本技術涉及輻射成像領域，尤其涉及一種基于超透鏡的高清x射線成像系統(tǒng)。

背景技術：

1、數(shù)字平板探測與成像(flat-panel?x-ray?imager,fpxi)技術在安檢、醫(yī)學影像、無損檢測等領域有著巨大的應用價值。目前技術最成熟和商業(yè)應用最廣泛的是由閃爍體、a-si探測器和薄膜晶體管陣列(thin?film?transistor,tft)結構組成的間接轉換型fpxi，閃爍體層將x射線轉換為可見光，再由a-si層構成的光電二極管陣列變?yōu)殡娦盘枺詈笸ㄟ^tft讀出獲得數(shù)字圖像。為了獲得大面積x射線影像圖，需要在大面積tft陣列上制備閃爍體(qiushui?chen,et?al.all-inorganic?perovskite?nanocrystal?scintillators,nature,2018,561(7721):88-93.)，制備成本較高，尤其是高清晰影像需要高像素分辨率。目前，為了提高空間特征分辨率，現(xiàn)有一種技術方案是采用閃爍體、傳統(tǒng)光學透鏡組、cmos或ccd圖像傳感器結合進行空間分辨的x射線成像裝置，這種技術的傳統(tǒng)光學透鏡組通常光路復雜、分立器件較多且不易集成。且采用傳統(tǒng)透鏡的對于14mm大小的物源，預計僅能達到50微米量級的空間分辨能力而已(一種大面積高空間和時間分辨超硬x射線成像系統(tǒng)，專利公開號：cn116594051a)?，F(xiàn)有技術方案，通常需要在閃爍體后集成一塊同等大小的傳感器陣列，這無疑增加了制造成本和空間尺寸，同時也面臨著閃爍體轉化率不高、像素低，或者x射線損傷傳感器等問題。

2、因此，如何獲得更高空間特征分辨成像的同時方便集成，以及降低成本，輕量化，是亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術的目的在于解決上述技術問題，提供一種基于超透鏡的高清x射線成像系統(tǒng)，針對傳統(tǒng)光學透鏡的不足，本技術引入具有小型化、輕量化、可集成和多功能化特征的超透鏡。這種超透鏡可利用其微納結構與電磁波相互作用實現(xiàn)對電磁波振幅、偏振和相位等特性的有效調控，結合x射線源及熒光半峰全寬優(yōu)良的閃爍體，以及相互兼容的高分辨cmos或ccd圖像傳感器有望獲得空間特征分辨率達到450納米甚至更小。因此，本技術通過引入超透鏡，能過夠獲得更高空間特征分辨成像的同時方便集成，解決了現(xiàn)有技術存在的困難。

2、具體地，本技術通過以下技術方案來實現(xiàn)：

3、一種基于超透鏡的高清x射線成像系統(tǒng)，包括閃爍體、成像透鏡組和成像模塊；所述閃爍體將入射的x射線轉換成可見光，所述可見光經(jīng)過所述成像透鏡組進行聚焦，所述成像模塊進行圖像采集；所述成像透鏡組包括透鏡組、超透鏡和反光鏡；所述閃爍體的發(fā)光峰的半高全寬在所述超透鏡的工作波長±10nm范圍內(nèi)。

4、具體地，所述閃爍體，是一種能夠將入射的x射線轉換成可見光的材料，用來轉換x射線，使其成為更有效檢測到的光信號，從而實現(xiàn)x射線圖像的獲取。閃爍體通常選擇具有高原子序數(shù)的材料，常見的閃爍體材料包括但不限于以下化合物及其摻雜改性物、量子點，如csi、cawo4、gd2o2s:tb、gd3ga3al2o12、lu3al5o12、gd3al2ga3o12:ce+、cspbbr3量子點等。這些材料對x射線的敏感性高，且能夠產(chǎn)生較高的光輸出效率?？蛇x的，只要具備將x射線轉化為可見光的材料和結構都可用于本技術。

