CN103512912A - 采用光学空间滤波器的便携x射线实时成像检测仪 - Google Patents

Abstract

采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪属于光电技术领域。现有技术采用电子滤波系统不仅使得仪器结构复杂、体积增大、重量增加、成本提高，而且降低了环境适应性。本发明其特征在于在X射线像增强器荧光屏一侧依次设置光学傅里叶变换系统和光学滤波板，所述X射线像增强器荧光屏、光学傅里叶变换系统、光学滤波板三者光学同轴；光学傅里叶变换系统与X射线像增强器相距1～2f，f为光学傅里叶变换系统的焦距；光学滤波板与光学傅里叶变换系统相距f，光学滤波板中心区域为涂黑阻光区；当在光学滤波板后增设光学目镜时，光学傅里叶变换系统与X射线像增强器相距2f，光学目镜与光学傅里叶变换系统相距2f+0.8F，F为光学目镜的焦距。

Description

采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪

技术领域

本发明涉及一种采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，属于光电技术领域。

背景技术

便携X射线实时成像检测仪被用在名贵药材异物检测、电子器件及PCB版质量检测、安防部门特种检测等无损检测场合，实施显示检测图像。现有便携X射线实时成像检测仪由高压电源1、X射线管2、X射线像增强器3、CCD图像采集单元4、图像处理单元5和图像显示单元6组成，如图1所示。X射线管2阴极7灯丝加1～2V交流电压，阴极7灯丝被加热后释放热电子；这些热电子在真空中被由高压电源1提供的5～50kV高压电场加速，轰击X射线管2阳极8产生X射线，如图2所示。该X射线透射被检测物体9后由X射线像增强器3电子倍增并荧光成像。

然而，在X射线管2中，高速运动的热电子与阳极8碰撞时发生能量转换，热电子因运动受阻而失去动能，其中1%左右的能量转变为X射线，99%左右则转变为热能，使阳极8温度升高。为保证所述便携X射线实时成像检测仪工作正常，延长X射线管2的使用寿命，需要考虑散热问题。

自阴极7灯丝释放的热电子经聚焦加速后，在阳极8上的投射面为X射线管2的实际焦点。实际焦点的大小直接影响X射线管2的散热和X射线像增强器3荧光屏上的成像清晰度。在阳极8上的投影面的面积越大，实际焦点尺寸越大，其结果一是半影区越大，图像边缘越模糊，图像清晰度越低，二是越有利于X射线管2的散热。如果减小该投影面的面积，则实际焦点尺寸减小，其结果一是半影区减小，图像清晰度提高，二是电子密度增加，阳极8温度升高，X射线管2的工作时间和使用寿命缩短。

现有技术选取适当大小的实际焦点，配合散热系统设计，使X射线管2在稳定条件下工作，再在后续方面采取提高图像清晰度的技术改善成像。

现有便携X射线实时成像检测仪采取电子滤波技术提高分辨率，从而提高图像清晰度。所述电子滤波系统由CCD图像采集单元4采集该图像。X射线像增强器3位于X射线管2与CCD图像采集单元4之间，采用光学系统直接耦合，在焦点尺寸、焦距固定的情况下，调节CCD图像采集单元4与X射线像增强器3之间的位置，达到最佳耦合，改变焦物距大小，得到不同放大倍率的图像，根据被检测物体9的大小，来选择合适位置。根据数学算法设计图像处理单元5，对由CCD图像采集单元4采集并输出的数字图像进行处理，处理后的清晰图像在图像显示单元6实时显示。

然而，所述电子滤波系统使便携X射线实时成像检测仪又产生了新的问题：

1、由于加入了电子滤波系统，使得现有便携X射线实时成像检测仪结构复杂，体积增大、重量增加，成本提高。

2、所加入的电子滤波系统对外界干扰敏感，这使得便携X射线实时成像检测仪在一些工业和军事场合无法使用。比如图像显示单元6有液晶显示屏，而液晶材料对高温、低温非常敏感，使得图像显示单元6不能用高温、低温环境中；CCD图像采集单元4、图像处理单元5对电磁环境要求严格，在工业环境中会很容易受到外界电磁波的干扰。

发明内容

本发明的目的是在保证X射线管散热良好的前提下获得清晰的图像，并且便携X射线实时成像检测仪还应当具有必要的环境适应性，如高温、低温以及电磁波，同时还要简化便携X射线实时成像检测仪结构，减小体积，减轻重量，降低成本，为此，我们发明了一种采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪。

本发明之采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪包括高压电源1、X射线管2、X射线像增强器3，其特征在于，见图3、图4所示，在X射线像增强器3荧光屏一侧依次设置光学傅里叶变换系统10和光学滤波板11，所述X射线像增强器3荧光屏、光学傅里叶变换系统10、光学滤波板11三者光学同轴；光学傅里叶变换系统10与X射线像增强器3相距1～2f，f为光学傅里叶变换系统10的焦距；光学滤波板11与光学傅里叶变换系统10相距f，光学滤波板11中心区域为涂黑阻光区；当在光学滤波板11后增设光学目镜12时，光学傅里叶变换系统10与X射线像增强器3相距2f，光学目镜12与光学傅里叶变换系统10相距2f+0.8F，F为光学目镜12的焦距。

本发明其技术效果在于，所述光学傅里叶变换系统10和光学滤波板11构成一个光学空间滤波器，用以取代现有技术中的电子滤波系统。光学傅里叶变换系统10将X射线像增强器3荧光屏显示的荧光图像由空间谱转换为频谱，即在光学傅里叶变换系统10的像方焦平面处也就是傅里叶面处形成原图像的频谱。再由光学滤波板11调制。光学滤波板11上的涂黑阻光区能够有效滤除原图像频谱中的低频部分，实现高频通过滤波，由于散射和半影区所引入的噪声主要集中在频谱的低频区域，所以，光学滤波板11能够通过大量滤除原图像频谱中的低频部分来压低低频部分噪声功率，从而提高图像的信噪比，图像的清晰度因此而提高，这一效果能够通过图5、图6的对比看到。

