CN1564939A - 扫描装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扫描装置，包括附着在一个固定空心圆筒段(12)表面上的介质(14)，所述固定空心圆筒段具有第一纵轴(16)；设置用来扫描所述介质的旋转径向激光束，所述旋转径向激光束绕所述第一纵轴旋转并被设置扫描所述介质；以及沿第二轴具有光接收方向的光敏探测器(20)，所述第二轴与所述圆筒段的第一纵轴重合。

Description

扫描装置
技术领域
本发明一般涉及一种轴向光学系统，具体地，本发明涉及采用径向旋转光束来扫描设在固定圆柱件上的介质的系统。
背景技术
以前，具有X射线曝光荧光板的扫描仪在一个平台上或在一个滚筒的外表面上实现其功能。但这些系统存在着增加成本且降低X射线图像质量的问题。通过连续改变用于激励X射线曝光荧光板的荧光体的光束路径的角度和长度，使得平台或滚筒系统产生不期望的结果。同时，对荧光板上的每个位置在不同路径、不同角度对受激光(stimulated light)聚集，由此对导致的质量降低需要复杂而又昂贵的补偿。此外，当在扫描过程中用于支撑荧光板的现有系统不能保持一个固定的定位时，这种增大成本的附加复杂性就更被加重。
用于辐射图像读出的装置是已知的，例如在美国专利US4,886,968和USS,396,081中有所描述。
在现有技术中没有发现采用径向旋转光束、用于内鼓读出装置(internal drum readout apparatus)的光学系统，这种光学系统提供最小的失真(distortion)以及降低的成本及复杂性。
现有技术的这些器件和对这些器件缺陷的预期的解决方案都不能导致既降低成本又提高精度和质量的数字转换器装置。
发明概要
鉴于传统的扫描系统的前述缺点，本发明提供一种具有新颖的轴上光学系统的扫描系统，以使失真降至最小且能避免由目前使用的配置所引入的复杂补偿，同时还能获得成本的降低。
另外，本发明还提供一种用于对存储和/或图像显示的X射线曝光荧光板进行数字化的光束扫描系统。
因此，依照本发明的一个优选实施例，提供一种扫描装置，其包括：附着在一个固定空心圆筒段表面上的介质，所述固定空心圆筒段具有第一纵轴；绕所述第一纵轴旋转的且设置用来扫描所述介质的旋转径向激光束；和具有沿第二轴的光接收方向的光敏探测器，所述第二轴与所述第一纵轴重合。
此外，依照本发明的一个优选实施例，该装置还包括至少一个反射镜，用于导引所述光束射向所述介质。该装置还包括输送装置(transport)，用于旋转和平移所述激光束。
此外，依照本发明的一个优选实施例，所述介质是荧光板。
此外，依照本发明的一个优选实施例，所述反射单元可以是一个固定地设置的以随所述输送装置移动的倾斜反射镜。一个孔可以形成在所述倾斜反射镜的中心，用于导引激光束从其中穿过。而且，依照本发明的一个优选实施例，所述倾斜反射镜相对于所述纵轴形成一个处于30-60度范围内的角度。所述倾斜反射镜是凹面的。
此外，依照本发明的一个优选实施例，该装置还包括一个旋转轴，所述激光光束附着在该旋转轴上，其中能量经由附着在所述旋转轴上的滑环被导引。
此外，依照本发明的一个优选实施例，该装置还包括一个空心转轴，提供从所述光源至所述孔的光束路径；和一个反射镜，其固定地设置在所述孔内，随所述输送装置移动且随所述转轴旋转以沿径向从所述轴向所述介质引入(presentation)所述光束。
同时，依照本发明的一个优选实施例，该装置还包括一个设在所述空心圆筒段内部且紧邻所述空心圆筒段的内凹面的菲涅耳透镜，所述菲涅耳透镜具有一个与所述空心圆筒段的所述纵轴垂直的纵轴，而且所述菲涅耳透镜具有一个形成在其中心处的孔，以允许所述光束和源自所述介质的所述接收光不受干扰地穿过。
此外，依照本发明的一个优选实施例，源自所述介质的光被所述菲涅耳透镜折射，所述折射光正被所述倾斜反射镜反射穿过所述探测器。
另外，依照本发明的一个优选实施例，还提供一种扫描方法，该方法包括：
将介质附着在一个固定空心圆筒段的表面上，所述固定空心圆筒段具有第一纵轴；
