一种折反式超大视场X射线显微耦合光学成像系统的制作方法

本发明属于光学成像系统领域，具体涉及一种折反式超大视场x射线显微耦合光学成像系统。

背景技术：

1、x射线显微耦合光学成像系统主要应用于生命科学研究。研究过程中，用x光穿透生物组织样本后，经闪烁晶体激发荧光图像，显微耦合光学成像系统将微弱的荧光图像传输放大，至大面阵光电成像系统，接收后形成实时的生物组织活动图像以供科学研究。

2、目前的显微成像系统包含折射式、反射式和折反式三种结构形式，大多数为折射式光学系统。对于折射式光学系统，如美国专利us/11,002,950 b2，如果直接应用于x光系统，存在如下问题：（1）受大剂量x光照射，玻璃材料光学透过率严重下降，无法长时间工作，（2）如果在光学系统前方增加45°反射镜，将成像系统从x光中分离出来，则显微系统的数值孔径受尺寸限制，一般较小，进而会影响成像系统的分辨率，（3）折射式光学系统存在二级光谱色差，虽经过复消色差设计后，依然会残留少量的色差，严重影响成像系统的分辨率。

3、反射式光学系统没有折射元件，可以实现很宽光谱范围成像。如美国newport公司设计的反射式显微物镜，在典型的聚焦应用中，准直光穿过主镜中的孔径孔到达次镜。然后，次镜反射并发散光束，使其填充主镜。最后，主镜将光束聚焦到被称为物面或焦点的一个小点。这种双反射镜配置称为反向卡塞格仑。虽然这种反射式显微物镜具有很宽的光谱范围，但存在视场范围和物方数值孔径较低的缺点，图2的反射式显微物镜，视场范围只有1.2mm，数值孔径不超过0.4，光斑分辨率不小于2μm。

4、折反式显微物镜是在光路中同时采用折射和反射式光学元件，这类系统设计比较复杂，能够获得更好的成像性能。如尼康公司2016年的一款关于折反式显微物镜的发明专利us10,139,610 b2，视场：0.15mm，数值孔径:0.9，虽然实现了高分辨率及宽光谱，但视场范围太小，且后方大量的折射元件8-18，无法通过折叠而从x光中分离。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种折反式超大视场x射线显微耦合光学成像系统，具有物方5.3mm线视场，0.5μm的分辨率。实现30倍显微放大，相比其它的荧光显微成像系统，具有超大的观测范围、宽光谱范围及高分辨率等优点。

2、本发明采取的技术方案是：

3、一种折反式超大视场x射线显微耦合光学成像系统，沿着光轴由物侧至像侧依次包括前端的x光荧光采集器、中端的中继光学系统和后端的大靶面相机的保护窗，在x光荧光采集器和中继光学系统之间设有一号折叠反射镜，在中继光学系统与大靶面相机的保护窗之间设有二号折叠反射镜；

4、所述x光荧光采集器为大数值孔径的折反结构，沿着光轴由物侧至像侧依次包括设置在闪烁晶体后侧的铅玻璃、一号双凹负透镜、一号弯月正透镜、一号非球面反射镜，在闪烁晶体前侧设有两个二号非球面反射镜(两个二号非球面反射镜沿垂直于铅玻璃的平面相对称)，在二号非球面反射镜与一号折叠反射镜之间设有光阑。

5、闪烁晶体为物面，用于将x光激发为荧光图像;铅玻璃用于衰减x光,以降低后方玻璃的x光辐射强度，增强长时间工作寿命;一号双凹负透镜、一号弯月正透镜为平场镜组，用于校正反射系统的像差，采用耐辐射光学玻璃制成；一号折叠反射镜实现x光路的折叠，将后方的光学系统从x光路中分离出来；二号折叠反射镜对光路进行折叠以优化系统尺寸；大靶面相机的保护窗属于相机部件，但在光路中加入了平行平板会带来光学像差，影响整个系统的高质量成像，因此，需要预先将平行平板加入显微系统进行光学像差校正；光阑对光束进行约束。

