X射线Schmidt物镜及基于X射线Schmidt物镜的光学系统

摘要

本发明涉及一种X射线Schmidt物镜，包括彼此分离且正交的第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组，第二物镜组位于第一物镜组与第三物镜组之间；第一物镜组与第三物镜组内的镜片均横向设置，同时镜片数相同，且对应镜片共面；第二物镜组内的镜片纵向设置，第一物镜组与第三物镜组内的镜片长度相等，均为第二物镜组内镜片长度的一半；第一物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O1O1′为轴的两个圆柱面上；第二物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O2O2′为轴的两个圆柱面上；轴O1O1′与轴O2O2′相互正交。与现有技术相比，本发明通过将一组镜片组分离，形成三物镜的结构，克服了传统Schmidt物镜子午、弧矢方向成像分辨率存在差异的问题，能有效改善成像质量。

权利要求

1.一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，包括彼此分离且正交的第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组，第二物镜组位于第一物镜组与第三物镜组之间；

第一物镜组与第三物镜组内的镜片均横向设置，第三物镜组与第一物镜组的镜片数相同，且对应镜片共面；第二物镜组内的镜片纵向设置，第一物镜组与第三物镜组内的镜片长度相等，均为第二物镜组内镜片长度的一半；

第一物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O1O1′为轴的两个圆柱面上；第二物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O2O2′为轴的两个圆柱面上；

其中O1O1′为弧矢面上的一横轴，O2O2′为子午面上的一纵轴，且轴O1O1′与轴O2O2′相互正交位于同一面上，轴O1O1′与轴O2O2′的交点与第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组的中心位于垂直于轴O1O1′与轴O2O2′所在平面的同一轴线上；

每个物镜组均包括两个平行间隔设置的半框形卡槽，每个物镜组内的镜片分别安装在

2半框形卡槽之间，所述的半框形卡槽相对的两个内侧面上等间距设置有用于放置镜片的狭槽，且半框形卡槽相对的两个内侧面上的狭槽相对称。

2.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组内的镜片均为D263超光滑玻璃镜片，表面粗糙度达到～0.3nm。

3.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，半框形卡槽上的狭槽，其下端面的高度均以半框形卡槽的底面为基准，半框形卡槽上的狭槽宽度等于对应镜片的厚度与镜片倾斜带来的增量之和；相邻两个镜片之间的夹角由半框形卡槽上的狭槽下端面的空间位置决定。

4.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，在半框形卡槽上的狭槽内放置镜片后注入环氧树脂填补镜片与狭槽间的间隙，经过固化后，镜片与半框形卡槽完全粘合。

5.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，第一物镜组与第三物镜组内的两个半框形卡槽的上下两端分别与顶板及底板固定连接，第二物镜组内的两个半框形卡槽的两侧面分别与顶板及底板连接，所述的底板平面度达到0.005mm。

6.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，在第一物镜组的入瞳处设置有入瞳处光阑，所述的入瞳处光阑内贴铅板，所述的入瞳处光阑上具有与第一物镜组入瞳口径相同的方形通光口；在第三物镜组出瞳处设置有出瞳处光阑，所述的出瞳处光阑内贴铅板，所述的出瞳处光阑上具有与第三物镜组出瞳口径相同的方形通光口。

7.根据权利要求1所述的一种X射线Schmidt物镜，其特征在于，所述X射线Schmidt物镜的子午与弧矢方向的视场角相等；通过增加镜片的数量以及减小排布镜片的圆柱面的半径，能够增加该物镜的视场，子午与弧矢方向的视场相互独立。

8.一种基于如权利要求1～7中任一项所述的X射线Schmidt物镜的光学系统，其特征在于，将所述的X射线Schmidt物镜放置在物平面与像平面之间。

说明书

X射线Schmidt物镜及基于X射线Schmidt物镜的光学系统

技术领域

[0001] 本发明涉及X射线成像系统领域，尤其是涉及一种X射线Schmidt物镜及基于X射线Schmidt物镜的光学系统。

背景技术

[0002] Schmidt型X射线聚焦光学系统由一系列平面反射镜堆叠而成。单组镜片组能够实现一维聚焦，聚焦并不是完美的，焦斑有一定的尺寸，但是可以实现非常大的视场，理论上能够到2π立体角，理论分辨率能够达到角分量级。两组镜片组依次正交放置，就变成一个二维聚焦的装置，能够在适当分辨率的情况下，实现较大视场。Schmidt型X射线聚焦光学系统，成像基于龙虾眼成像机理，龙虾的眼睛由大量分布在球面上的方形反射通道构成。而Schmidt型X射线聚焦光学系统，将龙虾眼的方形反射通道分离为前后错开的子午与弧矢方向的镜片组。Schmidt结构适合于大型、高集光面积的系统，适合应用于天文观测、背散射安检领域。

