DE102019129303A1

DE102019129303A1 - Scanning device for reading out an exposed imaging plate

Info

Publication number: DE102019129303A1
Application number: DE102019129303.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Weber; Christian Illg; Christian Zieffle; Ingo Großhans
Original assignee: Duerr Dental SE
Current assignee: Duerr Dental SE
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Eine Scanvorrichtung (10) zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie (12) umfasst eine Laserdiode (20) zum Erzeugen eines Ausleselichtstrahls (16) und einen Mikrospiegel (32), der um mindestens eine Achse (38, 42) verkippbar ist und den von der Laserdiode (20) erzeugten Ausleselichtstrahl (16) so ablenkt, dass der Ausleselichtstrahl scannerartig entlang einer vorgegebenen Bahn über die Speicherfolie (12) wandert. Im Strahlengang zwischen der Laserdiode (20) und dem Mikrospiegel (32) ist eine Strahlformungseinheit (22) angeordnet ist, die den Querschnitt des Ausleselichtstrahls (16) so an die Außenkontur der Spiegelfläche (36) anpasst, dass zu jedem Zeitpunkt während des Auslesens der Speicherfolie (12) höchstens P = 0,5% der Gesamtintensität des Ausleselichtstrahls auf Bereiche außerhalb der Spiegelfläche (36) fallen und gleichzeitig mindestens A = 38% der Spiegelfläche (36) von dem Ausleselichtstrahl (16) mit einer Intensität beleuchtet werden, die größer ist als 1/eder maximalen Intensität des Ausleselichtstrahls.A scanning device (10) for reading out an exposed image plate (12) comprises a laser diode (20) for generating a reading light beam (16) and a micromirror (32) which can be tilted about at least one axis (38, 42) and that of the laser diode (20) generates the read-out light beam (16) so that the read-out light beam travels scanner-like along a predetermined path over the image plate (12). A beam shaping unit (22) is arranged in the beam path between the laser diode (20) and the micromirror (32), which adapts the cross section of the readout light beam (16) to the outer contour of the mirror surface (36) in such a way that at any time during the readout Image plate (12) at most P = 0.5% of the total intensity of the read-out light beam fall on areas outside the mirror surface (36) and at the same time at least A = 38% of the mirror surface (36) are illuminated by the read-out light beam (16) with an intensity that is greater is as 1 / of the maximum intensity of the read-out light beam.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Scanvorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie. Solche Speicherfolien haben in den vergangenen Jahrzehnten aufgrund ihrer Wiederverwertbarkeit herkömmliche Silberhalogenid-basierte weitgehend Röntgenfilme ersetzt. Im Vordergrund stehen Scanvorrichtungen auf dem Gebiet der Dentalmedizin.The invention relates to a scanning device for reading out an exposed image plate. Such imaging plates have largely replaced conventional silver halide-based X-ray films in recent decades due to their recyclability. In the foreground are scanning devices in the field of dental medicine.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the prior art

In der Röntgentechnik werden heutzutage zur Aufnahme von Röntgenbildern häufig Speicherfolien verwendet. Die Speicherfolien enthalten ein Phosphormaterial, das in eine transparente Matrix eingebettet ist. Dadurch entstehen Speicherzentren, die durch einfallendes Röntgenlicht in angeregte metastabile Zustände gebracht werden können. Belichtet man eine solche Speicherfolie in einem Röntgengerät, so wird der Speicherfolie ein latentes Röntgenbild in Form von angeregten und nicht angeregten Speicherzentren eingeschrieben.In X-ray technology, imaging plates are often used to take X-ray images. The imaging plates contain a phosphor material that is embedded in a transparent matrix. This creates storage centers that can be brought into excited metastable states by incident X-ray light. If such an imaging plate is exposed in an X-ray device, a latent X-ray image in the form of excited and non-excited storage centers is written into the image plate.

Zum Auslesen der Speicherfolie wird diese in einer Scanvorrichtung punktweise mit Ausleselicht abgetastet, wodurch die metastabilen Zustände der angeregten Speicherzentren in einen Zustand gebracht werden, der schnell unter Abgabe von Fluoreszenzlicht relaxiert. Dieses Fluoreszenzlicht wird mit Hilfe eines Detektors erfasst, so dass man mit einer entsprechenden Auswerteelektronik das Röntgenbild sichtbar machen kann.To read out the image plate, it is scanned point-by-point in a scanning device with reading light, whereby the metastable states of the excited memory centers are brought into a state that quickly relaxes with the emission of fluorescent light. This fluorescent light is detected with the aid of a detector, so that the X-ray image can be made visible with appropriate evaluation electronics.

Herkömmliche Scanvorrichtungen führen die Speicherfolie entlang einer zylindrischen Fläche über einen Auslesespalt. Im Inneren der Zylinderfläche ist ein rotierender Spiegel vorgesehen, der einen umlaufenden Ausleselichtstrahl erzeugt. Dieser fällt durch den Auslesespalt auf die Speicherfolie und liest diese punktweise aus. Ein mechanischer Antrieb führt die Speicherfolie an dem Auslesespalt vorbei, sodass die gesamte Fläche der Speicherfolie erfasst wird.Conventional scanning devices guide the imaging plate along a cylindrical surface over a readout gap. A rotating mirror is provided in the interior of the cylinder surface, which generates a rotating reading light beam. This falls through the readout gap on the image plate and reads it out point by point. A mechanical drive guides the imaging plate past the readout gap, so that the entire surface of the imaging plate is captured.

Da der Ausleselichtstrahl um die Drehachse des Spiegels rotiert, trifft er nur kurzzeitig auf die Speicherfolie. Dies führt zu langen Auslesezeiten.Since the read-out light beam rotates around the axis of rotation of the mirror, it only hits the image plate for a short time. This leads to long readout times.

Aus der WO 2013/075767 A1 ist eine Scanvorrichtung bekannt, bei der anstelle des rotierenden Spiegels ein vorzugsweise um zwei Kippachsen verkippbarer Mikrospiegel eingesetzt wird, der in MEMS-Technologie ausgebildet ist. Kennzeichnend für die MEMS-Technologie ist die Integration von mechanischen Elementen, Aktuatoren und elektronischen Logikelementen auf einem gemeinsamen Substrat. Die Herstellung derartiger Bauelemente erfolgt ähnlich wie bei integrierten Schaltkreisen und Speicherchips und umfasst das Aufbringen von Materialschichten sowie nachfolgende Belichtungs- und Ätzvorgänge, um die Materialschichten zu strukturieren. MEMS-Mikrospiegel sind sehr zuverlässig und reagieren aufgrund ihrer geringen Masse sehr schnell auf Ansteuersignale. Ein in MEMS-Technologie aufgebauter Mikrospiegel kann deswegen besonders hohe Ablenkgeschwindigkeiten erreichen.From the WO 2013/075767 A1 A scanning device is known in which a micro mirror, which is preferably tiltable about two tilting axes, is used instead of the rotating mirror and is designed in MEMS technology. Characteristic of MEMS technology is the integration of mechanical elements, actuators and electronic logic elements on a common substrate. Components of this type are produced in a similar way to integrated circuits and memory chips and include the application of material layers and subsequent exposure and etching processes in order to structure the material layers. MEMS micromirrors are very reliable and, due to their low mass, react very quickly to control signals. A micromirror constructed in MEMS technology can therefore achieve particularly high deflection speeds.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass es bei Scanvorrichtungen mit Mikrospiegeln schwierig ist, die Auflösung der Röntgenbilder zu erhöhen. Um eine höhere Auflösung zu erreichen, muss der Durchmesser des Brennflecks des Ausleselichtstrahls auf der Speicherfolie möglichst klein sein. Dies erfordert wiederum einen großen Durchmesser des Ausleselichtstrahls auf dem Mikrospiegel, da ansonsten eine sehr aufwendige Optik erforderlich ist oder nur kleine Scanfelder möglich sind. Die Spiegelfläche des Mikrospiegels kann aber andererseits nicht beliebig vergrößert werden, da der Spiegel dadurch zu schwer würde, was sich nachteilig auf die Ansteuerbarkeit und die erreichbaren Kippfrequenzen auswirkt.However, it has been shown that it is difficult to increase the resolution of the X-ray images in the case of scanning devices with micromirrors. In order to achieve a higher resolution, the diameter of the focal spot of the read-out light beam on the imaging plate must be as small as possible. This in turn requires a large diameter of the read-out light beam on the micromirror, since otherwise very complex optics are required or only small scan fields are possible. On the other hand, the mirror surface of the micromirror cannot be enlarged arbitrarily, since this would make the mirror too heavy, which has a disadvantageous effect on the controllability and the achievable tilting frequencies.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, eine Scanvorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie anzugeben, mit der sich besonders hohe Auflösungen erreichen lassen.The object of the invention is therefore to provide a scanning device for reading out an exposed image plate, with which particularly high resolutions can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Scanvorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie, die eine Laserdiode zum Erzeugen eines Ausleselichtstrahls hat. Ferner verfügt die Scanvorrichtung über einen Mikrospiegel, der um mindestens eine Achse verkippbar und dazu eingerichtet ist, den von der Laserdiode erzeugten Ausleselichtstrahl so abzulenken, dass der Ausleselichtstrahl scannerartig entlang einer vorgegebenen Bahn über die Speicherfolie wandert, wobei der Mikrospiegel eine Spiegelfläche mit einer Außenkontur hat. Zur Scanvorrichtung gehört ferner ein Detektor, der dazu eingerichtet ist, Fluoreszenzlicht zu detektieren, das von der Speicherfolie beim Abtasten mit dem Ausleselichtstrahl abgegeben wird. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang zwischen der Laserdiode und dem Mikrospiegel eine Strahlformungseinheit angeordnet. Diese ist dazu eingerichtet, den Querschnitt des Ausleselichtstrahls so an die Außenkontur der Spiegelfläche anzupassen, dass zu jedem Zeitpunkt während des Auslesens der Speicherfolie höchstens P = 0,5% der Gesamtintensität des Ausleselichtstrahls auf Bereiche außerhalb der Spiegelfläche fallen und gleichzeitig mindestens A = 38% der Spiegelfläche von dem Ausleselichtstrahl mit einer Intensität beleuchtet werden, die größer ist als 1/e² der maximalen Intensität des Ausleselichtstrahls.This object is achieved by a scanning device for reading out an exposed image plate which has a laser diode for generating a read-out light beam. Furthermore, the scanning device has a micromirror which can be tilted about at least one axis and is set up to deflect the read-out light beam generated by the laser diode in such a way that the read-out light beam travels over the image plate in a scanner-like manner along a predetermined path, the micromirror having a mirror surface with an outer contour , The scanning device also includes a detector which is set up to detect fluorescent light which is emitted by the imaging plate when it is scanned with the read-out light beam. According to the invention, a beam shaping unit is arranged in the beam path between the laser diode and the micromirror. This is set up to adapt the cross-section of the read-out light beam to the outer contour of the mirror surface in such a way that at any time during the read-out of the imaging plate at most P = 0.5% of the total intensity of the read-out light beam falls on areas outside the mirror surface and at the same time at least A = 38% of the mirror surface are illuminated by the read-out light beam with an intensity that is greater than 1 / e ^{2 of} the maximum intensity of the read-out light beam.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die Auflösung beim Scanvorgang erhöhen lässt, wenn die Ausleuchtung des Mikrospiegels optimiert wird. Durch die erfindungsgemäß Strahlformungseinheit, die dem Mikrospiegel im Lichtweg vorgelagert ist, wird sichergestellt, dass die verfügbare Spiegelfläche optimal genutzt wird, ohne dass ein signifikanter Teil der Gesamtintensität des Ausleselichtstrahls auf Bereiche außerhalb der Spiegelfläche fällt. Dadurch ist es möglich - und zwar ohne Vergrößerung der Spiegelfläche, die zu schlechteren mechanischen Eigenschaften des Mikrospiegels führen würde -, eine besonders hohe Auflösung zu erreichen, weil der Spiegel vollflächig ausgeleuchtet wird. Ein großer Lichtfleck auf dem Spiegel ermöglicht einen kleinen Brennfleck auf der Speicherfolie und damit eine hohe räumliche Auflösung. The invention is based on the knowledge that the resolution during the scanning process can be increased if the illumination of the micromirror is optimized. The beam shaping unit according to the invention, which is located upstream of the micromirror in the light path, ensures that the available mirror surface is used optimally without a significant part of the total intensity of the read-out light beam falling on areas outside the mirror surface. This makes it possible - without enlarging the mirror surface, which would lead to poorer mechanical properties of the micromirror - to achieve a particularly high resolution because the mirror is fully illuminated. A large light spot on the mirror enables a small focal spot on the image plate and thus a high spatial resolution.

Bisher konnten die Mikrospiegel nicht in dieser Weise ausgeleuchtet werden, da die als Lichtquelle verwendeten Laserdioden ein rechteckiges Lichtaustrittsfenster haben und auf diese Weise beugungsbedingt der Ausleselichtstrahl direkt hinter der Laserdiode einen elliptischen Querschnitt hat. Passt man diesen elliptischen Querschnitt in die verfügbare Spiegelfläche ein, so bleibt ein größerer Teil der Spiegelfläche ungenutzt. Die Größe des Lichtflecks auf den Mikrospiegel zu erhöhen, stellt dabei keine gangbare Alternative dar, da bei einem elliptischen Querschnitt unvermeidlich ein größerer Teil der Gesamtintensität außerhalb der Spiegelfläche auf die umgebenden Strukturen auftrifft. Die damit einhergehender Reflexe führen dazu, dass Punkte oder (bei sich bewegenden Speicherfolien) Linien auf den Speicherfolien dauerhaft ausgeleuchtet werden, was zu punktförmigen oder strichförmigen Artefakten auf den errechneten Bildern führt.So far, the micromirrors could not be illuminated in this way, since the laser diodes used as the light source have a rectangular light exit window and in this way, due to diffraction, the read-out light beam directly behind the laser diode has an elliptical cross section. If you fit this elliptical cross-section into the available mirror surface, a larger part of the mirror surface remains unused. Increasing the size of the light spot on the micromirror is not a viable alternative, since with an elliptical cross section a larger part of the total intensity inevitably strikes the surrounding structures outside the mirror surface. The associated reflections mean that dots or (with moving image plates) lines on the image plates are permanently illuminated, which leads to punctiform or line-shaped artifacts on the calculated images.

Die Strahlformungseinheit formt somit den Querschnitt des Ausleselichtstrahls so um, dass er zeitlich konstant innerhalb der Spiegelfläche liegt und diese optimal überdeckt. Günstig ist eine Strahlformungseinheit auch deswegen, weil sich auf diese Weise zeitliche Schwankungen der Laseremission, wie sie beispielsweise durch Temperatur- und Alterungserscheinungen auftreten, unterdrücken lassen. Auch Schwankungen zwischen Laserdioden ein und desselben Typs und damit einhergehende Auflösungsunterschiede lassen sich auf diese Weise reduzieren.The beam shaping unit thus reshapes the cross section of the read-out light beam in such a way that it is constant in time within the mirror surface and optimally covers it. A beam shaping unit is also inexpensive because it can be used to suppress fluctuations in the laser emission over time, such as those caused by temperature and aging. Fluctuations between laser diodes of the same type and the associated differences in resolution can also be reduced in this way.

Bei der Strahlformungseinheit kann es sich beispielsweise um ein anamorphes Prismenpaar handeln, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, um elliptische in kreisförmige Strahlquerschnitte umzuwandeln. Wenn zusätzlich ein Paar von orthogonalen Zylinderlinsen verwendet wird, wie dies aus der DE 10 2010 036 632 A1 bekannt ist, lässt sich auch ein Ausleselichtstrahl erzeugen, der eine isotrope, das heißt richtungsunabhängige, Divergenz hat.The beam shaping unit can, for example, be an anamorphic prism pair, as is known in the prior art, in order to convert elliptical to circular beam cross sections. If, in addition, a pair of orthogonal cylindrical lenses is used, as shown in the DE 10 2010 036 632 A1 is known, a read-out light beam can also be generated which has an isotropic, that is to say direction-independent, divergence.

Noch günstiger ist es jedoch, wenn die Strahlformungseinheit eine Monomodefaser umfasst, in die der von der Laserdiode erzeugte Ausleselichtstrahl einkoppelbar ist. Primärer Zweck der Monomodefaser ist nicht die Weiterleitung des Ausleselichts, sondern die Umwandlung des elliptischen Strahlquerschnitts in einen runden Strahlquerschnitt. Außerdem lassen sich durch eine Monomodefaser Rückreflexionen von Laserlicht zurück in die Laserdiode signifikant unterdrücken. Solche störenden Rückreflexionen können dazu führen, dass die Laserleistung zeitlich schwankt, was sich unmittelbar auf die Qualität der errechneten Bilder auswirkt. Die Verwendung einer Monomodefaser reduziert auch den Aufwand bei der Justage der benötigten Baugruppen erheblich. Eine Strahlformungseinheit mit einer Monomodefaser hat außerdem einen besonders einfachen Aufbau und ist daher preisgünstig in der Herstellung.However, it is even more favorable if the beam shaping unit comprises a single-mode fiber into which the read-out light beam generated by the laser diode can be coupled. The primary purpose of the single-mode fiber is not to transmit the read-out light, but to convert the elliptical beam cross-section into a round beam cross-section. In addition, a single-mode fiber can significantly suppress back reflections of laser light back into the laser diode. Such disturbing back reflections can cause the laser power to fluctuate over time, which has a direct effect on the quality of the calculated images. The use of a single-mode fiber also considerably reduces the effort involved in adjusting the required assemblies. A beam shaping unit with a single-mode fiber also has a particularly simple structure and is therefore inexpensive to manufacture.

Wenn die Strahlformungseinheit zusätzlich eine Einkoppeloptik aufweist, die dazu eingerichtet ist, den Ausleselichtstrahl in die Monomodefaser einzukoppeln, lassen sich Lichtverluste bei der Verwendung einer Monomodefaser verringern.If the beam shaping unit additionally has a coupling-in optical unit which is set up to couple the read-out light beam into the single-mode fiber, light losses can be reduced when using a single-mode fiber.

Wenn die Strahlformungseinheit außerdem einen Kollimator aufweist, der den aus der Monomodefaser austretenden Ausleselichtstrahl kollimiert, so erhält man hinter dem Kollimator einen Ausleselichtstrahl mit einem kreisrunden und zeitlich stabilen Querschnitt, der optimal an eine kreisrunde Spiegelfläche angepasst werden kann.If the beam shaping unit also has a collimator that collimates the read-out light beam emerging from the monomode fiber, then a read-out light beam with a circular and temporally stable cross section is obtained behind the collimator, which can be optimally adapted to a circular mirror surface.

Die Spiegelfläche kann auch eine elliptische Kontur haben. Zweckmäßig ist dies beispielsweise dann, wenn der Mikrospiegel gleichzeitig als Faltungsspiegel dient, um die optische Achse abzuwinkeln. In diesem Fall trifft der Ausleselichtstrahl schräg auf die Spiegelfläche. Bei einem Ausleselichtstrahl mit einem kreisrunden Querschnitt führt dies dazu, dass der auf der Spiegelfläche ausgeleuchtete Bereich eine elliptische Kontur hat.The mirror surface can also have an elliptical contour. This is useful, for example, when the micromirror also serves as a folding mirror in order to bend the optical axis. In this case, the read-out light beam hits the mirror surface at an angle. In the case of a read-out light beam with a circular cross section, this leads to the area illuminated on the mirror surface having an elliptical contour.

Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Scanvorrichtung eine Abbildungsoptik, die gemeinsam mit dem Kollimator ein Austrittsende der Monomodefaser auf die Speicherfolie abbildet. Die Abbildungsoptik kann dazu ein f-Theta-Objektiv aufweisen.In one embodiment, the scanning device contains imaging optics which, together with the collimator, images an exit end of the single-mode fiber on the image plate. For this purpose, the imaging optics can have an f-theta objective.

Eine erfindungsgemäße Strahlformungseinheit ist auch bei Scanvorrichtungen vorteilhaft, bei denen anstelle einer Mikrospiegels ein rotierender Spiegel oder ein rotierendes Prisma zur Ablenkung des Ausleselichtstrahls verwendet wird. Gegenstand der Erfindung ist deswegen auch eine Scanvorrichtung zum Auslesen einer belichteten Speicherfolie, die eine Laserdiode zum Erzeugen eines Ausleselichtstrahls hat. Ferner verfügt die Scanvorrichtung über eine bewegliche Fläche, wobei die Fläche dazu eingerichtet ist, den von der Laserdiode erzeugten Ausleselichtstrahl so abzulenken, dass der Ausleselichtstrahl scannerartig entlang einer vorgegebenen Bahn über die Speicherfolie wandert. Zur Scanvorrichtung gehört ferner ein Detektor, der dazu eingerichtet ist, Fluoreszenzlicht zu detektieren, das von der Speicherfolie beim Abtasten mit dem Ausleselichtstrahl abgegeben wird. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang zwischen der Laserdiode und der beweglichen Fläche eine Strahlformungseinheit angeordnet, bei der es sich z.B. um eine Monomodefaser handeln kann.A beam shaping unit according to the invention is also advantageous in scanning devices in which a rotating mirror or a rotating prism is used to deflect the read-out light beam instead of a micromirror. The invention therefore also relates to a scanning device for reading out an exposed image plate which has a laser diode for generating a reading light beam. Furthermore, the scanning device has a movable surface, the surface is set up to deflect the read-out light beam generated by the laser diode in such a way that the read-out light beam travels over the image plate in a scanner-like manner along a predetermined path. The scanning device also includes a detector which is set up to detect fluorescent light which is emitted by the imaging plate when it is scanned with the read-out light beam. According to the invention, a beam shaping unit, which can be, for example, a single-mode fiber, is arranged in the beam path between the laser diode and the movable surface.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1: einen schematischen meridionalen Schnitt durch die optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung;
2: eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel für einen um zwei Kippachsen verkippbaren Mikrospiegel, der Teil der in der 1 gezeigten Scanvorrichtung ist;
3: die Ausleuchtung eines Mikrospiegels bei einer Scanvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
4: die Ausleuchtung des Mikrospiegels bei der erfindungsgemäßen Scanvorrichtung;
5: einen Graph zur Erläuterung der Intensitätsverteilung des Ausleselichtstrahls.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. In these show:

1 : a schematic meridional section through the optical components of a scanning device according to the invention;
2 : A plan view of an embodiment of a micromirror which can be tilted about two tilting axes, the part of the mirror shown in FIG 1 shown scanning device;
3 : the illumination of a micromirror in a scanning device according to the prior art;
4 : the illumination of the micromirror in the scanning device according to the invention;
5 : a graph to explain the intensity distribution of the read-out light beam.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die 1 zeigt in einem schematischen meridionalen Schnitt die optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Scanvorrichtung, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Scanvorrichtung 10 dient dazu, auf eine Speicherfolie 12, die im dargestellten Ausführungsbeispiel plan auf einem Träger 14 aufliegt und dort mit nicht dargestellten Mitteln gehalten wird, einen Ausleselichtstrahl 16 so zu richten, dass dieser mit minimal kleinem Brennfleck 18 auf die Speicherfolie 12 fokussiert ist. Das in der Speicherfolie am Auftreffort erzeugte Fluoreszenzlicht wird von einem bei 19 angedeuteten Detektor erfasst, der mit einer nicht dargestellten Auswerteelektronik verbunden ist.The 1 shows in a schematic meridional section the optical components of a scanning device according to the invention, the total with 10 is designated. The scanning device 10 is used on an imaging plate 12 , which in the illustrated embodiment are flat on a support 14 rests and is held there by means not shown, a read-out light beam 16 so that it has a minimally small focal spot 18 on the imaging plate 12 is focused. The fluorescent light generated in the image plate at the point of impact is emitted by a 19 indicated detector detected, which is connected to evaluation electronics, not shown.

Zur Erzeugung des Ausleselichtstrahls 16 dient eine Laserdiode 20, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Emissionswellenlänge von 638 nm hat. Diese Wellenlänge liegt im optimalen Anregungsspektrum der Photolumineszenz der Speicherfolie 12 liegt. Im Gehäuse der Laserdiode kann eine Photodiode integriert sein, die zur Regelung der Laserleistung genutzt werden kann.To generate the readout light beam 16 serves a laser diode 20 , which has an emission wavelength of 638 nm in the illustrated embodiment. This wavelength lies in the optimal excitation spectrum of the photoluminescence of the image plate 12 lies. A photodiode can be integrated in the housing of the laser diode and can be used to regulate the laser power.

Der aus der Laserdiode 20 austretende Ausleselichtstrahl 16 hat infolge des rechteckigen Austrittsfensters der Laserdiode 20 einen elliptischen Querschnitt. Dieser elliptische Querschnitt wird von einer Strahlformungseinheit 22 in einen kreisförmigen Querschnitt umgewandelt. Die Strahlformungseinheit 22 weist zu diesem Zweck eine Einkoppeloptik 24 auf, die den aus der Laserdiode 20 austretenden Ausleselichtstrahl 16 in eine Monomodefaser 26 einkoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Monomodefaser 26 eine Cutoff-Wellenlänge von 570 nm, wodurch ein Anschwingen höherer Moden zuverlässig verhindert wird. Erlaubte man die Ausbreitung von Moden höherer Ordnung, nähme man einen größeren Durchmesser des Brennflecks 18 auch auf der Speicherfolie 12 und damit eine geringere räumliche Auflösung in Kauf.The one from the laser diode 20 emerging light beam 16 has due to the rectangular exit window of the laser diode 20 an elliptical cross section. This elliptical cross section is created by a beam shaping unit 22 converted into a circular cross section. The beam shaping unit 22 has a coupling optics for this purpose 24 on that from the laser diode 20 emerging light beam 16 into a single mode fiber 26 couples. In the illustrated embodiment, the single-mode fiber 26 a cutoff wavelength of 570 nm, which reliably prevents higher modes from oscillating. If higher order modes were allowed to propagate, one would take a larger diameter of the focal spot 18 also on the imaging plate 12 and thus a lower spatial resolution in purchase.

Der aus der Monomodefaser 26 austretende Ausleselichtstrahl 16 hat eine isotrope, d.h. im Querschnitt kreisförmige, Intensitätsverteilung und wird von einem Kollimator 28 in einen kollimierten Strahl umgewandelt. Ein Kollimator 30 bildet das Austrittsende der Monomodefaser 26, deren Kern einen Durchmesser von 4 µm hat, ins Unendliche ab, wodurch ein kollimierter Ausleselichtstrahl 16 auf einen Mikrospiegel 32 trifft, der im dargestellten Ausführungsbeispiel um zwei Achsen verkippbar ist. In der 1 ist die Verkippbarkeit um eine zur Papierebene senkrechte Kippachse durch einen Doppelpfeil 33 angedeutet; die andere Kippachse liegt in der Papierebene und ist nicht dargestellt. Der Mikrospiegel 32 ist in MEMS-Technologie aufgebaut und wird vorzugsweise so gepulst angesteuert, dass er mit seiner Eigenfrequenz hochfrequent oszilliert. In anderen Ausführungsbeispielen wird der Mikrospiegel 32 induktiv angesteuert und schwingt nicht in Resonanz.The single-mode fiber 26 emerging light beam 16 has an isotropic, ie circular cross section, intensity distribution and is used by a collimator 28 converted into a collimated beam. A collimator 30 forms the exit end of the single-mode fiber 26 , whose core has a diameter of 4 µm, goes to infinity, resulting in a collimated readout light beam 16 on a micromirror 32 hits, which is tiltable about two axes in the illustrated embodiment. In the 1 is the tiltability about a tilt axis perpendicular to the paper plane by means of a double arrow 33 indicated; the other tilt axis lies in the paper plane and is not shown. The micromirror 32 is built in MEMS technology and is preferably pulsed so that it oscillates at high frequency with its natural frequency. In other embodiments, the micromirror 32 inductively controlled and does not resonate.

Die 2 zeigt den Mikrospiegel 32 in einer Draufsicht. Das scheibenförmige Spiegelsubstrat trägt eine reflektierende Beschichtung, welche die von einer kreisrunden Kontur begrenzte Spiegelfläche 36 definiert. Mit einer Schraffur 34 ist der von dem Ausleselichtstrahl 16 beleuchtete Bereich auf der Spiegelfläche 36 angedeutet; der 1/e²-Durchmesser auf der Spiegelfläche 36 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 4 µm. Das Spiegelsubstrat ist über ein Festkörpergelenk um eine erste Kippachse 38 verkippbar in einem Rahmen 40 gelagert, der seinerseits über ein weiteres Festkörpergelenk um eine orthogonale zweite Kippachse 42 verkippbar in einem Außenrahmen 44 gehalten ist. Da derartige Mikrospiegel an und für sich im Stand der Technik bekannt sind, wird auf die Erläuterung weiterer Einzelheiten hierzu verzichtet.The 2 shows the micromirror 32 in a top view. The disk-shaped mirror substrate has a reflective coating, which is the mirror surface bounded by a circular contour 36 Are defined. With hatching 34 is that of the readout light beam 16 illuminated area on the mirror surface 36 indicated; the 1 / e ² diameter on the mirror surface 36 is about 4 microns in the illustrated embodiment. The mirror substrate is about a first tilt axis via a solid-state joint 38 tiltable in a frame 40 stored, which in turn via a further solid body joint about an orthogonal second tilt axis 42 tiltable in an outer frame 44 is held. Since micromirrors of this type are known per se in the prior art, further details on this are not explained.

Wie die 1 zeigt, trifft der Ausleselichtstrahl 16 nach Reflexion am Mikrospiegel 32 auf ein f-Theta-Objektiv, das im dargestellten Ausführungsbeispiel nur durch eine einzelne Linse angedeutet ist. Das f-Theta-Objektiv 46 stellt sicher, dass sich der Brennfleck 18 unabhängig vom Kippwinkel des Mikrospiegels 32 stets in der Ebene der Speicherfolie 12 befindet. Die seitliche Auslenkung des Brennflecks 18 ist dabei zumindest annähernd proportional zum Kippwinkel des Mikrospiegels 32. Wenn das f-Theta-Objektiv 46 telezentrisch ist, trifft der Ausleselichtstrahl 16 stets senkrecht auf die Speicherfolie 12, wie dies in der 1 für einen durch Verkippen des Mikrospiegels 32 entstandenen Ausleselichtstrahl 16' dargestellt ist. Der Mikrospiegel 32 wird so angesteuert, dass der Ausleselichtstrahl 16 scannerartig entlang einer vorgegebenen Bahn über die Speicherfolie 12 wandert. Einzelheiten dazu lassen sich der oben erwähnten WO 2013/075767 A1 entnehmen. As the 1 shows, the read beam hits 16 after reflection on the micromirror 32 to an f-theta lens, which is indicated in the exemplary embodiment shown only by a single lens. The f-theta lens 46 makes sure that the focal spot 18 regardless of the tilt angle of the micromirror 32 always in the image plate level 12 located. The lateral deflection of the focal spot 18 is at least approximately proportional to the tilt angle of the micromirror 32 , If the f-theta lens 46 is telecentric, the read beam hits 16 always perpendicular to the imaging plate 12 how this in the 1 for one by tilting the micromirror 32 resulting light beam 16 ' is shown. The micromirror 32 is controlled so that the read-out light beam 16 scanner-like along a predetermined path over the imaging plate 12 emigrated. Details on this can be found in the above WO 2013/075767 A1 remove.

Die 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Spiegelfläche 36 eines Mikrospiegels 32 und den 1/e²-Querschnitt des Ausleselichtstrahls 16, wie man ihn bislang im Stand der Technik erhalten hat. Um eine großflächige Ausleuchtung der Spiegelfläche 36 zu erreichen, überdeckt der elliptische Querschnitt 34 des Ausleselichtstrahls 16 die Spiegelfläche 36 so, dass ein signifikanter Teil des Ausleselichts außerhalb der Spiegelfläche 36 liegt. Die außerhalb der Spiegelfläche 36 auf das MEMS-Spiegelmodul auftreffenden Anteile des Ausleselichts werden dort in der Regel zu einem größeren Teil reflektiert und treffen immer am gleichen Ort auf die Speicherfolie 12 auf, was zu unerwünschten Artefakten in den errechneten Bildern führt.The 3 shows a schematic plan view of a mirror surface 36 of a micromirror 32 and the 1 / e ² cross section of the read-out light beam 16 as has been obtained in the prior art. For large-area illumination of the mirror surface 36 the elliptical cross section covers 34 of the readout light beam 16 the mirror surface 36 so that a significant part of the reading light is outside the mirror surface 36 lies. The outside of the mirror surface 36 Portions of the reading light striking the MEMS mirror module are generally largely reflected there and always strike the image plate at the same location 12 on what leads to unwanted artifacts in the calculated images.

Die 4 zeigt die gleiche Situation bei Verwendung der erfindungsgemäßen Strahlformungseinheit 22. Der 1/e²-Querschnitt (angedeutet durch den schraffierten Bereich 34) ist nun so in die Spiegelfläche 36 eingepasst, dass mindestens 38% der Spiegelfläche 36 davon überdeckt werden. Wie die nachfolgend diskutierte 5 zeigt, trifft auch außerhalb des 1/e²-Querschnitts noch ein bedeutender Teil des Ausleselichtstrahls auf die Spiegelfläche 36. Der Bereich 34 ist groß, aber trotzdem klein genug, damit während des Auslesens der Speicherfolie 12 höchstens 0,5% der Gesamtintensität des Ausleselichtstrahls 16 auf Bereiche außerhalb der Spiegelfläche 36 fallen. Mit diesen Werten wurde ein Durchmesser des Brennflecks 18 auf der Speicherfolie 12 von etwa 40 µm erreicht, was bei Verwendung marktgängiger Speicherfolien zu Auflösungen in der Größenordnung von rund 650 dpi führt. Eine solche Optimierung der Größe des Bereichs 34 ist nur möglich, weil erfindungsgemäß Größe, Form und Lage des Bereichs 34 durch die Strahlformungseinheit 22 sehr genau und zeitlich stabil festgelegt werden können. Ohne die Strahlformungseinheit 22 würde man bei ansonsten unveränderten Bedingungen auf der Speicherfolie einen elliptischen Brennfleck mit 1/e² Abmessungen von etwa 38 µm × 74 µm erhalten.The 4 shows the same situation when using the beam shaping unit according to the invention 22 , The 1 / e ² cross section (indicated by the hatched area 34 ) is now in the mirror surface 36 fitted that at least 38% of the mirror area 36 are covered by it. Like the one discussed below 5 shows, a significant part of the read-out light beam hits the mirror surface even outside the 1 / e ² cross-section 36 , The area 34 is large, but still small enough to read the imaging plate 12 at most 0.5% of the total intensity of the read-out light beam 16 to areas outside the mirror surface 36 fall. With these values, a diameter of the focal spot became 18 on the imaging plate 12 of about 40 µm, which leads to resolutions of around 650 dpi when using commercially available image plates. Such optimization of the size of the area 34 is only possible because according to the invention the size, shape and location of the area 34 through the beam shaping unit 22 can be set very precisely and in a stable manner over time. Without the beam shaping unit 22 with otherwise unchanged conditions, an elliptical focal spot with 1 / e ² dimensions of approximately 38 µm × 74 µm would be obtained on the image plate.

