CN1991435A - 用于光学扫描表面的扫描设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于尤其光学扫描特别是不平的表面的扫描设备。所述扫描设备包括电磁初级辐射源、为偏转来自初级辐射源的初级辐射而设立的可控射束偏转设备、和探测器，所述探测器为探测通过初级辐射射到对象上而产生的二次辐射被设立。通过使用可控初级辐射，能够准确地照射对象的要成像的点。因此成像分辨率基本上由初级射线束的范围或者扩展确定。初级射线束同时也确定要成像的点的几何位置，使得可以去掉成像光学器件和像素化的二次辐射探测器。去掉成像光学器件极大地提高了景深清晰度，所述景深清晰度仅尚由初级辐射的扩展限制。由此可以在最大程度上可变地调整在扫描设备和要被扫描的对象之间的距离。

Description

用于光学扫描表面的扫描设备
本发明涉及一种用于尤其光学扫描特别是不平的表面的扫描设备。
基于电磁辐射或者可见光工作的扫描设备已经是公知的，并且例如被用于对对象或者人进行三维检测。例如使用用于生物识别面部的方法，在该方法中，把光学图样(例如多色条状图样)向要检测的面部投影。光学探测设备检测从该面部所反射的图样，并且图像处理设备从中重构三维轮廓。在医学诊断中，基于光学光和红外光的扫描设备被用于扫描人或动物的组织。基于光学光的扫描允许重构和可视化光学三维图像，而基于红外光的扫描例如能够检查事先用标记(Marker)处理过的组织是否存在病变(例如癌)。病变组织的被标记的组织在此显示荧光现象，使得也称为荧光扫描或者荧光探测。
用于荧光探测的常规方法基于：交替地一个紧跟一个地拍摄基于可见光的图像以及基于荧光的图像。为产生两个图像，大面积地照射要检查的组织，并通过光学器件把反射光和荧光成像到照相机芯片上。因此照相机芯片交替地拍摄可见光图像和荧光图像。
缺点在于，由于光学器件而可达的景深清晰度小，这意味着，荧光扫描仪必须精确地保持在距表面的确定的距离。此外，照相机传感器的每一像素必须位置分辨地使被扫描的表面的点成像，使得从其他的点漫散射的光以及光学器件的成像误差使分辨率变差。此外，从相应的组织点漫散射的、从而不落在相应的照相机芯片像素上的光无助于分析。由此使信噪比变差。
由于对于散射光的较高的灵敏度，利用常规方法也仅能检查极其接近表面的组织区域，因为反射光和荧光的漫散射在位于表面下面的组织层中强烈增加。特别是对表面点可用的探测面(亦即正好是一个照相机像素)具有较小的尺寸，从而也具有较小的灵敏度。受限的灵敏度另外使信噪比变差。
本发明的任务在于，提供一种用于根据电磁辐射扫描表面的设备，所述设备具有较高的景深清晰度、较大的分辨率以及较高的灵敏度。
本发明通过具有权利要求1的特征的扫描设备解决。
本发明的基本思想在于，提供一种扫描设备，它包括电磁初级辐射源、用于偏转来自初级辐射源的初级辐射的可控射束偏转设备、和探测器，所述探测器为探测二次辐射而被设立，该二次辐射由于初级辐射射到对象上而产生。在此，对象应被理解为本体的表面以及在初级光程中的产生二次辐射每个其他的障碍物。可控射束偏转设备例如可以包括可动的微镜或者可动的棱镜或者多面棱镜。
通过使用可控初级辐射，能够准确地照射对象的要成像的点。因此成像分辨率基本上由初级射线束的范围或者扩展确定。初级射线束同时还确定要成像的点的几何位置，使得可以去掉成像光学器件和像素化的二次辐射探测器。去掉成像光学器件极大地提高了景深清晰度，所述景深清晰度仅尚由初级辐射的扩展限制。因此可以在最大程度上可变地调整在扫描设备和要扫描的对象之间的距离。
从去掉像素化了的探测器所产生的另一个优点在于，与仅在单个像素的尺寸方面相比，可以把用于检测单个图像点的探测器面选择得更大。由此也可以在测量中合并考虑漫反射的二次辐射，这将提高所获得的(信噪比)并且根据光学器件允许较大的观察距离。
特别还可以把位于表面下面的组织层的散射和荧光辐射组作为属于图像点来检测，使得例如能够检测荧光标记的深度分布或者位于更深处的组织层的组织性质。
通过仅照射隔离的成像点来避免相邻的成像点的散射影响，这提高图像清晰度。此外，初级辐射从扫描周围环境(例如在扫描区域内的工具处)的反射被避免，因为所述反射不是照射全部主扫描区域，而仅照射正好发生所述反射的相应成像点。
在一个有利的实施例中，初级辐射源被实施为激光辐射源。激光器能够产生所述汇聚成束的和很少扩展的光初级辐射。
在另一个有利的实施例中规定，初级辐射源的能量和/或辐射功率是可调的。通过能量参数特别是能够控制对荧光辐射的激励。辐射功率参数能够进一步影响探测深度。
在另一个有利的实施例中，提供辐射变换器(Strahlumformer)，它包括过滤器，该过滤器仅允许预定的波长范围的二次辐射通过。借助这样的过滤器例如可以有针对性地遮断可见光并且仅允许荧光通过。因此这样的过滤器特别是可用于荧光探测。
另外有利的实施例是从属权利要求以及下面的附图说明的主题。
图1示出具有图像处理计算机的扫描设备，
图2示出具有显示装置的扫描设备。
在图1中示意性示出了具有图像处理计算机12的扫描设备1。借助扫描设备1对本体或者组织30的表面进行扫描。
扫描设备1包括被实施为激光辐射源3的初级辐射源，该初级辐射源产生用箭头表示的激光束。该激光束射到被实施为微镜4的偏转设备上，其可在两个轴上调节，这在该图中应当通过用x和z表示的双箭头表示。如果扫描设备1在医学检查(例如用于癌诊断)的范围内被用于扫描荧光特性，则激光辐射源3产生适用于此的波长的激光辐射，根据所使用的标记例如处于690nm到850nm的波长范围内。
通过微镜4如此使激光束偏转，使得所述激光束射到对象30的要成像的点上。在那里例如通过反射或者发荧光来产生二次射线束。二次射线束的波长(能量)在反射的情况下基本取决于激光初级辐射的波长，在发荧光的情况下另外也在特别的程度上取决于对象30的性质。仅当对发荧光的材料的激励通过初级辐射在适用于此的波长中实现时，荧光才出现，其中荧光辐射的波长于是首先由发荧光的材料预先规定。
二次辐射穿过透镜5，通过该透镜在探测器面7上汇聚成束。在射到探测器面7之前，所述二次辐射穿过过滤器6，该过滤器改善要探测的二次辐射的质量。例如，过滤器6可以仅允许出现要检查的荧光现象的波长范围的二次辐射通过；然而，过滤器6也可以使仅在初级辐射的波长范围内的二次辐射通过，使得遮断干扰的环境光。
射到探测器面7上的二次辐射由探测器电子设备8检测。与之相连接的控制设备11读取探测器电子设备8。此外，控制设备11与激光辐射源3连接以及与微镜4连接。该控制设备控制激光辐射的产生、该激光辐射通过微镜4的偏转、以及对探测器电子设备8的读取。由此在控制设备11中在任何时刻既存在刚被照射的图像点的位置信息、也存在其探测器测量值。换句话说，对于控制设备11存在为重构对象30的图像所需要的全部信息。该控制设备把这些信息向图像处理计算机12输出，在该图像处理计算机12内，相应建立的算法重构对象30的图像。该重构算法既可用软件也可用硬件(例如图形组件)实现。图像处理计算机12包括通常的显示装置，以便光学显示被扫描的图像。
在图2中示出了具有自身的显示装置14的扫描设备2。作为初级辐射源同样设置激光器3，其激光束通过微镜4偏转。二次辐射同样通过透镜5汇聚成束。
汇聚成束的二次辐射射到形成光栅的探测器面9上，该探测器面例如可以作为CCD或者照相机芯片来实施。探测器电子设备10读取形成光栅的探测器面9，并且测量值由控制设备11接收。如上所述，该控制设备11此外控制激光辐射源3以及微镜4，使得所述控制设备能够给对象30的分别刚被照射的点的位置信息分配相应的探测器测量值。
图像处理设备13从控制设备11接收这些信息，并借助适当的重构算法重构对象30的图像。把该图像在显示装置14上显示。

