光子筛相衬物镜、制造方法及成像方法技术

一种光子筛相衬物镜，包括由基底和设于所述基底上的多个透光孔所形成的光子筛透镜及设于所述光子筛透镜表面的变相板，所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，且所述光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上。此外，还提供光子筛相衬物镜的制造方法及成像方法。上述光子筛相衬物镜、制造方法及成像方法，采用光子筛透镜抑制旁瓣和高阶衍射焦点，成像分辨率和成像对比度高；光子筛透镜与变相板刻蚀在同一基底上且变相板设在光子筛透镜的表面，光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上，能够精确对准，同时降低了曝光时间和曝光剂量，可以实现弱吸收材料内部微细结构的高成像分辨率和高成像衬度无损探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物镜领域，特别涉及一种。
技术介绍
短波电磁辐射具有强大的穿透物体的能力。短波电磁辐射成像技术广泛地应用于临床医学、科学研究和工业领域的物体内部结构的无损检测。由于图像上不同区域间存在明暗程度的差别，即衬度，才使得能观察到清晰的图像细节。短波显微镜是一种利用紫外或 X射线等短波电磁辐射获得被测物体的放大的图像的设备。显微镜所获得的图像衬度，通常依赖于被测物体对光电子辐射的能量吸收或者相位调制。前者称为吸收衬度成像，而后者称为相位衬度成像。典型的吸收衬度短波显微镜系统，通常用一个聚焦元件，例如会聚透镜，将辐射聚焦于被测物体，用一个物镜，例如波带片，将经过被测物体的透射辐射能量收集起来并形成图像记录在像面的探测器上。吸收衬度与辐射的光子能量的三次方成反比，与原子序数的四次方成正比。因而，吸收衬度成像适用于低能量辐射和高原子序数物质结构的情形，但是不能提供足够的样品穿透深度，不适用于低原子序数物质或者弱吸收材料的结构探测。对于由低原子序数物质或者弱吸收材料构成的被测物体，可以利用其结构的相移特性产生图像衬度。虽然短波显微成像技术的前景十分诱人，但是其发展一直受制于聚焦短波辐射的关键器件。因为几乎所有的材料对X射线等短波辐射的折射率都小于1，所以难以采用常规的折射或反射光学系统对其聚焦或成像。传统的相位衬度短波显微镜，采用基于波带片物镜的相位衬度短波显微成像技术。但图像细节模糊、图像对比度较低，且波带片与位于其焦面上的相衬环难以精确对准。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种成像对比度和分辨率较高且对准精确的光子筛相衬物^Mi ο此外，还有必要提供一种光子筛相衬物镜的制造方法。还有必要提供一种光子筛相衬物镜的成像方法。一种光子筛相衬物镜，包括由基底和设于所述基底上的多个透光孔所形成的光子筛透镜及设于所述光子筛透镜表面的变相板，所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，且所述光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上。优选地，所述基底的表面为平面或曲面。优选地，所述光子筛透镜为振幅型光子筛、相位型光子筛和消色差光子筛中的一种。优选地，所述光子筛透镜为圆形，所述变相板的形状为位于所述光子筛透镜的中部的圆或环绕于所述光子筛透镜的边缘的圆环。一种光子筛相衬物镜的制造方法，包括以下步骤提供一基底；在所述基底上蚀刻多个透光孔，以形成光子筛透镜；在所述光子筛透镜表面形成变相板，且使所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，变相板的中心与光子筛透镜的中心在同一轴线上。优选地，所述变相板为在所述光子筛透镜上电镀或者光刻形成。优选地，在所述基底上蚀刻形成所述光子筛透镜时，遮蔽所述基底中心部分，所述变相板由所述基底中心部分形成。一种基于光子筛相衬物镜的成像方法，包括以下步骤提供一光子筛相衬物镜，所述光子筛相衬物镜包括由基底和设于所述基底上的多个透光孔所形成的光子筛透镜及设于所述光子筛透镜表面的变相板，所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，且所述光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上；所述光子筛相衬物镜获取照射物体的透射光和物体相位结构引起的衍射光；所述变相板将所述透射光移动预定的相位；所述光子筛相衬物镜将所述移相后的透射光与所述衍射光会聚在像面上形成干涉图像。上述，采用光子筛透镜抑制旁瓣和高阶衍射焦点，成像分辨率和成像对比度高；光子筛透镜与变相板蚀刻在同一基底上且变相板设在光子筛透镜的表面，紧密相接，光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上，系统结构简单，且能够精确对准，同时降低了曝光时间和曝光剂量，可以实现弱吸收材料内部微细结构的高成像分辨率和高成像衬度无损探测。