6、物点发出的光线穿过铅玻璃、一号双凹负透镜、一号弯月正透镜，经一号非球面反射镜后折返，再依次穿过一号弯月正透镜、一号双凹负透镜、厚铅玻璃投射至二号非球面反射镜(高阶非球面主镜),经二号非球面反射镜反射到一号折叠反射镜，经一号折叠反射镜反射的光线穿过中继光学系统后，再经二号折叠反射镜反射、经过大靶面相机的保护窗形成光学像。

7、进一步的，所述中继光学系统沿着光轴由物侧至像侧依次包括二号弯月正透镜、三号弯月正透镜、二号双凹负透镜、双凸透镜、三号双凹负透镜、四号弯月正透镜、四号双凹负透镜。

8、进一步的，所述铅玻璃、一号双凹负透镜、一号弯月正透镜沿光轴的厚度分别为5mm、6mm、8.2mm；

9、一号双凹负透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为-480~-500mm、480~500mm，一号弯月正透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为75~80mm、5812mm；

10、铅玻璃与一号双凹负透镜沿光轴间隔1mm；一号双凹负透镜与一号弯月正透镜沿光轴间隔1mm；一号弯月正透镜与一号非球面反射镜沿光轴间隔1mm。

11、对于一号双凹负透镜和一号弯月正透镜，所述的物侧面半径和像侧面半径，均指的是光线从铅玻璃到一号非球面反射镜的方向，返回路线的参数与其相反。

12、进一步的，一号非球面反射镜半径100~180mm；二号非球面反射镜半径150~240mm，与光阑沿光轴间隔61mm，与铅玻璃沿光轴间隔72~78mm；光阑与一号折叠反射镜沿光轴间隔116mm。

13、进一步的，一号折叠反射镜与二号弯月正透镜沿光轴间隔281mm，二号弯月正透镜与三号弯月正透镜沿光轴间隔44mm，三号弯月正透镜与二号双凹负透镜沿光轴间隔25mm，二号双凹负透镜与双凸透镜沿光轴间隔2mm，双凸透镜与三号双凹负透镜沿光轴间隔12.3mm，三号双凹负透镜与四号弯月正透镜沿光轴间隔53mm，四号弯月正透镜与四号双凹负透镜沿光轴间隔22mm；

14、二号弯月正透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为125~135mm、1065mm，沿光轴的厚度13~17mm；三号弯月正透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为75~85mm、54~58mm，沿光轴的厚度12mm；二号双凹负透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为-50~-60mm、1820mm，沿光轴的厚度6mm；双凸透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为56~63mm、-120~-130mm，沿光轴的厚度14~18mm；三号双凹负透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为-70~-76mm、1276mm，沿光轴的厚度6mm；四号弯月正透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为78~85mm、652mm，沿光轴的厚度8~10mm；四号双凹负透镜的物侧面半径和像侧面半径分别为-75~-85mm、126~136mm，沿光轴的厚度6mm。

15、进一步的，四号双凹负透镜与二号折叠反射镜沿光轴间隔310mm，二号折叠反射镜与大靶面相机的保护窗沿光轴间隔100mm，大靶面相机的保护窗厚度10mm，距离像面9mm。

16、进一步的，二号弯月正透镜的材料为hzf11，三号弯月正透镜的材料为hzf6，二号双凹负透镜的材料为hlaf3b，双凸透镜的材料为hf4，三号双凹负透镜的材料为hzf88，四号弯月正透镜的材料为hzf7la，四号双凹负透镜的材料为hlaf3b 。

17、本发明的有益效果：

18、（1）由一号双凹透镜和一号平凸透镜构成的耐辐射双分离透镜组，具有较低的负光焦度，组合光焦度≤-400mm；大光焦度的二号非球面反射镜（主反射面）具有强光束收集功能的特点，能够将大数值孔径的入射光束进行扩束准直；将双分离透镜组与二号非球面反射镜配合，再结合一号非球面反射镜，能够平衡采集系统的多种像差，进而扩大可清晰成像的观测范围。

19、（2）中继光学系统实现前组成像系统至所需系统倍率的转化，并对系统进行高质量像差校正，实现超高分辨率成像。

20、（3）x光荧光采集器倍率为3~10倍，中继光学系统的放大倍率为3~5倍，进而实现高放大倍数。