高分辨率探測器32切換到成像方向上，由此经过射线源I发出的X射线穿透待测样品200后可直接投射至高分辨率探測器上，计算机8与高分辨率探測器相连以获取成像信息并完成图像重构。简言之，根据本发明实施例的X射线显微成像系统100可在大视场探測器和高分辨率探測器之间根据实际情况进行切換，实现分辨率和视场在成像极限范围内的连续可调，兼顾高分辨率和大视场的成像要求。其中，在使用大视场探測器或高分辨率探測器吋，可通过调节探測器3到样品200的距离来调节具体的成像放大倍数以满足不同的成像要求。根据本发明实施例的X射线显微成像系统100，通过设置大视场探測器31和高分辨率探測器32，井根据实际所需成像要求在二者之间灵活切換，同时满足了大视场和高分辨率的成像要求，解决了两种成像难以兼顾的问题，从而更好地获取待测样品200的内部结构特征、密度、有无缺陷以及缺陷的大小和位置等信息，更加详尽地了解待测样品200的特性以满足不同的使用要求。在本发明的一个实施例中，如图I所示，X射线显微成像系统100还包括射线源变焦平台5，射线源I设在射线源变焦平台5上，射线源变焦平台5与控制器4相连以被控制沿纵向移动。射线源变焦平台5的具体结构没有特殊要求，只要能满足带动其上的射线源I沿成像方向移动即可。例如在本发明的一个示例中，如图I所示，射线源变焦平台5包括第一底座51和第一移动平台52，其中第一底座51上形成有两个第一导轨槽，两个第一导轨槽沿横向彼此间隔开，第一移动平台52的底部设有两个沿横向彼此间隔开的第一导轨，两个第一导轨分别一一对应地配合在两个第一导轨槽内，即两个第一导轨可分别一一对应地在两个第一导轨槽内沿成像方向移动。当然，本发明并不限于此，在本发明的另ー些实施例中，第一底座51也可设有第ー导轨，相应的，第一移动平台52的底部可设有第一导轨槽，且第一导轨槽和第一导轨的个数可以分别是ー个当然也可分别是多个，即分别是三个或更多。通过设置射线源变焦平台5，实现了射线源I沿成像方向的移动，即可通过改变射线源I到样品200在成像方向上的距离a以获得不同的成像放大倍数。如图2所示，X射线显微成像系统100还包括探测器变焦平台6和探測器切換平台7，其中探测器变焦平台6与控制器4相连以被控制沿纵向移动，探測器切換平台7设在探测器变焦平台6上，探測器切換平台7与控制器4相连以被控制沿横向移动，其中大视场探測器31和高分辨率探測器32沿横向并排设在探測器切換平台7上。探测器变焦平台6的具体结构没有特殊要求，只要可实现带动其上的探測器切換平台7和探測器3沿成像方向移动即可。例如在本发明的一个示例中，如图2所示，探測器变焦平台6包括第二底座61和第二移动平台62，第二底座61上形成有两个第二导轨槽，两个第二导轨槽沿横向彼此间隔开，第二移动平台62的底部设有两个沿横向彼此间隔开的 第二导轨，两个第二导轨分别一一对应地配合在两个第二导轨槽内，即两个第二导轨可分别一一对应地在两个第二导轨槽内沿成像方向移动。当然，在本发明的另ー些实施例中，第ニ底座61可设有第二导轨而第二移动平台62的底部可相应设有第二导轨槽，且第二导轨槽和第二导轨的个数可以分别是ー个当然也可分别是多个，即分别是三个或更多。通过设置探测器变焦平台6，实现了探測器3沿成像方向的移动，即可通过改变探测器3到样品200在成像方向上的距离b以获得不同的成像放大倍数。探測器切換平台7包括两个第三导轨和第三移动平台71，其中两个第三导轨设在第二移动平台62的上表面上且沿纵向彼此间隔开，第三移动平台71的底部设有两个第三导轨槽，其中两个第三导轨分别一一对应地配合在两个第三导轨槽内，即两个第三导轨可分别一一对应地在两个第三导轨槽内沿与成像方向垂直的方向移动。当然，在本发明的另一些实施例中，第二移动平台62的上表面上也可形成有第三导轨槽，第三移动平台71的底部则对应形成有第三导轨，且第三导轨槽和第三导轨的个数可以分别是ー个当然也可分别是多个，即分别是三个或更多。通过设置探測器切換平台7，在对样品200内部结构进行探测时，可按照实际情况在大视场探測器31和高分辨率探測器32之间切换，满足不同样品200的不同成像要求。其中，需要说明的是，为降低X射线显微成像系统100结构的复杂程度，节约设备生产以及研发成本，射线源变焦平台5和探测器变焦平台6的结构可大致相同，具体而言，可在射线源变焦平台5的上表面上沿纵向设置两个第三导轨槽，即通过对射线源变焦平台5进行简单的改造而形成探测器变焦平台6，对于第三移动平台71则可与第一移动平台52和第二移动平台62完全相同，由此最大限度地降低设备的研发生产成本，具有很好的实用性。通过设置射线源变焦平台5、探测器变焦平台6和探測器切換平台7，一方面实现了大视场探測器31和高分辨率探測器32之间的切換，满足不同待测样品200高分辨率和大视场的成像要求，另ー方面，当在成像时视场范围或分辨率超过某个探測器的工作范围时，可随时根据实际需要通过对各个平台的组合调节来改变放大倍数，以更好地获取待测样品200图像信息，方便计算机8重构样品200的三维图像以更好地了解待测样品200的内部结构特征。如图2所不，样品台2用于精确定位和承载待测样品200,样品台2可包括转台21和三维定位部22，转台21的水平截面可为圆形、椭圆形或变数大于三的多边形，三维定位部22设在转台21上且待测样品200放置在三维定位部22上，三维定位部22用于对待测样品200进行三维空间内的精确定位。其中样品台2已为现有技术并且为本领域内的普通技术人员所熟知，因此对于样品台2的具体结构以及工作原理这里不再详细描述。