大相对孔径数字化X射线成像系统的光学设计

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1、第３２卷第５期应用光学Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．５２０１１年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓＳｅｐ．２０１１文章编号：１００２－２０８２（２０１１）０５－０８２７－０４大相对孔径数字化Ｘ射线成像系统的光学设计陈宝莹，唐勇，柴利飞，孙浩，张远健，林森（长春理工大学光电工程学院，吉林长春１３００２２）摘要：针对６０ｍｍ×４５ｍｍ尺寸碘化铯荧光屏，设计一个用于牙科诊断的Ｘ射线数字化成像光学系统。选用有效尺寸４．８ｍｍ×３．６ｍｍ的ＣＣＤ作为接受器件，光学系统结构型式为复杂化双高斯型，相对孔径和全视场角分别达到Ｆ／０．９和３５°，有效焦距９ｍｍ。全视场Ｍ

2、ＴＦ在空间频率５６ｌｐ／ｍｍ时高于０．７５，全视场畸变为１．８％，边缘视场照度与中心视场照度之百分比达到８０％。从设计结果可以看出，整个系统的像差得到了较好的校正，满足数字化Ｘ射线成像系统的使用要求。关键词：光学设计；大相对孔径；数字Ｘ射线成像；双高斯物镜中图分类号：ＴＮ２０２；ＴＨ７０３文献标志码：Ａ＃ＬｏｗＦｄｉｇｉｔａｌＸ－ｒａｙｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍＣＨＥＮＢａｏ－ｙｉｎｇ，ＴＡＮＧＹｏｎｇ，ＣＨＡＩＬｉ－ｆｅｉ，ＳＵＮＨａｏ，ＺＨＡＮＧＹｕａｎ－ｊｉａｎ，ＬＩＮＳｅｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏ－ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉ

3、ｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｄｉｇｉｔａｌＸ－ｒａｙｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙｂａｓｅｄｏｎＣｓＩｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎｓｃｒｅｅｎｗｉｔｈ６０ｍｍ×４５ｍｍｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｏｒｄｅｎｔａｌｄｉａｇｎｏｓｉｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＡＣＣＤｗｉｔｈａ４．８ｍｍ×３．６ｍｍｉｍａｇｅｓｕｒｆａｃｅｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｌｅｎｓｓｙｓｔｅｍｈａｄａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｄｏｕｂｌｅ－Ｇａｕｓ

4、ｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．＃ＴｈｅＦａｎｄｆｕｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｗｅｒｅｕｐｔｏＦ／０．９ａｎｄ３５°ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｗａｓ９ｍｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆｕｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｗａｓｇｒｅａ－ｔｅｒｔｈａｎ０．７５ａｔｔｈｅｓｐａｔｉａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ５６ｌｐ／ｍｍ，ｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｆｕｌｌｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｗａｓ１．８％，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｒｅａ

5、ｃｈｅｄ８０％．Ｔｈｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｃｏｒ－ｒｅｃｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｍｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｉｇｉｔａｌＸ－ｒａｙｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；ｌａｒｇｅｒｅｌａｔｉｖｅａｐｅｒｔｕｒｅ；ｄｉｇｉｔａｌＸ－ｒａｙｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ；ｄｏｕｂｌｅ－Ｇａｕｓｓｏｂｊｅｃｔｉｖｅ引言相对孔径可以使光学镜头较好地工作在极低照度随着数字化Ｘ射线摄影（ＤＲ）的发展，对ＤＲ的环境中，并且可以减少曝光时间和Ｘ光剂量，延成像系统的光学镜头质量提

6、出了更高的要求。由长ＣｓＩ（Ｔｉ）荧光屏的工作寿命，为医生根据图像几于ＣｓＩ（Ｔｉ）荧光屏和专用的ＣＣＤ都具有极高的分何尺寸的微小畸变进行诊断提供了可靠的依据。辨率，所以光学镜头的性能对系统的影响非常重结合以上ＤＲ镜头的特点，本文以像差理论为基要。与普通摄影不同，ＤＲ系统为近距离成像，必础，通过将双高斯结构复杂化，设计了一个相对孔须有针对性地专门设计方能达到最佳效果。大的径大，空间分辨率高的摄影物镜。收稿日期：２０１１－０１－１７；修回日期：２０１１－０２－２３作者简介：陈宝莹（１９８６－），男，吉林敦化人，硕士研究生，主要从事光学设计与光学仪器等方面的

7、研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｂａｏｙｉｎｇ＿７２＠１２６．ｃｏｍ·８２８·应用光学２０１１，３２（５）陈宝莹，等：大相对孔径数字化Ｘ射线成像系统的光学设计１结构选型这里产生了比轴上光束大得多的轴外负球差。为能做到大相对孔径的照相物镜主要有Ｐｅｔｚｖａｌ此，需一块薄透镜来减小ＳⅠ，这块薄透镜需背向物镜、反摄远物镜和双高斯物镜。其中Ｐｅｔｚｖａｌ物光栏弯曲，其弯曲的愈厉害，ＳⅠ就愈小。但是这样镜很难做到较大的视场，而反摄远物镜系统能够会限制系统视场的提高，如图２第１片薄透镜做到大视场和长后工作距离，但是反摄远物镜的所示。光栏非对称性会导致垂轴像差难于校正

8、。本光学为了校正整个系统的垂轴色差，可使第一组系统对后工作距要求不高，而且不追求