本发明涉及x射线测试技术领域，具体涉及一种龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统与方法。
背景技术：
由于x射线特殊物理性质，采用传统的光学望远镜无法实现聚焦和准直。目前常见的x射线准直系统有毛细管x射线平行光透镜和微通道板(mcp)型准直器。毛细管x光透镜虽然可以显著降低x射线传输过程中的衰减，但由于单个毛细管造价成本过高，不适于科学研究，而mcp准直器虽然会提高图像的对比度，但x射线发散角度并不会有很大的改善。
x射线聚焦光学系统有k-b型、wolter型以及龙虾眼型(mpo)。k-b型与wolter型光学系统虽然具有较高的空间分辨率和收集效率，但k-b型结构的有效立体角一般为10-6～10-7sr，视场小于1mm，放大倍率只能达到3～8倍，并存在严重的彗差和视场倾斜。同时wolter型系统体积较大，孔径利用率低，集光面积较小，加工难度极高。
龙虾眼型系统由于其特殊的正交结构，使其在各个方向的聚焦成像能力具有一致性。理论上，视野范围能达到4π空间角，这是其他掠入射光学系统无法达到的。同时龙虾眼型系统具备体积小、重量轻、有效面积大等特性，相对于金属材质的wolter-i型望远镜单位有效面积-重量比高1000倍，符合未来x射线天文发展潮流。
mpo系统关键技术在于龙虾眼光学器件研制和装配，其中龙虾眼光学器件x射线偏置角信息是龙虾眼光学器件研制关键工序切片精度的重要评价手段，也是改进装配精度重要的依据。然而受限于龙虾眼光学器件几何结构参数，目前现有技术尚没有合理有效的测试方法可以实现对x射线偏置换的测量。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，采用光学成像原理与x射线聚焦成像方法相结合，能够实现快速对龙虾眼光学器件x射线偏置角的完成检测，有助于提高切片精度和龙虾眼光学器件的装配精度。
为实现上述目的，本发明第一方面提出的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，包括x射线光管、龙虾眼光学器件、探测器以及可移除地设置在光路中的半反半透镜与自准直望远镜；
所述x射线光管、龙虾眼光学器件、半反半透镜、探测器构成为一个共轴齐平的光学系统；所述x射线光管、探测器分别位于龙虾眼光学器件的两侧，并且与龙虾眼光学器件的距离相同；所述半反半透镜设置在探测器与龙虾眼光学器件的中间位置；所述自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方；
所述x射线光管，被配置用于朝向龙虾眼光学器件发射x射线；
所述自准直望远镜，被配置用于朝向半反半透镜发出平行的可见光；
所述半反半透镜，被配置成将来自准直望远镜的可见光照射到龙虾眼光学器件表面，经龙虾眼光学器件反射、并透过半反半透镜而在探测器上成像；
所述龙虾眼光学器件，被配置用于汇聚x射线以及反射自准直望远镜发出的可见光；
所述探测器设置在龙虾眼光学器件的焦平面上，用于收集聚焦的x射线和反射的可见光，进行相应的成像。
进一步地，所述龙虾眼光学器件的外型为平板状，厚度为1mm～10mm；其内部包括若干根相同的单通道，用以会聚x射线光线，并且可利用其表面反射可见光线。
进一步地，所述龙虾眼光学器件中包括500万～1000万根单通道，每个单通道的边长尺寸为10μm～1000μm。
进一步地，所述探测器为cmos成像探测器，其单像素大小达到11μm，靶面像素大小为2040×2048。
进一步地，所述自准直望远镜在所述半反半透镜的90度正下方的工作距离长度为1m～5m。
进一步地，所述半反半透镜的口径大小为10mm～60mm。
进一步地，所述x射线光管的特征峰能量为4.5kev，微焦斑直径约为35μm。
进一步地，所述测试系统还包括一计算机处理系统，用于对收集聚焦的x射线和反射的可见光而得到的成像位置进行处理，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)：
其中，p1(x1,y1)为收集经过龙虾眼光学器件反射可见光而成像的成像位置，p2(x2,y2)为收集聚焦的x射线而成像的成像位置，x1、x2分别为两个成像位置的横坐标，y1、y2分别为两个成像位置的纵坐标；f为龙虾眼光学器件的焦距；
所述θx、θy的单位为角分。
根据本发明第二方面的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
(1)首先将x射线光管、龙虾眼光学器件、半反半透镜、探测器调整为一个共轴齐平的光学系统，将自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方；
(2)通过自准直望远镜发出可见光束，经半反半透镜照射到龙虾眼光学器件上，经龙虾眼光学器件反射后在探测器光学成像，记录此时在探测器上的光学成像位置p1(x1,y1)；
(3)移除半反半透镜，开始进行x射线聚焦成像测试；
(4)通过x射线光管发出x射线束，经所述龙虾眼光学器件对x射线汇聚后，在探测器上进行第二次光学成像，记录光学成像位置为p2(x2,y2)，
(5)通过对比p1(x1,y1)与p2(x2,y2)的差距，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)，其中：
其中θx、θy的单位为角分。