[0003] Schmidt型X射线聚焦光学系统，所采用的两组镜片组相互正交且相互错开，两组镜片组的像平面并不在同一平面上，从而导致子午与弧矢方向的分辨率互为反比关系，难以兼顾。另外，如公开号为CN102200640B的专利中，采用的镜片固定结构为具有方形凹槽系列的长条形金属杆，一片矩形镜片在四个边角处由四条长条型金属杆支撑。由于涉及X射线掠入射光学系统，镜片之间的间隔小于毫米量级，因此该结构所带来的装调误差不可避免，镜片的不平行会对最终成像带来影响。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种X射线Schmidt物镜及基于X射线Schmidt物镜的光学系统，本发明的X射线Schmidt物镜能够克服传统Schmidt物镜子午与弧矢方向的成像质量存在差异的问题，从而提高物镜的分辨率。同时，采用新型的镜片固定方式，最大限度的降低了镜片的装配误差，保证了镜片的装配精度，从而提高物镜的分辨率。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种X射线Schmidt物镜，包括彼此分离且正交的第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组，第二物镜组位于第一物镜组与第三物镜组之间；

[0007] 第一物镜组与第三物镜组内的镜片均横向设置，第三物镜组与第一物镜组的镜片数相同，且对应镜片共面；第二物镜组内的镜片纵向设置，第一物镜组与第三物镜组内的镜片长度相等，均为第二物镜组内镜片长度的一半；

[0008] 第一物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O1O1′为轴的两个圆柱面上；第二物镜组的镜片前后端分别均匀的分布在以O2O2′为轴的两个圆柱面上；

[0009] 其中O1O1′为弧矢面上的一横轴，O2O2′为子午面上的一纵轴，且轴O1O1′与轴O2O2′相互正交位于同一面上，轴O1O1′与轴O2O2′的交点与第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组的中心位于垂直于轴O1O1′与轴O2O2′所在平面的同一轴线上。

[0010] 前端是指X射线Schmidt物镜使用时靠近像平面的一端，后端是指X射线Schmidt物镜使用时靠近物平面的一端。

[0011] 第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组内的镜片均为D263超光滑玻璃镜片，表面粗糙度达到～0.3nm。

[0012] 每个物镜组均包括两个平行间隔设置的半框形卡槽，每个物镜组内的镜片分别安装在2半框形卡槽之间。

[0013] 所述的半框形卡槽相对的两个内侧面上等间距设置有用于放置镜片的狭槽，且半框形卡槽相对的两个内侧面上的狭槽相对称。

[0014] 半框形卡槽上的狭槽，其下端面的高度均以半框形卡槽的底面为基准，半框形卡槽上的狭槽宽度等于对应镜片的厚度与镜片倾斜带来的增量之和；相邻两个镜片之间的夹角由半框形卡槽上的狭槽下端面的空间位置决定。

[0015] 在半框形卡槽上的狭槽内放置镜片后注入环氧树脂填补镜片与狭槽间的间隙，经过固化后，镜片与半框形卡槽完全粘合。

[0016] 本发明中，所述的半框形卡槽的材质为铝合金，狭槽是采用线切割的方式切割而成的。

[0017] 第一物镜组与第三物镜组内的两个半框形卡槽的上下两端分别与顶板及底板固定连接，第二物镜组内的两个半框形卡槽的两侧面分别与顶板及底板连接，所述的底板平面度达到0.005mm。

[0018] 在第一物镜组的入瞳处设置有入瞳处光阑，所述的入瞳处光阑内贴铅板，所述的入瞳处光阑上具有与第一物镜组入瞳口径相同的方形通光口；在第三物镜组出瞳处设置有出瞳处光阑，所述的出瞳处光阑内贴铅板，所述的出瞳处光阑上具有与第三物镜组出瞳口径相同的方形通光口。

[0019] 所述X射线Schmidt物镜的子午与弧矢方向的视场角相等；通过增加镜片的数量以及减小排布镜片的圆柱面的半径，能够增加该物镜的视场，子午与弧矢方向的视场相互独立。

[0020] 第一物镜组、第二物镜组及第三物镜组均固定在同一块固定底板上。

[0021] 一种基于X射线Schmidt物镜的光学系统，是将所述的X射线Schmidt物镜放置在物平面与像平面之间。

[0022] 与现有技术相比，本发明通过将传统Schmidt物镜两组镜片组进行分离，采用三组彼此分离且正交的镜片组，形成三物镜结构的新型X射线Schmidt物镜。新型X射线Schmidt物镜能够克服传统Schmidt物镜子午与弧矢方向的成像质量存在差异的问题，从而提高物镜的分辨率。同时，采用新型的镜片固定方式，最大限度的降低了镜片的装配误差，保证了镜片的装配精度，从而提高物镜的分辨率。

