应用于数字x光诊断系统的光学成像系统的制作方法

专利名称：应用于数字x光诊断系统的光学成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学成像系统领域，特别是一种应用于数字x光诊断
系统的光学成像系统(简称DR光学成像系统)，可用于X光医疗器械， 将X影像无失真地投射到接收器，并转换为数字化图像。
背景技术：
数字X线机是计算机数字图像处理技术与X射线放射技术相结合 而形成的一种先进的x线机。在原有的诊断X线机直接胶片成像的基 础上，通过A/D转换和D/A转换，进行实时图像数字处理，进而使图 像实现了数字化。
数字X线机中一个重要的元件为光学成像系统，相比于一般成像 系统，该光学系统要求较高，其为大视场，大孔径系统。并且对场曲 要求很严格，但现有的成像系统不能满足该要求。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种大孔径、大视场平场， 应用于数字X光诊断系统的光学成像系统。
另外本发明所要解决的技术问题还在于将原影像感应器件前的 保护玻璃放置于场镜前，使影像感应器件与场镜封装于惰性气体箱 中，减少影像感应器件与场镜距离，不仅可获得优质像质，还可縮小 筒长，减小系统整体尺寸。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种应用于数字x光诊断系统的光学成像系统，由一光阑、 一梯形平面反光镜、大孔
径平场投影物镜和密封制冷式探测器组成，物与大孔径平场投影物镜 间设置梯形平面反光镜，其中，所述的大孔径平场投影物镜由负光焦 度的第一透镜组和正光焦度的第二透镜组组成，该透镜组是与光阑及 影像感应组件呈一线性排列以定义出一光程路径于物面与影像感应
件之间，第一透镜组的焦距范围为1.6f<-f21〈2.2f，第二透镜组的焦 距范围为l.lf 〈f22〈1.4f， 2f〈d〈4f，其中，f为系统焦距，f^为第 一透镜组焦距值，f22为第二透镜组焦距值，d为第一透镜组的后主面
与第二透镜组的前主面的距离。本发明的成像系统装置可接受由一物 面发射的光影像并将其加以会聚成像于影像感应器件(ccd)上。
在上述方案的基础上，所述的探测器由第二透镜组中的后两片镜 片与影像感应器件(ccd) —同封装在密封制冷舱中。
本发明的成像系统装置可接受由一物面发射的光影像并将其加
以会聚成像于影像感应器件(ccd)上，且该成像系统装置至少包括 有 一光阑以及复数个透镜、 一梯形平面反射镜、 一密封制冷舱。依
据透镜的焦距分配可将该复数个透镜组分为两个组群，其中，靠近物
面的组群称为第一透镜组，为负光焦度；靠近影像感应组件的组群称
为第二透镜组，为正光焦度的。其中第二透镜组中的后两片透镜与影
像感应器件(ccd) —同封装在密封系统中。
在上述方案的基础上，光学镜头的第一透镜组的焦距绝对值比第
二透镜组的焦距绝对值为1 2: 1，优选为1.5: 1。 在上述方案的基础上，所述的第一透镜组包括 一个具有正光焦度，带有一凸面、 一平面，凸面朝物方的第一透镜； 一个具有负光焦度，带有一平面、 一凹面的第二透镜； 一个具有负光焦度，带有两个凹面的第三透镜；
6一个具有负光焦度，带有两个凹面的第四透镜。
在上述方案的基础上，第一透镜和第二透镜为双胶合透镜，胶合
透镜的口径为lOOmm，且第一透镜的凸面为非球面。 在上述方案的基础上，所述的第二透镜组包括 一个具有负光焦度，带有一平面、 一凹面，凹面的凸向朝像方的第五 透镜；
一个具有正光焦度，带有一凹面、 一凸面的第六透镜； 一个具有正光焦度，带有一平面、 一凸面的第七透镜； 一个具有正光焦度，带有两个凸面的第八透镜； 一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第九透镜； 一个具有正光焦度，带有一凸面、 一平面的第十透镜； 一个具有正光焦度，带有两个凹面的第十一透镜； 一个带有两个平面的保护玻璃；
一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十三透镜； 一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十四透镜。
