CR扫描仪激光扫描光学系统的设计

　　1　引　言

　　计算机X线摄影(Computed Radiography,CR)是一种先进的成像技术,其特点在于采用影像板代替了传统X线摄影技术所使用的胶片。影像板感光后在荧光物质中形成潜影,将带有潜影的影像板置入读出器中用激光束进行扫描读取,使存储信号转换成荧光信号,再用光电倍增管转换成电信号,经A/D转换后,输入计算机处理,形成高质量的数字图像[1-3]。与传统的胶片拍摄法相比,该方法具有动态范围广,成像速度快,影像板能重复使用等优点。所以,CR系统在医学诊断方面得到广泛应用,近年来也开始应用于石油天然气、电力及航天领域的设备探伤等。读出装置是CR系统的关键和核心,读出技术的发展影响着CR系统的进步,如何提高读出装置的扫描速度和收集效率,如何更简单有效地实现读出装置从而降低成本,一直以来都是读出技术中最重要的问题之一。

　　在CR扫描仪扫描光学系统中,通常采用转镜(多面体棱镜或五角棱镜)作为扫描器,用Fθ镜头系统进行聚焦,使得扫描光点在影像板上的移动变为线性,从而消除扫描激励失真[4-5]。但是多面体棱镜扫描会出现扫描间歇,使信息的传输不连续,用Fθ镜头聚焦增加了设计难度,使得系统的整体结构较大。在现有产品中,扫描系统和接收系统通常是分离的,需要加工设计专门的接收器件[6-7]。针对以上问题,文中设计了一种新型的激光扫描光学系统,用五角棱镜和短焦距的扫描物镜组成扫描臂,输片机构设计成圆弧形,利用影像板的柔韧性弯曲进片。这样不使用Fθ镜头就能使扫描光点在影像板上的移动为线性,同时扫描臂又可作为接收器件来接收激发出的荧光,使得系统结构简单,易于实现。

　　2　激光扫描光学系统的设计

　　通常,影像板扫描成像过程如图1所示。

　　文中设计的激光扫描系统如图2所示。光学系统由激光器、激光扩束准直器、分光镜、五角棱镜、扫描物镜、滤光镜、光电倍增管组成,其中五角棱镜和扫描物镜组成扫描臂。在扫描系统中影像板呈半圆弧形放置,扫描臂转轴和半圆弧形的圆心主轴重合,以臂长为半径做圆周扫描。这样可以保证扫描光束能垂直激发影像板,并且扫描臂扫描一周使得扫描物镜到影像板的距离处处相等,激发光投射在影像板各处的光斑大小不变,光点在圆弧上的移动为线性,从而保证了图像分辨率的稳定性和收集效率的一致性,而且不需要单独设计接收器,扫描臂还用来接收激发出的荧光。通常,为了使扫描点在平直的影像板上均匀排列,采用的方法是使用Fθ镜头,把光点的移动变为线性。但是Fθ镜头设计较复杂,而且会使系统结构变大。本文采用的方法具有体积小、结构简单等优点。