附图说明图1为光子筛相衬显微成像原理图；图2A为一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板设置在光子筛透镜的中心且基底表面为平面的正面图；图2B为一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板设置在光子筛透镜的中心且基底表面为平面的侧面图；图3A为另一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板设置在光子筛透镜的边缘且基底表面为平面的正面图；图;3B为另一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板环绕在光子筛透镜的边缘且基底表面为平面的侧面图；图4A为一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板设置在光子筛透镜的中心且基底表面为曲面的侧面图；图4B为另一个实施例中光子筛相衬物镜中变相板环绕在光子筛透镜的边缘且基底表面为曲面的侧面图；图5为一个实施例中在基底的两面上光刻形成光子筛透镜和变相板的示意图；图6为一个实施例中光子筛相衬物镜的制造方法流程图；图7为一个实施例中基于光子筛相衬物镜的成像方法流程图。具体实施方式下面主要结合附图和具体实施方式对上述光子筛相衬物镜作进一步的说明。图1为光子筛相衬显微成像的原理图。在一个实施例中，光子筛相衬物镜包括光子筛透镜10及设于光子筛透镜10表面的变相板20。光子筛透镜10由一基底11和设置在基底11上的多个透光孔12所形成。变相板20位于光子筛透镜10的中部或环绕于光子筛透镜10的边缘，且变相板20的中心与光子筛透镜10的中心在同一轴线上。如此，变相板 20与光子筛透镜10紧密结合在一起。照射在被测物体上的光一部分经过物体的相位结构作用后形成离轴衍射光，一部分穿过物体形成直接透射光并经过变相板20进行移相。衍射光与移相后的透射光被光子筛透镜10会聚在像面上干涉成像。使用单色相干短波光照射被测物体1，利用紧贴在光子筛透镜10表面上的一个变相板20给被测物体1的直接透射光附加一个预定相位，经过移相的直接透射光和被测物体1相位结构引起的衍射光与散射光被光子筛物镜会聚并在像面上干涉，干涉图像的强度与物体引起的相移成线性关系，从而使得表征被测物体1结构的相移或折射率特性以图像衬度的方式在像面上记录下来形成像3。图2A为光子筛相衬物镜中变相板20设置在光子筛透镜10的中心的正面图，图2B 为光子筛相衬物镜中变相板20设置在光子筛透镜10的中心的侧面图。图3A为光子筛相衬物镜中变相板20设置在光子筛透镜10的边缘的正面图，图:3B为光子筛相衬物镜中变相板20设置在光子筛透镜10的边缘的侧面图。光子筛透镜10包括基底11和透光孔12。这样利用变相板20将照射物体的透射光施加一个预定的相位，使得这束经过移相的透射光和物体的相位结构引起的衍射光之间相位差为+f或-f·，会聚后在像面上干涉成像。经过变相板20的能量吸收衰减作用，物体的透射光能量和物体的相位结构引起的衍射光能量接近，且变相板20设于光子筛透镜10的表面，紧密结合，确保了对准精确和稳定，因此，在像面上得到的干涉图像的对比度较高。该光子筛相衬显微成像通过光子筛相衬物镜的空间滤波将物体的相位信息转换为相应的强度信息，从而提高透明或弱吸收物体的可分辨性。在一个实施例中，光子筛透镜10和变相板20设置在该基底11的同一面具体过程是首先在基底11的一面通过光刻方法蚀刻出光子筛透镜10，然后在光子筛透镜10上通过电镀的方法形成变相板20。或者在基底11蚀刻形成光子筛透镜10时，遮蔽基底11的中心部分，遮蔽的基底11的中心部分形成变相板20。在另一个实施例中，光子筛透镜10和变相板20设置在基底11的两面。在基底11的两面上采用光刻的方法蚀刻得到光子筛透镜 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子筛相衬物镜，其特征在于，包括由基底和设于所述基底上的多个透光孔所形成的光子筛透镜及设于所述光子筛透镜表面的变相板，所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，且所述光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上。

【技术特征摘要】
为准。权利要求1.一种光子筛相衬物镜，其特征在于，包括由基底和设于所述基底上的多个透光孔所形成的光子筛透镜及设于所述光子筛透镜表面的变相板，所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛透镜的边缘，且所述光子筛透镜的中心与变相板的中心在同一轴线上。2.根据权利要求1所述的光子筛相衬物镜，其特征在于，所述基底的表面为平面或曲3.根据权利要求1所述的光子筛相衬物镜，其特征在于，所述光子筛透镜为振幅型光子筛、相位型光子筛和消色差光子筛中的一种。4.根据权利要求1所述的光子筛相衬物镜，其特征在于，所述光子筛透镜为圆形，所述变相板的形状为位于所述光子筛透镜的中部的圆或环绕于所述光子筛透镜的边缘的圆环。5.一种光子筛相衬物镜的制造方法，包括以下步骤 提供一基底；在所述基底上蚀刻多个透光孔，以形成光子筛透镜；在所述光子筛透镜表面形成变相板，且使所述变相板位于所述光子筛透镜的中部或环绕于所述光子筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：程冠晓，胡超，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]