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研究生: 謝仲儒
Hsieh, Chung-Ju
論文名稱: 使用線掃瞄型影像照相機之X-ray感測器設計
Design of an X-ray Detector Using Line Scan Image Cameras
指導教授: 蕭德瑛
Shaw, Dein
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 109
中文關鍵詞: X-ray光學感測系統非破壞性瑕疵檢測閃爍晶體影像增強管線掃瞄型照相機
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  • 本研究的目的在於設計一套X-ray光學感測系統,此光學系統應用於工業X-ray非破壞性瑕疵檢測之機台中,可粗分為兩階段之設計流程。
      第一階段「分析現有X-ray感測器及相關光學元件之光學原理構造」﹔主要工作在於搜尋現存的X-ray感測器,分析並了解其內部所有的光學零件,其中包含閃爍晶體的光學物理特性,影像增強管的原理架構,以及各種光學設計理論,再進而在這些分析基礎上設計新型之X-ray感測器。
      第二階段「設計開發新型X-ray感測器系統」根據前階段的分析所得到的基礎設計光路,針對各種不同的光學元件,進行光學模擬設計,整合閃爍晶體、影像增強管、平面鏡、透鏡、線掃瞄型照相機等各種光學元件,使其能成功擷取X-ray穿透PCB後所攜帶之資訊。再將光學模擬與實際機台之硬體限制條件進行整合分析,期望經由仔細評估及各項分析模擬的成果能給予正確且合理的參數以便進入生產製造的階段。


    The purpose of this research is to design an X-ray detector, which is applied in industrial X-ray non-destructive defects inspection. This research can roughly separates into two design stages.
    The first stage is “Analyze the optical system of the current X-ray detector“. The prime work in this stage is searching the current X-ray detectors on the market. Then, analyze all the optical elements inside the X-ray detectors, including the physical properties of the scintillator, the working theories of the image intensifier and optical designing theories. After, we try to design a new X-ray detector base on these analyses.
    The second stage is “Design a new type of X-ray detector”. According to the basic optical model of the first stage, we integrate the scintillators, image intensifiers, mirrors, lens and line-scan cameras…etc to catch the information from X-ray image of the PCB. The design of the system is then using the software to find the results of optical analysis to find the optimum design of the quality of image which satisfy the requirements of the defect inspection. At last, we combine the optical simulation results and the hardware constrains to get the advisable parameters for production.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 研究目的與設計架構 7 第二章 理論介紹 12 2.1 前言 12 2.2 光學元件原理介紹 12 2.2.1 閃爍晶體(Scintillator) 12 2.2.2 影像增強管(Image Intensifier Tube) 15 2.3 幾何光學定義和光線追跡 19 2.3.1 光學參數符號定義 20 2.3.2 光線追跡 21 2.4 幾何成像光學理論 24 2.5 像差理論 26 2.5.1 像差理論之分類 27 2.5.2 幾何像差 29 2.5.3 波前像差 31 2.5.4 各種像差之探討 33 2.5.4.1 球面像差(spherical aberration)[13] 33 2.5.4.2 慧形像差(coma)[13] 35 2.5.4.3 像散(astigmatism)[13] 36 2.5.4.4 場曲(field curvature) 38 2.5.4.5 畸變(distortion) 40 2.5.4.6 色像差[8](chromatic aberration) 41 2.6 非球面透鏡設計 43 第三章 第一階段光學設計 46 3.1 系統架構 46 3.2 光學設計 48 3.2.1 規格訂定 48 3.2.2 光學模擬 52 3.2.2.1 光纖傳遞效應模擬 52 3.2.2.2 ZEMAX光路設計模擬 55 3.2.2.3 光學鏡組優化 65 3.2.2.4 非球面透鏡設計 70 3.2.3 總結 75 第四章 第二階段光學設計 77 4.1 系統架構 77 4.2 光學設計 79 4.2.1 規格訂定 79 4.2.2 光學模擬 83 4.2.3 光學系統優化 90 4.2.4 總結 96 第五章 系統評估與討論 98 5.1 整體光學系統評估 98 5.2 總結 101 第六章 結論與未來展望 104 6.1 結論 104 6.2 未來展望 105 參考文獻 107

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