大相對孔徑數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計

1、第卷第期年月應(yīng)用光學(xué)（）文章編號：大相對孔徑數(shù)字化射線成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計陳寶瑩，唐勇，柴利飛，孫浩，張遠健，林森（）長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院，吉林長春摘要：針對設(shè)計一個用于牙科診斷的射線數(shù)字化成像×尺寸碘化銫熒光屏，光學(xué)系統(tǒng)。選用有效尺寸光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式為復(fù)雜×的作為接受器件，化雙高斯型，相對孔徑和全視場角分別達到有效焦距。全視場和°在空間全視場畸變?yōu)轭l率時高于，邊緣視場照度與中心視場照度之百分比達到整個系統(tǒng)的像差得到了較好的校正，滿足數(shù)字化射線成像系統(tǒng)。從設(shè)計結(jié)果可以看出，的使用要求。關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計；大相對孔徑；數(shù)字射線成像；雙高斯物鏡中圖分類號：；文獻標志碼

2、：，（，），：××，°，：；引言隨著數(shù)字化射線攝影（的發(fā)展，對）成像系統(tǒng)的光學(xué)鏡頭質(zhì)量提出了更高的要求。由（）于熒光屏和專用的都具有極高的分所以光學(xué)鏡頭的性能對系統(tǒng)的影響非常重辨率，要。與普通攝影不同，必系統(tǒng)為近距離成像，須有針對性地專門設(shè)計方能達到最佳效果。大的相對孔徑可以使光學(xué)鏡頭較好地工作在極低照度的環(huán)境中，并且可以減少曝光時間和光劑量，延（）長熒光屏的工作壽命，為醫(yī)生根據(jù)圖像幾何尺寸的微小畸變進行診斷提供了可靠的依據(jù)。結(jié)合以上本文以像差理論為基鏡頭的特點，通過將雙高斯結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，設(shè)計了一個相對孔礎(chǔ)，徑大，空間分辨率高的攝影物鏡。；收稿日期：修回日期：，男，

3、作者簡介：陳寶瑩（吉林敦化人，碩士研究生，主要從事光學(xué)設(shè)計與光學(xué)儀器等方面的研究工作。）：··（）應(yīng)用光學(xué)等：大相對孔徑數(shù)字化射線成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計，陳寶瑩，結(jié)構(gòu)選型能做到大相對孔徑的照相物鏡主要有物鏡、反攝遠物鏡和雙高斯物鏡。其中物鏡很難做到較大的視場，而反攝遠物鏡系統(tǒng)能夠但是反攝遠物鏡的做到大視場和長后工作距離，光欄非對稱性會導(dǎo)致垂軸像差難于校正。本光學(xué)系統(tǒng)對后工作距要求不高，而且不追求非常大的所以本光學(xué)系統(tǒng)采用雙高斯物鏡型式。雙視場，高斯物鏡是個對稱的系統(tǒng)，垂軸像差比較容易校只需考慮軸向像差的校正。在雙高斯物鏡中正，利用厚透鏡可以校正場曲，利用厚、薄透鏡互相補償球差，

4、選取正確的孔徑光欄位置可以校正像散，在厚透鏡中引入膠合面可以校正色差。這里產(chǎn)生了比軸上光束大得多的軸外負球差。為此，需一塊薄透鏡來減小，這塊薄透鏡需背向光欄彎曲，其彎曲的愈厲害，就愈小。但是這樣如圖第片薄透鏡會限制系統(tǒng)視場的提高，所示。為了校正整個系統(tǒng)的垂軸色差，可使第一組雙膠合中膠合面背向光欄，以產(chǎn)生符號相反的垂軸色差，與系統(tǒng)原有的像差相抵消，如圖所示。由于膠合面背向光欄，又會使主光線在膠合面上的入射角變大，從而產(chǎn)生大量的高級像差。為控制高級像差，膠合面兩邊玻璃的折射率差和色散差盡可能大些。把圖中原本為雙膠合的第透鏡和第透鏡分裂為雙分離，也是為了利用微量的空氣間隔來平衡高級像差。為了減小場曲

