WO2015124288A2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von multi- oder hyperspektralem licht, zur hyperspektralen bildgebung und/oder zur distanz- und/oder 2-d oder 3-d profilmessung eines objekts mittels spektrometrie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von multi- oder hyperspektralem licht, zur hyperspektralen bildgebung und/oder zur distanz- und/oder 2-d oder 3-d profilmessung eines objekts mittels spektrometrie Download PDF

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Definitions

  • Method 1 and device for generating multi- or hyperspectral light, for hyperspectral imaging and / or for distance and / or 2-D or 3-D profile measurement of an object by means of spectrometry
  • the present invention relates to methods and apparatus for generating multi- or hyperspectral illumination light with an addressable spectrum, in particular for (adaptive) multi- or hyperspectral imaging, for acquiring structural and / or topographical information of an object or for detecting the 2D or 3D Profile of an object or to detect the distance to an object by means of spectroscopy.
  • DE 10 2006 007 172 B4 discloses a method and a device for fast, spatially resolved, areal spectroscopic analysis and multispectral imaging.
  • the device comprises a screened, areal array of microlenses and respective pinholes assigned to the foci of the microlenses, a planar detector matrix in the detection beam path, and means for lateral spectral splitting and focusing of the multispectral light incident on the planar detector matrix, so that on the Detector matrix is a spectral axis.
  • the planar array is arranged at an acute angle to the spectral axis inclined on the flat detector matrix, whereby an optimal use of the area of the detector matrix can be achieved.
  • the Ortsank solution of this method is not optimal.
  • US 8,014,569 B2 discloses a method and a device for food control.
  • light patterns generated by the DMD application are projected onto the sample (fruits, vegetables or other foods), which are subsequently spectrally analyzed by means of variable spectral filters to obtain information about the state of the sample.
  • WPF-15 will be a light source for generating spectral frequency combs with controllable wavelengths and frequency spacing for the Spectral interferometry or frequency comb interferometry
  • fast-measuring spectral interferometry can be operated, in particular if a priori knowledge of the size of the optical path difference in the spectral interferometer is at least approximately present, for example in the case of almost flat, small objects or a thin layer
  • the proposed light source is not or only partially applicable for hyperspectral imaging or three-dimensional measuring methods such as the chromatic-confocal technique.
  • a further disadvantage of the methods and devices known from the prior art for multi- or hyperspectral imaging is the reduced signal / noise ratio, since not all spectral components or spectral components are simultaneously in optical and / or data engagement with the imaged or examined object , In addition, these methods have a lack of flexibility in the choice of hyperspectral analysis parameters.
  • an illuminating device for generating multi- or hyperspectral illuminating light with an addressable spectrum according to claim 1 a multi- or hyperspectral imaging device according to claim 7, a multi- or hyperspectral measuring device according to claim 12, a method for generating multi- or hyperspectral Illumination light according to claim 13 and method for multi- or hyperspectral imaging and / or for distance and / or topography measurement according to Claim 16 solved.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
  • a lighting apparatus for generating multi-or hyperspectral illuminating light with an addressable spectrum.
  • the illumination device comprises a multispectral light source and a modulation device, which is designed to temporally modulate the individual spectral components of the light emitted by the multispectral light source, the temporal modulations of the individual spectral components being different from one another.
  • the individual spectral components are modulated with mutually different modulation frequencies, modulation frequency ranges and / or modulation sequences.
  • the multispectral light source can be any suitable multispectral light source.
  • (ii) comprise an ensemble or an array of spatially separated monochromatic or quasi monochromatic sources, which are designed to light with predetermined, mutually different emission wavelengths ⁇ , ⁇ 2 , ..., ⁇ ⁇ or emission wavelength bands emit.
  • the modulation device can accordingly determine the modulation device.
  • At least one electrically controllable spatial light modulator configured to time modulate the individual spectral components
  • the illumination device further comprises optical means configured to assemble the individual modulated spectral components so that they substantially spatially overlap one another to form the multi-or hyperspectral illumination light.
  • the optical means may comprise (second) wavelength dispersive means (eg diffraction gratings, prisms, etc.).
  • the second wavelength-dispersive means are designed to compensate for the spatial separation of the individual spectral component or the angular difference of the individual spectral component.
  • the generated spectral light with addressed spectrum can be used for a variety of applications, especially for medical or metrological applications.
  • the term "light” is understood to mean any electromagnetic radiation, for example any electromagnetic radiation in the visible spectral range (VIS), ultraviolet spectral range (in particular in the extreme (EUV), strong (DUV) or weak (UV) ultraviolet), infrared spectral range (in particular in the near (NIR), medium (MIR) or far (FIR) infrared), Tera-Hz spectral range and / or X-ray range.
  • the multispectral light source can comprise at least one light source with a continuous, quasi-continuous spectrum or a frequency comb spectrum and wavelength-dispersive means.
  • the light source may e.g. a line or spot radiator, e.g. at least one light emitting diode (LED), a white light diode, a light emitting diode (e.g., "Super Linescent Diode” (SLD)), etc.
  • the light source may also be a quasi-continuous spectrum light source, e.g. a light source comprising a plurality of individual sources with different, spatially overlapping spectral ranges or spectral ranges.
  • the light source may further include at least one frequency comb laser or superluminescent diode (SLD) followed by a Fabri-Perot interferometer (FPI).
  • the source of electromagnetic radiation in particular for the mid-infrared range, can be designed as a synchrotron radiation source.
  • the individual spectral components can be spatially separated from one another.
  • the wavelength-dispersive means are preferably designed and arranged such that the light emitted by the light source is spectrally such is split, that the individual spectral components with mutually different wavelengths or wavelength ranges in a predetermined area or spatial area (eg in a given plane) are spatially separated from each other. In this spatial region there is at least one lateral wavelength axis or spectral axis or a predetermined laterally structured region of intensities with different wavelengths. These latter spectral ranges may be arranged substantially perpendicular to the wavelength axis.
  • the wavelength-dispersive means may be, for example, diffraction gratings, prisms, Fabri-Perot interferometers, etc.
  • At least one electrically controllable, spatial light modulator can be arranged in the planar or spatial area.
  • the spatial light modulator (Spatial Light Modular (SLM)) is designed to perform a temporal modulation of the individual, spatially separated spectral ranges.
  • SLM Spatial Light Modular
  • laterally (along the shaft axis) a different temporal modulation of the individual spectra or spectral component by a change in the degree of reflection and / or degree of transmission and / or the degree of absorption of the electrically controllable spatial light modulator with a predetermined controlled temporal modulation be educated (periodically or aperiodically).
  • a spatial-temporal modulation or control of the spatial light modulator a temporal modulation of the spatially separated, different spectral ranges takes place.
  • spatial light modulator includes any spatial modulator, including spatial light modulators for light in the visible, infrared, ultraviolet or terahertz range
  • the spatial light modulator may, for example, the degree of reflection and / or the degree of transmission and / or the degree of absorption
  • suitable spatial light modulators are, for example, DMD ("Digital Mirror Device"), LCD ("Liquid Crystal Display”, LCoS ("Liquid Crystal on Silicon”).)
  • DMD Digital Mirror Device
  • LCD Liquid Crystal Display
  • LCoS Liquid Crystal on Silicon
  • a DMD is preferably used as the spatial light modulator very good light efficiency with respect to the light-modulating elements, which is better than when using the DMDs as the amplitude diffraction grating.
  • Multispectral light with several, spatially separated spectral components can also be generated by means of an ensemble or an array of monochromatic or quasi-monochromatic, discrete, spatially separated light sources.
  • the individual light sources in the ensemble or array are designed to emit light or light beams having mutually different emission wavelengths ⁇ , ⁇ 2 ,..., ⁇ ⁇ or emission wavelength bands.
  • the individual discrete light sources can be controlled directly by means of electronic control modules, which are each assigned to the individual light sources, in order to temporally modulate the intensity of the individual emission wavelengths or emission wavelength bands.
  • the multispectral light source may comprise an ensemble or array of light emitting diodes (LEDs), superluminescent diodes (SLDs), laser diodes, etc., each emitting light of a predetermined wavelength or light in a predetermined, narrow spectral range.
  • LEDs light emitting diodes
  • SLDs superluminescent diodes
  • laser diodes etc., each emitting light of a predetermined wavelength or light in a predetermined, narrow spectral range.
  • the number of spectral components may be selected depending on the target application of the lighting device.
  • the number of individual spectral components or the distance of the individual spectral lines can preferably be selected such that each spectral line or each spectral component addresses or corresponds to its own depth in the object space.
  • the device for generating multispectral or hyperspectral illumination light with addressable spectrum may further comprise means adapted to the light emitted by the light source with the continuous, quasi-continuous or frequency comb spectrum or the light emitted by the individual monochromatic or quasi-monochromatic light sources spectrally to filter.
  • the means for selective spectral filtering can be designed to selectively filter out or switch off individual spectral components and / or spectral ranges from a broad spectral range.
  • the means for selective spectral filtering may comprise one or more fixed or electrically controllable spectral filters and / or light traps and / or absorbers and / or other optical components.
  • the means for selective spectral filtering can be used with the continuous, quasi-continuous or frequency comb spectrum or the individual monochromatic or quasi-monochromatic light sources are connected downstream. It is also possible to integrate the means for selective spectral filtering in the spatial light modulator or in the electronic control modules (eg as part of the control).
  • the spatial light modulator can be designed to perform a selective adjustment or a selective filtering of the spectral range of the continuous, quasi-continuous or frequency comb light source.
  • the spatial light modulator may be configured to filter out or block individual spectral components and / or spectral regions (e.g., by deflection toward a light trap).
  • the spatial light modulator may serve as a variable (e.g., relatively narrow band) spectral filter.
  • the spectral filtering of the spectral range allows a targeted adaptation of the multispectral illumination light to the respective application. This is particularly advantageous in medical applications in which examinations are performed on living objects. Since the multispectral light can be accurately tuned to the object to be illuminated or examined, it is possible to avoid unnecessary radiation exposure of the illuminated object, e.g. can lead to avoiding or minimizing tissue damage, in particular if a synchrotron light source or another source of potentially harmful or polluting electromagnetic radiation is used as the light source. In conventional approaches to spectral measurement, in particular in the MIR range, on the other hand, as full a spectrum as possible is used for illumination in order to detect any possible spectral effect.
  • the spectral distributions which are used are predetermined or thinned out in a targeted manner.
  • the spectral components which are very safe to address cancer markers or other relevant markers and do not contribute to information gathering, can be hidden or filtered out.
  • the radiation load eg in the case of an infrared radiation source, the heat load, which is generated by strong water absorption in the tissue
  • the illuminated object eg an organ.
  • the radiation energy in the spectral regions, where spectral cancer marker or other relevant Markers are present increased.
  • the speed of the measurement or imaging can also be increased.
  • the spread in the frequency range of the modulations can be greater than in the range of the physical wavenumbers.
  • narrowband signatures e.g., cancer marker narrowband signatures
  • SLMs-addressed narrow bands or spectral components e.g., a "quasi-frequency spread" in the low-frequency frequency range of the electrical / digital signal processing is carried out by means of the SLM element drive as described below
  • the physical wavelength / wavenumber of the narrow band radiation remains unchanged, only in the signal space of SLM, detector and digital data processing is there a low frequency spread - typically far below 10 KHz - it is also possible to provide a frequency stretch to achieve optimum utilization of signal transmission and evaluation when using known components and systems.
  • the proposed approach of selectively filtering individual spectral regions and / or spectral components and the frequency spread can be used independently of the above-described temporal modulation of the individual spectral components.
  • Such an approach is particularly advantageous when using the illumination device in the medical field for illuminating living objects (eg in the context of a therapeutic measure, such as a surgical procedure, for example) Surgery), where it only depends on the necessary information for the surgeon (cutting the tissue yes / no) with high reliability and in the required speed arrives (max few minutes, eg less than 20 minutes for the total time of all diagnostic action in a surgical operation).
  • the proposed approach of selectively filtering individual spectral regions and / or spectral components and the frequency spread is particularly advantageous if the source used is a brilliant source of high spatial coherence, especially in the mid-infrared region (MIR) becomes.
  • MIR mid-infrared region
  • Examples of such sources are e.g. Synchrotron radiation sources, which have extremely high-energy, brilliant radiation, especially in the mid-infrared (MIR), or laser batteries of spectrally fine-tuned lasers, which emit especially in the mid-infrared (MIR).
  • the radiation of the brilliant source of high spatial coherence is very finely spectrally decomposed, for example with a device for spectral decomposition of electromagnetic radiation (e.g., with a high resolution grating spectrometer) in the MIR.
  • a device for spectral decomposition of electromagnetic radiation e.g., with a high resolution grating spectrometer
  • certain spectral regions contributing to information acquisition are selected, e.g. Spectral areas that address known cancer markers.
  • Each spectral region may comprise several individual spectral components (e.g., in the form of narrow spectral bands).
  • the non-selected spectral components and / or spectral regions can be filtered out by means of suitable means for spectral filtering and excluded from propagation in the direction of the object in the best possible way.
  • the unselected spectral components and / or spectral regions can be directed into light traps or "darkened".
  • Each of the selected areas can each be assigned a spatial light modulator, which is preferably optimized for the MIR.
  • the spatial light modulators are usually spatially separated from one another in the area (plane) of the spectral splitting of the device for the spectral decomposition of electromagnetic radiation. Alternatively, spatially separated regions of a single spatial light modulator may be used.
  • the illumination device may comprise optical means which are adapted to direct the light from the spatially separated spectral regions to the different regions of the spatial Deflect or image light modulator.
  • the spectral decomposition (resolution) of the device for spectral decomposition of electromagnetic radiation can be chosen so that each spectral component can be uniquely assigned its own harmonic oscillating element of the spatial light modulator.
  • each spectral component may be assigned a group of elements of the spatial light modulator.
  • Each spectral component is modulated by the element assigned to it or by its assigned group of elements of the spatial light modulator at the frequency assigned to the element. The spread in the frequency domain of the modulations can consequently be much larger than in the range of the physical wavenumbers.
  • the object under examination e.g., a patient's organ in a surgical operation
  • the irradiated object is observed by means of a detector, which is preferably designed for the MIR.
  • a detector which is preferably designed for the MIR.
  • frequency analysis of the detected signal e.g., lock-in detection
  • the radiation load of the illuminated object can be reduced, since only a relatively small, contributing to the information acquisition portion of the radiation of the source reaches the object.
  • the brilliant source can run under "full load”.
  • Another approach is the time-sequential wavelength tuning by means of SLM in a device for high-resolution spectral decomposition. It is then only a single narrow-band radiation or a single spectral component used. Since this approach requires a particularly high brilliance of the radiation, this approach is usually inferior to the approach with several narrow-band lines or with multiple spectral components with regard to the achievable signal-to-noise ratio.
  • the light source or the individual monochromatic or quasi-monochromatic light sources have the highest possible brilliance, whereby the spectral resolution is improved.
  • the temporal modulations of the individual spectral components may differ in their modulation frequency, modulation frequency range, modulation sequence and / or start phases of the modulations.
  • temporal modulations of the individual spectral components in their fundamental frequency or in their (relatively narrow) fundamental frequency range (where harmonics may arise) and / or in their modulation sequence differ.
  • the temporal modulation of the individual spectral components can be periodic or aperiodic, whereby harmonics can also arise.
  • the individual spectral components may be temporally modulated with harmonic oscillations, the modulation frequencies being in the range of below 10 MHz, preferably in the range of 10 Hz to 10 kHz.
  • the modulation may include frequency chirping, i. a change over time of the modulation frequency of the preferably harmonic oscillations or modulations. This can e.g. be achieved by a temporal change in the modulation frequency of the SLMs or the modulation frequency of the individual control modules.
  • the modulation device can be designed to set or select or vary the starting phases of the modulations of the individual spectral components differently.
  • the modulation device can be designed to non-linearly map the start phases of the modulation of the individual spectral components in the signal detected by a screened detector.
  • the variation of the start phases may vary from modulation frequency to modulation frequency and may be linear or non-linear. Also, a stochastic or random variation is possible. Preferably, the variation of the start phases is fixed in time.
  • the change of the starting phases is not random, but ordered.
  • the phase changes (relative to the start time or a reference time) can be continuous falling, or steadily rising.
  • the phase changes are non-linear, preferably quadratically dependent on the modulation frequency.
  • the amount of the phase angle changes only slightly.
  • the computing power required to calculate the spectra or for spectral discrimination is the closest to a minimum.
  • optimal results can be achieved, ie the calculated spectra have an error minimum.
  • the modulation device can be designed to temporally change the amplitudes of the preferably harmonic modulations of the individual spectral components.
  • the modulation device may be configured to perform an apodization in which the amplitudes in the harmonic oscillations, as a rule, preferably decrease after the start of the modulation (for example after the onset of the oscillations at the SLM elements).
  • the illumination device is used in an apparatus for multi- or hyperspectral imaging for illuminating an object
  • the time signal for each pixel is obtained pixel-by-pixel from a stack of pictures of the camera read out for a specific time. Since there are many pixels, correspondingly many time signals are detected.
  • the pixels of the camera at any time always register a sum signal as a superposition of all individual signal oscillations, which are generated by means of a spatial light modulator or by means of control modules.
  • a physical wavenumber band delta_kb_i which has arisen by spectral decomposition, is assigned its own frequency fj by means of a special control of the spatial light modulator or the control modules, for example by light of a wavenumber band delta_kb_i impinging on an SLM element i having the frequency f_i computer-controlled oscillates.
  • the chirp effect means that the optical path difference is zero for radiation of different wavenumbers for different Reference mirror positions is achieved. This means that there is a changing phase response over wavenumber k, which is noticeable in the two-beam interferogram by a frequency change. This frequency change is clearly visible in some cases in the two-beam interferogram and is referred to as chirping or chirp effect.
  • the phase response over wavenumber k is computed numerically from a short two-sided interferogram by an FFT and used for correction.
  • a predetermined phase response is intentionally impressed to reduce the center peak in the sum signal (corresponds to the interferogram).
  • This phase response is thus known a priori.
  • the phase correction in the spectrum calculation can be performed with the a priori known (predetermined) phase response.
  • the chirp effect means that each harmonic (in an ensemble of vibrations) has a frequency-dependent phase shift phi (f_i) at a reference time. This may be the starting point t_0 of the exposure (for example, when the SLM becomes active in the measurement process).
  • the harmonic oscillations are preferably not in phase throughout the measurement time - equal to the exposure time of the screened detector.
  • Signals (sum signals as a superposition of several harmonic oscillations) with a chirp effect are only one of several ways to limit the dynamics of a signal. Additionally or alternatively, the starting phase of the individual harmonic oscillations can be chosen or determined differently among each other (the starting phase value zero is therefore only an exception). The starting phase of the individual harmonic oscillations may be continuously decreasing or rising, linear or nonlinear or randomly distributed. Therefore, there are also sum signals that show no or no pronounced chirp effect. Nevertheless, these signals or sum signals can not have a pronounced maximum and are thus suitable for reducing the requirements for the modulation of a detector.
  • the individual spectral components or spectral components may be modulated at all times with their respective fixed fixed frequency (e.g., by means of a spatial light modulator). This is different from spectral component to spectral component and is unambiguous in the mathematical sense.
  • Each spectral component or spectral component can be assigned a narrow wavenumber band delta_kb_i in the spectrum of the multispectral illumination beam.
  • Each spectral component has the modulation frequency fj associated with it only on the SLM element i. Due to the superimposition of the individual oscillations, generated by the differently oscillating elements of the spatial light modulator with ultimately occurring indefinite superimposition on / on each pixel of the camera, a summation signal is produced.
  • the detected time signal shows the effect of a frequency change of the individual modulations in the sum signal, often with an increase or decrease in the frequency of the modulations (chirping) in the sum signal.
  • the control of the spatial light modulator is preferably synchronized with the detection system.
  • the modulation device can also be designed to change the modulation frequency of the individual spectral components linearly.
  • the modulation frequency may be a linear function of the wavelength or the centroid wavelength of a wavelength range or the wavenumber.
  • the modulation frequency linearly (along the spectral axis of the shaft axis and the wave number axis (in k-space) can, in columns or Zeilenrichtun g of the spatial light modulator, change such as "Preferably, the modulation frequency changes linearly with the wave number. This allows an algorithmically simpler evaluation that requires fast and comparatively little computational power, but it is possible to not linearly change the modulation frequency.
  • the modulation frequency can be freely chosen in relation to the physical wavelength of the electro-magnetic radiation physical "inverted", the modulation frequency can also be freely selected. In particular, the modulation frequency can be moved freely: for example, only the smallest wavelength with conversion to the smallest modulation frequency, then the smallest wavelength with conversion to the largest modulation frequency.
  • the locations of the same modulation frequency can also be selected freely and "move” laterally (eg along the wave axis or wavenumber axis of the spatial light modulator or along the array of individual light sources with associated drive modules.) An improved averaging of the received signal can thus be achieved.
  • the change in the modulation frequency can also be carried out according to the ratio of the wavelengths or the wave numbers, so that the spectrum does not have to be converted (stretched or compressed).
  • the multiplicity of possible codings in particular in conjunction with suitable evaluation, makes it possible to discriminate against a large number of spectral channels. Another advantage is that the use of moving parts is not required, which increases the precision and accuracy of the device.
  • the lighting device can be implemented in a compact design.
  • the lighting device it is possible to provide temporally-spatially modulated electromagnetic radiation for a variety of imaging and measuring methods and devices, e.g. for multi- or hyperspectral cameras, chromatic-confocal or interferometric, in particular also spectral interferometric measuring methods and devices, fluorescence microscopy, multiphoton microscopy, etc.
  • imaging and measuring methods and devices e.g. for multi- or hyperspectral cameras, chromatic-confocal or interferometric, in particular also spectral interferometric measuring methods and devices, fluorescence microscopy, multiphoton microscopy, etc.
  • an apparatus for multi- or hyperspectral imaging comprising
  • lighting means for generating multi- or hyperspectral j m illuminating light addressable spectrum according to the first aspect of the invention
  • an image acquisition device which is designed to acquire a chronological sequence of two-dimensional images of an object illuminated by the multispectral light, comprising at least one rastered, two-dimensional detector with a plurality of detector elements, which is designed to measure the intensity of at least part of the light coming from the object or transmitted light, luminescent or fluorescent light);
  • an image evaluation device which is designed to determine the components of the individual spectral components (in the resulting images, for example in the form of a picture stack) by a pixel-by-pixel analysis of the temporal variation of the intensity detected by each detector element and on the basis of the determined components of the individual spectral components create a multi- or hyperspectral image of the object.
  • the proportions of the individual spectral components can be determined for each detector element by an analysis (eg a frequency analysis) of the detected intensity profile I (t) and on the basis of information about the coding or modulation of the individual spectral components used, and a multi- or hyperspectral image of the Object to be created.