设置一个旋转径向激光器，以绕所述第一纵轴光束旋转来扫描所述介质；和
探测沿第二轴从所述介质反射的光线，所述第二轴与所述第一纵轴重合。
由下面结合附图的实施例的描述，本发明的这些和其它优点、特征和目的将变得更加明白。
附图的简要说明
参看附图，下文将描述本发明的轴定向光学系统，这些附图并不是按比例绘制的，其中：
图1是本发明光学系统的一个实施例或配置的示意性表示；
图2是本发明光学系统的一个替代方案的示意性表示；
图3是具有旋转驱动器和可适用于所有实施例的编码系统的图2
实施例的示意图；
图4A和4B分别是在其上具有扫描图案的表示和具有用于光学系统的轴向移动一个系统的表示荧光板或膜的示意性表示；
图5是用于本发明的光学系统的操作的控制系统的框图；
图6是根据本发明另一实施例构建的和运行的扫描装置的光学系统的视图；
图7是图6的光学系统的配置的示意性表示；
图8是用在图6的实施例中使用的菲涅耳透镜配置的详细示意性表示；以及
图9是本发明的光学系统的一种替代配置的示意性表示。
实施例的描述
现在参照图1，其图示本发明一个实施例，其中显示出了一种用于扫描设在固定圆柱件上的介质的系统。该扫描装置10包括一种空心圆筒12，在该空心圆筒12的内表面上设有扫描介质14。如下面所述的，用于扫描的光束对着该固定空心圆筒12旋转。
图1示出了用于在扫描过程中对圆筒的内表面上的介质如荧光板14进行成形的空心圆筒12的一部分或一段。圆筒12的这部分的纵向中心轴线16形成扫描装置10的光学系统的主轴。因而，当荧光板14靠着该空心圆筒段12定位并与该空心圆筒段的内圆柱形相符合时，荧光板14的轴就与轴线16在同一条直线上。通常在这类装置中，荧光板都需要是封闭的，以消除除实现其功能之外的光。由于该封闭并不是本发明创造性内容的一部分，因此为了清楚起见没有示出。
扫描装置10的光学系统包括一个峰值波长在适当能级(优选大约635nm)处的聚焦激光光源18，以激励荧光板14和一个光敏探测器20，例如光电倍增管，用于将从荧光板14发出的具有390nm峰值波长的激励光(simulating light)转换成电信号的光电倍增管。激光光束被引导至一个小反射镜22处，如用箭头线所示的，该小反射镜22被定位并粘附在探测器20的中央，例如通过将其胶合在一个Schott型滤光片24上，该滤光片24阻挡激光束波长并仅允许从荧光板14发出的390nm激励光通过。该小反射镜22将激光源光束偏转90度沿圆筒段12的轴线16引向旋转反射镜26的中心，该旋转反射镜26绕轴线16旋转，且相对于轴线16成一定的角度，以将激光束沿半径从轴线16引向圆筒12内部的荧光板14。当然，若使用的是小激光器，那么它们可以安装在滤光片24上来替代小反射镜22。旋转反射镜26的最佳角度取决于正在使用的反射镜类型。例如，对于图1的实施例中示出的、具有既能反射激励光又能反射受激光的双重功能的平面旋转反射镜，该角度优选应该是45度。
光源18、具有小反射镜22的滤光片24和探测器20保持固定而不旋转，同时成夹角的或倾斜的反射镜26及其转轴28一起旋转。在荧光板14的激励点处，390nm的受激光如箭头光线所示被引导回来射向倾斜的旋转反射镜26，穿过滤光片24至探测器20，以转换成用来进行数字化处理的电信号，如下面将要描述的。
光学部件18至28将被平移，以使来自光源的光束横扫所述的固定荧光板14，例如沿该图下方箭头的方向，同时在横扫过程中聚焦光束或者形成圆弧，或者如果需要，形成螺旋。
图2示出本发明的另一种实施例。图2示意性表示一种可选的设置，其中光源18位于转轴28的轴线16上，该转轴28与形成荧光板14支撑体的空心圆筒部分12在一条直线上。在此应用中，该转轴是中空的，以允许光束在其中通过，成夹角的旋转反射镜26在其中央有一个孔30，使得光束穿过其中到达小反射镜22，其中该小反射镜22设在该孔30内。反射镜22不必是图示的精确形状。例如，它可以是五棱镜或其它能达到与小反射镜22相同结果的光学配置。
