CN110568717A - 一种影像扫描设备的光束调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种影像扫描设备的光束调整装置，其能够减小余晖效应对空间分辨率的影响。一种影像扫描设备的光束调整装置，包括激光光源、光源基座、固定座、准直透镜以及聚焦透镜，所述激光光源安装于所述光源基座上，所述准直透镜及所述聚焦透镜设置于所述固定座上；所述光束调整装置还包括转动座，所述光源基座设置于所述转动座上，所述转动座可转动的设置于所述固定座上，且所述转动座的转动轴心线与所述激光光源的光束出射方向一致；所述激光光源具有快轴和慢轴，当所述光束调整装置在工作状态时，所述激光光源的快轴方向与影像扫描设备的行扫描方向一致，所述激光光源的慢轴方向与影像扫描设备的列扫描方向一致。
Description
技术领域
本发明涉及计算机X射线摄影成像领域，特别是一种影像扫描设备的光束调整装置。
背景技术
计算机X射线摄影术(Computed X-ray Radiography,CR)已经广泛应用于医疗健康领域，X射线穿透物体照射到含有光激励荧光粉的影像板上，会产生一帧潜影(LatentImage)并存储在影像板中。当使用一定波长(600-700nm)的激光照射时，影像板会激发出特定波长(350-450nm)的荧光，其能量分布特性和潜影形态完全相关，这些荧光被收集、转换成电信号并数字化，从而将潜影转换成可以存储和传输的二维数字图像。
利用影像板的潜影特性，可以对牙齿进行拍片成像，与传统的胶片成像方法相比，CR技术具有成像速度快，显示动态范围广，片子能重复使用等优点。作为核心部件之一的光学扫描系统，关系到整个成像过程的速度以及图像质量，光学系统的光源以及聚焦透镜组件直接影响最终用于成像的光斑质量。
空间分辨率是衡量CR的重要参数，空间分辨即对空间物体大小的鉴别能力，代表成像系统分辨相互靠近物体的能力，通常用1mm内能够识别线对数目来衡量(Lp/mm)。通常将一条黑线以及一条白线的底线作为一个线对如图1所示，单位距离内能够分辨的线对数目越多就表示该系统的空间分辨率越高。影响CR空间分辨率的因素包括：IP(image plate)板的成分以及厚度、激光光斑的大小，IP板散射光的大小、信号收集效率，以及余晖的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种影像扫描设备的光束调整装置，其能够减小余晖效应对空间分辨率的影响。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种影像扫描设备的光束调整装置，包括激光光源、光源基座、固定座、准直透镜以及聚焦透镜，所述激光光源安装于所述光源基座上，所述准直透镜及所述聚焦透镜设置于所述固定座上；所述光束调整装置还包括转动座，所述光源基座设置于所述转动座上，所述转动座可转动的设置于所述固定座上，且所述转动座的转动轴心线与所述激光光源的光束出射方向一致；所述激光光源具有快轴和慢轴，当所述光束调整装置在工作状态时，所述激光光源的快轴方向与影像扫描设备的行扫描方向一致，所述激光光源的慢轴方向与影像扫描设备的列扫描方向一致。
优选地，所述光源基座可沿所述光束出射方向移动地设置于所述转动座上。
更优选地，所述光源基座通过螺纹连接于所述转动座。
进一步地，所述光源基座可沿所述光束出射方向移动地插设于所述转动座中，所述光源基座的外壁上设置有外螺纹，所述转动座的内壁上设置有与所述外螺纹相互配合的内螺纹。
优选地，所述光束调整装置还包括用于将所述转动座锁紧的紧固螺钉。
优选地，所述准直透镜及所述聚焦透镜可沿与所述光束出射方向相垂直的方向移动地设置于所述固定座。