在上述方案的基础上，所述的第五透镜至第十一透镜均为类双高 斯结构。
在上述方案的基础上，所述的第十三透镜和第十四透镜靠近影像 感应器件，作为场镜，有效控制场曲在l(Vm以内。
在上述方案的基础上，所述的第十透镜和第十一透镜间的间隔可 调，完成系统的调焦。
在上述方案的基础上，在密封制冷舱内依序放置一影像感应器 件、第十四透镜、第十三透镜和保护玻璃，其中，保护玻璃形成保护 窗靠近第二镜片组的第十一透镜，密封舱中充满氩气，工作温度保持 在-10°C。
7在上述方案的基础上，所述保护窗的厚度为3mm。
在上述方案的基础上， 一光阑设在第七透镜和第八透镜之间，光 阑的口径为100mm，遮拦比为5%。
在上述方案的基础上，所述第八透镜的口径为100mm。
在上述方案的基础上，入瞳的位置在第一透镜前83mm处，出瞳 的位置在第十四透镜后7062mm处。
在上述方案的基础上，所述的梯形平面反光镜为表面镀银的玻 璃，其面与光轴呈45°角放置，梯形平面反光镜的高度为360ram、底 边长度为340mm、顶边长度为180mm。
在上述方案的基础上，所述的影像感应器件为像素间距的 电荷耦合组件，其尺寸为37mmX37mm。
本发明的有益效果是
本发明的光学成像系统，为大视场，大孔径系统，可用于X光医 疗器械，将X影像无失真地投射到接收器，并转换为数字化图像。


图1为数字X光诊断系统光学系统外形结构图。
图2为大孔径平场投影物镜外形结构图。
图3为梯形平面反射镜外形图。
图4为密封制冷舱光学结构图。
图5为数字X光诊断系统光学系统设计传递函数图。
图6为数字X光诊断系统光学系统设计弥散图。
图7为数字X光诊断系统光学系统设计场曲图。
具体实施例方式
8以下将举出数个较佳实施案例详细说明本发明的数字x光诊断
系统光学系统装置的详细结构，动作方式、功效以及其他特征。
一种应用于数字x光诊断系统的光学成像系统，由一光阑、一梯
形平面反光镜、大孔径平场投影物镜作为光学镜头和密封制冷式探测 器组成，物与大孔径平场投影物镜间设置梯形平面反光镜，所述的大
孔径平场投影物镜由负光焦度的第一透镜组21和正光焦度的第二透 镜组22组成，该透镜组是与光阑及影像感应组件呈一线性排列以定 义出一光程路径于物面与影像感应件之间，其中，
光学镜头的第一透镜组21的焦距范围为1. 6f<-f21<2. 2f;
第二透镜组22的焦距范围为1. If 〈f22〈l. 4f ， 2f〈d〈4f;
其中，f为系统焦距，f2i为第一透镜组21焦距值，f22为第二透
镜组焦距值，d为第一透镜组的后主面与第二透镜组的前主面的距离。 本发明的数字X光诊断系统光学系统，主要目的是将光学系统中 数个透镜合理地设计和搭配后，可提供一种大孔径、大视场平场数字 X光诊断系统显示系统。
本发明的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统如图1为数字 X光诊断系统光学系统外形结构图，图2为大孔径平场投影物镜外形 结构图，图3为梯形平面反射镜外形图，图4为密封制冷舱光学结构 图，图5为数字X光诊断系统光学系统设计传递函数图，图6为数字 X光诊断系统光学系统设计弥散图和图7为数字X光诊断系统光学系 统设计场曲图所示，该光学镜头装置至少包括有 一光阑17及复数 个透镜以定义出一光程路径位于物与影像感应组件26之间，其中， 接近梯形平面反射镜24的为第一透镜组21;而接近影像感应组件26 的为第二透镜组22。
该成像系统23的各透镜依据其曲光率来分包括具有正光焦度，带有一凸面、 一平面，凸面朝物方的第一透镜l;具有负光焦度，带有一平面、 一凹面的第二透镜2;具有负光焦度，带有两个凹面的第三透镜3;具有负光焦度，带有两个凹面的第四透镜4;具有负光焦度，带有一平面、 一凹面，凹面的凸向朝像方的第五透镜5;具有正光焦度，带有一凹面、 一凸面的第六透镜6;具有正光焦度，带有一平面、 一凸面的第七透镜7;具有正光焦度，带有两个凸面的第八透镜8;具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第九透镜9;具有正光焦度，带有一凸面、 一平面的第十透镜10;具有正光焦度，带有两个凹面的第十一透镜ll;带有两个平面的保护玻璃12;具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十三透镜13;具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十四透镜14。其中，光学镜头的第一透镜组21包