在本实施例中，旋转反射镜26的角度可以被调节以适合正在使用的反射镜类型。例如，若旋转反射镜是平面的，则该反射镜可以根据其尺寸转动任何合适角度且优选在30-60度的范围内。可选地，旋转反射镜26可以是一种备选的形状，例如凹面。
图3A图示出附加有传统发动机机构的图2的实施例，其包括设置用来随转轴28旋转的转子32和一个固定的定子34。在图1、2和3的实施例中，滤光片24和探测器20都不旋转。同时，相对于该发动机，还设有传统的轴上光学编码器系统36，用于提供反馈脉冲以稳定旋转速度并用于确定光束位置调节(beam positioning)。
现在参看图3B，其图示出本发明又一实施例，该实施例类似于图2和3A的实施例，除反射镜26被忽略外。在该实施例中，光束穿过空心转轴28到达设在斜切的空心转轴的末端的小反射镜22，如图3A中所示的。然后，光束被以直角反射(B1)向扫描介质14。一些受激光，用光束B2和B3间的角度所图示，被引导回来射向探测器20(经由滤光片24)。通过改变探测器的尺寸，聚集的光量可以发生变化。
在另一种实施例中，可以选择地添加至少一个反射器，如仅用于例举目的的由曲面反射器152所示的。本领域的普通技术人员都将会明白，反射器的形状、尺寸和数目是可以改变的，以使得将所需的预定光量引导向探测器20。
图4A和4B分别示出在扫描期间的荧光板膜14和用于横扫该膜的机构，由此光学系统10的旋转产生由图4A的平行线所示的扫描路径。
本发明的优点是，通过使用一个固定的圆筒，扫描介质能够机械地提供，与使用旋转鼓的扫描系统相反，该扫描系统要求将扫描介质手工地附着在鼓的表面。
图4A另外利用平行线来描绘选择的距离，在这种情况下，与先前的扫描间距100微米。图4B图示出图4A的膜14处于装置内的位置，为了清楚起见，去除了空心的圆柱部分12。当图4B中的膜14处于圆筒12内时，膜14的平行线仅表示膜14的圆柱形状。
图4B中示意性示出的是用于实现图2和3中所公开的光学系统的轴向路径间距的装置。如图4B中所示的，支撑结构或输送装置(transport)38设有轴承(未示出)，以用于光学系统10的那些需要旋转的部件，如机械设计领域中通常的那样。用来沿轴线16移动本发明的光学系统的装置可以有多种选择，但在图中仅示出一种。支撑结构38具有一对杆40，以沿直线来稳定、导引及保持输送装置38的方向。相对于任何轴向运动而固定的螺纹件42与支撑结构38中的用于其轴向运动的匹配螺纹相啮合，以便为了聚焦斑的扫描相对于膜14横扫。线性步进发动机44，如示意性示出的，提供螺纹件的旋转以精确地间隔开在整个膜14上的分立的扫描。尽管光源18是仅作为示意性地示出的，但它也示为附着到支撑结构38上。
图5是图示出对装置进行控制从而被详细描述的框图。DC发动机32、34，编码器36和成45度夹角的反射镜26连在一起，以如图3所示那样进行同步旋转操作，因为它们都处于相同的转轴28上。DC发动机具有一个旋转发动机控制46，其依次被连接，以与编码器36共同作用。图4B的步进发动机44具有一个线性步进控制50，它也与编码器36的输出连接。来自探测器即光电倍增管(PMT)20的输出和来自编码器36的输出向模拟处理单元48提供输入，该模拟处理单元48再将其输出提供给一个与PC计算机54连接的数字模拟转换器52。
操作
作为一种读出装置的本发明的装置的操作包括向空心圆筒12的固定部分内部提供(presentation)X射线曝光荧光板或膜14，将荧光板坚固地按压到空心圆筒12上以与圆柱部分的圆环形构形相符合而正在实现扫描或读取时没有任何运动，。用于此目的的装置是众所周知的。
扫描操作包括设置一个光源例如635nm激光器18和一个旋转反射镜镜面26，该镜面26相对于其旋转轴线16成一个合适的夹角(取决于所用旋转反射镜的类型，如上面图1-4所描述的)，旋转轴线16与膜14及其支撑体12的中心轴在同一条直线上。为了使光束弯曲90度以及为使其随反射镜旋转，光束必须在反射镜26的旋转中心被反射。然后，光束就在所述膜上形成旋转斑点，该光束沿荧光板14上的圆环部分的路径。当激光束起始于旋转反射镜26和滤光片24之间时，旋转反射镜26上不需要有孔。而当激光器18位于旋转反射镜26的后面时，就要求在旋转反射镜26的中央有一个容纳小反射镜22的孔，以引导光束垂直于所述膜上的斑点。