可选地，控制器4与样品台2相连以控制样品台2沿纵向移动，例如在样品台2的底部也可设置诸如上面描述的射线源变焦平台5，其具体结构可与射线源变焦平台5完全相同。由此，通过沿成像方向移动样品台2，也可对样品200实现不同的放大倍数。根据本发明实施例的X射线显微成像系统100，可实现分辨率与视场在成像范围内的连续调节，满足不同样品200的高分辨率和大视场的成像要求，结合计算机8三维数字成像构造技木，以图像的形式清晰准确直观的展现被测样品200内部结构特征、有无缺陷等信息，可在样品200无损状态下观测样品200的内部结构，了解样品200的特性，可广泛应用于材料科学、地质/石油、半导体/微电子、生物/医学等领域。在本说明书的描述中，參考术语“ー个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“ー些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少ー个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗g的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种X射线显微成像系统，其特征在于，包括 用于发射X射线的射线源，所述射线源可沿纵向移动； 用于承载待测样品的样品台； 探测器，所述探测器和所述射线源在纵向上位于所述样品台的两侧，所述探测器包括横向相邻的大视场探测器和高分辨率探测器，所述探测器被构造成可分别沿横向和纵向移动以使所述射线源发射出的X射线穿透所述待测样品后投射至所述大视场探测器和高分辨率探测器中的其中一个上； 控制器，所述控制器用于控制所述射线源和所述探测器的移动；和计算机，所述计算机分别与所述控制器和所述探测器相连以分别向所述控制器发出控制指令及对待测样品进行图像数据采集。
2.根据权利要求I所述的X射线显微成像系统，其特征在于，还包括射线源变焦平台，所述射线源设在所述射线源变焦平台上，所述射线源变焦平台与所述控制器相连以被控制沿纵向移动。
3.根据权利要求2所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述射线源变焦平台包括 第一底座，所述第一底座上形成有两个第一导轨槽，所述两个第一导轨槽沿横向彼此间隔开； 第一移动平台，所述第一移动平台的底部设有两个沿横向彼此间隔开的第一导轨，所述两个第一导轨分别一一对应地配合在所述两个第一导轨槽内。
4.根据权利要求I所述的X射线显微成像系统，其特征在于，还包括 探测器变焦平台，所述探测器变焦平台与所述控制器相连以被控制沿纵向移动； 探测器切换平台，所述探测器切换平台设在所述探测器变焦平台上，所述探测器切换平台与所述控制器相连以可被控制沿横向移动，其中所述大视场探测器和所述高分辨率探测器沿横向并排设在所述探测器切换平台上。
5.根据权利要求4所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述探测器变焦平台包括 第二底座，所述第二底座上形成有两个第二导轨槽，所述两个第二导轨槽沿横向彼此间隔开； 第二移动平台，所述第二移动平台的底部设有两个沿横向彼此间隔开的第二导轨，所述两个第二导轨分别一一对应地配合在所述两个第二导轨槽内。
6.根据权利要求5所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述探测器切换平台包括 两个第三导轨，所述两个第三导轨设在所述第二移动平台的上表面上且沿纵向彼此间隔开; 第三移动平台，所述第三移动平台的底部设有两个第三导轨槽，其中所述两个第三导轨分别一一对应地配合在所述两个第三导轨槽内。
7.根据权利要求I所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述样品台包括转台和三维定位部，所述三维定位部设在所述转台上且所述待测样品放置在所述三维定位部上。
8.根据权利要求7所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述转台的水平截面为圆形、椭圆形或变数大于三的多边形。
9.根据权利要求I所述的X射线显微成像系统，其特征在于，所述控制器与所述样品台相连以控制所述样品台沿所述纵向移动。
全文摘要
本发明公开了一种X射线显微成像系统，包括:可沿纵向移动的射线源；样品台；探测器，所述探测器和所述射线源在纵向上位于所述样品台的两侧，所述探测器包括横向相邻的大视场探测器和高分辨率探测器，所述探测器被构造成可分别沿横向和纵向移动以使所述射线源发射出的X射线穿透所述待测样品后投射至所述大视场探测器和高分辨率探测器中的其中一个上；控制器，所述控制器用于控制所述射线源和所述探测器的移动；和计算机，所述计算机分别与所述控制器和所述探测器相连以分别向所述控制器发出控制指令及对待测样品进行图像数据采集。本成像系统，可根据实际需要实现分辨率与视场在成像极限范围内的连续可调，解决两个成像难以兼顾的难题。
文档编号G01N23/04GK102735700SQ20121020178
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者董友, 须颖 申请人:东营市三英精密工程研究中心
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