括第一至第五透镜(1、 2、 3、 4、 5);第二透镜组22包括第六至第十四透镜(6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14)。
藉由此种设计，本发明的数字X光诊断系统的光学系统装置可将系统长度縮短，且能获得更好的成像质量。
该系统除了密封制冷式舱20和影像感应组件26之外的其他组件大致与传统技术接近，也同样包括 一梯形平面反光镜24、 一成像系统23以及一影像感应器件26。
在本发明中，梯形平面反光镜24通常材料为玻璃，其表面镀银，其面与光轴成45°角放置，将光路折转90° ，以减少系统的长度和体积。
密封制冷式舱20中至少包括有 一影像感应器件26，保护玻璃12，作为场镜的第十三透镜13和第十四透镜14，其中，保护玻璃12的保护窗靠近第二透镜组22的第十一透镜11、第十三透镜13和第十四透镜14，影像感应器件26被依次放置并封装于密封舱中，其中充满氩气，工作温度保持在-l(TC。
梯形平面反光镜24位于物镜与像之间，高度为360mm，底边长度为340mm，顶边长度为180mm，其面与光轴成45。角放置，将光线转折90° ，縮小了系统总长和体积。
在本实施例中，该光学镜头装置是以符合下列光学设计上的条件为较佳，包括
1. 最大可成像的原稿25的尺寸规格为430mmX430mm;
2. 影像感应器件26为像素间距为9^m的电荷耦合组件(ccd)，其尺寸为37mmX37mm;
3. 光学镜头的第一透镜组21的焦距绝对值比第二透镜组22的焦距绝对值为1.5: 1;
该成像系统23的实施思路如下
成像系统23为反远系统，第一透镜组21的光焦度为负值，第二透镜组22的光焦度为正值。反远系统的优点在于可以获得比焦距本身还长得多的后工作距离。反远系统起码有一组负光焦度的透镜组作为前组，其将物方来的光束发散后经过正光焦度的后组成像于底片上使工作距离增长。
第一透镜组21的焦距的范围为1. 6f<-f21<2. 2f ，在反远系统中，
前组的主要作用是将系统的主面位置向后拉以及决定视场大小。若前组焦距比范围值的最大值大，匹兹凡和数会相对变小，容易达到平场要求。但大焦距前组不能有效将视场范围内的光线收集入镜头内，且系统的主面后移比较少，不能够获得较大的后工作距离。若焦距比范围值的最小值小，则在第一组元的光焦度分配过多，光线的偏角过大，会带来像差高级量增大，且某些镜片凹面半径减小，不容易加工。第一透镜组21中第一透镜1为正透镜，第二透镜2，第三透镜3和第四透镜4均为负透镜，且第一透镜1和第二透镜2为双胶合透镜，胶合透镜的口径为lOOmra，且第一透镜1的凸面为非球面。
第二透镜组22由十片镜片组成，其焦距范围为l. lf 〈f22〈1.4f，其焦距的范围与第一透镜组21的焦距为正比关系，且比值最好在l 2间，可很好矫正场曲。第二透镜组22中的第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7为透镜组16;第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10和第十一透镜11为透镜组18;保护玻璃12、第十三透镜13和第十四透镜14为透镜组20，其中，第十三透镜13和第十四透镜14为透镜组19。第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜、第十透镜10和第十一透镜11为一横向对称结构，保护玻璃12、第十三透镜13和第十四透镜为场镜。
反远系统的第二透镜组22—般有双高斯型，三片型以及匹兹凡型及其演化型。第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10和第十一透镜11为一近似横向对称系统，和双高斯系统具有一定的相似性。双高斯系统可以很好校正不对称像差(慧差，畸变，倍率色差)以及轴上点球差。其缺点为具有一定的过校正轴外球差，部分的过校正轴外球差可通过欠校正的初级场曲来补偿，使得宽光束和细光束的焦点分别位于理想像面的两侧，使得光束在理想像面的弥散斑减小。