支撑结构或输送装置38包括一个光学系统，该光学系统包含有光源18、旋转反射镜26和小反射镜22，当需要时，以及其横扫荧光板14的运动与该斑的旋转运动相配合，以便当该斑点到达膜14的末端时，输送车(cart)对下一次扫描移动一个像素的距离。该斑点被选择为例如直径是100微米，由此形成100微米宽的环线；因此，对下一次扫描，输送装置38将光学系统移动100微米的距离。
更具体地，作为一种读出装置，采用荧光板来实现下面的操作。
由635nm激光器18激励荧光板的晶体层，使得在该膜上的光斑点进行扫描时，其辐射390nm的光，来实现对先前X射线曝光荧光板的读出。旋转反射镜26在其外周上接收所发出的光，并将其反射到透射390nm光而吸收635nm光的Schott型滤光片24上。穿过滤光片24的光施加到探测器的光电倍增管20上，该光电倍增管20将光转换成放大的电信号，该电信号被选通来表示圆环形扫描上的一个像素且被转换成表示像素亮度的数字式数。滤光片24和探测器20也设在输送装置38上。
通过反馈脉冲，编码器36使发动机32、34稳定，而且反馈脉冲也控制探测器光电倍增管20的输出的选通，以确定相当于间距为100微米的时间取样(time sample)。这些脉冲也被用来在扫描期间的任何时间点确定旋转反射镜26的角度位置和来自荧光板的受激发射的角度，以启动步进发动机进行下一次平行扫描。如果需要螺旋扫描，则变更在本领域普通技术人员的技能范围之内。
由于对所有点激励光和受激光的路径都是相同的，而且由于对于所有扫描点，入射和发射角度是垂直且相同的，又由于扫描速度是恒定且易于保持的，因此就不再需要校正算法或补偿。对扫描操作的数字化使得能够复制和/或存储来自所述膜的数据。
尽管本发明已经在附图和借助于优选实施例的前述说明中被描述，但是本发明并不限于这些实施例。很显然，本领域的普通技术人员可以在不脱离所附权利要求的精神和范围下作出某种的改变、改进和替换。例如，激光光源18可以设置在滤光片24上，由此消除对小反射镜22的需求。而且，本发明的教导能够适用于除荧光板介质以外的情形。
现在参看图6-8，其图示出本发明扫描装置的又一实施例，一般标记为100，其依照这些图进行构造和操作。图6示出空心圆筒102(类似于上述的空心圆筒12)的一部分或一段。图7是光学系统100的设置的示意性表示。图8是这种光学设置的详细表示。
该光学系统100类似于上述关于图1-5所述的扫描装置10的光学系统。具有与前述实施例中相似功能的元件被类似地标记，但并未对其进行进一步的描述。
该光学系统100包括空心圆筒102，用于对要在圆筒的内表面上扫描的荧光板介质14(或类似物)进行成形，以及图3中所示的光学系统。该光学系统包括位于空心转轴28的轴线16上的光源18。该空心转轴与空心圆筒部分102在一条直线上，允许光束从其中穿过。有倾角的反射镜26在其中心具有一个孔30，小反射镜22装在该孔内。
另外，光学系统100还包括一个菲涅耳透镜104，如图8中所示，该菲涅耳透镜104插入在共轴圆筒102上。圆筒102连接在该倾斜的反射镜系统上，并随其旋转。菲涅耳透镜104设在圆筒上，以使其纵轴106平行于激光束的中心轴线16。
正如前面参照图1-5的实施例所描述的(没有菲涅耳透镜104)，光的聚集基于的是锥形的受激光，其光源位于激光器的入射点105处。该锥形的底部由反射进入探测器光电倍增(PMT)管20的有倾角的反射镜26确定。可选地，受激光可以直接对准PMT管20。
为了不阻碍光束且防止失真，穿过菲涅耳透镜104的中心钻一个孔108。该孔108的直径被设置得以使相同量的受激光穿过该反射镜和PMT，如前面不具有透镜的实施例所述的，即，透镜104并不阻碍任何光的通路。从图7可以最佳地看出，入射光线110被返回作为光线112和114，该光线112和114被反射镜26分别反射成光线116和118，穿过滤光片24进入PMT20。