  • the information about the coding used or modulation may, for example, include information about the assignment of the individual frequency components to the individual spectral ranges, eg via a look-up table ("look-up table" (LUT)).
  • the modulation device can be designed to modulate the individual spectral components with different fundamental frequencies or fundamental frequency ranges and / or with different modulation sequences.
  • the image evaluation device can be designed for each detector element a frequency analysis of the time variation of the detected intensity and a modulation wavelength conversion by means of an (at least approximately previously known) assignment (eg via an LUT) of the determined modulation frequencies to a specific fundamental frequency or a specific fundamental frequency range and / or perform a specific modulation sequence of the individual spectral ranges.
  • the analysis performed by the image evaluator may be e.g. a pixel-by-pixel Fourier analysis, in particular an FFT analysis, a wavelet analysis, a lock-in detection, or other suitable analysis of the detected intensity profile or the detected time variation of the intensity.
  • the image evaluation device can also be designed to perform a correlation of the modulations determined on the basis of the detected intensity with the modulations of the spectral components carried out by the modulation device in order to discriminate the individual spectral components.
  • the device for multi- or hyperspectral imaging may further comprise a synchronization device which is designed to synchronize the modulation of the individual spectral components by the modulation device and the image acquisition by the image recording device.
  • a temporal synchronization between the modulation device for frequency-multiplex coding of the spectral component of the multispectral light and the spectral distribution of one or more light sources and the image pickup device (in particular the two-dimensional detector) are performed.
  • a synchronization can be omitted in the presence of a-priori information about the coding used or in a periodic coding.
  • the start of the time of the SLM modulation or the SLM control or the control of the individual electronic control modules can be synchronized with the start of the image acquisition. By doing so, the robustness and accuracy and image quality of the multi or hyperspectral imaging device can be improved.
  • the device for multi- or hyperspectral imaging may further comprise a plurality of Fabry-Perot filters for demodulating the spectral wavelets in the frequency domain.
  • the multi or hyperspectral imaging apparatus may further include a memory for temporarily and / or permanently storing the acquired sequence of two-dimensional images; and / or for temporary and / or permanent storage of the determined multi or hyperspectral image.
  • the image evaluator may include at least one processor (e.g., a graphics processor) configured to perform the necessary mathematical operations to create the multi- or hyperspectral image of the object.
  • the processor may be further configured to generate the created and possibly stored multi- or hyperspectral image of the object for. Display (preferably in the form of 3-D graphics) on a display device (e.g., a computer screen, camera screen, etc.).
  • the display device may be part of the device for multi- or hyperspectral imaging.
  • the image recording device and image evaluation device can be integrated in a camera module, for example in a so-called “smart camera", ie a camera with computing capacities or with “on-chip intelligence”.
  • the rasterized detector can be selected according to the application and the spectral range detected.
  • the detector may be eg a CCD camera, a CMOS camera, a bolometer array for M IR spectral range, InGas camera for NIR spectral range, etc.
  • An advantage of the proposed device for multi- or hyperspectral imaging is that all spectral components or spectral components are in optical contact with the object substantially simultaneously. This can significantly reduce the signal-to-noise ratio.
  • Another advantage is the massive parallelism of data acquisition and data processing, which is made possible in particular by the use of specialized hardware (such as smart cameras, graphics processors, etc.) and software. Further advantages include the advantages already mentioned in connection with the lighting device, such as high flexibility, decoupling of the modulation frequency from the modulated physical wavelength of the electromagnetic radiation, the multiplicity of possible codings and spectral channels.
  • a multi- or hyperspectral measuring device for distance measurement for and / or topographical measurement of an object is provided by means of spectroscopy, which comprises a lighting device according to the first aspect or a device for multispectral imaging according to the second aspect.
  • the measuring device for distance measurement for and / or topography measurement further comprises - depending on the application - a chromatic confocal system, a chromatic triangulation system, a spectral interferometer, a fluorescence microscope or a multiphoton microscope.
  • the light supply in the above devices according to the first to third aspects is at least partially via optical waveguides.
  • the light to the spatial light modulator and / or to the other optical components are at least partially guided over optical fibers.
  • a multiple bundle eg 8 bundles
  • a multiple fiber eg 8 fibers
  • the light supply or light guide between the individual optical components can likewise be effected by means of suitable optical deflection devices comprising at least one mirror, beam splitters, a lens and / or other optical elements.
  • a fourth aspect of the invention there is further proposed a method for generating multispectral or hyperspectral illuminating light with an addressable spectrum. The method comprises:
  • temporal modulation of the individual spectral components of the multispectral light comprising in particular temporal modulation of the amplitude of the individual spectral components and / or setting the start phase of the modulations) each having mutually different modulation frequencies, modulation frequency ranges and / or modulation sequences, wherein
  • the generation of multispectral light spectrally splitting the light emitted by a continuous, quasi-continuous or frequency comb light source into a plurality of spatially separated spectral components having mutually different wavelengths ⁇ , ⁇ 2 , ..., ⁇ ⁇ or wavelength bands includes; and the temporal modulation of the individual spectral components by means of an electrically controllable, spatial light modulator takes place; or
  • the temporal modulation of the individual spectral component may be periodic or aperiodic.
  • the temporal modulation can be eg a frequency chirping or a variation of the start phases, which is different from modulation frequency to modulation frequency, but preferably temporally immutable.
  • the variation of the Stär phases is preferably non-linear, more preferably square, depending on the modulation frequency. Further, 'may include a linear change of the modulation frequency of the individual spectral components of the temporal modulation.
  • the modulating may comprise a change in the amplitude of the modulations of the individual spectral components.
  • an apodization be performed.
  • the method for generating multi-or hyperspectral illumination light preferably comprises a selective spectral filtering of the light emitted by the light source with the continuous, quasi-continuous or frequency comb spectrum or of the light emitted by the individual monochromatic or quasi-monochromatic light sources, such as has been described in connection with the lighting device according to the first aspect of the invention.
  • a method for multi- or hyperspectral imaging and / or for distance and / or topography measurement of an object comprises:
  • Determining the proportions of the individual spectral components by means of a pixel-by-pixel analysis of the temporal variation of the detected light intensity of each detector element and creating a multi- or hyperspectral image of the object based on the determined shares of the individual spectral components.
  • Determining the proportions of the individual spectral components can be a frequency analysis of temporal variation of the detected intensity or of the respective detector signal and a modulation wavelength conversion by means of an (at least approximately previously known) allocation of the determined modulation frequencies to a specific fundamental frequency or a specific fundamental frequency range and / or a specific modulation sequence of the individual spectral ranges.
  • Determining the components of the individual spectral components may comprise a pixel-by-pixel Fourier analysis or a wavelet analysis of the detector signals or the intensity detected by each detector element and / or a correlation of the modulations determined on the basis of the detected intensity with the modulations of the spectral components performed by the modulation device.
  • the method further comprises synchronizing the modulating of the individual spectral components and detecting the temporal sequence (image stacks) of two-dimensional images.
  • the inventive approach has the advantage that all spectral components or a plurality of spectral components are / are in optical engagement with the object simultaneously, which increases light efficiency and signal-to-noise
  • a further advantage in signal processing is the massive parallelizability, which is made possible in particular by the use of so-called smart cameras or specialized graphics processors.
  • All optical elements eg dispersive optical elements, spatial modulators , etc.
  • Invention may include:
  • a "quasi-time-resolved" tissue detection in wide spectral ranges is possible, thus, for example, changes in tissue shape (eg changes in tissue perfusion during drug inputs, monitoring on intensive care unit) over time in real time or quasi-real time for the physician in a planar image of the organ (eg, after an organ transplantation) are made visible.
  • changes in tissue shape eg changes in tissue perfusion during drug inputs, monitoring on intensive care unit
  • a planar image of the organ eg, after an organ transplantation
  • the proposed devices and methods for generating multi- or hyperspectral illumination light, for multi- or hyperspectral imaging and measurement are particularly suitable for fast, full-coverage multi- or hyperspectral 2-D or 3-D imaging and examinations. Furthermore, the proposed devices and methods are suitable for imaging examinations by means of detection of the light reflected, transmitted, absorbed or scattered by the object or of the luminescence (including fluorescence) light emitted by the object.
  • Multi or hyperspectral cameras including mass production cameras; Medical applications for diagnosing patients on an outpatient or inpatient basis, eg in dental diagnostics, diagnostics of tumor diseases, in particular for rapid and reliable diagnostics or detection of tumors (status analysis) in the surgical operation phase; Dental technology, in particular. 3-D dental measurement on the patient (in vivo) with spectral analysis of the tooth material to improve the aesthetics of the tooth replacement by optimally fitting the denture to the natural tooth colors.
  • Metrology applications in materials science e.g. for weld inspection, 2-D or 3-D acquisition of object profiles and topographies with simultaneous color registration, e.g. for detecting traces of smoke);
  • Manufacturing surveillance e.g., for fast high-resolution multi and hyperspectral imaging of textiles, paints, coatings, plastics, etc.
  • Anti-counterfeiting security for example for checking banknotes, paintings, etc.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary device for multi- or hyperspectral imaging
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first exemplary multi- or hyperspectral
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second exemplary device for multi- or hyperspectral imaging
  • 4 shows an exemplary modulation of the spectral components
  • 5 shows a schematic representation of a second exemplary multi- or hyperspectral measuring device
  • Fig. 6 is a schematic representation of a third exemplary ⁇ multi- or hyperspectral measuring apparatus
  • FIG. 7 shows an exemplary signal for a pixel which is generated from a spectral cell
  • Fig. 8 is a schematic representation of a spectral interferometer
  • FIG. 10 is a schematic representation of a hyperspectral imaging and / or
  • Measuring device for use in surgical procedures.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a first exemplary device for multi- or hyperspectral imaging.
  • Electromagnetic radiation of a light source 10 is spectrally split by means of first dispersive optical means 1 2 (in this example, curved diffraction grating) that in a given plane (in the following short plane "S") or in a given spatial area the individual spectral components are essentially spatially separated from each other In this plane or in this spatial area a spectral axis (also called wavelength axis WA or ⁇ -axis) can be defined Along this axis ( ⁇ -axis) the different spectral components of the original continuous spectrum are spatially separated from each other, in other words the spectral axis is the axis along which the spectrum is split according to wavelength or color.
  • first dispersive optical means 1 2 in this example, curved diffraction grating
  • S short plane
  • a spectral axis also called wavelength axis WA or ⁇ -axis
  • the different spectral components of the original continuous spectrum are spatially separated from each other, in other words the spectral axis is
  • the light source 10 preferably has the highest possible brilliance, whereby the spectral Resolution is improved.
  • the light source 10 may be, for example, a line or spot radiator.
  • the light source can be a source in the ultraviolet spectral range (extreme, strong and weak ultraviolet, ie EUV, DUV, UV), visible spectral range (VIS), infrared spectral range (near, mid and far infrared, ie NIR, MIR, FIR) or Tera Hz spectral range.
  • the spatial light modulator 14 comprises a plurality of individually controllable SLM elements arranged in rows and / or columns, thus having the spectral axis The direction of the spectral axis is preferably either in the column or in the row direction of the light modulator 14.
  • electrically controllable, spatial light modulators eg DMD (Digital Mirror Device "), LCD (" Liquid Crystal Display “, LCoS (" Liquid Crystal on Silicon “), etc.
  • a DMD is used as light modulator 14, since DMDs have a very good light efficiency with respect to the light-modulating elements
  • Light source 10 a frequency comb laser or a SLD with downstream FPI, then the frequency comb laser or SLD, etc. vorz UG so designed that each line meets at least its own SLM element.
  • each frequency crest line meets 2 or 3 SLM elements.
  • the frequency comb laser or the SLD has about 100 lines in use in the spectral range used.
  • the spatial light modulator 14 may be connected to a computer 20 or SLM control and / or regulating means (SLM controller) for controlling the light modulator 14 and in particular for frequency control of the individual spectral components, e.g. be connected by means of pulse width modulation.
  • SLM controller SLM control and / or regulating means
  • the spatial light modulator 14 and the sub-computer 20 may be integrated in one module.
  • the spatial light modulator and the computer 20 are components of the modulation device.
  • the individual spectral regions or spectral components are now time-coded in the direction of the spectral axis, for example frequency-modulated, for example by means of an eg pulse width modulation.
  • the longer wavelength range eg red
  • the shorter wavelength range eg blue
  • the temporal coding eg the frequency modulation
  • the temporal coding of the individual spectral components takes place by means of a corresponding coding or modulation of the electrically controllable, spatial light modulator 14 along an axis (f-axis) which is substantially parallel to the spectral axis.
  • the frequency can change in blocks of combined columns or rows by a certain amount (eg, in each case by 1 Hz). So the first block with the frequency of 10Hz, the second with a frequency of 1 1 Hz, ... and the last block with a frequency of 30 Hz can be modulated.
  • the individual time-modulated spectral components are again brought together or assembled so that a multi- or hyperspectral light with an addressable spectrum 24 is formed.
  • the merging of the individual spectral components may be accomplished by second wavelength dispersive optical means 18 (e.g., diffraction gratings, prisms, etc.).
  • the second dispersive optical means are designed to compensate for the angular difference of the individual spectral components introduced by the first dispersive means 12 and the spatial separation of the individual spectral components introduced by the first dispersive means.
  • the multispectral light 24 can be coupled in an optical waveguide 22 and e.g. serve as point light source illumination of an object 26.
  • the guidance of the multispectral light to the object 26 may also be via other suitable optical means (such as beam splitter, mirrors, lenses, etc.).
  • At least part of the light emanating from the illuminated object eg reflected, transmitted or fluorescence light
  • suitable imaging optics 30 comprising eg a lens
  • the imaging optics 30 may, in principle, form part of any imaging system, including a microscopic imaging system.
  • the imaging optics may include a camera lens and / or a microscope objective.
  • the camera 32 (as an example of a screened detector) captures a temporal sequence of two-dimensional images of the object being examined, ie a series of images in different successive temporal points.
  • the number of images in the captured image stack can be selected according to the desired spectral resolution, where the desired spectral resolution also determines the degree of frequency modulation.
  • the phase advance between two consecutive images preferably carries at most "Pi" (observance of the sampling theorem), but sub-sampling is also possible if there is a priori knowledge.
  • the measurement object 26 is cooperative is (ie, not substantially black or absorbing) and the illumination and imaging optics are optimized for this purpose, the camera 32 can run comparatively snowy, eg with a 120 Hz frame rate Also a high-speed camera with a frame rate in the single-digit kHz range are used.
  • the camera 32 may be in communication with a computer or processor 34 which may perform a pixel-by-pixel analysis of the received signal and optionally control the image capture by the camera 32.
  • the computer 34 and the camera 32 may be integrated in a camera module.
  • the camera may preferably have "on-chip intelligence" and be able to perform a pixel-by-pixel analysis of the received signal, ie the intensity of the light incident on the camera chip
  • the analysis may include an FFT analysis, a wavelet analysis, a lock -in-detection, etc.
  • the computer or the processor 34 is designed to evaluate the signal modulations in each camera pixel by means of FFT (or other types of frequency analysis) and to discriminate the individual spectral components on the basis of the evaluation.
  • FFT frequency analysis
  • the frequency resolution is about 1 Hz.
  • about 20 spectral channels or spectral components can be separated in real use.
  • Hyperspectral image rate would be here at 2 frames per second, if the required computing power of the integrated chip in the smart camera (for the FFT or other mathematical operations) or connected to the camera computer or processor sufficient.
  • the electrically controllable, spatial light modulator 14 or the sub-computer 20 for controlling the light modulator 14 is preferably coupled to the camera 32 in terms of data and computer so that a signal or data connection 21 exists between the light modulator 14 and the camera 32.
  • the control of the spatial light modulator 14 is synchronized with the control of the camera 32.
  • the camera 32 may start recording the image stack after a start command.
  • the spatial light modulator 14 may also begin to periodically switch the individual SLM elements, wherein, for example, the switching frequency is subject to frequency modulation along the spectral axis.
  • a periodic encoding can be dispensed with the synchronization between the control of the spatial light modulator and the CMOS camera 32.
  • a chromatic confocal system or a spectral interferometer can be used.
  • the chromatic-confocal system 40 includes at least one diffractive optical element (DOE) 44 for chromatic splitting of the multispectral light 24 and for chromatic depth splitting, an imaging lens 42, and optionally a point-creation and confocal discrimination system 46 with imaging stage.
  • DOE diffractive optical element
  • Each spectral component preferably addresses its own depth or its own depth range in the object space.
  • the chromatic-confocal spectral interferometry (CCSl) is also feasible, especially in combination with a Fabri-Perot interferometer.
  • a point light source illumination takes place in the object space of the chromatic-confocal measuring arrangement 40.
  • the object 26 eg Tooth stump 26a
  • the object 26 reflected light 28 is imaged and detected by the imaging optics on the camera chip.
  • a discrimination of the individual spectral component and an assignment of the individual spectral component of specific depths or depth ranges a three-dimensional image 38 (data cube (z, x, y)) of the object 26 or 26a being examined can be obtained ,
  • the present spectral information can be used to determine the color of an object, for example on a tooth stump 26a.
  • the multispectral light source comprises a polychromatic light source 10 having a continuous or quasi-continuous spectrum (white light source) and wavelength-dispersive optical means 1 2, e.g. in this diffraction grating, for the spatial splitting of the individual spectral component.
  • the multispectral light source may comprise a plurality of discrete monochromatic or quasi-monochromatic light sources as shown in Figs. 3-5.
  • FIG. 3 schematically illustrates a second exemplary device for multi or hyperspectral imaging.
  • the basic optical structure of this exemplary device essentially corresponds to the structure of the device shown in FIG. 1, with the difference that the multispectral light source comprises an array of discrete or rasterized, individually controllable, monochromatic or quasi-monochromatic individual sources " II " .
  • the modulation may be, for example, a pulse width modulation, as shown in Fig. 4.
  • the control modules and the computer or controller 20 are components of the modulation device.
  • Fig. 4 shows the frequency modulations (see f-axis) emitted by the individual sources
  • the individual lines of the array light source with controllable individual sources can be modulated discretely in the pulse width (modulation frequency).
  • the modulation can also be aperiodic.
  • the starting phases of the individual modulations may preferably be different in order to limit the required dynamic range of the CMOS camera for recording the sum signal.
  • a sum signal with chirp effect the i. d. R. leads to reduced signal maxima of the sum signal, are formed.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a second exemplary multi- or hyperspectral measuring device.
  • the basic optical design of this exemplary device essentially corresponds to the design of the measuring device shown in FIG. 2, with the difference that - as shown in FIG. 3 - the multispectral light source is an ensemble or array of discrete, individually controllable, monochromatic or quasi-monochromatic single sources 1 1 i, which are designed to emit light having predetermined, mutually different emission focus wavelengths ⁇ , ⁇ 2) ..., ⁇ ⁇ or emission focus wavelength bands.
  • the multi-spectral light source can be a rasterized high-energy light source for scene or object illumination with (very) many individual light-emitting elements, eg 1064 (32 x 32) square micro-LEDs.
  • the LEDs can have 8 different colors (eg 8 different colored micro LED types, evenly distributed in the grid).
  • the start phase of the modulations can be varied slightly to slightly limit the signal dynamics in the sum signal.
  • This rasterized high-energy 8-color light source may be e.g. to blur a scene or object out of focus. This can e.g. done by Köhler arrangement. It is only important that the light of each color in the pupil of the lighting device for the object / scene is present and also distributed as well as possible. Each object point is thus irradiated by light of each of the 8 colors from many exposure directions.
  • the camera for example embodied as a 1 20 Hz frame rate camera, picks up, for example, 48 images of the scene thus illuminated and, for example, can determine the color composition pixel by pixel (pixel by pixel) by means of an FFT of the sum signal in each pixel.
  • This approach does not require a spatial light modulator.
  • the modulation already takes place by controlling the micro LEDs of the same color in the light source array.
  • no wavelength-dispersive means for spectral splitting are required, since the individual differently colored light elements (micro LEDs in an array) are already spatially distributed and can be modulated separately by suitable multi-channel control technology (at least one channel for each color) (eg different modulation frequencies and / or different start phases).
  • Fig. 6 shows a schematic representation of another exemplary multi or hyperspectral measuring device.
  • the illumination device described above comprising the light source 10 or the array of discrete monochromatic or quasi-monochromatic light sources 11, the dispersive optical means 12, the spatial light power 14, the controller 20, and the dispersive optical means 18).
  • the illumination device described above comprising the light source 10 or the array of discrete monochromatic or quasi-monochromatic light sources 11, the dispersive optical means 12, the spatial light power 14, the controller 20, and the dispersive optical means 18).
  • integrated as a polychromatic light source 50 with addressable spectrum in a known from the document DE 10 2006 007 172 B4 multi- or hyperspectral measuring device.
  • the light emitted from the polychromatic light source 50 is coupled in an optical waveguide 52 (eg, a single-mode fiber) and serves as point light source illumination Measuring device.
  • the measuring device comprises a dot imaging system having a rastered array of microlenses and respective pinholes 56 associated with the foci of the microlenses and an imaging stage comprising the lenses 54 and 58.
  • the rasterized array is twisted with respect to the spectral axis ( ⁇ - Axis) arranged.
  • the measuring system further comprises a beam splitter 60, a diffractive optical element 62, an imaging objective 64 and a mirror 68.
  • the light 70 reflected by the object 26 is coupled in by the beam splitter 60 in a spectrometric arrangement 80.
  • the spectrometric arrangement comprises a prism 74, imaging optics 76 and a camera 32 with a two-dimensional rasterized camera chip. Further, the spectrometric assembly may comprise a second dot-forming system 72 having a second array with confocal discrimination imaging.
  • a temporal sequence of two-dimensional images is captured by the camera 32.
  • the profile of the intensity "I" as a function of the wavelength ⁇ can be determined for each pixel or for each spectral cell Function of the wavelength) for a pixel generated from a spectral cell, on the basis of which signal data relating to the three-dimensional profile (x, y, z) of the examined object can be obtained.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a spectral interferometer. From a multi-spectral light source 50 with an addressable spectrum, light emerges in the form of a multi-spectral illumination beam 24 via a multi-mode fiber 53. The light is in this case modulated in the multispectral light source 50 as a function of the physical wavenumber k by spectral decomposition components not shown here and a controlled SLM in the manner already described, with each narrow wavenumber band delta_kb_i having its own frequency f_i in the spectrum of the multispectral illumination bundle 24 imprinted by means of SLM (within the scope of the dynamic capabilities of the SLM and always below half the image reading frequency of the camera 32).
  • the illumination beam 24 coming from the multimode fiber 53 is collimated by means of a collimator lens 55 and enters a spectral interferometer.
  • the spectral interferometer comprises an interferometer beam splitter 6 1, where the beam splitting and beam combining takes place, a reference mirror 84 and an object 26, wherein there is a non-zero optical retardation for all object elements of this object 26 in the spectral interferometer.