光学目镜12的作用在于放大经光学空间滤波器过滤的图像并便于人眼观察，所述光学目镜12之所以放置在光学傅里叶变换系统10后面2f+0.8F处，是因为这样能够使光学目镜12的物方焦平面与光学傅里叶变换系统10的像方焦平面重合。出于对便携X射线实时成像检测仪筒长的考虑，可以取消光学目镜12，所述筒长可以缩短一半以上。在取消光学目镜12后，为了使得便携X射线实时成像检测仪应有的光学放大倍率，将光学傅里叶变换系统10放置在X射线像增强器3后面1～2f之间，由光学傅里叶变换系统10本身获得放大效果，人眼能够直接观察经过滤的图像。

由于在本发明之采用光学空间滤波器的X射线实时成像检测仪中没有电子滤波系统，或者说将现有电子滤波系统改为光学滤波系统，图像的清晰度同样得到提高，能够确保X射线管散热良好的前提下获得清晰的图像。并且，由于采用光学滤波系统取代电子滤波系统，因电子滤波系统而存在的各种问题随之得到解决。例如，本发明之采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪能够在±70℃的环境下正常工作。

附图说明

图1是现有便携式X射线实时成像检测仪总体结构示意图。图2是X射线管结构及X射线产生过程示意图。图3是本发明之采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪总体结构示意图。图4是本发明之采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪中的光学空间滤波器结构示意图，该图同时作为摘要附图。图5是采用便携X射线实时成像检测仪检测半导体器件在X射线像增强器荧光屏上显现的图像。图6是采用便携X射线实时成像检测仪检测半导体器件在光学空间滤波器后看到的图像。

具体实施方式

本发明之采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪包括高压电源1、X射线管2、X射线像增强器3。X射线像增强器3的有效直径为30mm。见图3所示，在X射线像增强器3荧光屏一侧依次设置光学傅里叶变换系统10和光学滤波板11，所述X射线像增强器3荧光屏、光学傅里叶变换系统10、光学滤波板11三者光学同轴。所述傅里叶变换光学系统10由一个双胶合透镜13和一个球差校正透镜14构成，见图4所示，此设计能够在大相对口径条件下实现高频通过。双胶合透镜13的第一片透镜15进光镜面曲率半径为42.2mm，出光镜面曲率半径为-678.25mm；所述第一片透镜15的厚度为11mm、材料为K9玻璃、半径为15mm。双胶合透镜13的第二片透镜16进光镜面曲率半径为46.8mm，出光镜面曲率半径为73.14mm；所述第二片透镜16的厚度为15mm、材料为F2玻璃、半径为13mm。第一片透镜15与第二片透镜16相距0mm，二者胶合在一起。球差校正透镜14进光镜面曲率半径为-18.9mm，出光镜面曲率半径为-1330mm；球差校正透镜14的厚度为7.23mm、材料为F2玻璃、半径为3.87mm。球差校正透镜14与双胶合透镜13的第二片透镜16相距15mm。光学傅里叶变换系统10与X射线像增强器3相距1～2f，f为光学傅里叶变换系统10的焦距，取f=70mm，则2f=140mm。光学滤波板11与光学傅里叶变换系统10相距f，如70mm。光学滤波板11为一块直径为30mm的玻璃圆片，其表面镀氧化镁增透膜；光学滤波板11中心区域为涂黑阻光区，涂黑阻光区直径为3mm，所述涂黑为加有碳粉的环氧树脂。在涂黑阻光区的中心开有带通孔，带通孔半径为0.2mm，由此提高图像中的直流部分的通过率，进而提高经过滤的图像的亮度，这样的话当采用本发明之便携式X射线实时成像检测仪检测金属时，能够得到轮廓清晰并明亮的图像。当在光学滤波板11后增设光学目镜12时，光学傅里叶变换系统10与X射线像增强器3相距2f，光学目镜12与光学傅里叶变换系统10相距2f+0.8F，F为光学目镜12的焦距，取F=10mm，则2f+0.8F=148mm。

Claims (5)

1.一种采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，包括高压电源（1）、X射线管（2）、X射线像增强器（3），其特征在于，在X射线像增强器（3）荧光屏一侧依次设置光学傅里叶变换系统（10）和光学滤波板（11），所述X射线像增强器（3）荧光屏、光学傅里叶变换系统（10）、光学滤波板（11）三者光学同轴；光学傅里叶变换系统（10）与X射线像增强器（3）相距1～2f，f为光学傅里叶变换系统（10）的焦距；光学滤波板（11）与光学傅里叶变换系统（10）相距f，光学滤波板（11）中心区域为涂黑阻光区；当在光学滤波板（11）后增设光学目镜（12）时，光学傅里叶变换系统（10）与X射线像增强器（3）相距2f，光学目镜（12）与光学傅里叶变换系统（10）相距2f+0.8F，F为光学目镜（12）的焦距。

2.根据权利要求1所述的采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，其特征在于，所述傅里叶变换光学系统（10）由一个双胶合透镜（13）和一个球差校正透镜（14）构成。

3.根据权利要求1所述的采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，其特征在于，光学滤波板（11）为一块玻璃圆片，其表面镀氧化镁增透膜。

4.根据权利要求1所述的采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，其特征在于，所述涂黑为加有碳粉的环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的采用光学空间滤波器的便携X射线实时成像检测仪，其特征在于，在涂黑阻光区的中心开有带通孔。

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