附加菲涅耳透镜104扩展了从入射点105至菲涅耳透镜104的边缘处锥形的角度。如图8中容易地看出的，受激光的角度从“A”增加至“A+2B”。由此，增加的光线如120和122通过菲涅耳透镜104的边缘被折射，然后分别被反射镜26反射成光线124和126，穿过滤光片24进入PMT20。
因此，在本实施例中，增加的光量进入PMT20，且该光量与扩展角(“A+2B”)成比例。该菲涅耳透镜104将反射成“环”的光聚集(或弯曲)至反射镜。换句话说，菲涅耳透镜104的附加允许增加的光量(2B)被收集，由此提高系统的光收集效率。
应当理解，本发明并不限于菲涅耳透镜的使用，而是可以使用任何其它类型的光收集器件。
现在，参照图9，其示意性示出本发明的另一实施例。该实施例类似于图2的实施例。具有与前述实施例中相似功能的元件被类似地标记，且不对其再进行描述。
在图9的实施例中，激光源经滑环132(现有技术中已知)而附着在转轴28上使得能量提供至光源(调制器)18。然后，激光束被导引穿过反射镜26中的孔130。光线被反射穿过滤光片24进入PMT20。
应当理解，本发明并不限于上面的描述，而且所有的修改都落入本发明的范围内。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (18)

1、一种扫描装置，包括：
附着在一个固定空心圆筒段表面上的介质，所述固定空心圆筒段具有第一纵轴；
设置用来扫描所述介质的旋转径向激光束，所述旋转径向激光束绕所述第一纵轴旋转；和
沿第二轴具有光接收方向的光敏探测器，所述第二轴与所述第一纵轴重合。
2.依照权利要求1的装置，还包括至少一个反射单元，用于将所述光束引导向所述介质。
3.依照权利要求1的装置，还包括输送装置(transport)，用于旋转和平移所述激光束。
4.依照权利要求1的装置，其中所述介质是荧光板。
5.依照权利要求2的装置，其中所述至少一个反射单元是倾斜反射镜，该倾斜反射镜被固定设置以随所述输送装置进行移动。
6.依照权利要求5的装置，还包括形成在所述倾斜反射镜中央的一个孔，用于导引所述激光束从其中穿过。
7.依照权利要求5的装置，其中所述倾斜反射镜相对于所述第一纵轴形成一个处于30-60度范围内的角度。
8.依照权利要求5的装置，其中所述倾斜反射镜是凹面的。
9.依照权利要求6的装置，还包括一个转轴，所述激光源附着在该转轴上，其中能量经由附着在所述旋转轴上的滑环被导引。
10.依照权利要求6的装置，还包括一个空心转轴，其提供从所述光源至所述孔的光束路径；和一个反射镜，其固定地设在所述孔内随所述输送装置进行运动且随所述转轴进行旋转以将所述光束沿径向从所述轴引导到所述介质。
11.依照权利要求1的装置，还包括一个设在所述空心圆筒段内部且紧邻所述空心圆筒段凹面内部的菲涅耳透镜，所述菲涅耳透镜具有与所述空心圆筒段的纵轴垂直的一个纵轴，而且所述菲涅耳透镜具有一个形成在其中心处的孔，以允许所述光束和源自所述介质的所述接收光不受干扰地穿过。
12.依照权利要求11的装置，其中源自所述介质的光被所述菲涅耳透镜折射，所述折射光被所述倾斜的反射镜反射穿过所述探测器。
13.一种扫描方法，包括：
将介质附着在一个固定空心圆筒段的表面上，所述固定空心圆筒段具有第一纵轴；
设置一个旋转径向激光器，以绕所述第一纵轴光束旋转来扫描所述介质；和
探测沿第二轴的从所述介质反射的光线，所述第二轴与所述第一纵轴重合。
14.依照权利要求13的方法，还包括引导所述光束射向所述介质。
15.依照权利要求13的方法，还包括旋转和平移所述激光束。
16.依照权利要求15的方法，其中所述引导包括经由一个设在所述输送装置上的倾斜反射镜来反射所述光束。
17.依照权利要求16的方法，还包括在所述倾斜反射镜的中心形成一个孔，以引导所述激光束从其中穿过。
18.依照权利要求17的方法，还包括将所述激光源附着在所述旋转轴上，并经由附着在所述旋转轴上的滑环来引导能量。
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