本发明的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，可实现对龙虾眼光学器件x射线偏置角的快速检测，准确获取x射线偏置角信息，有助于发现龙虾眼光学器件切片精度问题和改进装配精度。同时，光路设计易于实现，测量精度高。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统的光路示意图；
图2为本发明的可见光成像结果示意图；
图3为本发明龙虾眼光学器件x射线聚焦成像结果示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1所示示例的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，包括x射线光管1、龙虾眼光学器件3(即龙虾眼光学器件)、探测器5以及可移除地设置在光路中的半反半透镜4与自准直望远镜7。
图1中，标号2标识出的实线表示x射线光路，标号6标识出的虚线表示可见光路。其中，在光轴中心位置的x射线光路与可见光路发生重叠标识。
在本发明的示例性实施中，x射线光管1、龙虾眼光学器件3、半反半透镜4、探测器5构成为一个共轴齐平的光学系统。
x射线光管1、探测器5分别位于龙虾眼光学器件3的两侧，并且二者与龙虾眼光学器件的距离相同。半反半透镜4设置在探测器与龙虾眼光学器件的中间位置。
自准直望远镜7位于半反半透镜90度垂直的正下方，被配置用于朝向半反半透镜发出平行的可见光。
半反半透镜4，被配置成将来自准直望远镜的可见光照射到龙虾眼光学器件表面，经龙虾眼光学器件反射、并透过半反半透镜而在探测器上成像。优选地，半反半透镜的口径大小为10mm～60mm。
其中的龙虾眼光学器件3，作为被测试的光学器件，被配置用于汇聚x射线以及反射自准直望远镜发出的可见光。
在本发明的实施例中，将探测器5设置在龙虾眼光学器件的焦平面上，用于收集聚焦的x射线和反射的可见光，进行相应的成像。
x射线光管的点光源到mpo的物距等于探测器到mpo的焦距。
优选地，探测器为cmos成像探测器。在尤其优选的实施例中，其单像素大小达到11μm，靶面像素大小为2040×2048。
在测试的过程中，龙虾眼光学器件的外型为平板状，厚度为1mm～10mm；其内部包括若干根相同的单通道，用以会聚x射线光线，并且可利用其表面反射可见光线。其中包括500万～1000万根单通道，每个单通道的边长尺寸为10μm～1000μm。
在测试过程中，自准直望远镜7在半反半透镜的90度正下方的工作距离长度为1m～5m。
x射线光管1，在进行可见光成像测试时，被配置用于朝向龙虾眼光学器件发射x射线。优选地，x射线光管的特征峰能量为4.5kev，微焦斑直径约为35μm。
结合图示，本发明实施例的测试系统还包括一计算机处理系统，与所述探测器5连接，并实现数据通讯，对收集聚焦的x射线和反射的可见光而得到的成像位置数据进行处理，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)：
其中，p1(x1,y1)为收集经过龙虾眼光学器件反射可见光而成像的成像位置，p2(x2,y2)为收集聚焦的x射线而成像的成像位置，x1、x2分别为两个成像位置的横坐标，y1、y2分别为两个成像位置的纵坐标；f为龙虾眼光学器件的焦距；
其中，θx、θy的单位为角分。
结合图1，在具体进行测试的过程中，测试过程包括以下步骤：
(1)首先将x射线光管、龙虾眼光学器件、半反半透镜、探测器调整为一个共轴齐平的光学系统，将自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方；
(2)通过自准直望远镜发出可见光束，经半反半透镜照射到龙虾眼光学器件上，经龙虾眼光学器件反射后在探测器光学成像，记录此时在探测器上的光学成像位置p1(x1,y1)；
(3)移除半反半透镜，开始进行x射线聚焦成像测试；
(4)通过x射线光管发出x射线束，经所述龙虾眼光学器件对x射线汇聚后，在探测器上进行第二次光学成像，记录光学成像位置为p2(x2,y2)，
(5)通过对比p1(x1,y1)与p2(x2,y2)的差距，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)，其中：
其中θx、θy的单位为角分，其中57.3为180°与π的商。
值得一提的时，上述测试的光学系统均在真空环境下进行测试，例如整体置于一密封的密封腔体中进行，腔体内部的真空度达到10-3pa。在可选的实施例中，可通过机械泵和分子泵等抽真空系统进行抽真空处理。
下面结合对平板型mpo光学元件的的示例进行更加具体的测试过程描述。
(1)首先将x射线光管(特征峰能量为4.5kev，微焦斑直径约为35μm)、龙虾眼光学器件(厚度2.5mm，尺寸大小为42.5mm×42.5mm，方孔边长为40μm，壁厚为8μm)、半反半透镜、cmos探测器(制冷温度-20℃，单像素大小为11μm，靶面像素大小为2040×2048个)调整为一个共轴齐平的光学系统，自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方1.5m位置处，测试光路如图1所示；mpo的焦距为3650mm。
(2)所述自准直望远镜发出的可见光束，经所述半反半透镜照射到所述龙虾眼光学器件上，经反射后在cmos探测器光学成像，记录此时探测器的光学成像位置，即重心位置p1(10.34mm,10.51mm)，测试结果如图2所示。