[0023] 具体而言，本发明具有以下优点及有益效果：

[0024] 1、结构简单，价格低廉，易于装配。

[0025] 2、由于半框形卡槽对称的狭槽具有共同的基准面，具有更高的装配精度。

[0026] 3、子午与弧矢方向的成像质量接近，具有更高的分辨率。

附图说明

[0027] 图1为X射线Schmidt物镜光学结构示意图；

[0028] 图2为X射线Schmidt物镜机械结构示意图；

[0029] 图3为第一物镜组与第三物镜组的结构示意图；

[0030] 图4为第二物镜组的结构示意图；

[0031] 图5为半框形卡槽的结构示意图；

[0032] 图6为图5中A处放大结构示意图；

[0033] 图7为安装光阑的X射线Schmidt物镜的结构示意图。

[0034] 图中：1为第一物镜组，2为第二物镜组，3为第三物镜组，4为物平面，5为物平面单元格，6为像平面，7为像平面单元格，8为像平面成像有效区域，9为固定底板，10为入瞳处光阑，11为出瞳处光阑，12为镜片，13为半框形卡槽，131为狭槽，14为底板，15为顶板。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0036] 实施例

[0037] 如图1、2、3、4，一种X射线Schmidt物镜，包括彼此分离且正交的第一物镜组1、第二物镜组2及第三物镜组3，第二物镜组2位于第一物镜组1与第三物镜组3之间；第一物镜组1与第三物镜组3内的镜片12均横向设置，第三物镜组3与第一物镜组1的镜片12数相同，且对应镜片12共面；第二物镜组2内的镜片12纵向设置，第一物镜组1与第三物镜组3内的镜片12长度相等，均为第二物镜组2内镜片12长度的一半；第一物镜组1的镜片12前后端分别均匀的分布在以O1O1′为轴的两个圆柱面上；第二物镜组2的镜片12前后端分别均匀的分布在以O2O2′为轴的两个圆柱面上；其中O1O1′为弧矢面上的一横轴，O2O2′为子午面上的一纵轴，且轴O1O1′与轴O2O2′相互正交位于同一面上，轴O1O1′与轴O2O2′的交点与第一物镜组1、第二物镜组2及第三物镜组3的中心位于垂直于轴O1O1′与轴O2O2′所在平面的同一轴线上。第一物镜组1、第二物镜组2及第三物镜组3均固定在同一块固定底板9上。前端是指X射线Schmidt物镜使用时靠近像平面6的一端，后端是指X射线Schmidt物镜使用时靠近物平面4的一端。第一物镜组1、第二物镜组2及第三物镜组3内的镜片12均为D263超光滑玻璃镜片12，表面粗糙度达到～0.3nm。

[0038] 如图1所示，X射线Schmidt物镜，物镜中心到物平面4的距离定义为物距，物镜中心到像平面6的距离定义为像距，在物平面4上的物体，经X射线Schmidt物镜成像，在像平面6上形成缩小的、正立的像，像的大小与物的比值为物镜的放大率。物面单元格5为物镜在物面上能够分辨的最小分辨单元，像面单元格7为物镜在像面上能够分辨的最小分辨单元，二者的比值为物镜的放大率，像平面成像有效区域8为像平面能够成像的有效区域。

[0039] 如图3、4所示，每个物镜组均包括两个平行间隔设置的半框形卡槽13，每个物镜组内的镜片12分别安装在2半框形卡槽13之间。半框形卡槽13相对的两个内侧面上等间距设置有用于放置镜片12的狭槽131，且半框形卡槽13相对的两个内侧面上的狭槽131相对称。半框形卡槽13的材质为铝合金，狭槽131是采用线切割的方式切割而成的。第一物镜组1与第三物镜组3内的两个半框形卡槽13的上下两端分别与顶板15及底板14固定连接，第二物镜组2内的两个半框形卡槽13的两侧面分别与顶板15及底板14连接，底板14平面度达到
0.005mm。

[0040] 镜片12的4个边角，分别嵌入4个狭槽131内，且镜片下端面紧贴狭槽131下端面，在半框形卡槽13上的狭槽131内放置镜片12后注入环氧树脂填补镜片12与狭槽131间的间隙，经过固化后，镜片12与半框形卡槽13完全粘合。

[0041] 如图5、图6所示，半框形卡槽13上的狭槽131，其下端面的高度均以半框形卡槽13的底面为基准，半框形卡槽13上的狭槽131宽度等于对应镜片12的厚度与镜片12倾斜带来的增量之和；相邻两个镜片12之间的夹角由半框形卡槽13上的狭槽131下端面的空间位置决定。

[0042] 如图7所示，在第一物镜组1的入瞳处设置有入瞳处光阑10，入瞳处光阑10内贴铅板，入瞳处光阑10上具有与第一物镜组1入瞳口径相同的方形通光口；在第三物镜组3出瞳处设置有出瞳处光阑11，出瞳处光阑11内贴铅板，出瞳处光阑11上具有与第三物镜组3出瞳口径相同的方形通光口。

[0043] 所述X射线Schmidt物镜的子午与弧矢方向的视场角相等；通过增加镜片12的数量以及减小排布镜片12的圆柱面的半径，能够增加该物镜的视场，子午与弧矢方向的视场相互独立。

[0044] 参考图1，一种基于X射线Schmidt物镜的光学系统，是将X射线Schmidt物镜放置在物平面4与像平面6之间。

[0045] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。