双高斯系统一般广泛用在大孔径，中视场系统中，而此系统中，后组的特征为小视场，大孔径，故采用类高斯系统可有效校正像差。而在此大孔径系统中，双高斯系统发生一些变化，如厚透镜变薄，胶合镜分离以增加优化的自由度等特征。
透镜组16有3片透镜第五透镜5为负透镜，第六透镜6和第七透镜7为正透镜，透镜组16不仅承担了一部分光焦度，其更大的
12贡献在于将第七透镜7后一面(向光阑17的一面)的边缘光线近似丁平行光进入光阑，可适当放宽透镜组16与第一透镜组21的装配公差，量产中利于装调。
光阑17的位置在第七透镜7和第八透镜8之间，口径为100mm，遮拦比为5%;入瞳的位置在第一透镜前83mm处，出瞳的位置在第十四透镜后7062mm处，为近似像方远心系统。
透镜组18有4片透镜第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10为正透镜，第十一透镜11为负透镜，最大口径为第八透镜8， 口径为lOOmm。
第二透镜组22的类双高斯结构只能消除纵向像差，而轴向像差以b (双高斯系统放大倍率)倍叠加，轴向像差的校正可靠第一透镜组21和透镜组20的合理焦距分配来实现。此系统对场曲的要求控制在10微米以内，且透镜组20靠近ccd，故对整个系统的焦距贡献比较小，起到类似场镜的作用以控制场曲在IO微米范围值内。
于本实施例中，透镜组20为一密封结构，其中充满氩气，工作温度控制在-KTC，保护玻璃12为密封系统的保护窗，厚度为3mm。一般的数字X光诊断系统光学系统是仅将保护窗、ccd密封，但这对系统的后工作距离要求要至少超过20mm以方便安装和调试。而"场镜"离ccd越近，场曲校正的效果越好，且系统也相对更紧凑。故此系统中将"场镜"与保护窗、ccd—起封装后，能获得更好的成像质量和更紧凑的结构。
透镜组20与透镜组18可相对前后运动来实现调焦，ccd的装配工差是正负0. 03mm，透镜组20只要相对前后移动0. lmm后即可实现调焦。
1权利要求
1、一种应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，由一光阑、一梯形平面反光镜、大孔径平场投影物镜作为光学镜头和密封制冷式探测器组成，物与大孔径平场投影物镜间设置梯形平面反光镜，其特征在于所述的大孔径平场投影物镜由负光焦度的第一透镜组和正光焦度的第二透镜组组成，该透镜组是与光阑及影像感应组件呈一线性排列以定义出一光程路径于物面与影像感应件之间，光学镜头的第一透镜组的焦距范围为1.6f<-f21<2.2f，第二透镜组的焦距范围为1.1f<f22<1.4f，2f<d<4f，其中，f为系统焦距，f21为第一透镜组焦距值，f22为第二透镜组焦距值，d为第一透镜组的后主面与第二透镜组的前主面的距离。
2、 根据权利要求1所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的探测器由第二透镜组中的后两片镜片与影像感应器件一同封装在密封制冷舱中。
3、 根据权利要求1或2所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于光学镜头的第一透镜组的焦距绝对值比第二透镜组的焦距绝对值为1 2: 1。
4、 根据权利要求3所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的第一透镜组包括一个具有正光焦度，带有一凸面、 一平面，凸面朝物方的第一透镜；一个具有负光焦度，带有一平面、 一凹面的第二透镜；一个具有负光焦度，带有两个凹面的第三透镜；一个具有负光焦度，带有两个凹面的第四透镜。
5、 根据权利要求4所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于第一透镜和第二透镜为双胶合透镜，胶合透镜的口径为100mm，且第一透镜的凸面为非球面。