Die 5 zeigt schematisch anhand eines Graphen die Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Ausleselichtstrahls 16. Darin bezeichnet x den radialen Abstand von dem Strahlschwerpunkt und I(x) die Intensität in Abhängigkeit von diesem Abstand. Mit einer gestrichelten Linie ist die mit 2w bezeichnete 1/e²-Breite des Ausleselichtstrahls 16 angedeutet. Diese Breite ist definiert als der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Punkten, an denen die Intensität von ihrem Maximalwert I_max= I(0) auf den Wert I_max/e²= 0,135. I_max abgefallen ist. Die Breite 2w entspricht dabei dem Durchmesser des in der 4 auf der Spiegelfläche 36 beleuchteten Bereichs 34.The 5 shows schematically, using a graph, the intensity distribution over the cross section of the read-out light beam 16 , Here x denotes the radial distance from the center of gravity and I (x) the intensity as a function of this distance. With a dashed line is the 1 / e ² width of the readout light beam denoted by 2w 16 indicated. This width is defined as the distance between two opposite points at which the intensity from its maximum value I _max = I (0) to the value I _max / e ² = 0.135. I _{max has} dropped. The width 2w corresponds to the diameter of the 4 on the mirror surface 36 illuminated area 34 ,

Da bei Abständen |x| > 1/e² die Intensitätsverteilung nur langsam abfällt, entfallen lediglich rund 86,5% der Gesamtintensität auf den Bereichs 34. Wenn 99,5% der Gesamtintensität auf die Spiegelfläche 36 auftreffen sollen, muss die Breite 2w deswegen erheblich kleiner sein als der Durchmesser der Spiegelfläche 36. Entsprechende Überlegungen gelten auch für Spiegel mit nicht kreisförmiger Kontur.Since at intervals | x | > 1 / e ² the intensity distribution falls slowly, only around 86.5% of the total intensity is in the area 34 , If 99 , 5% of the total intensity on the mirror surface 36 the width must hit 2w therefore be significantly smaller than the diameter of the mirror surface 36 , Corresponding considerations also apply to mirrors with a non-circular contour.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2013/075767 A1 [0006, 0026]
DE 102010036632 A1 [0013]

Claims

Scanning device (10) for reading out an exposed image plate (12), comprising: a) a laser diode (20) for generating a reading light beam (16), b) a micromirror (32) which can be tilted about at least one axis (38, 42) and is set up to deflect the read-out light beam (16) generated by the laser diode (20) in such a way that the read-out light beam travels scanner-like along a predetermined path over the image plate (12), the micromirror having a mirror surface (36) with an outer contour, c) a detector (19) which is set up to detect fluorescent light which is emitted by the imaging plate (12) when scanned with the read-out light beam (16), characterized in that d) in the beam path between the laser diode (20) and the micromirror (32) a beam shaping unit (22) is arranged, which is set up to adapt the cross section of the reading light beam (16) to the outer contour of the mirror surface (36) in such a way that w During the reading of the image plate (12), at most P = 0.5% of the total intensity of the reading light beam falls on areas outside the mirror surface (36) and at the same time at least A = 38% of the mirror surface (36) is illuminated with an intensity by the reading light beam (16) which is greater than 1 / e ^{2 of} the maximum intensity of the read-out light beam.

Scan device for Claim 1 , characterized in that the beam shaping unit (22) comprises a single-mode fiber (26) into which the read-out light beam (16) generated by the laser diode (20) can be coupled.

Scan device for Claim 2 , characterized in that the beam shaping unit (22) has a coupling optics (24) which is set up to couple the reading light beam into the single-mode fiber (26).

Scanning device according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that the beam shaping unit (22) has a collimator (28) which collimates the read-out light beam (16) emerging from the single-mode fiber (26).

Scan device for Claim 4 , characterized by imaging optics (30) which, together with the collimator (28), images an exit end of the single-mode fiber (26) on the imaging plate (12).

Scan device for Claim 5 , characterized in that the imaging optics (30) contains an f-theta objective (46).