一种X射线变焦透镜系统及其变焦方法技术方案

本发明专利技术公开了一种X射线变焦透镜系统及其变焦方法。本系统的特征在于包括基座，该基座一侧设有多个调节臂，顶部设置一驱动组件，底部设置有定位槽；其中，调节臂自上而下为依次连接的推杆、推

【技术实现步骤摘要】
一种X射线变焦透镜系统及其变焦方法


[0001]本专利技术属于同步辐射
，具体涉及一种新型X射线变焦透镜系统(Transfocator)及其变焦方法。

技术介绍

[0002]复合折射透镜(CRLs)是一种现代X射线光学元件，主要用于高能X射线聚焦等光学调制，其原理及结构如图1所示(参考：P.Snigirev,V.Kohn,I.Snigireva,and B.Lengeler,A compound refractive lens for focusing high
‑
energy X
‑
rays,Nature,384(7),1996)。而Transfocator是在光轴上对不同规格和数量的CRLs切入切出形成各种各样的CRLs组合从而实现变焦功能的一种现代光学仪器或装置，它将在第四代同步辐射等先进光源中具有广泛的应用前景。
[0003]现有的典型Transfocator结构及设计方案如图2所示(参考P.Marion,Overview of engineering projects for the ESRF Upgrade beamlines,MEDSI2012,SSRF,Oral report)，它在沿光轴方向依次布置了多个臂(令其数量为N)，每个臂单独设计有电机驱动及导向使其可以上下移动，这样置于臂底端的CRLs单元可以切入和切出光轴(光路)中，从而形成不同的透镜排列组合实现不同聚焦功能即变焦等。
[0004]典型Transfocator结构方案是针对N个臂调节，其采用了N个电机驱动和N个法兰真空运动馈入，由于电机及法兰自身尺寸限制导致每个臂尺寸较大且两臂间距不宜太小。因此，它不仅存在机构上繁琐不紧凑、成本较高，而且占用空间大从而影响整个聚焦装置的工作距离(装置轮廓后边沿至焦点的距离)，最终其使用性能受到了较大限制，难以满足先进光束线设计和布局优化的技术需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种新型X射线变焦透镜系统及其变焦方法。本专利技术提出基于水平和垂直两个方向的正交电机驱动方案，即仅用2台电机且正交布局，其结构简洁、小巧紧凑、成本更低，不仅具有更大的工作距离且易于安装，为光束线设计优化实现高性能目标提供了技术基础。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种X射线变焦透镜系统，其特征在于，包括基座，该基座一侧设有多个沿X射线变焦透镜系统光轴方向排列的调节臂，该基座顶部设置一驱动组件，该基座底部设置有定位槽；其中，
[0008]所述调节臂自上而下为依次连接的推杆、推
‑
推棘轮机构、预紧弹簧及导向杆、二维柔性轴、透镜框，所述导向杆为一可伸缩结构，位于所述预紧弹簧内；所述透镜框内设有CRLs；所述推
‑
推棘轮机构包括拉簧、带棘轮槽滑块、带导向底板、C型拉杆，其中所述带棘轮槽滑块与所述带导向底板通过直线滑槽和导向结构配合形成直线导轨运动副，所述带棘轮槽滑块上端通过所述拉簧与所述带导向底板的上端连接，所述带棘轮槽滑块下端依次通过
所述预紧弹簧及导向杆、所述二维柔性轴与透镜框连接，所述C型拉杆上端用于在所述带棘轮槽滑块的棘轮槽内滑动，所述C型拉杆下端通过弹性夹持连接在所述带导向底板的底端；
[0009]所述定位槽位于所述调节臂正下方且开口朝上，该定位槽的轴线与光轴平行；
[0010]所述驱动组件包括位移台和位于该位移台上的电机，所述位移台用于将所述电机移动到待切换的调节臂上方；所述电机用于对该待切换的调节臂的推杆施加推力，控制对应的C型拉杆上端在所述带棘轮槽滑块的棘轮槽内滑动，使得所述带棘轮槽滑块处于低位状态或高位状态，使该待切换的调节臂中的CRLs切入或切出光轴。
[0011]进一步的，所述定位槽为V型槽，该V型槽两斜面公共线与光轴平行。
[0012]进一步的，所述带棘轮槽滑块中的棘轮槽为一Y型棘轮槽，该Y型棘轮槽的上凹槽和底部沟槽分别对应于低位状态或高位状态。
[0013]进一步的，当所述带棘轮槽滑块受推杆下移时，其受到向下推力为拉簧拉力与预紧弹簧的压力之和，使得所述C型拉杆上端在所述棘轮槽中由下至上的单向滑动，当带棘轮槽滑块由高位移动到低位后，C型拉杆上端沿棘轮槽由下滑到上边后倒勾带棘轮槽滑块，即带棘轮槽滑块实现高位状态转变为低位状态。