更优选地，所述光束调整装置还包括透镜安装座，所述准直透镜和所述聚焦透镜通过所述透镜安装座设置于所述固定座上，所述准直透镜固定设置于所述固定座中，所述透镜安装座可沿与所述光束出射方向相垂直的方向移动地插设于所述固定座中。
进一步地，所述光束调整装置还包括套筒，所述套筒可沿所述光束出射方向移动地设置于所述透镜安装座中，所述聚焦透镜固定设置于所述套筒中。
更进一步地，所述套筒的外壁上设置有外螺纹，所述透镜安装座的内壁上设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹。
进一步地，所述固定座中设置有用于推动所述透镜安装座移动的调节螺钉及用于使所述透镜安装座复位的弹簧。
本发明采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：
本发明的光束调整装置能够通过将激光光源所成光斑的快轴方向与影像扫描设备的行扫描方向调整平行，慢轴方向与影像扫描设备的列扫描方向平行，减小扫描方向的光斑大小，减小余晖的作用，能够减小余晖效应对空间分辨率的影响，进而提高扫描的空间分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的一种实施例的光束调整装置的结构示意图；
图2为线对卡的示意图；
图3为根据本发明的一种实施例的影像扫描设备的扫描光路示意图；
图4为扫描方向光斑较大的示意图；
图5为扫描方向光斑较小的示意图；
图6为根据本发明的一种实施例的激光光源远场示意图。
上述附图中，
1、激光光源；2、光源基座；3、光阑；4、转动座；5、固定座；6、准直透镜；7、聚焦透镜；8、套筒；9、透镜安装座；10、调节螺钉；11、紧固螺钉；12、五棱镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
本实施例提供一种基于X射线摄影技术的影像扫描设备，特别是一种影像扫描设备的光束调整装置。参照图1所示，该光束调整装置包括激光光源1、光源基座2、固定座5、准直透镜6以及聚焦透镜7。激光光源1具体为半导体激光器，其固定安装在光源基座2上。在光源基座2上形成有光阑3。光源基座2、准直透镜6及聚焦透镜7设置于固定座5上，这将在下文中进行详细描述。该光束调整装置还包括转动座4，光源基座2设置于转动座4上，转动座4可转动的设置于固定座5上，且转动座4的转动轴心线与激光光源1的光束出射方向一致(更优选地，转动座4的转动轴心线和激光光源1的光轴重合)。激光光源1具有快轴和慢轴，当光束调整装置在工作状态时，激光光源1的快轴方向与影像扫描设备的行扫描方向一致，激光光源1的慢轴方向与影像扫描设备的列扫描方向一致。
本实施例中的光束调整装置能够减小扫描方向光斑的大小，减小余晖的作用，从而提高扫描分辨率，具体原理描述如下。空间分辨率是衡量X射线摄影技术的重要参数，空间分辨即对空间物体大小的鉴别能力，代表成像系统分辨相互靠近物体的能力，通常用1mm内能够识别线对数目来衡量(Lp/mm)。通常将一条黑线以及一条白线的底线作为一个线对，如图2所示，单位距离内能够分辨的线对数目越多就表示该系统的空间分辨率越高。
影响空间分辨率的因素包括：影像板(image plate)的成分以及厚度、激光光斑的大小，影像板散射光的大小、信号收集效率，以及余晖的影响。其中激光光斑的大小对空间分辨率的影响权重最高。对于飞点扫描光学统统，提高系统空间分辨率最常用的手段即减小激光聚焦光斑的大小，一般的飞点扫描光路如图3所示，高性能马达带着五棱镜12高速旋转，从而实现激光聚焦点的高速旋转(本文称为行扫描方向)。步进电机带动影像板纵向移动(本文称为列扫描方向)，伺服电机与步进电机的配合实现影像板的二维扫描。