6、 根据权利要求1至5之一所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的第二透镜组包括一个具有负光焦度，带有一凹面、 一平面，凹面的凸向朝像方的第五透镜；一个具有正光焦度，带有一凹面、 一凸面的第六透镜；一个具有正光焦度，带有一平面、 一凸面的第七透镜；一个具有正光焦度，带有两个凸面的第八透镜；一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第九透镜；一个具有正光焦度，带有一凸面、 一平面的第十透镜；一个具有正光焦度，带有两个凹面的第十一透镜；一个带有两个平面的保护玻璃；一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十三透镜；一个具有正光焦度，带有一凸面、 一凹面的第十四透镜。
7、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的第五透镜至第十一透镜均为类双高斯结构。
8、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的第十三透镜和第十四透镜靠近影像感应器件，作为场镜，有效控制场曲在10/zm以内。
9、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的第十透镜和第十一透镜间的间隔可调，完成系统的调焦。
10、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于在密封制冷舱内依序放置影像感应器件、第十四透镜、第十三透镜和保护玻璃，其中，保护玻璃形成保护窗靠近第二镜片组的第十一透镜，密封舱中充满氩气，工作温度保持在-l(TC。
11、 根据权利要求10所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述保护窗的厚度为3mra。
12、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于 一光阑设在第七透镜和第八透镜之间，光阑的口径为100mm，遮拦比为5%。
13、 根据权利要求12所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述第八透镜的口径为100mm。
14、 根据权利要求6所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于入瞳的位置在第一透镜前83mm处，出瞳的位置在第十四透镜后7062mm处。
15、 根据权利要求1所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的梯形平面反光镜为表面镀银的玻璃，其面与光轴呈45°角放置，梯形平面反光镜的高度为360mm、底边长度为340mm、顶边长度为180mm。
16、 根据权利要求2所述的应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其特征在于所述的影像感应器件为像素间距9//m的电荷耦合组件，其尺寸为37mmX37mm。
全文摘要
本发明涉及光学成像系统领域，特别是一种应用于数字X光诊断系统的光学成像系统，其由一光阑、一梯形平面反光镜、大孔径平场投影物镜作为光学镜头和密封制冷式探测器组成，物与大孔径平场投影物镜间设置梯形平面反光镜，所述的大孔径平场投影物镜由负光焦度的第一透镜组和正光焦度的第二透镜组组成，该透镜组是与光阑及影像感应组件呈一线性排列以定义出一光程路径于物面与影像感应件之间，光学镜头的第一透镜组的焦距范围为1.6f＜-f₂₁＜2.2f，第二透镜组的焦距范围为1.1f＜f₂₂＜1.4f，2f＜d＜4f，其中，f为系统焦距，f₂₁为第一透镜组焦距值，f₂₂为第二透镜组焦距值，d为第一透镜组的后主面与第二透镜组的前主面的距离。用于X光医疗器械。
文档编号G03B42/02GK101477300SQ200910045520
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者敏 徐, 於崇真, 王军华, 珂 程 申请人:复旦大学;上海现代先进超精密制造中心有限公司