5、進一步地，所述可見光先經(jīng)過所述透鏡組，由所述反光鏡反射進入到所述超透鏡，經(jīng)過所述超透鏡后在所述成像模塊上成像并進行圖像采集。

6、進一步地，所述可見光先由所述反光鏡反射進入所述透鏡組，再經(jīng)過所述超透鏡后在所述成像模塊上成像。

7、進一步地，所述透鏡組包括兩組，所述可見光先進入第一透鏡組，經(jīng)過所述超透鏡后進入第二透鏡組，再由所述反光鏡反射進入所述成像模塊后成像。

8、進一步地，所述透鏡組包括兩組，所述可見光先由所述反光鏡反射進入第一透鏡組，經(jīng)過所述超透鏡后進入第二透鏡組，再由所述成像模塊成像。

9、進一步地，所述超透鏡和所述第二透鏡組位置交換。

10、進一步地，所述反光鏡反射可見光，同時將未在閃爍體上沉積能量的x射線移出光路。

11、具體地，所述反光鏡反射可見光，改變其傳播方向，并將殘留的x射線移出光路，避免x射線破壞后續(xù)組件。

12、進一步地，所述透鏡組將可見光進行采集、聚焦并成像，經(jīng)處理可呈現(xiàn)倒立縮小實像、倒立放大實像、和正立放大實像；并將這些像傳遞給下一組件。

13、可選的，可采用若干雙膠合和三膠合透鏡組成透鏡組，這類型透鏡可以有效消除色差、球差、像差等成像缺陷。

14、進一步地，所述超透鏡為由含有亞波長微納結構的超表面透鏡。

15、具體地，通過光刻和刻蝕工藝，在表面形成亞波長結構，從而改變出射光波前的振幅、相位以及偏振方向，以滿足可以聚焦的目標波前相位輪廓。超透鏡表面任意點的目標相位值可以通過以下公式進行確定：

16、

17、其中φ(x,y)是超透鏡表面任一點的相位值，λ是入射光波長，f是超透鏡焦距。通過調整表面納米結構的形貌、尺寸和排布，包括但不限于納米柱形狀、大小、密集程度等，來實現(xiàn)對光的上述調制。

18、可選的，任何可實現(xiàn)聚焦功能、聚焦效率良好的、滿足本光學系統(tǒng)設計工作波長的超透鏡均可用于本技術。

19、優(yōu)選地，所述超透鏡基本結構包括透光基底及陣列設置在所述透光基底上的亞波長微納結構；優(yōu)選地，選用二氧化硅襯底作為透光基底，二氧化鈦、氧化鋁、金剛石等高折射率材料作為亞波長微納結構。優(yōu)選地，所述超透鏡的數(shù)值孔徑na滿足1>na≥0.6的條件，在該條件下，能夠保證成像質量。優(yōu)選地，所述超透鏡同時滿足奈奎斯特采樣定理，能夠使得聚焦效果更加優(yōu)異，所述奈奎斯特采樣定理具體為：

20、

21、其中，u為亞波長微納結構單元長度，λ為入射光波長，na為數(shù)值孔徑，r、f分別為超透鏡半徑與焦距。

22、進一步地，所述成像模塊為將光學信號轉化為電信號。

23、可選的，只要其具有出色的將光學信號轉化為電信號的能力、高分辨率等特點，均可用于本技術，包括但不限于傳統(tǒng)灰度cmos、ccd、spad，以及其他光電傳感陣列。

24、有益效果：

25、1、得益于超透鏡的小尺寸的優(yōu)勢，可以用更小尺寸的成像透鏡組就可以實現(xiàn)同等甚至更高的成像質量，或者在不增加透鏡組尺寸的情況下縮小成像面，使用更小的、更高分辨率的成像模塊實現(xiàn)同等甚至更高的成像質量。

26、2、與現(xiàn)有技術相比，本技術通過聚焦光線，使成像面亮度更高，更方便傳感器探測，同時也避免x射線損傷后續(xù)器件問題。

27、3、同時，高分辨、小尺寸的成像模塊使得可分辨線徑可以接近衍射極限，預計可達亞波長級別。這種超透鏡結合熒光半峰全寬優(yōu)良的單色閃爍體，可使用更為簡單的結構即可滿足要求，降低超透鏡制造難度與成本。

28、4、對于超透鏡和閃爍體，所述閃爍體的發(fā)光峰的半高全寬在所述超透鏡的工作波長±10nm范圍內(nèi)，且超透鏡滿足奈奎斯特采樣定理時，聚焦效果優(yōu)異，而在非設計波長，聚焦效果略差，表現(xiàn)為焦距偏移、能量分散，也即存在明顯色差。在通常來說，高分辨間接探測場景所使用的閃爍體具有窄半峰寬的準單色光，因此超透鏡無需考慮色差影響，而僅需所述閃爍體的發(fā)光峰的半高全寬在所述超透鏡的工作波長±10nm范圍內(nèi)即可，大大簡化了超透鏡的設計難度。與消色差超透鏡相比，得益于其簡單的較大單元結構，大大降低光刻和刻蝕難度，有效降低超透鏡制造成本。