聚焦点的大小主要由激光光源1的发光点的大小、光学系统的放大倍率、以及系统的光学衍射极限决定。当以上参数既定的情况下，也就意味着聚焦点的大小不能改变。对于飞点式影像扫描设备，由于影像板荧光激发的余晖效应，导致行扫瞄方向与列扫描方向对光斑大小的需求是不同的。如图4所示，O1以及O2两个点是连续扫描并采样的两个点，考虑到设计难度以及影像板运行速度，O1与O2之间没有剩余空间。同时影像板设计时，为了减少余晖的作用，需要控制O1到O2两个点采样的时间大于影像板余晖时间(微秒量级)。这样做只能保证O1的中心位置的余晖不影响O2的中心点的数据采集，但是O1其它位置的余晖却能覆盖O2的有效区域。即使增加O1到O2两个点采样时间间隔，也不能完全避免影像板的余晖效应。但是如果将扫描方向的光斑减小，如下图5所示，只要适当增加O1到O2两个点采样时间间隔就能完全避免影像板的余晖效应。但是减小光斑的大小会带来整个CR系统焦深的减小，系统对光学系统公差更为敏感，同时对机械设计带来很大弊端。
基于此，本实施例提供的光束调整装置在激光光源1的发光点的大小、光学系统的放大倍率已经确定的情况，通过调整激光光源1的快慢轴的方向可以减小扫描方向的光斑大小，而后增大采样间隔，可以有效避免影像板的余晖效应。通过调整激光光源1的快慢轴方向就可以改变行扫描方向的光斑大小，是因为激光光源1的快慢轴方向的光点大小不同。对于本实施例中采用的单模半导体激光器，如下图6所示，快轴方向F发散角大，但是发光点小(束腰11尺寸小)；慢轴方向S发散角小，但是发光点大(束腰12尺寸大)。快轴方向F的束腰11(半径)为0.5um，慢轴方向S的束腰12(半径)为0.75um，经过光学系统放大，慢轴光斑尺寸是快轴光斑尺寸的1.5倍。通过将转动座4旋转一定角度即可将光斑的快轴方向F与行扫描方向调整平行，慢轴方向S与列扫描方向平行，这样做可以减小扫描方向的光斑大小，减小余晖的作用。同时由于半导体激光器象散问题，快慢轴两个方向的束腰位置是不同的，将快轴方向的光斑大小作为优先调节对象，这样可以进一步减小扫描方向的光斑大小。
具体地，至少转动座4的下端部可转动地插设于固定座5中，其能够绕激光光束的光轴相对固定座5转动，从而调整激光光源1的快轴方向与慢轴方向。该光束调整装置还包括用于将转动座4锁紧的紧固螺钉11。紧固螺钉11具体设置于固定座5上，当其拧紧后，转动座4被锁紧而不可转动；当其松开后，转动座4可相对固定座5转动。
光源基座2可沿光束出射方向(与光轴平行或重合)移动地设置于转动座4上。具体地，光源基座2通过螺纹连接于转动座4，转动光源基座2，其可在螺纹作用下同时相对转动座4沿光轴移动，从而调节激光光源1与准直透镜6之间的距离。其中，光源基座2可沿光束出射方向移动地插设于转动座4中，光源基座2的外壁上设置有外螺纹，转动座4的内壁上设置有与外螺纹相互配合的内螺纹。
准直透镜6及聚焦透镜7可沿与光束出射方向相垂直的方向移动地设置于固定座5。具体地，该光束调整装置还包括套筒8及透镜安装座9，准直透镜6和聚焦透镜7通过透镜安装座9可沿与光轴垂直的方向移动地设置于固定座5上，聚焦透镜7具体通过套筒8设置于透镜安装座9上并能够相对准直透镜6沿光轴移动。准直透镜6固定设置在透镜安装座9的上端部内，聚焦透镜7固定设置于套筒8的下端部内，套筒8插设于透镜安装座9中，透镜安装座9插设于固定座5中并能够沿与光轴垂直的方向相对固定座5移动，固定座5中设置有多个楔形块，用于配合透镜安装座9与固定座5的装配而防止透镜安装座9脱离固定座5。
固定座5中设置有用于推动透镜安装座9移动的调节螺钉10及用于使透镜安装座9复位的弹簧。本实施例中，调节螺钉10至少为两个，且相互垂直设置，从而能够在二维方向上推动透镜安装座9移动，对准直透镜6、聚焦透镜7进行左右、前后方向的调节。每个调节螺钉10和一个弹簧相互对应，并分别位于透镜安装座9的相对两侧。调节螺钉10水平穿设在固定座5中，且顶端固定设置于顶丝钢柱。
