本發明涉及x射線和可見光的復合觀測系統及復合觀測方法,具體涉及一種x射線和可見光共孔徑光學系統及觀測方法。
背景技術:
1、多波段成像系統在空間天文觀測、空間遙感等領域具有非常廣闊的應用前景,一直以來,多波段成像系統均以可見光、紅外光等波段為主。但隨著x射線技術的日益成熟,其觀測手段的重要性和迫切性越來越受到人們的關注。
2、目前,x射線與可見光的多波段復合觀測一般以光學系統的簡單相加為主,通常需要一臺x射線光學系統和一臺可見光光學系統,如此,會造成硬件資源的浪費,并且在圖像融合時,會增加空間坐標融合的技術難度。
技術實現思路
1、本發明的目的是解決現有x射線與可見光的多波段復合觀測系統空間坐標融合技術難度較高,并且導致硬件資源浪費的技術問題,而提供一種x射線和可見光共孔徑光學系統及觀測方法。
2、本發明的設計思路是:
3、利用分頻聚焦器件將入射光線中的x射線和可見光分開,當x射線與可見光傳輸至分頻聚焦器件時,由于x射線光子波長短、能量大,使其穿透分頻聚焦器件并在x射線探測器件上成像;由于可見光光子波長長、能量小,使其在分頻聚焦器件上發生反射并在可見光成像探測器件上成像,進而實現對x射線和可見光的共孔徑觀測。
4、為實現上述目的,本發明采用的技術方案為:
5、一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特殊之處在于:包括次鏡、分頻聚焦器件、x射線探測器、可見光成像鏡組和可見光成像器件;
6、所述分頻聚焦器件設置在入射光線的光路上,其入射面為弧形,分頻聚焦器件用于對x射線進行聚焦以及反射可見光,從而實現x射線和可見光的分光;
7、所述x射線探測器設置在分頻聚焦器件的焦點處,用于實現x射線的成像觀測;
8、所述次鏡設置在分頻聚焦器件的反射光路上,其中心開設有用于入射光線通過的通孔,次鏡用于將可見光反射至可見光成像鏡組;
9、所述可見光成像鏡組和可見光成像器件沿光線傳輸方向依次設置在次鏡的反射光路上,可見光成像鏡組用于校準可見光的像差,可見光成像器件用于實現可見光的成像觀測。
10、進一步地,所述分頻聚焦器件包括沿光線傳輸方向依次設置的分頻器件和x射線光學聚焦元件;
11、所述分頻器件附著在x射線光學聚焦元件表面;
12、所述x射線光學聚焦元件利用掠入射光學原理聚焦x射線光子,其內部設置有微通道。
13、進一步地,所述分頻器件采用有機材料薄膜,其表面覆蓋有輕原子金屬膜。
14、進一步地,所述有機材料薄膜的厚度為0.8μm~1.2μm。
15、進一步地,所述輕原子金屬膜的厚度為150nm~200nm。
16、進一步地,所述有機材料薄膜為聚酰亞胺薄膜、碳纖維薄膜或有機塑料薄膜。
17、進一步地,所述輕原子金屬膜為鋁膜。
18、進一步地,所述分頻器件為聚酰亞胺薄膜單面鍍鋁膜。
19、進一步地,所述微通道采用直徑為30μm~50μm、孔壁傾斜的方孔。
20、同時,本發明還提供一種x射線和可見光共孔徑觀測方法,基于上述的x射線和可見光共孔徑光學系統,其特殊之處在于,包括以下步驟:
21、步驟1、使入射光線通過次鏡中部開設的通孔,進入分頻聚焦器件;
22、步驟2、使用分頻聚焦器件對入射光線中的x射線進行聚焦,同時反射入射光線中的可見光;
23、步驟3、使用x射線探測器對x射線進行成像觀測;
24、步驟4、使用次鏡將可見光反射至可見光成像鏡組,通過可見光成像鏡組對可見光的像差進行校準,然后將其傳輸至可見光成像器件;
25、步驟5、使用可見光成像器件對經過像差校準的可見光進行成像觀測,完成x射線和可見光共孔徑的觀測。
26、與現有技術相比,本發明具有的有益技術效果如下:
27、1、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統,利用分頻聚焦器件在x射線與可見光共光路傳輸時,利用分頻聚焦器件聚焦x射線以及在宏觀尺度上反射可見光,從而實現x射線和可見光的分光,可有效實現x射線和可見光的共孔徑、同視場探測成像,有效減少復合波段探測硬件資源的投入,并減少多波段成像系統空間坐標融合的技術難點;
28、2、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統中,x射線光學聚焦元件內部設置有微通道,可以實現在較小掠入射角度下對x射線的高效反射,具有反射率高、有效面積大、視場大等特點;
29、3、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統中,分頻器件采用單面鍍覆輕原子金屬膜的有機材料薄膜,其作用是在實現x射線透射的同時實現可見光反射,輕原子金屬膜的鍍膜方式包括單面鍍膜和雙面鍍膜兩種,單面鍍膜相較于雙面鍍膜具有分光效率高、無干涉峰等優點;
30、4、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統中,有機材料薄膜的厚度為0.8μm~1.2μm,有機材料薄膜較薄,會增加工藝難度,較厚則對于x射線遮擋較高,導致其透過率較低;
31、5、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統中,輕原子金屬膜的厚度為150nm~200nm,可以保證分頻器件的分頻效率,輕原子金屬膜較薄,會降低分頻器件的反射率,較厚則會降低x射線的透過率,因此,較薄和較厚的輕原子金屬膜均會降低分頻器件的分頻效率;
32、6、本發明提供的x射線和可見光共孔徑光學系統中,微通道采用直徑為30μm~50μm、孔壁傾斜的方孔,可以在保證較高成品率的前提下,具有盡可能大的短波光學有效面積,提高對于短波x射線的反射聚焦能力。
1.一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:包括次鏡(1)、分頻聚焦器件(2)、x射線探測器(3)、可見光成像鏡組和可見光成像器件(4);
2.根據權利要求1所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述分頻聚焦器件(2)包括沿光線傳輸方向依次設置的分頻器件和x射線光學聚焦元件(8);
3.根據權利要求2所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述分頻器件采用有機材料薄膜(9),其表面覆蓋有輕原子金屬膜(10)。
4.根據權利要求3所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述分頻器件采用單面鍍覆輕原子金屬膜(10)的有機材料薄膜(9)。
5.根據權利要求4所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述有機材料薄膜(9)的厚度為0.8μm~1.2μm。
6.根據權利要求5所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述輕原子金屬膜(10)的厚度為150nm~200nm。
7.根據權利要求3-6任一所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述有機材料薄膜(9)為聚酰亞胺薄膜、碳纖維薄膜或有機塑料薄膜。
8.根據權利要求7所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述輕原子金屬膜(10)為鋁膜。
9.根據權利要求8所述的一種x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于:所述微通道采用直徑為30μm~50μm、孔壁傾斜的方孔。
10.一種x射線和可見光共孔徑觀測方法,基于權利要求1-9任一所述的x射線和可見光共孔徑光學系統,其特征在于,包括以下步驟: