CN211560139U - 一种口内影像扫描仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种口内影像扫描仪，其能够降低杂散光，保证具有较好的对比度及空间分辨率。一种口内影像扫描仪，包括激光器、用于对所述激光器出射的激光光束进行处理的光学机构、用于使激光光束形成照射在影像板上的可移动的扫描光斑的扫描机构、用于收集影像板上激发的荧光的荧光收集机构及用于进行光电转换的光电转换机构，所述口内影像扫描仪还包括用于供扫描光斑在影像板上激发的荧光透过的滤除部件，所述滤除部件设置于所述荧光收集机构和所述光电转换机构之间，所述滤除部件上开设有狭缝，所述狭缝与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。

Description

一种口内影像扫描仪

技术领域

本实用新型属于激光扫描成像领域，涉及一种基于X射线的口内影像扫描仪。

背景技术

激光扫描成像具体是指通过X射线记录影像，并利用激光读取记录于一种柔性影像板的图像。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，相对于传统的X射线摄影技术，其主要特点在于采用了柔性、可擦除的影像板（Imaging Plate, IP）代替卤化银胶片，并可用计算机存储和显示图像信息。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（Latent Image）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。

在齿科行业，普遍采用CR扫描仪读取影像板上的齿廓信息。影像口内影像扫描系统性能基本分为三个方面，信噪比、空间分辨率、对比度。目前口内影像扫描系统针对信噪比、空间分辨率都有一定的研究以相关的提升方法。但是在提升影像对比度的问题上只是停留在后期的软件处理上，但是通过后期软件处理实现对比度增强会丢失图像的细节，造成系统空间分辨率的降低。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种口内影像扫描仪，其能够降低杂散光，保证具有较好的对比度及空间分辨率。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种口内影像扫描仪，包括激光器、用于对所述激光器出射的激光光束进行处理的光学机构、用于使激光光束形成照射在影像板上的可移动的扫描光斑的扫描机构、用于收集影像板上激发的荧光的荧光收集机构及用于进行光电转换的光电转换机构，所述口内影像扫描仪还包括用于供扫描光斑在影像板上激发的荧光透过的滤除部件，所述滤除部件设置于所述荧光收集机构和所述光电转换机构之间，所述滤除部件上开设有狭缝，所述狭缝与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。

优选地，所述口内影像扫描仪还包括滤光片，所述滤光片设置于所述滤除部件与所述荧光收集部件之间。

优选地，所述荧光收集机构包括柱面镜。

更优选地，所述柱面镜上镀有350-450nm的介质膜层。

更优选地，所述柱面镜的NA大于0.5。

优选地，所述激光器为单模半导体激光器。

优选地，所述集光器与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。

优选地，所述光学机构包括依次设置的准直透镜、孔径光阑以及聚焦透镜。

更优选地，所述准直透镜由单个非球面镜组成，所述非球面镜的焦距为15~25mm，所述孔径光阑的直径为5~10mm，所述聚焦透镜的焦距为100~180mm。

优选地，所述扫描机构包括用于将激光光束反射到影像板上的振镜及用于驱动所述振镜在一定角度内偏转的振镜电机。

本实用新型采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：

在口内影像扫描仪中采用具有狭缝的滤除部件，可以有效抑制系统中的各种杂散光，口内影像扫描仪中存在的二次或者三次荧光都够得到大幅抑制，保证了口内影像扫描仪具有优秀的对比度以及空间分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为根据本实用新型实施例的一种口内影像扫描仪的结构示意图；

图2示出了激光连续扫描三点（O1、O2、O3）的理论模型；

图3示出了现有技术中激光连续扫描三点（O1、O2、O3）的实际模型；

图4为图1所示的口内影像扫描仪的原理图。

上述附图中，

1、激光器；2、光学机构；21、准直透镜；22、光阑；23、聚焦透镜；3、扫描机构；31、振镜；32、振镜电机；4、扫描路径；5、柱面镜；6、滤除部件；61、狭缝；7、滤光片；8、光电转换机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型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实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型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。

本实施例提供一种口内影像扫描仪，其杂散光较低，从而具有较好的对比度以及空间分辨率。参照图1所示，该口内影像扫描仪包括激光器1、光学机构2、扫描机构3、荧光收集机构、滤除部件6、滤光片7以及光电转换机构8。上述各部件和机构沿激光束的传播路径依次设置。具体如下：激光器1发出激光；光学机构2对激光器1发出的激光光束进行处理（如准直、聚焦等）；处理后的激光光束经扫描机构3形成可移动的扫描光斑，该扫描光斑照射至影像板上并沿图1中的扫描路径4在影像板上移动，这是由于扫描机构3会相应移动而使激光光束照射在影像板的不同位置上，即改变激光光束在影像板上所形成的扫描光斑的位置；荧光收集机构设置在影像板之后，激光光束照射到影像板上之后会激发产生荧光，通过荧光收集机构将影像板产生的散射光收集；滤除部件6设置在荧光收集机构之后，用于供扫描光斑在影像板上激发的荧光透过；滤光片7设置在滤除部件6之后，用于滤除荧光中掺杂的激发光，只允许荧光通过；光电转换机构8设置在滤光片7之后，将收集的荧光进行光电转换，而输出相应的电信号。

本实施例中，激光器1采用单模半导体激光器。该单模半导体激光器出射的激光光束的波长为635nm，且发光面大小恒定，约为1~4μm，激光器的慢轴以及快轴的M²都接近1，其具有优秀的光束质量，保证了整个口内影响扫描仪具有良好的空间分辨率，且这会极大的减少激光整形光路的设计难度，这将在下文中进行详细描述。

本实施例中，光学机构2包括沿激光光束的光轴依次设置的准直透镜21、孔径光阑22以及聚焦透镜23。准直透镜21对激光光束进行准直处理而形成平行光束，优选地，准直透镜21由单个非球面镜组成。即本实施例中只使用了一个非球面经对激光进行准直，通过该单个非球面镜对NA为0.2的激光实现较好地准直，相差控制在衍射极限之内。激光经过准直透镜21后通过孔径光阑22，该孔径光阑22为圆形刀口状设计，并且内部黑化处理，从而有效控制系统的杂散光，扩大整个光学系统的焦深。本实施例中的光学机构2采用长工作距以及低放大倍率的光学设计，实现口内影像扫描仪的高空间分辨率，即在整个扫描角度范围内，激光光斑都很小，处于光学系统衍射极限之内。具体描述如下。

本实施例中，准直透镜21由一个非球面镜组成，且非球面镜的焦距为15~25mm。由于本实施例中选用单模半导体激光器作为激光光源1，该激光器的慢轴以及快轴的M²都接近1，因此只使用了一片非球面镜对激光进行准直。该非球面镜的焦距为15-25mm，能够对NA为0.2的激光实现完美准直，像差控制在衍射极限之内；同时该非球面镜表面镀有约99.5%透过率的介质膜层，从而保证激光有足够的功率。所述孔径光阑22直径为5~10mm，从而增大光学系统的焦深。本实用新型的口内影像扫描仪为平场扫描，因此该光阑（3）口径大小的设定是非常关键的，由于平场扫描会造成不同角度的光线具有不同的光程，即IP板不同空间位置上的激光光斑大小会有很大差距，本实施例中将孔径光阑22直径设定为5~10mm，则可以较好地避免上述问题。所述聚焦透镜23的焦距为100~180mm。为了覆盖扫描整个影像板的同时减少激光的扫描角度，光学系统采用长工作距设计，但是如果工作距太长，必然会导致整个光学系统光学放大倍率变大，由于单模半导体激光器的发光面的大小恒定，约为1-4um左右，光学系统放大倍率过大，那么其像面的光斑大小也会随之变大。因此，本实施例的口内影像扫描系统选用实现焦距设定为100-180mm的聚焦透镜23进行光束的聚焦，即在光学放大倍率以及低扫描角度之间做出平衡，并配合以小孔径光阑22实现在整个扫描角度内激光光斑大小都处于衍射极限之内，即实现无f-θ透镜的平场扫描的同时，实现口内影像扫描仪的高空间分辨率，即在整个扫描角度范围内，激光光斑都很小，处于光学系统衍射极限之内。

本实施例中，扫描机构3包括用于将激光光束反射到影像板上的振镜31及用于驱动振镜31转动的振镜电机32。振镜31固定在振镜电机32的输出轴上，振镜电机32在一定角度内往复转动，从而带动振镜31在一定角度内往复转动，因此，激光光束经振镜31反射到影像板上形成的激光光斑也沿一轨迹往复移动，该轨迹即为激光光束在影像板上的扫描路径4，如图1所示。振镜31每转动一个行程，激光光斑完成对影像板的其中一行的扫描；往复多个行程，直至激光光斑实现对整个影像板的扫描。

本实施例中，荧光收集机构由柱面镜5构成，其用于收集以及聚焦，且该柱面镜5的母线与激光光束在影像板上的扫描路径4并列或平行。柱面镜5设置在邻近影像板的位置上，从而能够紧靠影像板设置，从而能够更多地收集荧光。该柱面镜5具有较大NA，具体地，柱面镜的NA大于0.5，使得系统的荧光收集效率变高，高荧光效率保证了口内影像扫描系统的信噪比。且柱面镜5的表面上镀有350-450nm的高透射率的介质膜层，具有较高的荧光收集效率。另外该柱面镜将影像板上具有优秀的成像能力，它能将荧光发射点如图4中的荧光发射点92无像差地成像于滤除部件6的狭缝61处。

本实施例中，滤除部件6设置于荧光收集机构和光电转换机构8之间。滤除部件6上开设有狭缝61，且该狭缝61与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。具体地，滤除部件6可为开设有一个狭缝61的薄片。狭缝61的中心线与扫描光斑在影像板上的扫描路径4平行或并列。

本实施例中，滤光片7设置在滤除部件6和光电转换机构8之间，用于滤除经过狭缝61后的荧光中掺杂的激发光。

本实施例中，光电转换机构8包括光电倍增管。

上述口内影像扫描仪采用共聚焦系统，即激光器1、影像板上的扫描光斑（图1中的扫描路径4）以及狭缝61为共轭关系，从而实现了整个口内影像扫描系统的低杂散光。激光器1与扫描光斑的共轭关系保证了口内影像扫描仪的空间分辨率符合理论设计。扫描光斑与狭缝61共轭保证了只有扫描光斑处激发的荧光才能通过狭缝61，二次或者三级激发的有害荧光信号会打在滤除部件6的其它位置而不能通过狭缝61，从而抑制了杂散光对影像的对比度以及空间分辨率的影响。共聚焦系统使用了狭缝61抑制杂散光，狭缝61的大小为收集光学系统的衍射极限大小。狭缝61与影像板（扫描路径4）处于光学共轭位置，激光器与影像板（扫描路径4）处于光学共轭位置。

下面结合图2至图4对上述共聚焦系统的原理进行阐述。

传统的口内影像扫描仪的基本原理为：激光器通过准直镜、聚焦镜后打在棱镜（三棱镜或五棱镜）上，转动棱镜实现激光光束的转动，从而实现激光对影像板的扫描。激光对影像板的扫描的过程中，影像板被激光激发出荧光，荧光通过集光器收集进入光电传感器。此种影像板的荧光激发以及收集方式是现有技术中影像板扫描仪使用的方式，该种方式存在杂散光强，图像对比度差的问题，原因如下：

第一、影像板表面并非镜面，为粗糙表面，因此激光入射至影像板上会造成激光的闪耀效应。在理论设计中，为保证口内扫描系统的空间分辨率，需要将影像板上的激光光斑大小控制的非常小，一般为几十微米级别。但是实际上影像板表面的粗糙性质，非常小的激光光斑入射至影像板表面后迅速在该激光光点附近产生大量的散射光，这些散射光会对影像板产生二次激发。二次激发的荧光对图像质量是直接有害的，不仅仅影响了口内影像扫描系统的空间分辨率，同时对原始图像的对比度也有非常大的影响。

第二、一般荧光的收集装置为镀了高反射膜层的拋面镜，当激光入射至影像板后，会有大量的杂散光入射至拋面镜中，之后由拋面镜重新反射至影像板上造成了影像板的三次激发，三次激发的荧光同样会对图像的空间分辨率以及对比度产生很大的影响。

理论设计中，激光连续扫描三点（O1、O2、O3）的模型应当如图2，激光连续扫描三点O1、O2、O3所散发出的荧光信号1、2、3相互独立互不影响。但现有技术中，实际上O1被激发后，由于激光的闪耀效应，以及收集拋面镜的内壁反射作用，点O1附近很大区域都被激光照亮，产生很多二级激发荧光以及三次激发荧光。这些有害荧光使点O1、O2、O3所散发出的荧光信号1、2、3相互影响，如图3所示。这降低了口内影像扫描仪的空间分辨率以及对比度。

如图4所示，点91、点92以及点93都分别代表了影像板上的荧光激发点，仅点92为狭缝61共轭。其中，点92及点93为二次或者三次荧光激发点，这些荧光信号损害了影像的对比度以及空间分辨率，因此必须加以有效的滤除。由于点92与狭缝61所处平面是共轭关系，因此只有点92发出的荧光可以成像于滤除部件6的狭缝61处，点92发出的荧光成像于狭缝61处并通过狭缝61后到达光电转换机构8进行光电转换。点91以及点93这些二次或者三次荧光激发点由于不符合柱面镜的成像的共轭光系，点91以及点93成像于滤除部件6的非开口位置，因此不能通过狭缝61。因此该共轭收集成像系统可以有效的滤除类似于点91以及点93发出的的二次或者三次荧光，保证了口内影像扫描系统的对比度以及空间分辨率。

上述口内影像扫描仪具有如下特点：

在口内影像扫描仪中采用共聚焦系统，可以有效抑制系统中的各种杂散光，口内影像扫描系统中存在的二次或者三次荧光都够得到大幅抑制，保证了口内影像扫描仪具有优秀的对比度以及空间分辨率。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，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实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种口内影像扫描仪，包括激光器、用于对所述激光器出射的激光光束进行处理的光学机构、用于使激光光束形成照射在影像板上的可移动的扫描光斑的扫描机构、用于收集影像板上激发的荧光的荧光收集机构及用于进行光电转换的光电转换机构，其特征在于：所述口内影像扫描仪还包括用于供扫描光斑在影像板上激发的荧光透过的滤除部件，所述滤除部件设置于所述荧光收集机构和所述光电转换机构之间，所述滤除部件上开设有狭缝，所述狭缝与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。

2.根据权利要求1所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述口内影像扫描仪还包括滤光片，所述滤光片设置于所述滤除部件与所述荧光收集部件之间。

3.根据权利要求1所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述荧光收集机构包括柱面镜。

4.根据权利要求3所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述柱面镜上镀有350-450nm的介质膜层。

5.根据权利要求3所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述柱面镜的NA大于0.5。

6.根据权利要求1所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述激光器为单模半导体激光器。

7.根据权利要求1或6所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述激光器与用于照射在影像板上的所述扫描光斑共轭。

8.根据权利要求1所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述光学机构包括依次设置的准直透镜、孔径光阑以及聚焦透镜。

9.根据权利要求8所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述准直透镜由单个非球面镜组成，所述非球面镜的焦距为15~25mm，所述孔径光阑的直径为5~10mm，所述聚焦透镜的焦距为100~180mm。

10.根据权利要求1所述的口内影像扫描仪，其特征在于：所述扫描机构包括用于将激光光束反射到影像板上的振镜及用于驱动所述振镜在一定角度内偏转的振镜电机。

Images