Claims (15)

1.扫描设备(1，2)，包括电磁初级辐射源、为偏转来自初级辐射源的初级辐射所设立的可控射束偏转设备、和探测器，所述探测器为探测由于初级辐射射到对象(30)上所产生的二次辐射而被设立。
2.根据权利要求1的扫描设备(1，2)，其特征在于，
初级辐射源被实施为激光辐射源(3)。
3.根据权利要求1或2之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
初级辐射源的能量和/或辐射功率是可调的。
4.根据上述权利要求之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
射束偏转设备包括在其取向上可调的微镜(4)。
5.根据权利要求1到3之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
射束偏转设备包括在其取向上可调的多面棱镜。
6.根据上述权利要求之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
包括辐射变换器，其如此被设置在探测器前面，使得二次辐射在射到探测器上之前穿过该辐射变换器。
7.根据权利要求6的扫描设备(1，2)，其特征在于，
辐射变换器包括过滤器(6)，所述过滤器仅允许预定的波长范围的二次辐射通过。
8.根据权利要求7的扫描设备(1，2)，其特征在于，
过滤器(6)允许在650nm和850nm之间的波长范围的二次辐射通过。
9.根据权利要求6到8之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
辐射变换器包括透镜(5)，所述透镜使二次射线束在探测器上聚焦。
10.根据上述权利要求之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
探测器被实施为单传感器(7，8)。
11.根据上述权利要求之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
探测器被实施为照相机芯片和/或CCD芯片(9，10)。
12.根据上述权利要求之一的扫描设备(1，2)，其特征在于，
包括控制设备(11)，所述控制设备与射束偏转设备并且与探测器连接。
13.根据权利要求12的扫描设备(1，2)，其特征在于，
控制设备(11)如此控制射束偏转设备，使得初级辐射以预定的空间图样和预定的时钟被形成光栅。
14.根据权利要求13的扫描设备(1，2)，其特征在于，
控制设备(11)如此控制探测器，使得以预定的时钟显示所述单测量值。
15.根据权利要求14的扫描设备(1，2)，其特征在于，
控制设备(11)读取探测器的单测量值，并提供给图像处理设备(13)，所述图像处理设备被构造用于根据预定的空间光栅图样从单测量值中重构一个完整图像。
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