5、，根據(jù)攝影物鏡玻璃選擇的原則，負透鏡的折射率值比正透鏡低一些，但是第透鏡），的折射率值（高于第透鏡（這是為了進一步減小軸外負球差（它可以增大第面透，鏡的半徑）第透鏡的折射率值（大于第）更有利減小軸外負球差。這是因透鏡（第透鏡為緊挨著第透鏡的透鏡都是正光焦度，負光焦度）存在。之后還有第透鏡（將初始結(jié)構(gòu)中最后一片薄透鏡變成厚透鏡，使場曲和像散得到進一步校正，再將厚透鏡變?yōu)殡p膠合透鏡（選取折射率相等，色散不相等的玻璃，組合）使色差也得到進一步的校正。優(yōu)化設(shè)計隨著光學(xué)系統(tǒng)視場和相對口徑的增大，其高必須將光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜化才能級像差將明顯增大，使設(shè)計滿足要求。圖和圖分別為光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)和復(fù)雜化后的光學(xué)系統(tǒng)

6、結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計結(jié)果及像質(zhì)評價光學(xué)系統(tǒng)的曲線優(yōu)化后光學(xué)系統(tǒng)的曲線如圖所示。通過整個系統(tǒng)中中系數(shù)可知，的第面和第面（光欄兩側(cè)的面）是主要產(chǎn)生負球差的面，同時光束在這里又有較大的入射角，使它產(chǎn)生很大的高級負球差。為了減小系統(tǒng)的正像散，將光欄前后兩部分靠攏，導(dǎo)致第面和第面偏離于光欄同心的位置，結(jié)果使得軸外光束經(jīng)過圖曲線由圖可以看出，全視場的在空間頻率為時大于。并且各視場的（）應(yīng)用光學(xué)等：大相對孔徑數(shù)字化射線成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計，陳寶瑩，··相對比較集中。軸向像差曲線軸向像差曲線如圖所示。由圖可知，軸向軸向色差和初級球差都得到像差小于，了很好的校正。在消色差孔徑處剩余二級光譜為在系統(tǒng)焦深

7、之內(nèi)。，圖相對照度曲線結(jié)論本文基于雙高斯結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一個用于牙科針對診斷，×尺寸碘化銫熒光屏的相對孔徑和全視場角分別達到射線成像系統(tǒng)，圖軸向像差曲線，有效焦距，全視場和°在空時高于全視場畸變?yōu)殚g頻率，邊緣視場與中心視場像面照度比達到，滿足。整個系統(tǒng)的像差得到很好的校正，鏡頭要求的相對孔徑大，畸變小，空間分辨率高，近距離成像等技術(shù)指標。參考文獻：薛鳴球，余建軍大視場大相對孔徑長波紅沈為民，（）：外物鏡光子學(xué)報，：，（）（）光學(xué)設(shè)計北京：科學(xué)出版社，袁旭滄：，）（張登臣，郁道銀實用光學(xué)設(shè)計方法與現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)北京：機械工業(yè)出版社，（：）北京：電子工業(yè)出版張以謨應(yīng)用光學(xué)社，：，（）

8、：，場曲畸變曲線光學(xué)系統(tǒng)場曲畸變曲線如圖所示。圖場曲和畸變曲線由圖可知，場曲和像散得到了很好的校正，全視場畸變?yōu)橄鄬φ斩惹€光學(xué)系統(tǒng)相對照度曲線如圖所示。對多數(shù)照相物鏡來說，一般允許視場邊緣像點的像差比同時允許軸外光束的寬度小于中心適當大一些，軸上像點的光束寬度，即允許視場邊緣有漸暈。因此在校正像差過程中，可以把軸外光束一部分像差過大的光線截去，使它們不能通過系統(tǒng)到達像面成像。對系統(tǒng)設(shè)置漸暈后邊緣視場與中心視場像面照度比能夠達到，滿足光學(xué)系統(tǒng)性能要求。··（）應(yīng)用光學(xué)等：大相對孔徑數(shù)字化射線成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計，陳寶瑩，北京：北京理李士賢，鄭樂年光學(xué)設(shè)計手冊工大學(xué)出版社，：，）（董曉娜，陳良益，等大視場大相對孔徑水下謝正茂，：專用攝影物鏡的設(shè)計光子學(xué)