[0014]进一步的，当所述电机到达待切换的调节臂时，若对应CRLs处于轴外状态，则下推过程包括三个阶段：第一阶段，该电机的推轴向下运动直到接触该待切换的调节臂的推杆；第二阶段，该电机继续下推推杆使该待切换的调节臂下移从而使CRLs到达位于底部的V型槽内，且使CRLs圆柱轮廓与V型槽两内斜面相切压紧；第三阶段，该电机继续下推，在推杆的作用使该待切换的调节臂中推
‑
推棘轮机构运动副的带棘轮槽滑块进一步下移至极限位置；然后该电机执行上提，直至推轴与推杆断开。
[0015]一种基于X射线变焦透镜系统的X射线变焦方法，其步骤包括：
[0016]1)位移台将电机送至目标调节臂的位置；
[0017]2)电机的推轴先向下推动该目标调节臂的推杆，使得该目标调节臂的带棘轮槽滑块下移至极限位置后，返回向上运动；当该目标调节臂中的CRLs在轴外时，其将在电机的推轴下移作用下使CRLs推至光轴中，即CRLs切入光轴；当该目标调节臂中的CRLs在轴中时，其将在电机的推轴下移至极限位置后返回向上运动时，该目标调节臂中的CRLs跟随电机的推轴返回上提，使CRLs切出光轴；
[0018]3)每当电机的推轴下移至极限位置再返回1次，CRLs则完成切入/切出状态切换或状态转变1次，并且通过带棘轮槽滑块高/低位置转换和转换后位置锁定，再经预紧弹簧作用于透镜框实现CRLs的状态切换后的位置或状态保持和自锁。
[0019]一种基于X射线变焦透镜系统的准直对齐方法，其特征在于，当CRLs切入光轴时，电机的推轴向下推动目标调节臂的推杆，使推
‑
推棘轮机构的带棘轮槽滑块进行向下运动由高位到低位，使得预紧弹簧被压缩，而该预紧弹簧将推力直接作用所述二维柔性轴和所述透镜框上，使透镜框中CRLs的圆柱轮廓与V形槽相切且紧靠，即中心对齐。
[0020]本专利技术的新型X射线变焦透镜系统采用水平和垂直的正交布局驱动方案，将竖直位移驱动组件放置于水平电机及其位移台上，由水平位移台运动将竖直位移驱动组件送至目标位置，再由竖直位移驱动组件进行竖直运动，对调节臂(CRLs)进行状态切换(切入或切出)，并对切换后的状态进行保持和自锁，从而灵活实现光轴上的不同CRLs排列组合即新组合透镜，形成一种新型变焦设计方法即新型Transfocator装置。
[0021]正交布局驱动方案即仅采用2组电机驱动即可实现N个调节臂中的CRLs在光轴中的切入切出(切换)，形成不同CRLs的排列组成实现变焦。
[0022]本专利技术提供一种状态锁定或状态保持功能的CRLs调节臂的设计方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线变焦透镜系统，其特征在于，包括基座，该基座一侧设有多个沿X射线变焦透镜系统光轴方向排列的调节臂，该基座顶部设置一驱动组件，该基座底部设置有定位槽；其中，所述调节臂自上而下为依次连接的推杆、推
‑
推棘轮机构、预紧弹簧及导向杆、二维柔性轴、透镜框，所述导向杆为一可伸缩结构，位于所述预紧弹簧内；所述透镜框内设有CRLs；所述推
‑
推棘轮机构包括拉簧、带棘轮槽滑块、带导向底板、C型拉杆，其中所述带棘轮槽滑块与所述带导向底板通过直线滑槽和导向结构配合形成直线导轨运动副，所述带棘轮槽滑块上端通过所述拉簧与所述带导向底板的上端连接，所述带棘轮槽滑块下端依次通过所述预紧弹簧及导向杆、所述二维柔性轴与透镜框连接，所述C型拉杆上端用于在所述带棘轮槽滑块的棘轮槽内滑动，所述C型拉杆下端通过弹性夹持连接在所述带导向底板的底端；所述定位槽位于所述调节臂正下方且开口朝上，该定位槽的轴线与光轴平行；所述驱动组件包括位移台和位于该位移台上的电机，所述位移台用于将所述电机移动到待切换的调节臂上方；所述电机用于对该待切换的调节臂的推杆施加推力，控制对应的C型拉杆上端在所述带棘轮槽滑块的棘轮槽内滑动，使得所述带棘轮槽滑块处于低位状态或高位状态，使该待切换的调节臂中的CRLs切入或切出光轴。2.如权利要求1所述的X射线变焦透镜系统，其特征在于，所述定位槽为V型槽，该V型槽两斜面公共线与光轴平行。3.如权利要求1所述的X射线变焦透镜系统，其特征在于，所述带棘轮槽滑块中的棘轮槽为一Y型棘轮槽，该Y型棘轮槽的上凹槽和底部沟槽分别对应于低位状态或高位状态。4.如权利要求1或2或3所述的X射线变焦透镜系统，其特征在于，当所述带棘轮槽滑块受推杆下移时，其受到向下推力为拉簧拉力与预紧弹簧的压力之和，使得所述C型拉杆上端在所述棘轮槽中由下至上的单向滑动，当带棘轮槽滑块由高位移动到低位后，C型拉杆上端沿棘轮槽由下滑到...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤善治，任中睿，张伟伟，盛伟繁，李明，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：