套筒8可沿光束出射方向移动地插设于透镜安装座9中，二者具体通过螺纹配合连接，在旋转套筒8的同时，在螺纹的作用下，套筒8相对透镜安装座9沿光轴上下移动，从而调节准直透镜6与聚焦透镜7之间的距离，以实现聚焦透镜7与固定焦面的距离。具体地，套筒8的外壁上设置有外螺纹，透镜安装座9的内壁上设置有与外螺纹相配合的内螺纹。
上述光束调整装置的调节方法如下：
旋转光源基座2，调整激光光源1与准直透镜6之间的距离；
拧动固定座5中的调节螺钉10，调整准直透镜6的位置，从而实现准直光束的指向性调整；
旋转套筒8，调整聚焦透镜7与固定焦面之间的距离，实现聚焦光路的调整；
松开紧固螺钉11，旋转转动座4，将光斑的快轴方向调节至与影像板的行扫描方向一致，光斑的慢轴方向与影像板的列扫描方向一致；
将紧固螺钉11固定。
使用上述光束调整装置可以进行光路的准直调试、光路的指向性的调试、聚焦光路的调试、光斑快慢轴方向的调试，集成有多功能光路调试，同时上述光束调整装置将准直光路与聚焦光路解耦，还具有对光斑尺寸的粗调以及精调的功能。
上述光束调整装置通过将光斑的快轴方向与行扫描方向调整平行，慢轴方向与列扫描方向平行，这样做可以减小扫描方向的光斑大小，减小余晖的作用。同时由于半导体激光器象散作用，快慢轴两个方向的焦点位置是不同的，将快轴方向的光斑大小作为优先调节对象，这样可以进一步减小扫描方向的光斑大小。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种影像扫描设备的光束调整装置，包括激光光源、光源基座、固定座、准直透镜以及聚焦透镜，所述激光光源安装于所述光源基座上，所述准直透镜及所述聚焦透镜设置于所述固定座上；其特征在于：所述光束调整装置还包括转动座，所述光源基座设置于所述转动座上，所述转动座可转动的设置于所述固定座上，且所述转动座的转动轴心线与所述激光光源的光束出射方向一致；所述激光光源具有快轴和慢轴，当所述光束调整装置在工作状态时，所述激光光源的快轴方向与影像扫描设备的行扫描方向一致，所述激光光源的慢轴方向与影像扫描设备的列扫描方向一致。
2.根据权利要求1所述的光束调整装置，其特征在于：所述光源基座可沿所述光束出射方向移动地设置于所述转动座上。
3.根据权利要求2所述的光束调整装置，其特征在于：所述光源基座通过螺纹连接于所述转动座。
4.根据权利要求3所述的光束调整装置，其特征在于：所述光源基座可沿所述光束出射方向移动地插设于所述转动座中，所述光源基座的外壁上设置有外螺纹，所述转动座的内壁上设置有与所述外螺纹相互配合的内螺纹。
5.根据权利要求1所述的光束调整装置，其特征在于：所述光束调整装置还包括用于将所述转动座锁紧的紧固螺钉。
6.根据权利要求1所述的光束调整装置，其特征在于：所述准直透镜及所述聚焦透镜可沿与所述光束出射方向相垂直的方向移动地设置于所述固定座。
7.根据权利要求6所述的光束调整装置，其特征在于：所述光束调整装置还包括透镜安装座，所述准直透镜和所述聚焦透镜通过所述透镜安装座设置于所述固定座上，所述准直透镜固定设置于所述固定座中，所述透镜安装座可沿与所述光束出射方向相垂直的方向移动地插设于所述固定座中。
8.根据权利要求7所述的光束调整装置，其特征在于：所述光束调整装置还包括套筒，所述套筒可沿所述光束出射方向移动地设置于所述透镜安装座中，所述聚焦透镜固定设置于所述套筒中。
9.根据权利要求8所述的光束调整装置，其特征在于：所述套筒的外壁上设置有外螺纹，所述透镜安装座的内壁上设置有与所述外螺纹相配合的内螺纹。
10.根据权利要求7所述的光束调整装置，其特征在于：所述固定座中设置有用于推动所述透镜安装座移动的调节螺钉及用于使所述透镜安装座复位的弹簧。
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