  • only two microscopically small object elements 8 1 and 82 are considered representative of the object 26, the 'positions of which lead to an optical path difference of x / 2_1 and x / 2_2 in the interferometer.
  • a wavelet 101 or 102 with intensity values at discrete wave numbers is calculated for each of the two considered object elements 8 1 and 82.
  • the amount of the wavenumber distance delta_k 1 or delta_k2 of the wavelets 101 and 102 contains the information about the optical path difference x / 2_1 or x / 2_2 of the object elements 8 1 and 82, respectively, from the associated wavelet 101 or 102 in a known manner, for example by means of a fast Fourier transform, can be calculated.
  • the height profile of the object 26 can then be determined from the calculated amounts of the optical retardation for all object elements, which are each represented by a pixel of the camera 32 and each of which a wavelet or a wavelet-like signal was obtained from the data of the image stack ,
  • FIG. 9 shows two simulated signal curves A and B over time as sum signals of harmonic oscillations.
  • the starting phase of each of the harmonic oscillations always has the value zero.
  • the Start phases of the harmonic oscillations deliberately varied. For this purpose, 100 cos signals with the frequencies 3 Hz, 6 Hz to 303 Hz in steps of 3 Hz and in each case the same amplitude "a" in a time range of approximately 0.4 s were summed up in a simulation.
  • the initial phases of all 100 cos signals are set to zero, resulting in the waveform A, the known curve for a short-coherence interferogram.
  • the DC component of the signal is split off here in each case. This case is typical for infrared alternating light detectors.
  • the signal curve A has a high center maximum, which in this case must be processed by a detector.
  • the signal curve B is shown shifted in the figure 9 for better visibility down.
  • the oscillations are also done here by the intensity value zero.
  • the start phases in the argument of the 100 cos functions assume different values. These are also the frequencies 3 Hz, 6 Hz to 303 Hz in steps of 3 Hz each.
  • the amplitude of all oscillations is "a.”
  • the starting phases of the oscillations are formed by a quadratic function, the following Education law suffices:
  • the summation of the 100 cos functions, each with a different start phase according to education law provides the waveform B.
  • This waveform B has no apparent center maximum and thus here requires a detector with a lower dynamic range compared to the detection of the waveform A, if a spectrum with broadband Characteristic and comparatively moderate amplitude modulation is present. In the middle region of the signal curve B one recognizes an increasing reduction of the signal frequency. Therefore, signals with this characteristic are also referred to as signals with chirp effect.
  • the frequency spectrum can be calculated for a person skilled in the art from a signal curve B, even if the amplitudes "a_i" of the individual harmonic oscillations are unknown, since these represent the measurand.
  • the recording of a stack of images takes place according to one of the embodiments described above. From this image stack, a signal curve in the time domain can be formed for each image measuring point, from which a spectrum over the frequency f with f in Hz can be calculated. Since a modulation frequency f is unambiguously assigned to each region of a wave number k with k in 1 / cm in the sought-after electromagnetic spectrum, the calculated intensities are finally assigned to the wave numbers k, so that as a result the sought electromagnetic spectrum as a distribution of the intensities the wave number k is present.
  • Fig. 10 shows schematically an imaging and / or measuring device for use in surgical procedures.
  • the device comprises a brilliant light source 10, preferably a high spatial coherence light source.
  • the light source can generate broadband infrared radiation, in particular infrared radiation in the mid-infrared spectral range (MIR).
  • the light source 10 may be e.g. be a synchrotron light source.
  • the broadband infrared radiation is thereby delivered by synchrotron radiation by means of a beamline which extracts MIR radiation from the storage ring of a synchrotron, e.g.
  • the light source may comprise multiple lasers radiating in the MIR.
  • the radiation is supplied by means not shown here optical means of a device for high-resolution spectral decomposition 1 9.
  • the device for high-resolution spectral decomposition 19 can be constructed according to FIG. 1 with diffraction gratings 12 and 18 in the form of a spectrometer with precise wavenumber calibration.
  • the apparatus for high-resolution spectral decomposition 19 can be, for example, a high-resolution grating spectrometer of classical design.
  • specific spectral ranges are selected from the light emitted by the source for further addressing. In the example shown in FIG. 10, two spectral regions are selected: region 1 and region 2.
  • the device for high-resolution spectral decomposition 19 also physically provides all the narrow spectral bands between them as well as spectral regions above and below, depending on the design addressed narrow spectral bands.
  • the non-addressed narrow spectral bands and spectral ranges above and below the addressed spectral bands and spectral ranges can be filtered out by suitable means and excluded from the further beam path in the direction of the patient in the best possible way.
  • the non-selected spectral regions eg, region 3 in FIG. 10) may be directed (or "darkened") into light traps, absorbers, etc., for example.
  • Each of the two selected spectral regions 1 and 2 comprises a plurality of individual spectral components (for example in the form of narrow spectral bands).
  • the radiation from the brilliant high coherence light source 10 can be spectrally decomposed into the following spectral components:
  • Sections 1 and 2 above represent two “cancer marker bands” known from the literature (see, for example, P. Ventkatachalam, L. Lakshmana Rao, N. Krishna Kumar, Anupama Jose, Shaiju S. Nazeer: "Diagnosis of Breast Cancer IR-Spectroscopy. "In AIP Conf. Proc.
  • spectral cancer markers from the broadband radiation of the light source in the middle infrared, for example, from 900 cm “1 to 1400cm " 1 .
  • the evaluation of a larger number of spectral regions and / or spectral components can increase the accuracy of the measurement or the accuracy. As a rule, in many cases a relatively small number of addressed narrow spectral components is sufficient (eg below 64).
  • the "spectral cancer markers” or “cancer marker bands” can be obtained promptly by the patient under defined conditions in a surgical, invasive preliminary examination of tissues of various states (benign, premalign to malign) and clearly classified by histopathological tissue examinations into several classes.
  • the "spectral cancer markers” can be stored, for example, in a database or in the memory of a central computer 34.
  • the “spectral cancer markers” are preferably automated in the surgical operation in the central computer 34 or on call to experts in the Background on the central computer for comparison with unknown tissue under conditions of surgical operation available.
  • Fig. 10 shows the distribution of the intensity ls in the area of the decomposition (plane S) as a function of the wavenumber.
  • an SLM block 15 is arranged.
  • the SLM block 15 may comprise two (or more) spatially separated SLMs.
  • a spatial light modulator (SLM) is assigned to each of the selected areas (in the present example, areas 1 and 2), which is optimized for the MIR spectral range, for example by means of a gold plating of the elements.
  • widely spaced areas may be used on a single SLM. That . depends in particular on the difference in the wavenumbers of the addressed areas.
  • suitable, preferably miniaturized mirror arrays can be used.
  • the spectral decomposition (resolving power) is performed such that each o.g. narrow spectral band or each spectral component can be uniquely assigned its own harmonic oscillating element of the SLM.
  • the available frequency range of the SLM can be divided into individual frequency ranges when controlling the SLM.
  • each of regions 1 and 2 (eg, the 1080 cm “1 and 1" 236 cm “1 regions known as” spectral cancer markers ”) comprises 8 different spectral components and correspondingly only 8 elements of the SLMs are respectively" light switch ".
  • the centroid wavelength may be shifted from SLM element to SLM element by 0.5 cm -1 each time.
  • the individual spectral components may, for example, be based on the modulation frequencies:
  • 36 Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, 50Hz be split.
  • the SLM elements of the SLMs of the SLM block 15 oscillate, for example, from 20 Hz to 50 Hz, each at a frequency higher by 2 Hz from one SLM element to its neighboring SLM element. Between the 8th SLM element and the 9th SLM element of the SLM block 15, an oscillation frequency higher by 2 Hz can also be set. However, this is not mandatory. Furthermore, the starting phases of the oscillation can be distributed differently. The frequencies, the centroid wavelength and possibly the start phases on each SLM element are stored in the central computer 34.
  • Each spectral component is modulated by an element of the spatial light modulator at the frequency assigned to it.
  • the spread in the frequency range of the modulations is therefore much larger than in the range of the physical wavenumbers.
  • only comparatively little of the MIR radiation emitted by the light source reaches the patient, namely the radiation which is e.g. was determined to be most suitable due to preliminary investigations with the calculation or set-up of patient-related "cancer markers" for the detection of cancer, etc.
  • the brilliant source can run under "full load" without the patient being unnecessarily burdened.
  • the addressed multispectral infrared measurement radiation is conducted to the examined organ tissue 29 of the patient 27 lying on the operating table 25.
  • the optical means for introducing the infrared measuring radiation into the organ tissue are not shown in FIG. Any suitable optical means, eg in the form of a measuring probe, can be used.
  • Imaging optics 30 bring the returning MIR radiation to a detector.
  • the detector may be a so-called focal plane detector, eg an M IR camera 32.
  • the detector may be a one-point detector, eg a cooled high sensitivity mercury cadmium telluride detector for radiation in the MIR, so that only a small spot is detected in the tissue
  • the mercury-cadmium telluride detector can detect oscillating radiation which may be in the range of up to several hundred Hz or even more. In this case, an image of the examined organ can be obtained by scanning.
  • an image stack is recorded. If e.g. measured at 16 discrete frequencies for 1 second at a frame rate of 120 frames per second and a stack of images taken 1 20 images, the intensity / energy in the oscillation of each individual frequency of 16 frequencies can be determined by a lock-in detection safely or . be calculated. The initial phases can be different. The sampling theorem for signal sampling is thus satisfied and the individual oscillations are separable, e.g. using lock-in detection, fast Fourier transform (FFT), etc.
  • FFT fast Fourier transform
  • FIG. 10 shows the intensity I calculated by the computer 34 from MIR camera image pixels for the two spectral regions 1 and 2 as a function of the frequency of the SLM elements or of the modulation frequency.
  • the determined intensity allows - after appropriate calibration with the help of reference measurements - a precise inference to the degree of absorption at each spectral component of the above mentioned. Areas 1 and 2. Thus, the ratio of the absorptions can be determined with sufficient accuracy.
  • Reliable statements can be obtained, in particular, when a large number of patient-related data (spectral data and further, including multimodal data), which were obtained under clearly defined boundary conditions and in a timely manner, are available.
  • the present data then provides the reference, e.g. as a class library for tissue classification, also histopathologically verified, for spectral data obtained under surgical conditions.
  • the aim is to be able to do without the histopathological protection under the conditions of a surgical operation.
  • the surgeon team can be shown in the operation, for example, a map 37 of the spatial distribution of different tissue types on a monitor 31.
  • the information on optically probing tissue in the surgical operation is transformed by optical means into a "yes / no" decision.
  • Another approach is the time-sequential wavelength tuning by means of SLM in a device for high-resolution spectral decomposition. Then only a single narrow-band radiation is used. Since this approach requires a particularly high brilliance of the radiation, this approach is usually inferior to the approach with several narrowband lines with regard to the achievable signal-to-noise ratio.
  • a rasterized detector 32 having an associated computer or computer system 34 or a rasterized detector system having at least one associated computer or computer system 34,
  • a spectral splitting in a planar or spatial region is carried out by means of the downstream wavelength-dispersive means 12 and thus either at least one lateral wavelength axis (WA; ⁇ axis) or a predetermined laterally structured range of intensities with different wavelengths and in the planar or spatial area with one or more controllable spatial light modulators 14 laterally a different exposure of the electromagnetic radiation by a predetermined controlled degree of reflection and / or degree of transmission and / or degree of absorption with a predetermined controlled temporal modulation, also aperiodic, takes place and for the - in the physical wavelength of the electromagnetic radiation different proportions also each one in the fundamental frequency or in a relatively narrow fundamental frequency band (where harmonics can also occur) different temporal modulations in a frequency range, but each below a frequency of 10 megahertz for the fundamental frequency or for the fundamental frequency band are performed and the different in the physical wavelength portions of the electromagnetic radiation after the application of at least approximately spatially to multi-spectral electromagnetic radiation by means of optical means
  • the irradiation of an object 26 or a scene is performed (ie with "white” light) and each object point is at least approximately exposed to the addressed spectrum of electromagnetic radiation 24.
  • the rastered detector 32 with an associated Computer or computer system 34 or by means of the rasterized detector system with at least one associated computer or computer system 34 is a surface detection of the outgoing from the object 26 electromagnetic radiation 28.
  • the modulation may be a periodic or aperiodic modulation. Also, a chirping can be performed. Preferably, a correlation with the impressed modulation is performed. The modulation can be done laterally in space, in particular, the modulation can be done with a linear change in the modulation frequency.
  • the starting phases of the individual harmonic oscillations which are generated in the f-space, by means of controlled SLM, can be different from each other in a predetermined manner.
  • the start phases above the frequency f may also be formed (generated) according to a non-linear law of formation, so that the sum signal registered by the pixels of the screened detector has a significant chirp effect and the summation signal has no conspicuous maxima. This is advantageous for the utilization of the given dynamic range of a detector or it reduces the requirements of the detector dynamics from the outset.
  • a multiple bundle (e.g., 8 bundles) is performed on a single bundle coupling or a multiple fiber (e.g., 8 fibers) on a single fiber coupling.
  • Fabry-Perot filters for demodulating the spectral wavelets in the frequency domain is preferably carried out.
  • a frequency comb laser as a radiation source with a suitable spectral line spacing in the spectrum, wherein preferably each spectral line in a distance, profile or 3D measurement addresses its own depth in the object space.
  • a rasterized detector 30 having an associated computer or computer system 34 or a rasterized detector system having at least one associated computer or computer system 34,
  • a spectral splitting in a planar or spatial region is performed by means of the downstream wavelength dispersive means 12 and thus either at least one lateral wavelength axis (WA; ⁇ axis) or a predetermined laterally structured range of intensities different wavelengths and in the area or spatial area with one or more controllable spatial light modulators 14 .
  • WA lateral wavelength axis
  • a predetermined laterally structured range of intensities different wavelengths and in the area or spatial area with one or more controllable spatial light modulators 14 .
  • a predetermined controlled degree of reflection and / or degree of transmission and / or degree of absorption with a predetermined controlled temporal modulation, also aperiodic takes place and for the - in the physical wavelength of the electromagnetic radiation different proportions also each one in the fundamental frequency or in a relatively narrow fundamental frequency band (where harmonics may also occur) different temporal modulations in a frequency range, but each below a frequency of 10 megahertz for the Grundfreqüenz or for the fundamental frequency band are performed and
  • the irradiation of an object 26 or scene is performed (ie with "white” or multispectral light of a desired addressed characteristic) and each object point is at least approximately exposed to the addressed spectrum of electromagnetic radiation 24.
  • Fabry-Perot filters are associated with the 3D measuring arrangement for demodulating the spectral " wavelets in the frequency space.”
  • 10 (or even more) discrete light sources 11 "i" are used and modulated.
  • each spectral line addresses its own depth in the object space.
  • the imaging or measuring devices described above Compared with a tunable light source (so-called "swept sources"), the imaging or measuring devices described above have the advantage that the radiation of the entire addressed spectral range is in optical contact with the object at the same time, resulting in a better signal / noise ratio.
  • Another advantage in signal processing is the massive parallelizability, which is made possible by the use of so-called smart cameras or graphics processors, and it is also possible to use cameras with a rather low number of pixels However, they are much faster than higher-pixel cameras and allow "real-time" imaging or measurement. This is in particular an advantage over the approach known from the document DE 10 2006 007 172 B4.
  • the modulation frequency may also be inversely related to the physical wavelength of the electromagnetic radiation, so it is possible to modulate the spectral component having the smallest wavelength at both the smallest modulation frequency and the largest modulation frequency the modulation frequency laterally across the SLM along the
  • the modulation frequency can also be changed according to the ratio of the wavelengths so that the spectrum does not need to be converted (stretched or compressed) Ratio of wavenumber done so that the spectrum also does not need to be converted (stretched or compressed).
  • strong SLD illumination or a white-light laser are suitable as the light or radiation source.
  • a frequency comb laser with a suitable spectral line spacing in the spectrum can be used as the light or radiation source.
  • each spectral line addresses its own depth in object space.
  • the light is preferably conducted by means of an optical fiber to a spatial light modulator (SLM) and / or to a arranged in the object space chromatic-confocal measuring arrangement.
  • SLM spatial light modulator
  • a 5 kHz DMDs are used as an SLM. This makes it possible to address or modulate 1 28 or possibly 256 spectral components or spectral channels in real time.
  • a point light source illumination takes place in the object space of a chromatic-confocal measuring arrangement.
  • the light reflected from the object is detected by a CCD camera, e.g. a 12 kHz camera with 1 megapixel.
  • the 3-D dental camera has a spectral imaging rate of 16Hz. This also corresponds, for example, to the rate of provision of the point cloud or the provision of the structural object information.
  • the camera head is deposited together with the chromatic-confocal 3D sensor (comprising the multispectral light source, the spatial light modulator, the chromatic confocal measuring arrangement and optionally further optical component) and thus forms a 3-D sensor head.
  • the light supply into the 3D sensor head for example via optical fibers.
  • a MIR continuum light source eg with mid-infrared spectrum of about 7 ⁇ m to 1 1 m wavelength range
  • an NIR (near infrared spectrum) light source can be used.
  • MIR-compatible DMD as a spatial light modulator (eg DMD with gold-plated elements, pixels) a given (eg relatively small) number of spectral components is addressed or modulated. For example, from 2 to 16 spectral components can be addressed.
  • the individual spectral components are narrow-banded and correspond to the previously determined or generally known "marker wavelength ranges" of the examined tissue All the wavelength ranges irrelevant to tumor recognition by means of prior knowledge are preferably darkened by means of DMD
  • the permissible intensity of electromagnetic radiation for the tissue can be used to a high degree precisely by the wavelength ranges which are highly likely to provide significant information about the tissue to be examined Through a "tailor-made" spectrum of lighting in terms of a concrete medical The question can advantageously shorten the measuring time on the tissue to be examined with the same signal / noise ratio.
  • the examined tumor-suspicious tissue is brought into optical contact with the radiation spectrum thus addressed.
  • the intensities in the corresponding "marker wavelength ranges” can be calibrated and offset from the returning, detected spectral radiation fractions with the absorptions made in the tissue, for example by quotient formation, variances, first to nth derivative correlations according to the wave number / Wavelength, etc., due to proven models.
  • an offsetting, evaluation and decision on the tumor properties For example, the examined tissue can be classified into clearly benign (0), premalign or unambiguously malignant (1). It is possible to reproduce the calculated images with yes / no suggestion in the individual camera pixels.
  • the calculated probabilities for cancer can also be shown in the respective pixels of the displayed image. These can be gray value or color coded displayed on a monitor.
  • i, i 1, 2, ... monochromatic or quasi-monochromatic light sources
  • spatial light modulator Spatial Light Modulator
  • Control arrangement for the frequency control of the individual spectral components (for example by means of controlling the spatial light modulator or the individual light sources)
  • Main computer data processing device
  • main computer data processing device
  • Hyper- or multispectral spectral image (z, x, y)
  • DOE Diffractive optical element

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von multispektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum, zur adaptiven multispektralen Bildgebung sowie zur Erfassung von strukturellen und/oder topographischen Informationen eines Objekts oder der Distanz zu einem Objekt. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine multispektrale Lichtquelle und eine Modulationseinrichtung zur zeitlichen Modulation der einzelnen Spektralkomponenten der multispektralen Lichtquelle mit jeweils voneinander unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, Modulationsfrequenzbereichen und/oder Modulationssequenzen. Die multispektrale Lichtquelle umfasst (i) zumindest eine Lichtquelle (10) mit einem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum und wellenlängendispersiven Mitteln (12) oder (ii) ein Ensemble oder Array von monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen mit voneinander jeweils verschiedenen Emissions-Wellenlängen oder Emissions-Wellenlängenbändern. Die Modulationseinrichtung umfasst (i) mindestens einen elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator (14) oder (ii) mehrere, der einzelnen monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen zugeordnete elektronische Ansteuermodule. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ferner optische Mittel (18) zum Zusammensetzen der einzelnen modulierten Spektralkomponenten, um das multispektrale Beleuchtungslicht (24) mit adressierbarem Spektrum zu bilden.

Description

"Verfahren1 und Vorrichtung zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Licht, zur hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Distanz- und/oder 2-D oder 3-D Profilmessung.eines Objekts mittels Spektrometrie"
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum, insbesondere zur (adaptiven) multi- oder hyperspektralen Bildgebung, zur Erfassung von strukturellen und/oder topographischen Informationen eines Objekts bzw. zur Erfassung des 2D- oder 3D-Profils eines Objekts oder zur Erfassung der Distanz zu einem Objekt mittels Spektroskopie.
DE 10 2006 007 172 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen, ortsaufgelösten, flächigen spektroskopischen Analyse und multispektralen Bildgebung. Die Vorrichtung umfasst ein gerastertes, flächiges Array von Mikrolinsen und jeweils den Foki der Mikrolinsen zugeordneten Pinholes, eine flächige Detektor-Matrix im Detektionsstrahlengang sowie Mittel zur lateralen spektralen Aufspaltung und zur Fokussierung des auf die flächige Detektor-Matrix einfallenden multispektralen Lichts, so dass auf der Detektor-Matrix eine spektrale Achse besteht. Das flächige Array ist um einen spitzen Winkel zur spektralen Achse geneigt auf der flächigen Detektor-Matrix angeordnet, wodurch eine optimale Nutzung der Fläche der Detektor-Matrix erzielt werden kann. Die Ortsauf lösung dieses Verfahrens ist jedoch nicht optimal.
US 8,014,569 B2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nahrungsmittelkontrolle. Bei diesem Verfahren werden auf die Probe (Früchte, Gemüse oder sonstige Nahrungsmittel) mittels DMD-Applikation erzeugte Lichtmuster projiziert, die nachfolgend spektral mittels variabler Spektralfilter analysiert werden, um Informationen über den Zustand der Probe zu erhalten.
Der Fachartikel„Snapshot Hyperspectral Imaging in Ophthalmology" von W. R. Johnson u. a., veröffentlicht im Journal of Biomedical Optics Vol. 12 ( 1 ), 014036, 2007 offenbart eine Vorrichtung zur hyper-spektralen Bildgebung. Die spektralen Daten werden lediglich aus einem einzigen Kamerabild gewonnen, wodurch an die Graustufen-Auflösung der Kamera vergleichsweise hohe Anforderungen gestellt werden müssen, um eine akzeptable Farbauflösung erreichen zu können. Der in diesem Fachartikel dargestellte Ansatz kann daher in der fotometrischen Genauigkeit sehr limitiert sein.
Im Fachartikel„Development of a digital-micromirror-device-based multishot snapshot spectral imaging system" von Y. Wu u. a., veröffentlicht in Optics Letters, Vol. 36, No. 14, S. 2692 - 1694, 201 1 wird ebenfalls ein Ansatz mit nur einem Kamerabild zum Spektralen Imaging mit Compressive Sensing (CS) dargestellt. Die dargestellten Ergebnisse weisen keine hohe fotometrische Genauigkeit auf, was prinzipbedingt ist, da nur ein Kamerabild verrechnet wird. Dennoch ist die erforderliche Rechenleistung, bezogen auf die Standard-PC-Technik im Jahr 2010 und ein typisches Farbobjekt, vergleichsweise hoch.
In der Veröffentlichung„Dispersive interferometric profilometer" von J. Schwider und L. Zhou veröffentlicht in Optics Letters, Vol. 19. No. 13, S. 995-997, 1 994 wird ein interferonnetrisches System vorgeschlagen, das ein Zweistrahl-Interferometer und ein Spektrometer verknüpft. Das Interferenz-Signal wird dabei mit Hilfe eines Gitters spektral aufgespalten, so dass Müllersche Streifen entstehen. Eine flächenhafte Erfassung des Messobjekts ist nur durch eine Relativbewegung zwischen Spektrometer und Messobjekt zeitseriell erreichbar.
Im Fachartikel„Multi-frequency Light Source Using Spatial Light Modulator for profilometry", S. Choi u.a., veröffentlicht in den Tagungsunterlagen der Konferenz CLEO-PR 2013, WPF-15 wird eine Lichtquelle zur Erzeugung von spektralen Frequenzkämmen mit steuerbaren Wellenlängen und Frequenzabstand für die Spektral-Interferometrie oder die Frequenzkamminterferometrie. Hiermit kann schnell messende Spektral-Interferometrie betrieben werden, insbesondere dann, wenn a priori-Kenntnisse über die Größe des optischen Gangunterschieds im Spektral-Interferometer zumindest näherungsweise vorliegen, beispielsweise bei nahezu ebenen, kleinen Objekten oder einer dünnen Schicht als Messobjekt, und dieser optische Gangunterschied auf den eher mikroskopischen Bereich begrenzt ist. Die vorgeschlagene Lichtquelle ist jedoch für das hyperspektrale Imaging oder dreidimensional messende Verfahren - wie die chromatisch-konfokale Technik - nicht oder nur bedingt einsetzbar. Ferner sind Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur multi-spektralen oder hyperspektralen Bildgebung aus dem Stand der Technik bekannt, welche durchstimmbare Lichtquellen (so genannten„swept sources") einsetzen. Diese Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch sehr langsam und nicht zur„Echtzeit' -Bildgebung bzw. Messung geeignet. Im Fachartikel „Simultaneous three-dimensional step-height measurement and high resolution tomographic imaging with a spectral interferometric microscope" von D. Mehta u.a. in Applied Optics, Vol. 41 , Nr. 19, S. 3874-3885, 2002 wird eine durchstimmbare Lichtquelle mit Fabry- Perot-Interferometern auf der Basis eines Flüssigkeitskristalls beschrieben, welche in der Regel nur quasi-monochromatisches Licht liefert.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung ist das reduzierte Signal/Rausch Verhältnis, da nicht alle Spektralanteile bzw. Spektralkomponente gleichzeitig im optischen und/oder Daten- Eingriff mit dem abgebildeten oder untersuchten Objekt sind. Darüber hinaus weisen diese Verfahren eine mangelnde Flexibilität der Wahl der Parameter der hyperspektralen Analyse auf.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung, zur Erfassung von strukturellen und topographischen Informationen eines Objekts oder des Abstands zu einem Objekt mittels Spektroskopie oder zur spektralen Modulation von Strahlung über Raum und Zeit mit Dynamik-Reduktion bereitzustellen. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, vollflächig multi- oder hyperspektrale Informationen eines Objekts zu erhalten, wobei die Ortsauflösung und/oder das Signal-Rausch Verhältnis und/oder die Geschwindigkeit der Informationserfassung verbessert werden.
Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum nach Anspruch 1 , eine multi- oder hyperspektrale Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, eine multi- oder hyperspektrale Messvorrichtung nach Anspruch 12, ein Verfahren zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht nach Anspruch 13 und Verfahren zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Distanz- und/oder Topographiemessung nach Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum bereitgestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine multispektrale Lichtquelle und eine Modulationseinrichtung, welche ausgelegt ist, die einzelnen Spektralkomponenten des von der multispektralen Lichtquelle emittierten Licht zeitlich zu modulieren, wobei die zeitlichen Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten voneinander unterschiedlich sind. Insbesondere werden die einzelnen Spektralkomponenten mit jeweils voneinander unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, Modulationsfrequenzbereichen und/oder Modulationssequenzeh moduliert.
Die multispektrale Lichtquelle kann
(i) zumindest eine Lichtquelle mit einem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum und (erste) wellenlängen-dispersiven Mitteln zur spektralen Aufspaltung des von der Lichtquelle emittierten Lichts in mehrere, räumlich voneinander getrennte Spektralkomponenten mit jeweils voneinander unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2, ... , λη oder Wellenlängenbändern umfassen; und/oder
(ii) ein Ensemble oder ein Array von räumlich voneinander getrennten monochromatischen oder quasi- monochromatischen Quellen umfassen, welche ausgelegt sind, Licht mit vorbestimmten, voneinander jeweils verschiedenen Emissions-Wellenlängen λι, λ2, ... , λη oder Emissions- Wellenlängenbändern zu emittieren.
Die Modulationseinrichtung kann dementsprechend
(i) mindestens einen elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator, welches ausgelegt ist, die einzelnen Spektralkomponenten zeitlich zu modulieren; oder
(ii) mehrere, der einzelnen monochromatischen quasi-monochromatischen Lichtquellen zugeordnete elektronische Ansteuermodulen
umfassen. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ferner optische Mittel, welche ausgelegt sind, die einzelnen, modulierten Spektralkomponenten zusammenzusetzen, so dass diese im Wesentlichen räumlich miteinander überlappen, um das multi- oder hyperspektrale Beleuchtungslicht zu bilden. Die optische Mittel können (zweite) wellenlängen-dispersive Mittel (z.B. Beugungsgitter, Prismen, etc.) umfassen. Die zweiten wellenlängen-dispersiven Mittel sind ausgelegt, die räumliche Trennung der einzelnen Spektralkomponente bzw. den Winkelunterschied der einzelnen Spektralkomponente zu kompensieren.
Das erzeugte multispektrale Licht mit adressiertem Spektrum kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere für medizinische oder messtechnische Anwendungen. Unter dem Begriff „Licht" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung jede elektromagnetische Strahlung verstanden, z.B. jede elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich (VIS), ultravioletten Spektralbereich (insbesondere im extremen (EUV), starken (DUV) oder schwachem (UV) Ultraviolett), infraroten Spektralbereich (insbesondere im nahem (NIR), mittlerem (MIR) oder fernem (FIR) Infrarot), Tera-Hz Spektralbereich und/oder Röntgenbereich.
Die multispektrale Lichtquelle kann zumindest eine Lichtquelle mit einem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen Spektrum oder einem Frequenzkamm-Spektrum und wellenlängen- dispersiven Mitteln umfassen. Die Lichtquelle kann z.B. ein Linien- oder Punktstrahler sein, z.B. zumindest eine Leuchtdiode („Light Emitting Diode" (LED)), eine Weißlichtdiode, eine Lumineszenzdiode (z.B.„Super Liminescent Diode" (SLD)), etc. Die Lichtquelle kann ebenfalls eine Lichtquelle mit quasi-kontinuierlichem Spektrum sein, z.B. eine Lichtquelle, die mehrere Einzelquellen mit unterschiedlichen, räumlich miteinander überlappenden Spektrallinien bzw. Spektralbereiche umfasst. Die Lichtquelle kann ferner zumindest einen Frequenzkammlaser oder eine Superlumineszenz-Diode (SLD) mit nachgeordnetem Fabri-Perot Interferometer (FPI) umfassen. Die Quelle elektromagnetischer Strahlung, insbesondere für den mittleren Infrarot- Bereich, kann als Synchrotron-Strahlungsquelle ausgebildet sein.
Mittels wellenlängen-dispersiven Mitteln können die einzelnen Spektralkomponenten räumlich voneinander getrennt werden. Die wellenlängen-dispersiven Mitteln sind vorzugsweise so ausgelegt und angeordnet, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht derart spektral aufgespaltet wird, dass die einzelnen Spektralkomponenten mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche in einem vorgegebenen flächigen oder räumlichen Bereich (z.B. in einer vorgegebenen Ebene) räumlich voneinander getrennt sind. In diesem räumlichen Bereich besteht mindestens eine laterale Wellenlängen-Achse bzw. Spektralachse oder ein vorbestimmter, lateral strukturierter Bereich von Intensitäten mit unterschiedlichen Wellenlängen. Diese letztgenannten Spektralbereiche können im Wesentlichen senkrecht zu der Wellenlängenachse angeordnet sein. Die wellenlängen-dispersiven Mittel können z.B. Beugungsgitter, Prismen, Fabri-Perot Interferometer, etc. sein.
In dem flächigen oder räumlichen Bereich kann zumindest einen elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator angeordnet sein. Der räumliche Lichtmodulator (Spatial Light Modular (SLM)) ist ausgelegt, eine zeitliche Modulation der einzelnen, voneinander rä umlich getrennten Spektralbereiche durchzuführen. So kann beispielsweise lateral (entlang der Wellenachse) eine unterschiedliche zeitliche Modulation der einzelnen Spektraiberieche bzw. Spektralkomponente durch eine Änderung des Grads der Reflexion und/oder Grads der Transmission und/oder des Grads der Absorption des elektrisch steuerbaren räumlichen Lichtmodulators mit einer vorbestimmt gesteuerten zeitlichen Modulation (periodisch oder aperiodisch) erzieht werden. Anders ausgedrückt erfolgt mittels einer räumlich-zeitlichen Modulation bzw. Steuerung des räumlichen Lichtmodulators eine zeitliche Modulation der räumlich voneinander getrennten, unterschiedlichen Spektralbereiche.
Der Begriff „räumlicher Lichtmodulator" umfasst dabei jegliche räumliche Modulatoren, einschließlich räumliche Lichtmodulatoren für Licht im sichtbaren, infraroten, ultravioletten oder Terahertz Bereich. Der räumliche Lichtmodulator kann z.B. den Grad der Reflexion und/oder den Grad der Transmission und/oder den Grad der Absorption des einfallenden Lichts modulieren. Beispiele geeigneter räumlicher Lichtmodulatoren sind z.B. DMD („Digital Mirror Device"), LCD („Liquid Crystal Display", LCoS („Liquid Crystal on Silicon"). Vorzugsweise wird als räumlicher Lichtmodulator ein DMD eingesetzt. DMDs weisen eine sehr gute Lichteffizienz hinsichtlich der Licht-modulierenden Elemente auf, welche besser ist, als bei einer Anwendung des DMDs als Amplituden-Beugungsgitter.
Multispektrales Licht mit mehreren, räumlich voneinander getrennten Spektralkomponenten kann auch mittels einem Ensemble oder ein Array von monochromatischen oder quasimonochromatischen, diskreten, räumlich voneinander getrennt angeordneten Lichtquellen erzeugt werden. Die einzelnen Lichtquellen in dem Ensemble oder Array sind ausgelegt, Licht bzw. Lichtstrahlen mit voneinander jeweils verschiedenen Emissions-Wellenlängen λι, λ2, ..., λη oder Emissions- Wellenlängenbänder zu emittieren. Die einzelnen diskreten Lichtquellen können direkt mittels elektronischen Ansteuermodulen, welche jeweils den einzelnen Lichtquellen zugeordneten sind, angesteuert werden, um die Intensität der einzelnen Emissions-Wellenlängen oder Emmisionswellenlängenbänder zeitlich zu modulieren. In diesem Fall kann die multispektrale Lichtquelle ein Ensemble oder Array von Leuchtdioden (LEDs), Superlumineszenz-Dioden (SLDs), Laserdioden, etc. umfassen, die jeweils Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder Licht in einem vorbestimmten, engen Spektralbereich emittieren.
Die Anzahl der Spektralkomponente kann je nach Zielanwendung der Beleuchtungsvorrichtung gewählt werden. Bei einer Anwendung der Beleuchtungsvorrichtung in einer Messvorrichtung zur Detektion des 2-D oder 3-D Profils eines Objekts und/oder des Abstands zu einem Objekt kann die Anzahl der einzelnen Spektralkomponenten bzw. der Abstand der einzelnen Spektrallinien vorzugsweise so gewählt werden, dass jede Spektrallinie bzw. jede Spektralkomponente eine eigene Tiefe im Objektraum adressiert bzw. entspricht.
Die Vorrichtung zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum kann ferner Mittel umfassen, die ausgelegt sind, das von der Lichtquelle mit dem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum emittierte Licht oder das von den einzelnen monochromatischen oder quasimonochromatischen Lichtquellen emittierte Licht spektral zu filtern. Die Mittel zum selektiven Spektralfiltem können ausgelegt sein, einzelne Spektralkomponente und/oder Spektralbereiche aus einem breiten Spektralbereich selektiv herauszufiltern bzw. abzuschalten. Die Mittel zum selektiven Spektralfiltern können ein oder mehrere feste oder elektrisch steuerbare Spektralfilter und/oder Lichtfallen und/oder Absorber und/oder andere optische Komponenten umfassen.
Die Mittel zum selektiven Spektralfiltern können der Lichtquelle mit dem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum oder den einzelnen monochromatischen oder quasimonochromatischen Lichtquellen nachgeschaltet werden. Es ist ebenfalls möglich, die Mittel zur selektiven Spektralfilterung in dem räumlichen Lichtmodulator oder in den elektronischen Ansteuermodulen zu integrieren (z.B. als Teil der Steuerung).
Insbesondere kann der räumliche Lichtmodulator ausgelegt sein, eine selektive Einstellung bzw. ein selektives Filtern des Spektralbereichs der kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkammlichtquelle durchzuführen. So kann der räumliche Lichtmodulator ausgelegt sein, einzelne Spektralkomponenten und/oder Spektralbereiche herauszufiltern bzw. zu blockieren (z.B. durch Ablenkung in Richtung einer Lichtfalle). In einem Beispiel kann der räumliche Lichtmodulator als variabler (z.B. relativ schmalbandiger) spektraler Filter dienen.
Durch das spektrale Filtern des Spektralbereichs kann eine gezielte Anpassung des multispektralen Beleuchtungslichts an die jeweilige Anwendung vorgenommen werden. Dies ist insbesondere bei medizinischen Anwendungen von Vorteil, in denen Untersuchungen an lebenden Objekten vorgenommen werden. Da das multispektrale Licht genau auf das zu beleuchtende bzw. zu untersuchende Objekt abgestimmt werden kann, ist es möglich, eine unnötige Strahlenbelastung des beleuchteten Objekts, welche z.B. zu Gewebeschädigungen führen kann, zu vermeiden oder zu minimieren, insbesondere wenn als Lichtquelle eine Synchrotronlichtquelle oder eine andere Quelle potentiell schädlicher oder belastender elektromagnetischer Strahlung verwendet wird. Bei herkömmlichen Ansätzen zur Spektralmessung, insbesondere im MIR Bereich, wird dagegen ein möglichst volles Spektrum zur Beleuchtung verwendet, um jeden möglichen spektralen Effekt zu erkennen.
In einem Beispiel werden mit Hilfe der Mittel zum selektiven Spektralfiltern die zur Anwendung kommenden Spektralverteilungen vorbestimmt bzw. gezielt ausgedünnt. So können die Spektralanteile, die mit hoher Sicherheit keine Krebsmarker oder andere relevante Marker adressieren und nicht zur Informationsgewinnung beitragen, ausgeblendet bzw. herausgefiltert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Strahlungsbelastung (z.B. im Falle einer Infrarotstrahlungsquelle die Wärmelast, die durch starke Wasserabsorption im Gewebe erzeugt wird) auf das beleuchtete Objekt (z.B. ein Organ) reduziert wird. Ferner kann die Strahlungsenergie in den Spektralbereichen, wo spektrale Krebsmarker oder andere relevante Marker vorhanden sind, erhöht werden. Dadurch kann ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis des Messsignals bzw. der ermittelten spektralen Information erreicht werden, was zu einer Verbesserung der Geschwindigkeit und der Zuverlässigkeit der Messung bzw. der Bildgebung führt. Da ferner die detektierten Signale, die verarbeitet werden, um Informationen über das beleuchtete Objekt zu erhalten, einer geringeren Anteil von Spektralkomponenten enthalten, kann die Geschwindigkeit der Messung bzw. der Bildgebung ebenfalls erhöht werden.
Des Weiteren ist es möglich, eine Frequenzspreizung im Signalraum des räumlichen Lichtmodulators und/oder eines Detektors und/oder einer digitalen Signalbearbeitungsvorrichtung durchzuführen. Die Spreizung im Frequenzbereich der Modulationen kann dabei größer sein als im Bereich der physikalischen Wellenzahlen.
So können nacheinander mehrere unterschiedliche Schmalbanden-Signaturen (z.B. Krebsmarker-Schmalbanden-Signaturen) adressiert werden (z.B. nicht 30 potenzielle Schmalbanden auf einmal, sondern z.B. 3x5 unterschiedlichen Schmalbanden). Mit diesen mittels SLMs-Elementen adressierten Schmalbanden bzw. Spektralkomponenten wird - wie nachfolgend beschrieben - eine „Quasi-Frequenzspreizung" im niederfrequenten Frequenzbereich der elektrischen/digitalen Signalverarbeitung mittels der SLM-Elemente- Ansteuerung durchgeführt. Somit ist es möglich, die gegebenen Signalverarbeitungs- und Signalübertragungs-Kapazitäten des Systems und der Komponenten optimal auszunutzen. Die physikalische Wellenlänge/Wellenzahl der Schmalbanden-Strahlung bleibt dabei unverändert. Nur im Signalraum von SLM, Detektor Und digitaler Datenverarbeitung erfolgt eine niederfrequente Frequenzspreizung - typischerweise weit unterhalb von 10 KHz. Es ist ebenfalls möglich, eine Frequenz-Dehnung vorzusehen, um eine optimale Nutzung der Signalübertragung und Signalauswertung beim Einsatz von bekannten Komponenten und Systemen zu erreichen.
Der vorgeschlagene Ansatz des selektiven Filterns einzelner Spektralbereiche und/oder Spektralkomponenten und der Frequenzspreizung kann unabhängig von der oben beschriebenen zeitlichen Modulation der einzelnen Spektralkomponenten zum Einsatz kommen. Ein solcher Ansatz ist insbesondere bei einer Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung im medizinischen Bereich zur Beleuchtung von lebenden Objekten von Vorteil (z.B. im Rahmen einer therapeutischen Maßnahme, wie z.B. einer chirurgischen Operation), wo es nur auf die notwendigen Infos für den Chirurgen (das Gewebe wegschneiden ja / nein) mit hoher Zuverlässigkeit und in der benötigten Geschwindigkeit ankommt (max. wenige Minuten, z.B. weniger als 20 Minuten für die Gesamt-Zeit aller Diagnose-Maßnahme in einer chirurgischen Operation).
Der vorgeschlagene Ansatz des selektiven Filterns einzelner Spektralbereiche und/oder Spektralkomponenten und der Frequenzspreizung (nachfolgend auch selektive spektrale Frequenzspreizung oder selektive Frequenzspreizung genannt) ist insbesondere von Vorteil, wenn als Quelle eine brillante Quelle hoher räumlicher Kohärenz, insbesondere auch im mittleren Infrarotbereich (MIR) verwendet wird. Beispiele solcher Quellen sind z.B. Synchrotron- Strahlungsquellen, die über eine äußerst energiereiche, brillante Strahlung, insbesondere auch im mittleren Infrarot (MIR), verfügen, oder Laser-Batterien von spektral fein abgestimmten Lasern, welche insbesondere auch im mittleren Infrarot (MIR) abstrahlen.
In einem Beispiel wird die Strahlung der brillanten Quelle hoher räumlicher Kohärenz sehr fein spektral zerlegt, beispielsweise mit einer Vorrichtung zur spektralen Zerlegung von elektromagnetischer Strahlung (z.B. mit einem hochauflösendem Gitter-Spektrometer) im MIR. Mit geeigneten Mitteln werden bestimmte Spektralbereiche, die zur Informationsgewinnung beitragen ausgewählt, z.B. Spektralbereiche, die bekannte Krebsmarker adressieren. Jeder Spektralbereich kann mehrere einzelne Spektralkomponenten (z.B. in Form von schmalen Spektral-Banden) umfassen. Die nicht ausgewählten Spektralkomponenten und/oder Spektral- Bereiche können mittels geeigneter Mittel zum spektralen Filtern herausgefiltert und von Propagation in Richtung des Objekts bestmöglich ausgeschlossen werden. So können die nicht ausgewählten Spektralkomponenten und/oder Spektralbereiche in Lichtfallen gelenkt oder „dunkelgeschaltet" werden.
Jedem der ausgewählten Bereiche kann je ein räumlicher Lichtmodulator zugeordnet werden, der vorzugsweise für das MIR optimiert ist. Die räumlichen Lichtmodulatoren sind i.d.R. in der Fläche (Ebene) der spektralen Aufspaltung der Vorrichtung zur spektralen Zerlegung von elektromagnetischer Strahlung räumlich voneinander getrennt. Alternativ können räumlich voneinander getrennte Bereiche eines einzigen räumlichen Lichtmodulators verwendet werden. Die Beleuchtungsvorrichtung kann optische Mittel umfassen, die ausgelegt sind, das Licht von den räumlich getrennten Spektralbereichen auf die unterschiedlichen Bereiche des räumlichen Lichtmodulators abzulenken bzw. abzubilden.
Die spektrale Zerlegung (Auflösungsvermögen) der Vorrichtung zur spektralen Zerlegung von elektromagnetischer Strahlung kann so gewählt werden, dass jede Spektralkomponente ihr eigenes harmonisch oszillierendes Element des räumlichen Lichtmodulators eindeutig zugewiesen werden kann. Alternativ kann jeder Spektralkomponente eine Gruppe von Elementen des räumlichen Lichtmodulators zugewiesen werden. Jede Spektralkomponente wird durch das ihr zugewiesene Element bzw. durch die ihre zugewiesene Gruppe von Elementen des räumlichen Lichtmodulators mit der dem Element zugewiesenen Frequenz moduliert. Die Spreizung im Frequenzbereich der Modulationen kann folglich sehr viel größer sein, als im Bereich der physikalischen Wellenzahlen.
Das untersuchte Objekt (z.B. ein Organ eines Patienten in einer chirurgischen Operation) wird mit der adressierten multispektralen Strahlung bestrahlt. Das bestrahlte Objekt wird mittels eines Detektors, der vorzugswiese für das MIR ausgelegt ist, beobachtet. Mittels Frequenzanalyse des detektierten Signals (z.B. eine Lock-in-Detektion) können Informationen über das untersuchte Objekt erhalten werden.
Durch die gezielte Auswahl und Adressierung bestimmter Spektralbereiche und/oder Spektralkomponente ist es möglich, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und die Signalverarbeitungszeit zu verringern. Ferner kann die Strahlungsbelastung des beleuchteten Objekts verringert werden, da lediglich ein relativ kleiner, zur Informationsgewinnung beitragender Anteil der Strahlung der Quelle das Objekt erreicht. Die brillante Quelle kann dabei unter„Volllast" laufen.
Ein anderer Ansatz stellt das zeitsequentielle Wellenlängen-Durchstimmen mittels SLM in einer Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung dar. Es kommt dann nur eine einzige Schmalband-Strahlung bzw. eine einzige Spektralkomponente zur Anwendung. Da dieser Ansatz eine besonders hohe Brillanz der Strahlung erfordert, ist in der Regel dieser Ansatz dem Ansatz mit mehreren Schmalband-Linien bzw. mit mehreren Spektralkomponenten hinsichtlich des erreichbaren Signal-Rausch-Verhältnisses unterlegen. Vorzugsweise weist die Lichtquelle bzw. die einzelnen monochromatischen oder quasimonochromatischen Lichtquellen möglichst hoher Brillanz auf, wodurch die spektrale Auflösung verbessert wird.
Die zeitlichen Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten können sich in derenModulationsfrequenz, Modulationsfrequenzbereich, Modulationssequenz und/oder Startphasen der Modulationen unterscheiden. So können sich zeitlichen Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten in deren Grundfrequenz oder in deren (vergleichsweise schmalen) Grundfrequenzbereich (wobei Oberwellen entstehen können) und/oder in deren Modulationssequenz unterscheiden.
Die zeitliche Modulation der einzelnen Spektralkomponenten kann periodisch oder aperiodisch sein, wobei auch Oberwellen entstehen können. Insbesondere können die einzelnen Spektralkomponenten mit harmonischen Oszillationen temporal moduliert werden, wobei die Modulationsfrequenzen in dem Bereich von unterhalb von 10 MHz, vorzugsweise in dem Bereich von 10 Hz bis 10 KHz liegen.
Die Modulation kann ein Frequenz-Chirping, d.h. eine zeitliche Veränderung der Modulationsfrequenz der vorzugsweise harmonischen Schwingungen bzw. Modulationen, umfassen. Dies kann z.B. durch eine zeitliche Veränderung der Modulationsfrequenz des SLMs oder der Modulationsfrequenz der einzelnen Ansteuermodule erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Modulationsvorrichtung ausgelegt sein, die Startphasen der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten unterschiedlich festzulegen bzw. zu wählen bzw. zu variieren. Ferner kann die Modulationsvorrichtung ausgelegt sein, die Startphasen der Modulation der einzelnen Spektralkomponenten in dem von einem gerasterten Detektor erfassten Signal nichtlinear abzubilden. Die Variation der Startphasen kann von Modulationsfrequenz zu Modulationsfrequenz unterschiedlich sein und linear oder nichtlinear erfolgen. Ebenfalls ist eine stochastische bzw. zufällige Variation möglich. Vorzugsweise ist die Variation der Startphasen zeitlich unveränderlich.
Vorzugsweise erfolgt die Änderung der Startphasen nicht zufällig, sondern geordnet. So können die Phasenänderungen (bezogen auf den Startzeitpunkt oder einen Referenzzeitpunkt) stetig fallend, oder stetig steigend sein. Vorzugsweise sind die Phasenänderungen nichtlinear, vorzugsweise quadratisch von der Modulationsfrequenz abhängig. Vorzugsweise ändert sich der Betrag des Phasenwinkels dabei nur wenig. In diesem Fall strebt die zur Errechnung der Spektren bzw. zur Spektraldiskrimination erforderliche Rechenleistung am ehesten ein Minimum an. Ferner können optimale Ergebnisse erzielt werden, d.h. die errechneten Spektren weisen ein Fehlerminimum auf.
Ferner kann die Modulationsvorrichtung ausgelegt sein, die Amplituden der vorzugsweise harmonischen Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten zeitlich zu verändern. Insbesondere kann die Modulationsvorrichtung ausgelegt sein, eine Apodisation durchzuführen, bei der die Amplituden in den harmonischen Schwingungen in der Regel nach dem Start der Modulation (z.B. nach dem Einsetzen der Schwingungen an den SLM-Elementen) vorzugsweise abnehmen.
Wie nachfolgend erläutert wird, ermöglichen die obigen Ansätze eine Reduktion der Anforderungen an die Dynamik des Detektors, da die registrierten Signale in der Regel geringere Mittensignale aufweisen.
Wird beispielsweise, die Beleuchtungsvorrichtung in einer Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung zur Beleuchtung eines Objekts eingesetzt, so wird das Zeitsignal für jeden Bildpunkt pixelweise aus einem Bilderstapel der für eine bestimmte Zeit lang ausgelesenen Kamera gewonnen. Da es viele Bildpunkte gibt, werden entsprechend viele Zeitsignale erfasst. Insbesondere registrieren die Pixel der Kamera zu jedem Zeitpunkt stets ein Summen-Signal als Überlagerung aller einzelnen Signalschwingungen, die mittels räumlichen Lichtmodulator oder mittels Ansteuermodule erzeugt werden. Dabei wird einem physikalischen Wellenzahlband delta_kb_i, welches durch spektrale Zerlegung entstanden ist, jeweils eine eigene Frequenz fj mittels einer speziellen Ansteuerung des räumlichen Lichtmodulators oder der Ansteuermodule zugeordnet, beispielsweise indem Licht eines Wellenzahlbandes delta_kb_i auf ein SLM-Element i trifft, das mit der Frequenz f_i rechnergesteuert oszilliert.
In der Zweistrahl-Interferometrie mit multispektralem Licht bedeutet der Chirp-Effekt, dass der optische Gangunterschied null für Strahlung verschiedener Wellenzahlen für unterschiedliche Referenzspiegel-Positionen erreicht wird. Dies bedeutet, dass es einen sich ändernden Phasengang über Wellenzahl k gibt, der sich im Zweistrahl-Interferogramm durch eine Frequenzveränderung bemerkbar macht. Diese Frequenzveränderung ist in einigen Fällen im Zweistrahl-Interferogramm deutlich sichtbar und wird als Chirping oder Chirp-Effekt bezeichnet. In der Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie wird der Phasengang über Wellenzahl k numerisch aus einem kurzen zweiseitigen Interferogramm durch eine FFT errechnet und zur Korrektur genutzt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, wird jedoch bewusst ein vorbestimmter Phasengang zur Verringerung des Mittenpeaks im Summensignal (entspricht dem Interferogramm) eingeprägt. Dieser Phasengang ist somit a priori bekannt. Demzufolge kann die Phasenkorrektur bei der Spektrenberechnung mit dem a priori bekannten (vorbestimmten) Phasengang durchgeführt werden.
In einem bevorzugten Beispiel wird ein Signal mit Chirp-Effekt (=gechirptes Signal) im Zeitbereich erzeugt, das mittels eines von einer Kamera (einem gerasterten Detektor) aufgenommenen Bilderstapels, jeweils in einem Pixel j detektiert wird. Wird z.B. der Fall harmonischer Schwingungen der Signalintensität über die Zeit betrachtet, bedeutet der Chirp- Effekt, dass jede harmonische Schwingung (in einem Ensemble von Schwingungen) eine frequenzabhängige Phasen-Verschiebung phi(f_i) zu einem Referenzzeitpunkt besitzt. Das kann hierbei der Startpunkt t_0 der Belichtung sein (z.B. beim Aktivwerden des SLMs im Messvorgang). Vor dem Startpunkt t_0 erfolgt überhaupt kein Lichtfluss, der vom SLM oder der elektronisch steuerbaren multispektralen Lichtquelle ausgeht, wodurch die Belichtung der Kamera ab Startpunkt t_0 mit harmonischen Schwingungen mit der unterschiedlichen Frequenz fj und unterschiedlicher Phasen-Verschiebung phi(f_i) (= unterschiedliche Startphase) erfolgt. Die harmonischen Schwingungen sind vorzugsweise in der gesamten Messzeit - gleich Belichtungszeit des gerasterten Detektors - niemals alle in Phase.
Signale (Summensignale als Überlagerung mehrerer harmonischen Schwingungen) mit Chirp- Effekt stellen jedoch nur eine von mehreren Möglichkeiten dar, um die Dynamik eines Signals zu begrenzen. Zusätzlich oder alternativ kann die Startphase der einzelnen harmonischen Schwingungen untereinander unterschiedlich gewählt bzw. festgelegt werden (der Startphasenwert Null stellt folglich lediglich eine Ausnahme dar). Dabei kann die Startphase der einzelnen harmonischen Schwingungen stetig fallend oder steigend, linear oder nichtlinear oder auch zufallsverteilt sein. Deshalb gibt es auch Summensignale, die keinen oder keinen ausgeprägten Chirp-Effekt zeigen. Dennoch können diese Signale bzw. Summensignale kein ausgeprägtes Maximum aufweisen und sind somit geeignet, die Anforderungen an die Modulation eines Detektors zu verringern.
In einem Beispiel können die einzelnen Spektralanteile bzw. Spektralkomponenten über die gesamte Zeit mit der jeweils ihnen einmal zugewiesenen unveränderlichen Frequenz moduliert werden (z.B. mittels eines räumlichen Lichtmodulators). Diese ist von Spektralanteil zu Spektralanteil unterschiedlich und im mathematischen Sinn eineindeutig. Jedem Spektralanteil bzw. jeder Spektralkomponente kann ein schmales Wellenzahlband delta_kb_i im Spektrum des multispektralen Beleuchtungsbündels zugewiesen werden. Jeder Spektralanteil besitzt die nur ihm zugeordnete Modulationsfrequenz fj am SLM-Element i. Durch die Überlagerung der einzelnen Oszillationen, generiert durch die unterschiedlich schwingenden Elemente des räumlichen Lichtmodulators mit letztendlich stattf indender Überlagerung an/auf jeweils einem Pixel der Kamera entsteht ein Summensignal. Obwohl die Frequenzen der einzelnen harmonischen, aufsummierten Schwingungen über die Zeit konstant bleiben, zeigt das erfasste Zeitsignal den Effekt einer frequenzmäßigen Veränderung der einzelnen Modulationen im Summensignal, wobei oft eine Erhöhung oder Verringerung der Frequenz der Modulationen (Chirping) im Summensignal zu beobachten ist. Durch die gezielte Beeinflussung der Startphasen in harmonischen Signalen kann eine Modulation mit Dynamik-Reduktion erreicht werden.
Durch Frequenz-Chirping (Phasengang in Zeitbereich) oder durch unterschiedliche (einschließlich zufällige) Startphasen der Frequenzkodierung kann eine optimale Anpassung der Strahlungsintensität an die Dynamik des Detektionssystems (in der Regel eine Kamera, z.B. eine CCD Kamera oder ein Wechsellicht-Detektor für den Infrarot-Spektralbereich) erreicht werden, wobei der Vorteil für einen Wechsellicht-Detektor größer ist, da kein Gleichanteil im Wechsel-Signal detektiert werden muss, der auch einen Teil des gegebenen Dynamikumfanges in Anspruch nimmt. . Das kann das Signal-Rausch Verhältnis verbessern und die Messzeit reduzieren, was insbesondere bei medizinischen Applikationen von großem Vorteil ist. Dadurch kann z.B. bei Gewebe-Diagnostik in der OP-Phase sichergestellt werden, dass die thermische Belastbarkeit des Gewebes nicht überschritten wird. Bei einer aperiodischen Modulation ist die Steuerung des räumlichen Lichtmodulators vorzugsweise mit dem Detektionssystem synchronisiert.
Die Modulationseinrichtung kann ferner ausgelegt sein, die Modulationsfrequenz der einzelnen Spektralkomponenten linear zu ändern. So kann z.B. die Modulationsfrequenz eine lineare Funktion der Wellenlänge bzw. der Schwerpunktwellenlänge eines Wellenlängenbereichs oder der Wellenzahl sein. Bei einem räumlichen Lichtmodulator kann sich z.B. die Modulationsfrequenz linear entlang der spektralen Achse (der Wellenachse bzw. der Wellenzahlachse (im k-Raum), z.B. in Spalten oder Zeilenrichtun'g des räumlichen Lichtmodulators, ändern. Vorzugsweise ändert sich die Modulationsfrequenz linear mit der Wellenzahl. Dies ermöglicht eine algorithmisch einfachere Auswertung, die schnell und vergleichsweise wenig Rechenleistung erfordert. Es ist jedoch möglich die Modulationsfrequenz nicht linear zu ändern.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Beleuchtungsvorrichtung ist deren hohe Flexibilität. So können die Parameter der Modulation (zeitlich und/oder räumlich) flexibel entsprechend der jeweiligen Anwendung gewählt und per„Mauscklick" geändert werden. Die Modulationsfrequenz kann gegenüber der physikalischen Wellenlänge der elektro-magnetischen Strahlung frei gewählt werden. So kann z.B. die Modulationsfrequenz gegenüber der physikalischen „invertiert" werden, Die Modulationsfrequenz kann femer frei gewählt werden. Insbesondere kann die Modulationsfrequenz frei verschoben werden: z.B. erst kleinste Wellenlänge mit Wandlung zu kleinster Modulationsfrequenz, dann kleinste Wellenlänge mit Wandlung zu größter Modulationsfrequenz. Allgemein können die Orte gleicher Modulationsfrequenz ebenfalls frei gewählt werden und z.B. lateral (z.B. entlang der Wellenachse bzw. Wellenzahlachse des räumlichen Lichtmodulators oder entlang des Arrays von einzelnen Lichtquellen mit zugeordneten Ansteuermodule) „wandern". Dadurch kann eine verbesserte Mittelung des erhaltenen Signals erzielt werden. Die Änderung der Modulationsfrequenz kann ferner entsprechend dem Verhältnis der Wellenlängen oder der Wellenzahlen erfolgen, so dass das Spektrum nicht umgerechnet (gedehnt oder gestaucht) werden muss. Ferner ermöglicht die Vielzahl möglicher Codierungen, insbesondere in Verbindung mit passender Auswertung, die Diskriminierung einer hohen Anzahl spektraler Kanäle. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Einsatz beweglicher Teile nicht erforderlich ist, was die Präzision und Genauigkeit der Vorrichtung erhöht. Des Weiteren kann die Beleuchtungsvorrichtung in einer kompakten Bauweise ausgeführt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist es möglich, zeitlich-räumlich modulierter elektromagnetischer Strahlung für eine Vielzahl von Bildgebungs- und Messverfahren und -Vorrichtungen bereitzustellen, z.B. für multi- oder hyperspektrale Kameras, chromatisch-konfokale oder interferometrische, insbesondere auch spektral- interferometrische Messverfahren und -Vorrichtungen, Fluoreszenz-Mikroskopie, Multiphotonen Mikroskopie, etc.. So kann beispielsweise mit dem zeitlich-räumlich modulierten Licht eine Punktlicht-Quellenbeleuchtung im Objektraum einer chromatisch-konfokalen Messanordnung, erfolgen, und so über chromatischer Tiefenscan Informationen über den 2-D und 3-D Profil eines untersuchten Objekts erhalten werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung vorgeschlagen, umfassend
die Beleuchtungseinrichtung zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralejm Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung; eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt ist, eine zeitliche Abfolge von zweidimensionalen Bilder eines mit dem multispektralen Licht beleuchteten Objekts zu erfassen, umfassend zumindest einen gerasterten, zweidimensionalen Detektor mit mehreren Detektorelementen, welcher ausgelegt ist die Intensität zumindest eines Teils des von dem Objekt kommenden Licht (reflektierten oder transmittierten Licht, Lumineszenz- oder Fluoreszenzlicht) zu detektieren;
eine Bildauswerteeinrichtung, welche ausgelegt ist, die Anteile der einzelnen Spektralkomponenten (in den erhaltenen, z.B. in Form eines Bilderstapels aufgenommenen Bildern) durch eine pixelweise Analyse der zeitlichen Variation der von jedem Detektorelement detektierten Intensität zu ermitteln und anhand der ermittelten Anteile der einzelnen Spektralkomponenten, ein multi- oder hyperspektrales Bild des Objekts zu erstellen. Insbesondere können für jedes Detektorelement durch eine Analyse (z.B. eine Frequenzanalyse) des detektierten Intensitätsprofils l(t) sowie anhand von Informationen über die verwendeten Kodierung bzw. Modulation der einzelnen Spektralkomponente die Anteile der einzelnen Spektralkomponenten bestimmt werden und ein multi- bzw. hyperspektrales Bild des Objekts erstellt werden. Die Informationen über die verwendeten Kodierung bzw. Modulation können z.B. Informationen über die Zuordnung der einzelnen Frequenzkomponenten zu den einzelnen Spektralbereichen umfassen, z.B. über eine Lookup-Tabelle („Look-Up-Table" (LUT)).
Die Modulationseinrichtung kann, wie oben beschrieben ausgelegt sein, die einzelnen Spektralkomponenten mit unterschiedlichen Grundfrequenzen oder Grundfrequenzbereiche und/oder mit unterschiedlichen Modulationssequenzen zu modulieren. Die Bildauswerteeinrichtung kann ausgelegt sein, für jedes Detektorelement eine Frequenzanalyse der zeitlichen Variation der detektierten Intensität und eine Modulations-Wellenlängen- Konversion mittels einer (zumindest näherungsweise vorbekannten) Zuordnung (z.B. über ein LUT) der ermittelten Modulationsfrequenzen zu einer bestimmten Grundfrequenz oder einem bestimmten Grundfrequenzbereich und/oder einer bestimmten Modulationssequenz der einzelnen Spektralbereiche durchzuführen.
Die von der Bildauswerteeinrichtung durchgeführte Analyse kann z.B. eine pixelweise Fourier Analsyse, insbesondere eine FFT-Analyse, eine Waveletanalyse, eine Lock-in-Detektion, oder andere geeignete Analyse des detektierten Intensitätsprofils bzw. der detektierten zeitlichen Variation der Intensität sein bzw. umfassen. Die Bildauswerteeinrichtung kann ferner ausgelegt sein, eine Korrelation der anhand der detektierten Intensität ermittelten Modulationen mit den von der Modulationsvorrichtung durchgeführten Modulationen der Spektralkomponenten durchzuführen, um die einzelnen Spektralkomponenten zu diskriminieren.
Die Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung kann ferner eine Synchronisationseinrichtung umfassen, welche ausgelegt ist, die Modulation der einzelnen Spektralkomponenten durch die Modulationseinrichtung und die Bildaufnahme durch die Bildaufnahmeeinrichtung zu synchronisieren.
So kann, insbesondere bei aperiodischen Kodierungen, eine zeitliche Synchronisation zwischen der Modulationseinrichtung zur frequenzmäßigen Multiplex-Kodierung der Spektralkomponente des multispektralen Lichts bzw. der Spektralverteilung einer oder mehreren Lichtquellen und der Bildaufnahmeeinrichtung (insbesondere dem zweidimensionalen Detektor) durchgeführt werden. Eine Synchronisation kann beim Vorliegen von a-priori Informationen über die verwendete Kodierung oder bei einer periodischen Kodierung ausbleiben. Insbesondere kann der Zeitbeginn der SLM-Modulation bzw. der SLM- Steuerung oder der Steuerung der einzelnen elektronischen Ansteuermodule mit dem Start der Bildaufnahme synchronisiert werden. Dadurch die Synchronisation kann die Robustheit und die Genauigkeit und Bildqualität der multi- oder hyperspektralen Bildgebungsvorrichtung verbessert werden.
Die Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung kann femer mehrere Fabry-Perot- Filter zum Demodulieren der spektralen Wavelets im Frequenzraum umfassen.
Die Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung kann ferner einen Speicher zum temporären und/oder permanenten Speichern der erfassten Abfolge von zwei-dimensionalen Bildern; und/oder zum temporären und/oder permanenten Speichern von dem ermittelten multi- oder hyperspektralen Bild umfassen. Die Bildauswerteeinrichtung kann zumindest einen Prozessor (z.B. einen Grafikprozessor) umfassen, welcher ausgelegt ist, die notwendigen mathematischen Operationen zum Erstellen des multi- oder hyperspektralen Bilds des Objekts durchzuführen. Der Prozessor kann ferner ausgelegt sein, das erstellte und gegebenenfalls gespeicherte multi- oder hyperspektrale Bild des Objekts zur. Anzeige (vorzugsweise in Form von 3-D Grafik) auf eine Anzeigevorrichtung (z.B. einen Computerbildschirm, Kamerabildschirm, etc.) zu rendern. Die Anzeigeeinrichtung kann Bestandteil der Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung sein.
Die Bildaufnahmeeinrichtung und Bildauswerteeinrichtung können in einem Kamera-Modul integriert, werden, z.B. in einer so genannten „Smart-Kamera", d.h. eine Kamera mit Rechenkapazitäten bzw. mit ,,-on-chip intelligence". Der gerasterte Detektor kann entsprechend der Anwendung und des detektierten Spektralbereichs gewählt werden. Der Detektor kann z.B. eine CCD Kamera, eine CMOS Kamera, ein Bolometer-Array für M IR Spektralbereich, InGas Kamera für NIR Spektralbereich, etc. sein. Ein Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung ist, dass alle Spektralkomponente bzw. Spektralanteile im Wesentlichen gleichzeitig im optischen Kontakt mit dem Objekt sind. Dadurch kann das Signal/Rausch Verhältnis erheblich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist die massive Parallelisierbarkeit der Datenaufnahme und Datenverarbeitung, die insbesondere durch die Verwendung von spezialisierter Hardware (wie z.B. Smart-Kameras, Grafikprozessoren, etc.) und Software ermöglicht wird. Weitere Vorteile umfassen die bereits in Zusammenhang mit der Beleuchtungsvorrichtung erwähnten Vorteile, wie z.B. hohe Flexibilität, Entkopplung der Modulationsfrequenz von der modulierten physikalischen Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die Vielzahl möglicher Codierungen und spektraler Kanäle.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine multi- oder hyperspektrale Messvorrichtung zur Distanzmessung zur und/oder zur Topographiemessung eines Objekts mittels Spektroskopie bereitgestellt, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder eine Vorrichtung zur multispektralen Bildgebung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst. Die Messvorrichtung zur Distanzmessung zur und/oder zur Topographiemessung umfasst ferner - je nach Anwendung - ein chromatisch konfokales System, ein chromatisches Triangulationssystem, ein Spektral-Interferometer, ein Fluoreszenzmikroskop oder ein Multiphotonenmikroskop. Dadurch können neben Farbdaten, Daten zur Distanz zu einem oder mehreren Objekten, den 2-D oder 3-D Profil eines Objekts, die Topographie eines Objekts, die Verteilung bestimmter Stoffe und/oder Strukturen in einem Objekt, etc. erhalten werden.
Vorzugsweise erfolgt die Lichtzuführung in den obigen Vorrichtungen gemäß dem ersten bis dritten Aspekt zumindest teilweise über Lichtwellenleiter. So kann vorzugsweise das Licht zum räumlichen Lichtmodulator und/oder zu den anderen optischen Komponenten (wie z.B. chromatisch konfokales System, Mikroskopobjektiv, etc.) zumindest teilweise über Lichtwellenleiter geführt werden. Vorzugseise wird eine Mehrfachbündel- (z.B. 8 Bündel) auf eine Einzelbündel-Kopplung und/oder eine Mehrfachfaser- (z.B. 8 Fasern) auf eine Einzelfaser- Kopplung durchgeführt. Die Lichtzuführung bzw. Lichtführung zwischen den einzelnen optischen Komponenten kann ebenfalls mittels geeigneter optischer Ablenkeinrichtungen umfassend zumindest einen Spiegel, Strahlteiler eine Linse und/oder andere optische Elemente erfolgen. Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:
Erzeugen von multispektralem Licht; und
zeitliches Modulieren der einzelnen Spektralkomponenten des multispektralen Lichts (umfassend insbesondere zeitliches Modulieren der Amplitude der einzelnen Spektralkomponenten und/oder Festlegen der Startphase der Modulationen) mit jeweils voneinander unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, Modulationsfrequenzbereichen und/oder Modulationssequenzen, wobei
(i) das Erzeugen von multispektralem Licht ein spektrales Aufspalten des von einer kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Lichtquelle emittierten Lichts in mehreren, räumlich voneinander getrennten Spektralkomponenten mit voneinander jeweils unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2, ..., λη oder Wellenlängenbändern umfasst; und das zeitliche Modulieren der einzelnen Spektralkomponenten mittels eines elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators erfolgt; oder
(ii) das Erzeugen von multispektralem Licht ein Emittieren von Licht mit mehreren, voneinander jeweils verschiedenen Spektralkomponenten mit voneinander unterschiedlichen Emissions-Wellenlängen λι, λ2, ..., λη oder Emissions- Wellenlängenbändern von einem Ensemble oder Array von mehreren monochromatischen oder quasi-monochromatischen Lichtquellen umfasst und das zeitliche Modulieren mittels elektronischen Ansteuermodulen, welche der einzelnen Lichtquellen zugeordnet sind, erfolgt; und
wobei das Verfahren ferner
ein Zusammensetzen der einzelnen modulierten Spektralkomponenten des von der multispektralen Lichtquelle emittierten Lichts umfasst, so dass diese im Wesentlichen räumlich miteinander überlappen, um das um das multi- oder hyperspektrales Beleuchtungslicht mit adressiertem Spektrum zu bilden.
Wie in Zusammenhang mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt, kann das zeitliche Modulieren der einzelnen Spektralkomponente periodisch oder aperiodisch sein. Das zeitliche Modulieren kann z.B. ein Frequenz-Chirping oder eine Variation der Startphasen umfassen, die von Modulationsfrequenz zu Modulationsfrequenz unterschiedlich, jedoch vorzugsweise zeitlich unveränderlich ist. Die Variation der Stärtphasen ist in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz vorzugsweise nichtlinear, besonders bevorzugt quadratisch. Ferner' kann das zeitliche Modulieren eine lineare Änderung der Modulationsfrequenz der einzelnen Spektralkomponenten umfassen.
Des Weiteren kann das Modulieren eine Veränderung der Amplitude der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten umfassen. So kann z.B. eine Apodisation durchgeführt werden.
Ferner bevorzugt, umfasst das Verfahren zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht ein selektives spektrales Filtern des von der Lichtquelle mit dem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum emittierten Lichts oder des von den einzelnen monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen emittierten Lichts, wie in Zusammenhang mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Distanz- und/oder Topographiemessung eines Objekts vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:
Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum nach dem Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung;
Beleuchten des Objekts mit dem multi- oder hyperspektralen Beleuchtungslicht;
Detektieren einer zeitlichen Abfolge (Bilderstapel) von zwei-dimensionalen Bildern des beleuchteten Objekts mittels eines gerasterten, zweidimensionalen Detektors mit mehreren Detektorelementen, wobei der Detektor ausgelegt ist, die Intensität zumindest eines Teils des von dem Objekt kommenden Licht zu detektieren;
Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten mittels einer pixelweisen Analyse der zeitlichen Variation der von jedem Detektorelement detektierten Lichtintensität und Erstellen eines multi- oder hyperspektrales Bild des Objekts anhand der ermittelten Anteile der einzelnen Spektralkomponenten.
Das Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten kann eine Frequenzanalyse der zeitlichen Variation der detektierten Intensität bzw. des jeweiligen Detektorsignals und eine Modulations-Wellenlängen-Konversion mittels einer (zumindest näherungsweise vorbekannten) Zuordnung der ermittelten Modulationsfrequenzen zu einer bestimmten Grundfrequenz oder einem bestimmten Grundfrequenzbereich und/oder einer bestimmten Modulationssequenz der einzelnen Spektralbereiche umfassen.
Das Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten kann eine pixelweise Fourier- Analyse oder eine Waveletanalyse der Detektorsignale bzw. der von jedem Detektorelement detektierten Intensität und/oder eine Korrelation der anhand der detektierten Intensität ermittelten Modulationen mit den von der Modulationsvorrichtung durchgeführten Modulationen der Spektralkomponenten umfassen.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner Synchronisieren des Modulierens der einzelnen Spektralkomponenten und des Detektierens der zeitlichen Abfolge (Bilderstapel) von zweidimensionalen Bildern.
Die Verfahren und Vorrichtungen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können folgende Vorteile aufweisen:
Im Vergleich zu Ansätzen mit durchstimmbaren Lichtquellen (s.g.„ swept source" Ansatz) hat der erfindungsgemäße Ansatz den Vorteil, dass alle Spektralkomponente oder eine Vielzahl von Spektralkomponenten gleichzeitig im optischen Eingriff mit dem Objekt sind/ist, was die Lichteffizienz erhöht und das Signal/Rausch Verhältnis verbessert. Ein weiterer Vorteil bei der Signalverarbeitung besteht in der massiven Parallelisierbarkeit, welche insbesondere durch den Einsatz von so genannten Smart-Kameras oder spezialisierte Grafikprozessoren ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil ist es, dass alle optischen Elemente (z.B. dispersive optische Elemente, räumliche Modulatoren, etc.) optimal hinsichtlich ihres optischen Wirkungsgrads genutzt werden können.
Weitere Vorteile der Vorrichtungen und Verfahren gemäß bevorzugter Ausführungsformen der
Erfindung können umfassen:
sehr hohe Flexibilität der Parameter der spektralen und der Ortsauflösung bei der multi- und hyperspektralen Bildgebung. Die Parameter können per „Mausclick" geändert werden;
- Sehr hoher Datendurchsatz aufgrund der Multiplexierung und der hoch parallelisierbaren Signalauswertung;.
Auch 3-D Erfassung mit hoher Flexibilität und in einem sehr weiten Skalenbereich ist möglich;
Sehr große Skalierbarkeit, so dass auch Nano-, Mikro- und Makro-Applikationen möglich sind;
Miniaturisierbarkeit;
Einfache Umsetzbarkeit, auch in Produkte für den Massenmarkt;
Hohe Detektionsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Spezifik bei der multi- oder hyperspektralen Bildgebung. Es ist zum Beispiel eine„quasi-zeitaufgelöste" Gewebe- Detektion in weiten Spektralbereichen (VIS-, NIR-, MIR-, FIR, Terahertz-Bereich) möglich. Somit können z.B. Veränderungen in Gewebegestalt (z.B. Veränderungen der Gewebedurchblutung bei Medikamenteneingaben, Monitoring auf der Intensivstation) über der Zeit in Echtzeit oder quasi-Echtzeit für den Arzt in einem flächenhaften Bild des Organs (z.B. nach einer Organtransplantation) sichtbar gemacht werden. Ferner ist eine sehr gute Anpassung an vielfältige diagnostische Aufgaben in der ambulanten und stationären medizinischen Behandlung möglich.
Die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht, zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung und Messung sind insbesondere zur schnellen, vollflächigen multi- bzw. hyperspektralen 2-D oder 3-D Bildgebung und Untersuchungen geeignet. Ferner sind die vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren geeignet für bildgebende Untersuchungen mittels Detektion des vom Objekt reflektierten, transmittierten, absorbierten oder gestreuten Lichts oder des vom Objekt emittierten Lumineszenz- (einschließlich Fluoreszenz-) Licht.
Anwendungsgebiete der Erfindung umfassen:
Multi- oder hyperspektrale Kameras, einschließlich Kameras zur Massenproduktion; Medizinische Applikationen zur Diagnostik an Patienten ambulant oder stationär, z.B. in der Zahndiagnostik, Diagnostik von Tumorerkrankungen, insbesondere zur schnellen und zuverlässigen Diagnostik bzw. Erkennung von Tumoren (Status-Analyse) in der chirurgischen Operationsphase; Zahntechnik, insbesondere. 3-D Zahnmesstechnik am Patienten (in vivo) mit spektraler Analyse des Zahnmaterials, um die Ästhetik des Zahnersatzes durch eine optimale Anpassung des Zahnersatzes an den natürlichen Zahnfarben zu verbessern.
Messtechnische Applikationen in der Materialwissenschaften, z.B. zur Schweißnahtkontrolle, 2-D oder 3-D Erfassung von Objektprofile und Topographien mit gleichzeitiger Farberfassung, z.B. zur Detektion von Schmauchspuren);
Fertigungsüberwachung (z.B. zur schnellen hochauflösenden multi- und hyperspektralen Bildgebung von Textilien, Farben, Lacke, Kunststoffe, etc.);
Überwachung der Erzeugung von Lebensmitteln (z.B. Kontrolle des Reifgrades von Obst und Gemüse, der Frische von tierischen Produkten, etc.);
Tieraufzucht;
Medizinische Forschung;
Fälschungssicherheit (z.B. zur Kontrolle von Banknoten, Gemälde, etc.).
Analyse vom Kunstobjekten (z.B. zur Analyse des Lackschichtenaufbaus);
Schnelle und hochauflösende 3-D Erfassung mittels spektraler Informationen bei technischen und medizinischen Applikationen, insbesondere für die 3-D Messtechnik, wie z.B. chromatisch-konfokale Sensorik, chromatische Triangulations-Messtechnik und spektral-interferometrische Applikationen;
Mikroskopische Untersuchungen.
Weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus einer detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:
Fig.1 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften multi- oder hyperspektralen
Messvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung;
Fig. 4 eine beispielhafte Modulation der Spektralkomponenten; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften ~ multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung;
Fig. 7 ein beispielhaftes Signal für einen Bildpunkt, das aus einer Spektralzelle generiert wird;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines spektralen Interferometers;
Fig. 9 eine beispielhafte Dynamikreduktion im Signalverlauf durch eine nichtlineare Variation der Startphasen;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer hyperspektralen Bildgebungs- und/oder
Messvorrichtung zur Anwendung bei chirurgischen Eingriffen.
In den Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen oder ähnlichen Elemente verwendet.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer ersten beispielhaften Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung.
Elektromagnetische Strahlung einer Lichtquelle 10, z.B. einer Lichtquelle mit kontinuierlichem oder quasi-kontinuierlichem Spektrum oder einer Lichtquelle mit Frequenzkamm-Spektrum (z.B. ein Frequenzkammlaser oder SLD mit nachgeordnetem FPI) wird mittels erster dispersiver optischer Mittel 1 2 (in diesem Beispiel gekrümmtes Beugungsgitter) spektral derart aufgespalten, dass in einer vorgegebenen Ebene (nachfolgend kurz Ebene„S") oder in einem vorgegebenen räumlichen Bereich die einzelnen Spektralkomponenten im Wesentlichen räumlich voneinander getrennt sind. In dieser Ebene bzw. in diesem räumlichen Bereich kann eine spektrale Achse (auch Wellenlängen-Achse WA oder λ-Achse genannt) definiert werden. Entlang dieser Achse (λ-Achse) sind die unterschiedlichen Spektralkomponenten des ursprünglichen kontinuierlichen Spektrums räumlich getrennt voneinander angeordnet. Anders ausgedrückt ist die Spektralachse die Achse, entlang welcher das Spektrum entsprechend der Wellenlänge oder der Farbe aufgespaltet wird.
Die Lichtquelle 10 weist vorzugsweise möglichst hoher Brillanz auf, wodurch die spektrale Auflösung verbessert wird. Die Lichtquelle 10 kann z.B. ein Linien- oder Punktstrahler sein. Die Lichtquelle kann eine Quelle im ultravioletten Spektralbereich (extremes, starkes und schwaches Ultraviolett, d.h. EUV, DUV, UV), sichtbaren Spektralbereich (VIS), infraroten Spektralbereich (nahes, mittleres und fernes Infrarot, d.h. NIR, MIR, FIR) oder Tera-Hz Spektralbereich sein.
In der Ebene„S" ist ein zwei-dimensionaler, elektrisch steuerbarer, räumlicher Lichtmodulator (SLM) 14 angeordnet. Der räumliche Lichtmodulator 14 umfasst mehrere, individuell steuerbare, in Zeilen und/oder Spalten angeordnete SLM-Elemente. Somit befindet sich die spektrale Achse auf dem elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator 14 bzw. in der Ebene des Lichtmodulators 14. Die Richtung der spektralen Achse ist vorzugsweise entweder in der Spalten- oder in der Zeilenrichtung des Lichtmodulators 14. Als elektrisch steuerbare, räumliche Lichtmodulatoren können z.B. DMD („Digital Mirror Device"), LCD („Liquid Crystal Display", LCoS („Liquid Crystal on Silicon"), etc. verwendet werden. Vorzugseise wird als Lichtmodulator 14 ein DMD verwendet, da DMDs eine sehr gute Lichteffizienz hinsichtlich der lichtmodulierenden Elemente aufweisen. Ist die Lichtquelle 10 ein Frequenzkammlaser oder eine SLD mit nachgeordnetem FPI, dann ist der Frequenzkammlaser oder die SLD, etc. vorzugsweise so ausgelegt, dass je eine Linie mindestens ein eigenes SLM-Element trifft. Vorzügsweise trifft jede Frequenzkammlinie 2 oder 3 SLM-Elemente. Vorzugsweise weist der Frequenzkammlaser oder die SLD etwa um 100 Linien im Einsatz im genutzten Spektralbereich.
Der räumliche Lichtmodulator 14 kann mit einem Rechner 20 bzw. SLM-Steuer- und/oder Regelungsmittel (SLM-Controller) zur Steuerung des Lichtmodulators 14 und insbesondere für Frequenzansteuerung der einzelnen Spektralkomponenten z.B. mittels Pulsweiten-Modulation, verbunden sein. Der räumliche Lichtmodulator 14 und der Sub-Rechner 20 können in einem Modul integriert sein. Der räumliche Lichtmodulator und der Rechner 20 sind Bestandteile der Modulationseinrichtung.
Die einzelnen Spektralbereiche bzw. Spektralkomponente werden nun in Richtung der spektralen Achse zeitlich kodiert, z.B. frequenzmoduliert, z.B. mittels einer z.B. Pulsweiten- Modulation. So kann z.B. der längerwellige Bereich (z.B. rot) mit der Modulationsfrequenz 10 Hz moduliert werden und der kürzerwellige Bereich (z.B. blau) mit der Modulationsfrequenz 30 Hz. Die zeitliche Kodierung (z.B. die Frequenzmodulation) der einzelnen Spektralkomponente erfolgt mittels entsprechender Kodierung bzw. Modulation des elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators 14 entlang einer Achse (f-Achse), die im Wesentlichen parallel zu der spektralen Achse ist. Entlang der spektralen Achse bzw. der f-Achse des elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators 14 kann sich die Frequenz in Blöcken von zusammengefassten Spalten oder Zeilen um einen bestimmten Betrag (z.B. jeweils um 1 Hz ändern). So kann der erste Block mit der Frequenz von 10Hz, der zweite mit einer Frequenz von 1 1 Hz, ... und der letzte Block mit einer Frequenz von 30 Hz moduliert werden.
Die einzelnen zeitlich modulierten Spektralkomponenten werden wieder zusammengeführt bzw. zusammengesetzt, so dass ein multi- oder hyperspektrales Licht mit adressierbarem Spektrum 24 entsteht. Das Zusammenführen der einzelnen Spektralkomponenten kann mittels zweiter welienlängen-dispersiver optischer Mittel 18 erfolgen (z.B. Beugungsgitter, Prismen, etc.). Die zweiten dispersiven optischen Mittel sind ausgelegt, den von den ersten dispersiven Mitteln 1 2 eingeführten Winkelunterschied der einzelnen Spektralkomponenten bzw. die von den ersten dispersiven Mitteln eingeführte räumliche Trennung der einzelnen Spektralkomponente zu kompensieren.
Das multispektrale Licht 24 kann in einem Lichtwellenleiter 22 eingekoppelt werden und z.B. als Punktlicht-Quellenbeleuchtung eines Objekts 26 dienen. Die Führung des multispektralen Lichts zum Objekt 26 kann auch über andere geeignete optische Mittel erfolgen (wie z.B. Beamsplitter, Spiegel, Linsen, etc.). Zumindest ein Teil des vom dem beleuchteten Objekts ausgehende Licht (z.B. reflektiertes, transmittiertes oder Fluoreszenz-Licht) wird mittels geeigneter Abbildungsoptik 30 (umfassend z.B. ein Objektiv) auf dem Chip einer Kamera 32 (z.B. eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera, etc.) abgebildet. Die Abbildungsoptik 30 kann prinzipiell Bestandteil eines beliebigen Abbildungssystems sein, einschließlich eines mikroskopischen Abbildungssystems. So kann die Abbildungsoptik ein Kameraobjektiv und/oder ein Mikroskopobjektiv umfassen.
Die Kamera 32 (als Beispiel eines gerasterten Detektors) erfasst eine zeitliche Abfolge von zwei-dimensionalen Bildern des untersuchten Objekts, d.h. eine Serie von Bildern in unterschiedlichen, nacheinander folgenden zeitlichen Punkten. Die Anzahl der Bilder im erfassten Bilderstapel kann je nach gewünschter spektraler Auflösung gewählt werden, wobei die gewünschte spektrale Auflösung ebenfalls den Grad der Frequenzmodulation bestimmt. Die Phasenfortschreitung zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Bildern trägt vorzugsweise maximal „Pi" (Einhaltung des Sampling-Theorems). Es ist jedoch auch ein Unter-Sampling möglich, wenn a-priori Kenntnisse vorliegen. Wenn die Lichtquelle 10 stark genug ist, das Messobjekt 26 kooperativ ist (d.h. nicht im Wesentlichen schwarz bzw. absorbierend) und die Beleuchtungs- und Abbildungsoptik hierzu optimiert sind, kann die Kamera 32 vergleichsweise schnei! laufen, z.B. mit einer 120Hz Bildrate. Bei einer sehr starken Lichtquelle 10, beispielsweise in Form eines Weißlichtlasers, kann auch eine Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Bildrate im einstelligen kHz-Bereich zur Anwendung kommen.
Die Kamera 32 kann mit einem Rechner oder Prozessor 34 in Verbindung stehen, welcher einepixelweise Analyse des erhaltenen Signals durchführen kann und optional die Bildaufnahme durch die Kamera 32 steuern kann. Der Rechner 34 und die Kamera 32 können in einem Kamera-Modul integriert sein. So kann die Kamera vorzugsweise„on chip intelligence" besitzen und in der Lage sein, eine pixelweise Analyse des erhaltenen Signals, d.h. der Intensität des auf dem Kamera-Chip einfallenden Lichts, durchführen. Die Analyse kann eine FFT Analyse, eine Waveletanalyse, eine Lock-in-Detektion, etc. sein.
Der Rechner bzw. der Prozessor 34 ist ausgelegt, mittels FFT (oder andere Arten von Frequenzanalyse), die Signal-Modulationen in jedem Kamerapixel auszuwerten und anhand der Auswertung die einzelnen Spektralkomponenten zu diskriminieren. Man erhält somit einen Stapel (Data cube (λ^ x, y)) von spektral aufgelösten zwei-dimensionalen Bildern des untersuchten Objekts, d.h. ein multi- oder hyperspektrales Bild 36 des untersuchten Objekts.
Bei einem erfassten Bilderstapel mit z.B. 60 Bildern, 30 Hz Modulationsfrequenz und 1 20 Hz Kamera-Framerate bei 0,5 s Abtastzeit liegt die Frequenzauflösung bei etwa 1 Hz. In diesem Fall können im realen Einsatz etwa 20 Spektralkanäle bzw. Spektralkomponenten getrennt werden. Hyperspektralbild-Rate würde hier bei 2 Bildern pro Sekunde liegen, wenn die benötigte Rechenleistung des in der Smart-Kamera integrierten Chips (für die FFT oder andere mathematische Operationen) oder des mit der Kamera verbundenen Rechners bzw. Prozessors ausreicht. Der elektrisch steuerbare, räumliche Lichtmodulator 14 bzw. der Sub-Rechner 20 zur Steuerung des Lichtmodulators 14 ist vorzugsweise mit der Kamera 32 daten- und rechnermäßig gekoppelt, so dass eine Signal- bzw. Datenverbindung 21 zwischen dem Lichtmodulator 14 und der Kamera 32 besteht. Vorzugsweise sind ist die Steuerung des räumlichen Lichtmodulators 14 mit der Steuerung der Kamera 32 synchronisiert. So kann beispielsweise die Kamera 32 nach einem Startbefehl die Aufnahme des Bilderstapels beginnen. Ab dem Startbefehl kann auch der räumliche Lichtmodulator 14 beginnen, die einzelnen SLM-Elemente periodisch zu schalten, wobei z.B. die Schaltfrequenz entlang der spektralen Achse einer Frequenzmodulation unterliegt. Bei einer periodischen Kodierung kann auf die Synchronisation zwischen der Steuerung des räumlichen Lichtmodulators und der CMOS-Kamera 32 verzichtet werden.
Für eine 3D-Erfassung von strukturellen und/oder topographischen Informationen eines Objekts kann ein chromatisch-konfokales System oder ein Spektral-Interferometer verwendet werden.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer ersten beispielhaften multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung zum Erfassen von strukturellen und/oder topographischen Informationen eines Objekts. Der prinzipielle Aufbau der Messvorrichtung entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau, mit dem Unterscheid, dass im Beleuchtungsstrahlengang bzw. im Objektraum ein chromatisch-konfokales System 40 oder ein Spektral-Interferometer (nicht in Fig. 2 gezeigt) angeordnet ist. Das chromatisch-konfokale System 40 umfasst zumindest ein diffraktives optisches Element (DOE) 44 für chromatische Aufspaltung des multispektralen Lichts 24 bzw. für chromatische Tiefenaufspaltung, einen Abbildungsobjektiv 42 und optional ein System 46 für Punktbild-Erzeugung und konfokaler Diskriminator mit Abbildungsstufe. Vorzugsweise adressiert jede Spektralkomponente eine eigene Tiefe bzw. einen eigenen Tiefenbereich im Objektraum. Mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist die chromatisch-konfokale Spektralinterferometrie (CCSl) ebenfalls durchführbar, insbesondere auch in Kombination mit einem Fabri-Perot Interferometer.
Mit dem modulierten multispektralen Licht 24 erfolgt eine Punktlicht-Quellenbeleuchtung im Objektraum der chromatisch-konfokalen Messanordnung 40. Das vom Objekt 26 (z.B. Zahnstumpf 26a) reflektierte Licht 28 wird durch die Abbildungsoptik auf dem Kamera-Chip abgebildet und detektiert. Nach einer pixelweise Frequenzanalyse des erfassten Bilderstapels, einer Diskriminierung der einzelnen Spektralkomponente und einer Zuordnung der einzelnen Spektralkomponente bestimmter Tiefen oder Tiefenbereiche kann ein drei-dimensionales Bild 38 (Data cube (z, x. y)) des untersuchten Objekts 26 bzw. 26a erhalten werden. Des Weiteren kann die vorliegende Spektral-Information zur Farbbestimmung eines Objekts, beispielsweise an einem Zahnstumpf 26a, mitbenutzt werden.
Der obige Ansatz stellt „datentechnisch" einen Fourier-Prozessor dar und ist mit einem Zweistrahl-Interferometer (ZI) vergleichbar. Dieser Ansatz ist jedoch durch die Nutzung eines elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators 14 technisch sehr viel einfacher und robuster als ein scannendes Zweistrahl-Interferometer. Die sich im Vergleich zu einem scannenden Zweistrahl-Interferometer mit diesem Ansatz i.d.R. ergebende geringere Spektralauflösung ist in vielen technischen Applikationen (z.B. eine hyperspektrale Bildgebung mit immerhin 20 Spektralkanälen) nicht von Nachteil.
Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten optischen Systeme umfasst die multispektrale Lichtquelle eine polychromatische Lichtquelle 10 mit kontinuierlichem oder quasikontinuierlichem Spektrum (Weißlichtquelle) und wellenlängen-dispersive optische Mittel 1 2, wie z.B. in diesem Beugungsgitter, zur räumlichen Aufspaltung der einzelnen Spektralkomponente. Die multispektrale Lichtquelle kann jedoch mehrere diskrete monochromatische oder quasi-monochromatische Lichtquellen umfassen, wie in den Figuren 3 bis 5 gezeigt.
Insbesondere zeigt Fig. 3 schematisch eine zweite beispielhafte Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung. Der prinzipielle optische Aufbau dieser beispielhaften Vorrichtung entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die multispektrale Lichtquelle ein Array von diskreten bzw. gerasterten, individuell ansteuerbaren, monochromatischen oder quasi-monochromatischen Einzelquellen "I i i umfasst. Die Einzelquellen emittieren Licht mit vorbestimmten, voneinander jeweils verschiedenen Emissions-Schwerpunkt-Wellenlängen λι, λ2, ... , λη oder Emissions- Schwerpunkt-Wellenlängenbändern. Die Modulationseinrichtung umfasst mehrere, den Einzelquellen 1 l i zugeordnete elektronische Ansteuermodulen und einen Rechner 20 oder andere Steuer- und/oder Regelmittel (Controller) für Frequenzansteuerung bzw. Frequenzmodulation des von den Einzelquellen 1 1 i, i= 1 , 2, .... emittierten Lichts. Die Modulation kann z.B. eine Pulsweiten-Modulation sein, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Ansteuermodule und der Rechner bzw. Controller 20 sind Bestandteile der Modulationseinrichtung.
Fig. 4 zeigt die Frequenzmodulationen (siehe f-Achse) der von den Einzelquellen emittieren
Spektrallinien mit unterschiedlichen Wellenlängen λ. Wie in Fig. 4 gezeigt, können die einzelnen Linien der Array-Lichtquelle mit ansteuerbaren Einzelquellen diskret in der Pulsweite (Modulationsfrequenz) moduliert. Die Modulation kann ebenfalls aperiodisch sein. Die Startphasen der einzelnen Modulationen (harmonische Oszillationen) können vorzugsweise verschieden sein, um den benötigten Dynamikumfang der CMOS-Kamera für die Aufnahme des Summensignals zu begrenzen. Dabei kann ein Summensignal mit Chirp-Effekt, der i. d. R. zu verringerten Signalmaxima des Summensignals führt, gebildet werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung. Der prinzipielle optische Aufbau dieser beispielhaften Vorrichtung entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in Fig. 2 gezeigten Messvorrichtung, mit dem Unterschied, dass - wie in Fig. 3 gezeigt - die multispektrale Lichtquelle einen Ensemble oder Array von diskreten, individuell ansteuerbaren, monochromatischen oder quasimonochromatischen Einzelquellen 1 1 i umfasst, welche ausgelegt sind, Licht mit vorbestimmten, voneinander jeweils verschiedenen Emissions-Schwerpunkt-Wellenlängen λι, λ2) ... , λη oder Emissions-Schwerpunkt-Wellenlängenbändem zu emittieren.
Insbesondere kann die multispektrale Lichtquelle eine gerasterte energiereiche Lichtquelle zur Szenen- oder Objektbeleuchtung mit (sehr) vielen einzelnen Licht abstrahlenden Elementen, z.B. 1064 (32 x 32) im Quadrat angeordneten Mikro-LEDs sein. Die LEDs können beispielswiese 8 verschiedene Farben aufweisen (z.B. 8 verschiedenfarbige Mikro-LED-Typen, gleichmäßig verteilt im Raster). In einem Beispiel werden alle Mikro-LEDs gleicher Farbe (Mittenwellenlänge) per elektronischer Ansteuerung mit der gleichen Modulationsfrequenz (möglichst harmonische Schwingung) beaufschlagt. Somit gibt es 8 verschiedene vorbestimmte (genau bekannte) harmonische Modulationsfrequenzen. Die Startphase der Modulationen kann etwas variiert werden, um die Signaldynamik im Summensignal etwas einzuschränken.
Diese gerasterte energiereiche 8-farbige Lichtquelle kann z.B. eine Szene oder ein Objekt unscharf beleuchten. Das kann z.B. mittels Köhlerscher Anordnung erfolgen. Wichtig ist nur, dass das Licht jeder Farbe in der Pupille der Beleuchtungseinrichtung für das Objekt/Szene vorhanden und dabei auch möglichst gut verteilt ist. Jeder Objektpunkt wird somit von Licht jeder der 8 Farben aus vielen Belichtungsrichtungen bestrahlt. Die Kamera, beispielsweise ausgebildet als 1 20 Hz-Bildrate-Kamera, nimmt beispielsweise 48 Bilder der so beleuchteten Szene auf und kann beispielsweise durch eine FFT des Summensignals in jedem Pixel die Farbzusammensetzung pixelweise (bildpunktweise) ermitteln. So besteht eine 8-Farbkanal- Beleuchtungs- und 8-Farbkanal-Kamera-Anordnung.
Bei diesem Ansatz wird kein räumlicher Lichtmodulator benötigt. Die Modulation erfolgt bereits durch die Ansteuerung der Mikro-LEDs gleicher Farbe im Lichtquellen-Array. Es werden ferner keine wellenlängen-dispersiven Mittel zur spektralen Aufspaltung benötigt, da die einzelnen unterschiedlich farbigen Leuchtelemente (Mikro-LEDs in einem Array) bereits räumlich verteilt sind und jeweils durch geeignete vielkanalige AnSteuerungstechnik (mindestens ein Kanal für jede Farbe) getrennt moduliert werden können (z.B. verschiedene Modulationsfrequenzen und/oder verschiedene Startphasen).
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen beispielhaften multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung. In diesem Beispiel wird die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung (umfassend die Lichtquelle 10 oder das Array von diskreten monochromatischen oder quasi-monochromatischen Lichtquellen 1 1 i, die dispersiven optische Mittel 1 2, der räumliche Lichtmödulator 14, die Steuerung 20 und die dispersiven optische Mittel 18). als polychromatische Lichtquelle 50 mit adressierbaren Spektrum in einem aus der Druckschrift DE 10 2006 007 172 B4 bekannten multi- oder hyperspektralen Messvorrichtung integriert.
Das von der polychromatischen Lichtquelle 50 emittierte Licht wird in einem Lichtwellenleiter 52 (z.B. eine Monomode-Faser) eingekoppelt und dient als Punktlicht-Quellenbeleuchtung einer Messeinrichtung. Die Messeinrichtung umfasst ein System zur Punktbilderzeugung mit einem gerastetem, flächigem Array von Mikrolinsen und jeweils den Foki der Mikrolinsen zugeordneten Pinholes 56 und einer Abbildungsstufe umfassend die Linsen 54 und 58. Vorzugsweise ist das gerasterte, flächige Array verdreht in Bezug auf die spektrale Achse (λ- Achse) angeordnet. Das Messsystem umfasst ferner einen Strahlteiler 60, ein diffraktives optisches Element 62, ein Abbildungsobjektiv 64 und einen Spiegel 68. Das vom Objekt 26 reflektierte Licht 70 wird durch den Strahlteiler 60 in einer spektrometrischen Anordnung 80 eingekoppelt. Die spektrometrische Anordnung umfasst ein Prisma 74, Abbildungsoptik 76 und eine Kamera 32 mit einem zwei dimensionalen gerastertem Kamera-Chip. Ferner kann die spektrometrische Anordnung ein zweites System zur Punktbilderzeugung 72 mit einem zweiten Array mit Abbildungsstufe zur konfokalen Diskriminierung umfassen.
Wie oben beschrieben, wird durch die Kamera 32 eine zeitliche Abfolge von zwei-dimensionalen Bildern (z.B. in Form eines Bilderstapels) erfasst. Anhand einer pixelweisen Analyse (vorzugsweise eine Frequenzanalyse) der detektierten Intensität kann für jede Pixel bzw. für jede Spektralzelle das Profil der Intensität„I" als Funktion der Wellenlänge λ ermittelt werden. Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes Signal (die Intensität des detektierten Lichts als Funktion der Wellenlänge) für einen Bildpunkt, das aus einer Spektralzelle generiert wurde. Anhand dieses Signals können Daten betreffend das drei-dimensionale Profil (x,y,z) des untersuchten Objekts gewonnen werden.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines spektralen Interferometers. Von einer multispektralen Lichtquelle 50 mit adressierbarem Spektrum tritt Licht in Form eines multispektralen Beleuchtungsbündels 24 über eine Multimode-Faser 53 aus. Das Licht ist hierbei in Abhängigkeit von der physikalischen Wellenzahl k mittels hier nicht dargestellter spektraler Zerlegungskomponenten und einem gesteuertem SLM in bereits beschriebener Art und Weise in der multispektralen Lichtquelle 50 niederfrequent moduliert, wobei jedem schmalen Wellenzahlband delta_kb_i im Spektrum des multispektralen Beleuchtungsbündels 24 eine eigene Frequenz f_i mittels SLM aufgeprägt ist (im Rahmen der dynamischen Möglichkeiten des SLMs und stets unterhalb der halben Bildauslesefrequenz der Kamera 32). Das aus der Multimode-Faser 53 kommende Beleuchtungsbündel 24 wird mittels einer Kollimatorlinse 55 kollimiert und gelangt in ein Spektral-Interferometer. Das Spektral-Interferometer umfasst einen Interferometer-Strahlteiler 6 1 , wo die Strahlaufspaltung und Strahlvereinigung stattfindet, einen Referenzspiegel 84 und ein Objekt 26, wobei es im Spektral-Interferometer einen von null verschiedenen optischen Gangunterschied für alle Objektelemente dieses Objekts 26 gibt. Hier werden beispielsweise stellvertretend für das Objekt 26 lediglich zwei mikroskopisch kleine Objektelemente 8 1 und 82 betrachtet, deren' Positionen zu einem optischen Gangunterschied von x/2_1 und x/2_2 im Interferometer führen.
Nach Verlassen der interferierenden Bündel mit den jeweiligen optischen Gangunterschieden erfolgt eine zumindest näherungsweise scharfe Abbildung über die Abbildungsoptik 30 auf die Kamera 32, wo je ein Bild von je einem Objektelement 8 1 beziehungsweise 82 auf je einem Pixel 91 beziehungsweise 92 der Kamera 32 entsteht. Es wird von der Kamera 32 ein Bilderstapel über einem Zeitbereich delta_t aufgenommen. Die Kameradaten gelangen in den Mainrechner 34, wo pixelweise mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) eine Frequenzanalyse (fj) durchgeführt wird, woraus über eine Look-up-Tabelle eine Zuordnung der errechneten Frequenzen im f-Raum zu den Wellenzahibändem erfolgt, wobei Letztere jeweils durch eine mittlere diskrete Wellenzahl k_mittel_i repräsentiert werden. Somit wird für die beiden betrachteten Objektelemente 8 1 und 82 je ein Wavelet 101 beziehungsweise 102 mit Intensitätswerten bei diskreten Wellenzahlen errechnet. Im Betrag des Wellenzahlabstandes delta_k 1 beziehungsweise delta_k2 der Wavelets 101 beziehungsweise 102 ist die Information über den optischen Gangunterschied x/2_1 beziehungsweise x/2_2 der Objektelemente 8 1 beziehungsweise 82 enthalten, der aus dem zugehörigen Wavelet 101 beziehungsweise 102 in bekannter Weise, beispielsweise mittels einer schnellen Fourier-Transformation, errechnet werden kann. Das Höhenprofil des Objekts 26 kann dann aus den errechneten Beträgen des optischen Gangunterschieds für alle Objektelemente, welche jeweils durch ein Pixel der Kamera 32 repräsentiert werden und von denen jeweils ein Wavelet oder ein Wavelet-ähnliches Signal aus den Daten des Bilderstapels gewonnen wurde, bestimmt werden.
Die Figur 9 zeigt zwei simulierte Signalverläufe A und B über die Zeit als Summensignale von harmonischen Schwingungen. Bei dem dargestellten Signalverlauf A weist die Startphase jeder der harmonischen Schwingungen jeweils den Wert null auf. Bei dem Signalverlauf B werden die Startphasen der harmonischen Schwingungen gezielt variiert. Dazu wurden in einer Simulation jeweils 100 cos-Signale mit den Frequenzen 3 Hz, 6 Hz bis 303 Hz in Schritten von jeweils 3 Hz und jeweils gleicher Amplitude „a" in einem Zeitbereich von näherungsweise 0,4 s aufsummiert.
Im Signal A sind die Anfangsphasen aller 100 cos-Signale auf null gesetzt, wodurch sich mit dem Signalverlauf A der bekannte Verlauf für ein Kurzkoharenz-Interferogramm ergibt. Der Gleichanteil des Signals ist hier jeweils abgespalten. Dieser Fall ist für Wechsellicht-Detektoren im Infrarotbereich typisch. Der Signalverlauf A weist ein hohes Mittenmaximum auf, das hierbei von einem Detektor verarbeitet werden muss. Der Signalverlauf B ist in der Figur 9 zur besseren Erkennbarkeit nach unten verschoben dargestellt. Die Oszillationen erfolgen hier ebenfalls um den Intensitätswert null. Im Signalverlauf B nehmen die Startphasen im Argument der 100 cos- Funktionen verschiedene Werte an. Es handelt sich hierbei ebenfalls um die Frequenzen 3 Hz, 6 Hz bis 303 Hz in Schritten von jeweils 3 Hz. Auch im Signalverlauf B beträgt die Amplitude aller Schwingungen jeweils „a". Die Startphasen der Schwingungen sind mittels einer quadratischen Funktion gebildet, die folgendem Bildungsgesetz genügt:
Pi * i * i / 100 mit i= 1 , 2, ...100.
Somit ergeben sich die Startphasen der Schwingungen für B als eine Folge: ( 1 , 2, 4, 9, 16, 25, ...10000)*pi/ 100.
Die Aufsummierung der 100 cos-Funktionen mit jeweils einer anderen Startphase gemäß Bildungsgesetz liefert den Signalverlauf B. Dieser Signalverlauf B weist kein erkennbares Mittenmaximum auf und erfordert hier somit einen Detektor mit einem geringeren Dynamikumfang im Vergleich zur Detektion des Signalverlaufs A, wenn ein Spektrum mit Breitband-Charakteristik und vergleichsweise mäßiger Amplitudenmodulation vorliegt. Im mittleren Bereich des Signalverlaufs B erkennt man eine zunehmende Verringerung der Signalfrequenz. Deshalb werden Signale mit dieser Charakteristik auch als Signale mit Chirp- Effekt bezeichnet. Bei bekannter Frequenz aller cos-Schwingungen und bekannten Startphasen lässt sich für den Fachmann aus einem Signalverlauf B das Frequenzspektrum errechnen, auch wenn die Amplituden „a_i" der einzelnen harmonischen Schwingungen unbekannt sind, da diese die Messgröße darstellen. Bei frequenzmäßiger Kodierung von Anteilen des elektromagnetischen Spektrums (z.B. mittels räumlichen Lichtmodulators oder direkt mittels Ansteuermodule) und Nutzung einer entsprechend synchronisierten Kamera erfolgt die Aufnahme eines Bilderstapels nach einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Aus diesem Bilderstapel kann für jeden Bild-Messpunkt ein Signalverlauf im Zeitbereich gebildet werden, aus dem ein Spektrum über der Frequenz f mit f in Hz berechnet werden kann. Da im Verfahren jedem Bereich einer Wellenzahl k mit k in 1 /cm im gesuchten elektromagnetischen Spektrum eine Modulationsfrequenz f eindeutig zugeordnet ist, erfolgt schließlich die Zuordnung der errechneten Intensitäten zu den Wellenzahlen k, so dass im Ergebnis das gesuchte elektromagnetische Spektrum als Verteilung der Intensitäten über der Wellenzahl k vorliegt.
Fig. 10 zeigt schematisch eine Bildgebungs- und/oder Messvorrichtung zur Anwendung bei chirurgischen Eingriffen.
Die Vorrichtung umfasst eine brillante Lichtquelle 10, vorzugsweise eine Lichtquelle hoher räumlicher Kohärenz. Die Lichtquelle kann breitbandige Infrarotstrahlung erzeugen, insbesondere auch Infrarotstrahlung im mittleren Infrarotspektralbereich (MIR). Die Lichtquelle 10 kann z.B. eine Synchrotronlichtquelle sein. Die breitbandige Infrarotstrahlung wird dabei durch Synchrotronstrahlung mittels einer Beamline geliefert, die MIR-Strahlung vom Speicherring eines Synchrotrons extrahiert, wie z.B. in der Publikation von Giuseppe Bellisola, Claudio Sorio,„Infrared spectroscopy and microscopy in cancer reseärch and diagnosis", Am J Cancer Res 2012;2( 1 ): 1-21 www.ajcr.us /ISSN:2 156-6976/ajcr0000085 [103] beschrieben. Alternativ kann die Lichtquelle mehrere im MIR strahlende Laser umfassen.
Die Strahlung wird mittels hier nicht dargestellter optischer Mittel einer Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung 1 9 zugeführt. Die Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung 19 kann gemäß Fig. 1 mit Beugungsgittern 12 und 18 in Form eines Spektrometers mit präziser Wellenzahl-Kalibrierung aufgebaut sein. Die Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung 19 kann z.B. ein hochauflösendes Gitter-Spektrometer klassischer Bauart sein. Vorzugsweise werden gezielt bestimmte Spektralbereiche aus dem von der Quelle emittierten Licht zur weiteren Adressierung ausgewählt. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Beispiel werden zwei Spektralbereiche ausgewählt: Bereich 1 und Bereich 2. Die Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung 19 liefert physikalisch auch alle dazwischen liegenden schmalen Spektral-Banden sowie - je nach Auslegung - auch spektrale Bereiche ober- und unterhalb der adressierten schmalen Spektralbänder. Die nicht adressierten schmalen Spektralbänder und Spektral-Bereiche ober- und unterhalb der adressierten Spektralbänder und Spektralbereiche können mittels geeigneter Mittel herausgefiltert und vom weiteren Strahlengang in Richtung Patient bestmöglich ausgeschlossen werden. So können die nicht ausgewählten Spektralbereiche (z.B. Bereich 3 in Fig. 10) z.B. in Lichtfallen, Absorber, etc. gelenkt (oder„dunkelgeschaltet") werden.
Jeder der beiden ausgewählten Spektralbereiche 1 und 2 umfasst jeweils mehrere einzelne Spektralkomponenten (z.B. in Form von schmalen Spektral-Banden). Die Strahlung von der brillanten Lichtquelle 10 hoher räumlicher Kohärenz kann beispielsweise in die folgenden Spektralkomponenten spektral zerlegt werden:
Bereich 1 :
1078,0 cm"
1078,5 cm"
1079,0 cnrr'
1079,5 cm'
1080,0 cm"
1080,5 cnr
1081 ,0 cnr
1081 ,5 crrf
1082,0 cm"
Bereich 2:
1 234,5 cm"1
1 235,0 cm"1 1235,5 cm"1
1236,0 cm"1
1236,5 cm"1
1237,0 cm"1
1237,5 cm"1
1238,0 cm"1
Die obigen Bereiche 1 und 2 stellen zwei aus der Literatur bekannte„Krebsmarkerbanden" dar (siehe z.B. P. Ventkatachalam, L. Lakshmana Rao, N. Krishna Kumar, Anupama Jose, Shaiju S. Nazeer: "Diagnosis of Breast Cancer based on FT-IR-Spectroscopy." in AIP Conf. Proc. 1075, 144 (2008) doi 10.1063/ 1 .30461 95). Je nach Anwendung können jedoch andere Spektralbereiche und/oder andere Spektralkomponente ausgewählt werden. So wird z.B. im Fachartikel von So Yeong Lee, Kyong-Ah Yoon, Soo Hwa Jang, Erdene Ochir Ganbold, Dembereldorj Uuriintuya "Infrared spectroscopy characterization of normal and lung cancer cells originated from epithelium." in Journal of Veterinary Science. J. Vet. Sei. (2009), 10(4), 299-304, DOI: 10.4142/jvs.2009.10.4.299, berichtet, dass der Spektralbereich um 970 cm"1 zur Detektion von Lungenkrebs geeignet ist.
Ebenfalls ist es möglich, eine größere Anzahl von Spektralbereichen und/oder Spektralkomponenten auszuwählen. So können bis zu 100 spektrale Krebsmarker aus der Breitband-Strahlung der Lichtquelle im mittleren Infrarot, beispielsweise von 900 cm"1 bis 1400cm"1, angesteuert werden. Die Auswertung einer größeren Anzahl von Spektralbereichen und/oder Spektralkomponenten kann die Genauigkeit der Messung bzw. die Treffsicherheit erhöhen. In der Regel reicht in vielen Fällen eine relativ geringe Anzahl der adressierten schmalen Spektralkomponenten aus (z.B. unter 64).