(3)可见光路测试结束后，移除半反半透镜，开始进行x射线聚焦成像测试。
(4)x射线光管放置于距离平面mpo平面前端为3650mm位置处。cmos探测器位于平面mpo后端面后端3650mm位置处，用于收集聚焦x射线。关闭测试腔体，开启真空系统的机械泵和分子泵使得测试腔体的真空度优于10-3pa。可选地测试光源的电压为8kv，电流为200μa，cmos曝光时间为512ms。
(5)x射线光管发出的x射线束，经龙虾眼光学器件汇聚后，在焦距f＝3650mm位置处的探测器的成像位置为p2(9.84mm,11.21mm)，测试结果如图3所示；
(6)通过对比p1与p2的差距，可以测试得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)。
其中，
如此，快速对龙虾眼光学器件x射线偏置角的完成检测，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角，准确获取x射线偏置角信息。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
1.一种龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，包括x射线光管、龙虾眼光学器件、探测器以及可移除地设置在光路中的半反半透镜与自准直望远镜；
所述x射线光管、龙虾眼光学器件、半反半透镜、探测器构成为一个共轴齐平的光学系统；
所述x射线光管、探测器分别位于龙虾眼光学器件的两侧，并且与龙虾眼光学器件的距离相同；
所述半反半透镜设置在探测器与龙虾眼光学器件的中间位置；
所述自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方；
所述x射线光管，被配置用于朝向龙虾眼光学器件发射x射线；
所述自准直望远镜，被配置用于朝向半反半透镜发出平行的可见光；
所述半反半透镜，被配置成将来自准直望远镜的可见光照射到龙虾眼光学器件表面，经龙虾眼光学器件反射、并透过半反半透镜而在探测器上成像；
所述龙虾眼光学器件，被配置用于汇聚x射线以及反射自准直望远镜发出的可见光；
所述探测器设置在龙虾眼光学器件的焦平面上，用于收集聚焦的x射线和反射的可见光，进行相应的成像。
2.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述龙虾眼光学器件的外型为平板状，厚度为1mm～10mm；其内部包括若干根相同的单通道，用以会聚x射线光线，并且可利用其表面反射可见光线。
3.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述龙虾眼光学器件中包括500万～1000万根单通道，每个单通道的边长尺寸为10μm～1000μm。
4.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述探测器为cmos成像探测器，其单像素大小达到11μm，靶面像素大小为2040×2048。
5.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述自准直望远镜在所述半反半透镜的90度正下方的工作距离长度为1m～5m。
6.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述半反半透镜的口径大小为10mm～60mm。
7.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述x射线光管的特征峰能量为4.5kev，微焦斑直径约为35μm。
8.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括一计算机处理系统，用于对收集聚焦的x射线和反射的可见光而得到的成像位置进行处理，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)：
其中，p1(x1,y1)为收集经过龙虾眼光学器件反射可见光而成像的成像位置，p2(x2,y2)为收集聚焦的x射线而成像的成像位置，x1、x2分别为两个成像位置的横坐标，y1、y2分别为两个成像位置的纵坐标；f为龙虾眼光学器件的焦距；
所述θx、θy的单位为角分。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的龙虾眼光学器件x射线偏置角的测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先将x射线光管、龙虾眼光学器件、半反半透镜、探测器调整为一个共轴齐平的光学系统，将自准直望远镜位于半反半透镜90度垂直的正下方；
(2)通过自准直望远镜发出可见光束，经半反半透镜照射到龙虾眼光学器件上，经龙虾眼光学器件反射后在探测器光学成像，记录此时在探测器上的光学成像位置p1(x1,y1)；
(3)移除半反半透镜，开始进行x射线聚焦成像测试；
(4)通过x射线光管发出x射线束，经所述龙虾眼光学器件对x射线汇聚后，在探测器上进行第二次光学成像，记录光学成像位置为p2(x2,y2)，
(5)通过对比p1(x1,y1)与p2(x2,y2)的差距，得到龙虾眼光学器件的x射线偏置角θ(θx,θy)，其中：
其中θx、θy的单位为角分。
技术总结