利用光纤间接检测 X 射线

介绍

间接检测系统的用户通常认为相机制造商已经精心选择了传感器、光纤(面板/锥形)和荧光粉的理想组合，以保持图像质量。不幸的是，每个应用都需要不同的参数，制造商很难了解每一项要求。因此，每个客户都必须了解可用的组件选项，以获得比较好性能。虽然有许多要求需要考虑，但选择光纤时要考虑的主要规格是光纤的尺寸、壁外吸收器 (EMA) 的类型以及瑕疵/失真。

光纤中的光纤尺寸

当将光纤耦合到 CCD/CMOS 时，光纤的理想尺寸将与像素尺寸相同。不幸的是，制造光纤面板或锥形时，光纤图案/尺寸与像素图案精确匹配几乎是不可能的(图 1)。但是，如果选择的光纤尺寸与像素尺寸比较好匹配，则会出现不匹配(图 2)，并且像素间灵敏度(像素间响应不均匀性，PRNU)将发生巨大变化，这对于几乎所有应用来说都是不理想的。

为了避免这种情况，选择比 CCD 像素尺寸小得多的光纤尺寸非常重要，这样每个像素就有许多光纤。出于这个原因，我们的相机系统使用的光纤尺寸比像素尺寸小 3-4 倍(或尽可能小)，因此每个像素至少有 9 根光纤(图 3)以保持比较好图像质量。

壁外吸收器 (EMA) 的类型

一旦在光纤面板或锥度中选择了光纤尺寸以吸收光纤中的散射光，选择正确类型的 EMA就非常重要了。有几种不同类型的 EMA 可供选择，每种都有自己的优点和缺点，并且每种都有不时添加不同的变体以增强性能。

1.间隙 EMA(图 4)：细小的黑色光纤策略性地放置在光纤缝合边界之间。此设计中 EMA 光纤的均匀分布确保大多数杂散光在到达输出表面之前被吸收。

2.统计 EMA(图 5)：在组装多组件时，将与光纤直径相同的黑色 EMA 光纤插入战略位置。由于这种类型的 EMA 光纤的定位，这种 EMA 的 MTF 和分辨率性能略逊于间隙 EMA。这种 EMA 的统计性质允许制造商控制使用的 EMA 百分比，以提供比较高的传输效率。为了在大多数应用中提供可接受的性能，制造商使用约 6% 的黑色光纤。

3.年度 EMA(图 6)：每根单纤维都被一层薄薄的黑色包层包裹。这种环形 EMA 结构可确保光纤结构内 EMA 分布最均匀，从而实现极高的 MTF 和分辨率。制造具有年度 EMA 的光纤成本更高，因为需要高吸收率的黑色玻璃和热性能，以便在与标准光纤熔接时实现高产量。这些光纤的传输效率比较低，因此仅用于非常特殊的应用。

4.增强型 EMA(图 7)：采用改进的统计 EMA 设计，其暗光纤的光吸收率比标准统计 EMA 设计更高，从而提供更好的对比度图像，仅提供光纤面板(1：1)。

瑕疵和扭曲

当熔接单根 (单) 光纤以构建多根光纤时，或当熔接多根光纤以构建多根光纤以制造光纤面板或锥度时，可能会引入一些缺陷。了解这些缺陷非常重要，因为它们会降低图像质量。缺陷主要有两种类型：瑕疵和扭曲。

瑕疵

瑕疵有两种类型：点状瑕疵和线状瑕疵。点状瑕疵(非传输光纤群)是由在拉丝操作期间被困在光纤之间并在光纤清洁和熔接后留下的污染物引起的。被困污染物在拉丝操作期间不会减小尺寸，最终影响一条或多条光纤，导致光散射，从而导致非传输光纤。

线状瑕疵是多层板边界处的铁丝网状图案，这是由于多层板外边缘的纤维清洁不当造成的。压制操作中温度或压力控制不当也会导致线状瑕疵。

扭曲

失真有两种类型：剪切失真和严重失真。剪切失真是由多条光纤沿熔接长度错位引起的。它们是横向位移，导致直线成像为“断裂”。这会导致最终组件中图像的连贯性出现轻微中断。

严重变形是由熔合操作中的材料流动引起的。它们被定义为导致直线成像为连续曲线的变形。在压制过程中适当控制温度和压力可以最大限度地减少这种变形，它被定义为直线的最大位移。

审核编辑 黄宇