Die„spektralen Krebsmarker" bzw.„Krebsmarkerbanden" können z.B. zeitnah vom Patienten unter definierten Bedingungen in einer chirurgischen, invasiven Voruntersuchung von Geweben verschiedener Zustände (benign, premalign bis malign) gewonnen und mittels histopathologischer Gewebe-Untersuchungen eindeutig in mehrere Klassen eingruppiert werden. Die„spektralen Krebsmarker" können z.B. in einer Datenbank bzw. im Speicher eines Zentralrechners 34 gespeichert werden. Die„spektralen Krebsmarker" stehen vorzugsweise in der chirurgischen Operation im Zentralrechner 34 automatisiert oder auf Zuruf an Experten im Hintergrund an dem Zentralrechner zum Abgleich mit unbekanntem Gewebe unter Bedingungen einer chirurgischen Operation zur Verfügung.
Die spektrale Aufspaltung der jeweils ausgewählten Spektralbereiche erfolgt in der Ebene S, die auch eine etwas gekrümmte Fläche sein kann. Fig. 10 zeigt die Verteilung der Intensität ls in der Fläche der Zerlegung (Ebene S) als Funktion der Wellenzahl.
In der Ebene bzw. Fläche der spektralen Aufspaltung der Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung 19 ist ein SLM-Block 15 angeordnet. Der SLM-Block 15 kann zwei (oder mehrere) in der Ebene bzw. Fläche S räumlich voneinander getrennte SLMs umfassen. In diesem Beispiel wird jedem der ausgewählten Bereiche (in dem vorliegenden Beispiel Bereiche 1 und 2) je ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) zugeordnet, welcher für den MIR Spektralbereich z.B. mittels einer Vergoldung der Elemente optimiert ist. Alternativ können weit voneinander entfernte Bereiche auf einem einzigen SLM verwendet werden. Das. hängt insbesondere von der Differenz der Wellenzahlen der adressierten Bereiche ab. Um das Licht von zwei lateral merklich getrennten Bereichen auf einen einzigen SLM zu leiten bzw. lenken, können geeignete, vorzugsweise miniaturisierte Spiegel-Anordnungen verwendet werden.
Vorzugsweise erfolgt die spektrale Zerlegung (Auflösungsvermögen) derart, dass jeder o.g. schmale Spektralbande bzw. jeder Spektralkomponente ihr eigenes harmonisch oszillierendes Element des SLM eindeutig zugewiesen werden kann. Der zur Verfügung stehende Frequenzbereich des SLM kann bei der Ansteuerung des SLM in einzelnen Frequenzbereiche entsprechend aufgeteilt werden.
In einem Beispiel umfasst jeder der Bereiche 1 und 2 (z.B. die Bereiche um jeweils 1080 cm"1 und 1 236 cm"1, die als „spektrale Krebsmarker" bekannt sind) 8 unterschiedliche Spektralkomponenten und es werden entsprechend nur 8 Elemente der SLMs jeweils „hellgeschaltet". In diesem Beispiel kann sich die Schwerpunktwellenlänge von SLM-Element zu SLM-Element um jeweils 0,5 cm"1 verschieben. Die einzelnen Spektralkohnponenten können z.B. auf die Modulationsfrequenzen:
20Hz, 22Hz, 24Hz, 26Hz, 28Hz, 30Hz, 32Hz, 34Hz,
36 Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, 50Hz aufgeteilt werden.
Nach dem Start des Messvorgangs/Untersuchungsvorgangs von Organgewebe oszillieren die SLM-Elemente der SLMs des SLM-Blocks 15, beispielsweise von 20 Hz bis 50 Hz, jeweils mit einer um 2 Hz höheren Frequenz von einem SLM-Element zu seinem benachbarten SLM- Element. Zwischen dem 8. SLM-Element und dem 9. SLM-Element des SLM-Blocks 15 kann ebenfalls eine um 2 Hz höhere Oszillations-Frequenz eingestellt werden. Das ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Ferner können die Startphasen der Oszillation unterschiedlich verteilt sein. Die Frequenzen, die Schwerpunktwellenlänge und gegebenenfalls die Startphasen auf jedem SLM-Element sind im Zentralrechner 34 abgelegt.
Jede Spektralkomponente wird durch ein Element des räumlichen Lichtmodulators mit der ihm zugewiesenen Frequenz moduliert. Die Spreizung im Frequenzbereich der Modulationen ist folglich sehr viel größer als im Bereich der physikalischen Wellenzahlen. Das geschieht jedoch unter Inkaufnahme einer relativ schlechten Energie-Effizienz. Deshalb ist in diesem Fall Verwendung einer brillanten Lichtquelle notwendig. In der Summe erreicht nur vergleichsweise wenig der von der Lichtquelle ausgestrahlten MIR-Strahlung den Patienten- und zwar die Strahlung, welche z.B. aufgrund Vorabuntersuchungen mit der Errechnung bzw. Aufstellung patientenbezogener „Krebsmarker" zur Detektion von Krebs, etc. als am besten geeignet bestimmt wurde. Die brillante Quelle kann dabei unter„Volllast" laufen, ohne dass der Patient unnötig belastet wird.
Die adressierte multispektrale Infrarot-Messstrahlung wird zum untersuchten Organgewebe 29 des auf dem Operationstisch 25 liegenden Patienten 27 geleitet. Die optischen Mittel zum Einbringen der Infrarot-Messstrahlung in das Organ-Gewebe sind in Fig. 10 nicht dargestellt. Es können beliebige geeignete optische Mittel, z.B. in Form einer Mess-Sonde, eingesetzt werden. Abbildungsoptik 30 bringt die zurückkommende MIR-Strahlung auf einen Detektor. Der Detektor kann ein so genannter „Focal plane Detektor" sein, z.B. eine M IR-Kamera 32. Alternativ kann der Detektor ein Ein-Punkt Detektor sein, z.B. ein gekühlter hochempfindlicher Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor für Strahlung im MIR sein, so dass nur ein kleiner Fleck im Gewebe detektiert wird. Der Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektor kann oszillierende Strahlung detektieren, die im Bereich von bis zu einigen 100 Hz oder auch mehr liegen kann. In diesem Fall kann ein Bild des untersuchten Organs durch Scannen gewonnen werden.
Mittels der MIR Kamera 32 (oder anderer geeigneter Detektoren) wird ein Bilderstapel aufgenommen. Wird z.B. mit 16 diskreten Frequenzen 1 Sekunde lang mit einer Bildfrequenz von 120 Bildern pro Sekunde gemessen und ein Bilderstapel von 1 20 Bildern aufgenommen, kann anhand einer Lock-in-Detektion die Intensität/Energie in der Schwingung einer jeden einzelnen Frequenz der 16 Frequenzen sicher bestimmt bzw. berechnet werden. Die Anfangs- Phasen können dabei unterschiedlich sein. Das Abtast-Theorem für die Signal-Abtastung ist somit erfüllt und die einzelnen Oszillationen sind trennbar, z.B. mittels Lock-in-Detektion, schneller Fourier-Transformation (FFT), etc..
Da die Lock-in-Detektion, FFT Analyse, etc. nur auf die wenigen (z.B. 16) adressierten Frequenzen angesetzt wird, kann das Messverfahren sehr schnell ablaufen und trotzdem eine hinreichende Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit erzielen. Eine größere Anzahl von unterschiedlichen adressierten Spektralkomponenten bzw. Frequenzen kann die Genauigkeit und die Aussagekraft der Messung verbessern, kann jedoch die Messdauer erhöhen. In der Regel genügen 256 adressierte Frequenzen bzw. Spektralkomponenten, um eine Ensemble von Krebsmarkern (z.B. 32) spektral abzudecken und eine hinreichend hohe Aussagekraft zu erreichen.
Fig. 10 zeigt die vom Rechner 34 aus MIR-Kamerabild-Pixel errechnete Intensität I für die beiden -Spektralbereiche 1 und 2 als Funktion der Frequenz der SLM-Elemente bzw. der Modulationsfrequenz. Die ermittelte Intensität ermöglicht - nach entsprechender Kalibrierung unter Zuhilfenahme von Referenzmessungen - einen präzisen Rückschluss auf den Grad der Absorption bei jeder Spektralkomponente der o. g. Bereiche 1 und Bereich 2. Damit kann das Verhältnis der Absorptionen hinreichend genau bestimmt werden.
Insbesondere lassen sich allein aus dem Verhältnis der Intensitäten der beiden Bereiche 1 und 2 Rückschlüsse bezüglich der untersuchten Gewebe ziehen. Praktisch wird jedoch in der Regel eine größere Anzahl von Spektralanteilen adressiert, also ein in der Regel komplexes Wavelet, um möglichst belastbare Aussagen, vorzugsweise in Operations-Echtzeit, über den Zustand von Organgewebe mit verantwortbaren Entscheidungen für die Durchführung einer chirurgischen Operation gewinnen zu können. Dabei können auch jeweils unterschiedliche Wavelets nacheinander adressiert werden, welche speziell an den Gewebe-Typen„benign",„premalign" und „malign" sowie weitere Unterteilungen vorab gewonnen wurden. Durch Korrelationstechniken mit abgespeicherten Referenzspektren lassen sich belastbare Aussagen gewinnen.
Belastbare Aussagen lassen sich insbesondere dann gewinnen, wenn eine Vielzahl von patientenbezogenen Daten (Spektraldaten und weitere, auch multimodale Daten), welche unter klar definierten Randbedingungen und zeitnah gewonnen wurden, vorliegen. Die vorliegenden Daten stellen dann die Referenz, z.B. als Klassen-Bibliothek für die Gewebe-Klassifizierung, auch histopathologisch abgesichert, für unter OP-Bedingungen gewonnene Spektraldaten dar. Ziel ist, ggf. auf die histopathologische Absicherung unter den Bedingungen einer chirurgischen Operation verzichten zu können.
Dem Chirurgen-Team kann in der Operation beispielsweise eine Karte 37 der räumlichen Verteilung der unterschiedlichen Gewebetypen auf einem Monitor 31 gezeigt werden. Im einfachsten Fall wird die Information beim optischen Antasten von Gewebe in der chirurgischen Operation mittels optischer Mittel in eine„Krebs Ja/Nein"-Entscheidung transformiert.
Der oben beschriebene Ansatz der selektiven Frequenz-Spreizung ist auch auf mehrere Bereiche („Krebsmarkerbanden") erweiterbar. Wie oben beschrieben ist es nicht notwendig, in jedem Fall für jeden Bereich zwingend ein neues SLM zu verwenden.
Ein anderer Ansatz stellt das zeitsequentielle Wellenlängen-Durchstimmen mittels SLM in einer Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung dar. Es kommt dann nur eine einzige Schmalband-Strahlung zur Anwendung. Da dieser Ansatz eine besonders hohe Brillanz der Strahlung erfordert, ist in der Regel dieser Ansatz dem Ansatz mit mehreren Schmalband-Linien hinsichtlich des erreichbaren Signal-Rausch-Verhältnisses unterlegen.
Weitere Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen:
1. Ein Verfahren zur adaptiven hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Erfassung des Abstands, des 2D- oder 3D-Profils mittels Spektroskopie oder auch zur spektralen Modulation von Strahlung über Raum und Zeit mit Dynamik-Reduktion, insbesondere auch für medizinische Anwendungen mit den folgenden Mitteln:
- entweder einer multispektralen Quelle elektromagnetischer Strahlung 10 und dieser nachgeordneten wellenlängen-dispersiven optischen Mitteln 1 2 und mindestens einem elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator 14;
- oder einem Ensemble oder einem Array von monochromatischen oder quasimonochromatischen Quellen 1 1 i, i = 1 , 2, ... elektromagnetischer Strahlung mit vorbestimmt voneinander jeweils verschiedener Emissions-Schwerpunkt- Wellenlänge λι, λ2, ... oder jeweils verschiedenem Emissions-Schwerpunkt- Wellenlängenband mit einem oder mehreren zugeordneten elektronischen Ansteuermodulen 20 für die Quellen 1 1 i,
und einem gerasterten Detektor 32 mit einem zugeordneten Rechner oder Rechner-System 34 oder mit einem gerasterten Detektor-System mit mindestens einem zugeordneter Rechner oder Rechner-System 34,
wobei das Verfahren ist gekennzeichnet dadurch, dass
entweder
- bei der multispektralen Lichtquelle 10 eine spektrale Aufspaltung in einem flächigen oder räumlichen Bereich mittels der nachgeordneten wellenlängen- dispersiven Mittel 12 durchgeführt wird und somit entweder mindestens eine laterale Wellenlängen-Achse (WA; λ-Achse) besteht oder ein vorbestimmt lateral strukturierter Bereich von Intensitäten mit unterschiedlichen Wellenlängen besteht und in dem flächigen oder räumlichen Bereich mit einem oder mehreren steuerbaren räumlichen Lichtmodulatoren 14 dabei lateral eine unterschiedliche Beaufschlagung der elektromagnetischen Strahlung durch einen vorbestimmt gesteuerten Grad der Reflexion und/oder Grad der Transmission und/oder Grad der Absorption mit einer vorbestimmt gesteuerten zeitlichen Modulation, auch aperiodisch, erfolgt und für die - in der physikalischen Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung unterschiedlichen Anteile auch jeweils eine in der Grundfrequenz oder in einem vergleichsweise schmalen Grundfrequenzband (wobei auch Oberwellen entstehen können) unterschiedliche zeitliche Modulationen in einem Frequenzbereich, jedoch jeweils unterhalb einer Frequenz von 10 Megahertz für die Grundfrequenz oder für das Grundfrequenzband durchgeführt werden und die in der physikalischen Wellenlänge unterschiedlichen Anteile der elektromagnetischen Strahlung nach der Beaufschlagung zumindest näherungsweise räumlich zu multispektraler elektromagnetischen Strahlung mittels optischer Mittel 18 wieder zusammengesetzt werden und so ein adressiertes Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 gebildet ist
oder
dass bei einem Ensemble oder einem Array von monochromatischen oder quasimonochromatischen (diskreten oder Array-) Quellen 1 1 elektromagnetischer Strahlung mit vorbestimmt voneinander jeweils verschiedener Emissions- Schwerpunkt-Wellenlänge λι, λ2, ... oder Emissions-Schwerpunkt- Wellenlängenband mit einem oder mehreren zugeordneten elektronischen Ansteuermodulen, ein Frequenz-Multiplexing in einem Frequenzbereich jeweils unterhalb einer Frequenz von 10 Megahertz für die Grund-Frequenz oder für das Grund-Frequenzband durchgeführt wird, oder auch eine zeitliche aperiodische Kodierung der spektralen Kanäle vorgenommen wird, und die Strahlung jeder Emissions-Schwerpunkt-Wellenlänge dabei eine vorbestimmte Modulation erfährt, wobei auch Oberwellen entstehen können,
und die in der physikalischen Wellenlänge unterschiedlichen Anteile der elektromagnetischen Strahlung zumindest näherungsweise räumlich zu multispektraler elektromagnetischen Strahlung 24 mittels optischer Mittel 1 8 zusammengesetzt werden und so ein adressiertes Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 gebildet ist.
Mit der wieder zusammengesetzten, multispektralen elektromagnetischen Strahlung 24 wird die Bestrahlung eines Objekts 26 oder einer Szene durchgeführt (also mit„weißem" Licht) und jeder Objektpunkt wird zumindest näherungsweise mit dem adressierten Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 beaufschlagt. Mittels des gerasterten Detektors 32 mit einem zugeordneten Rechner oder Rechner-System 34 oder mittels des gerasterten Detektor- Systems mit mindestens einem zugeordneter Rechner oder Rechner-System 34 erfolgt eine flächenhafte Detektion der vom Objekt 26 ausgehenden elektromagnetischen Strahlung 28. Ferner werden eine Analyse mit dem zugeordneten Rechner oder Rechner-System 34 der zeitlich modulierten Anteile in der detektierten Intensität für jedes Detektionselement des gerasterten Detektors 30; und eine Modulations-Wellenlängen-Konversion mittels vorab zumindest näherungsweise bekannter Zuordnung von einer Wellenlänge oder Schwerpunkt- Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung zu einer Grundfrequenz oder Sequenz der Modulation durchgeführt.
Die Modulation kann eine periodische oder aperiodische Modulation sein. Ebenfalls kann ein Chirping durchgeführt werden. Vorzugsweise wird eine Korrelation mit der aufgeprägten Modulation durchgeführt. Die Modulation kann lateral im Raum erfolgen, insbesondere kann die Modulation mit einer linearen Änderung der Modulationsfrequenz erfolgten.
Die Startphasen der einzelnen harmonischen Schwingungen, die im f-Raum, mittels angesteuertem SLM erzeugt werden, können sich vorbestimmt voneinander unterscheiden. Dabei können die Startphasen über der Frequenz f auch gemäß einem nichtlinearen Bildungsgesetz gebildet (erzeugt) sein, so dass das Summensignal, welches von den Pixeln des gerasterten Detektors registriert wird, einen signifikanten Chirp-Effekt aufweist und das Summensignal keine auffälligen Maxima aufweist. Dies ist für die Ausnutzung des gegebenen Dynamikbereiches eines Detektors von Vorteil oder es verringert die Anforderungen an die Detektordynamik von vornherein.
Vorzugsweise wird eine Mehrfachbündel- (z.B. 8 Bündel) auf eine Einzelbündel-Kopplung oder eine Mehrfachfaser- (z.B. 8 Fasern) auf eine Einzelfaser-Kopplung durchgeführt.
Vorzugsweise erfolgt der Einsatz von Fabry-Perot-Filtern zur Demodulierung der spektralen Wavelets im Frequenzraum.
Weiter bevorzugt erfolgt der Einsatz eines Frequenzkamm-Lasers als Strahlungsquelle mit geeignetem Spektrallinien-Abstand im Spektrum, wobei vorzugsweise jede Spektrallinie bei einer Abstands-, Profil- oder 3D-Messung eine eigene Tiefe im Objektraum adressiert.
2. Anordnung zur adaptiven hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Erfassung des Abstands, des 2D- oder 3D-Profils mittels Spektroskopie oder auch zur spektralen Modulation von Strahlung über Raum und Zeit mit Dynamik-Reduktion, insbesondere auch für medizinische Anwendungen umfasst
- entweder eine multispektrale Quelle elektromagnetische Strahlung 10 und dieser Quelle 10 nachgeordneten wellenlängen-dispersiven optischen Mitteln 1 2 und mindestens einen elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator 14;
oder ein Ensemble oder ein Array von monochromatischen oder quasimonochromatischen Quellen elektromagnetischer Strahlung 1 1 i, i= 1 ,2,... mit vorbestimmt voneinander jeweils verschiedener Emissions-Schwerpunkt-Wellenlänge λι, λ2, ... oder jeweils verschiedenem Emissions-Schwerpunkt-Wellenlängenband mit einem oder mehreren zugeordneten elektronischen Ansteuermodulen 20,
und einem gerasterten Detektor 30 mit einem zugeordneten Rechner oder Rechner- System 34 oder mit einem gerasterten Detektor-System mit mindestens einem zugeordneter Rechner oder Rechner-System 34,
gekennzeichnet dadurch, dass
entweder
bei der multispektralen Lichtquelle 10 eine spektrale Aufspaltung in einem flächigen oder räumlichen Bereich mittels der nachgeordneten wellenlängen- dispersiven Mittel 12 durchgeführt wird und somit entweder mindestens eine laterale Wellenlängen-Achse (WA; λ-Achse) besteht oder ein vorbestimmt lateral strukturierter Bereich von Intensitäten mit unterschiedlichen Wellenlängen besteht und in dem flächigen oder räumlichen Bereich mit einem oder mehreren steuerbaren räumlichen Lichtmodulatoren 14 .dabei lateral eine unterschiedliche Beaufschlagung der elektromagnetischen Strahlung durch einen vorbestimmt gesteuerten Grad der Reflexion und/oder Grad der Transmission und /oder Grad der Absorption mit einer vorbestimmt gesteuerten zeitlichen Modulation, auch aperiodisch, erfolgt und für die - in der physikalischen Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung unterschiedlichen Anteile auch jeweils eine in der Grundfrequenz oder in einem vergleichsweise schmalen Grundfrequenzband (wobei auch Oberwellen entstehen können) unterschiedliche zeitliche Modulationen in einem Frequenzbereich, jedoch jeweils unterhalb einer Frequenz von 10 Megahertz für die Grundfreqüenz oder für das Grundfrequenzband durchgeführt werden und die in der physikalischen Wellenlänge unterschiedlichen Anteile der elektromagnetischen Strahlung nach der Beaufschlagung zumindest näherungsweise räumlich zu multispektraler elektromagnetischen Strahlung mittels optischer Mittel 18 wieder zusammengesetzt werden und so ein adressiertes Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 gebildet ist
oder
dass bei einem Ensemble oder einem Array von monochromatischen oder quasimonochromatischen (diskreten oder Array-) Quellen 1 1 elektromagnetischer Strahlung mit vorbestimmt voneinander jeweils verschiedener Emissions- Schwerpunkt-Wellenlänge λι, λ2, ... oder Emissions-Schwerpunkt- Wellenlängenband mit einem oder mehreren zugeordneten elektronischen Ansteuermodulen, ein Frequenz-Multiplexing in einem Frequenzbereich jeweils unterhalb einer Frequenz von 10 Megahertz für die Grund-Frequenz oder für das Grund-Frequenzband durchgeführt wird, oder auch eine zeitliche aperiodische Kodierung der spektralen Kanäle vorgenommen wird, und die Strahlung jeder Emissions-Schwerpunkt-Wellenlänge dabei eine vorbestimmte Modulation erfährt, wobei auch Oberwellen entstehen können,
und die in der physikalischen Wellenlänge unterschiedlichen Anteile der elektromagnetischen Strahlung zumindest näherungsweise räumlich zu multispektraler elektromagnetischen Strahlung 24 mittels optischer Mittel 18 zusammengesetzt werden und so ein adressiertes Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 gebildet ist.
Mit der wieder zusammengesetzten, multispektralen elektromagnetischen Strahlung 24 wird die Bestrahlung eines Objekts 26 oder einer Szene durchgeführt (d.h. mit „weißem" oder multispektralem Licht einer gewünschten adressierten Charakteristik) und jeder Objektpunkt wird zumindest näherungsweise mit dem adressierten Spektrum elektromagnetischer Strahlung 24 beaufschlagt. Mittels des gerasterten Detektors 32 mit einem zugeordneten Rechner oder Rechner-System 34 oder mittels des gerasterten Detektor-Systems mit mindestens einem zugeordneter Rechner oder Rechner-System 34 erfolgt eine flächenhafte Detektion der vom Objekt 26 ausgehenden elektromagnetischen Strahlung 28. Ferner werden eine Analyse mit dem zugeordneten Rechner oder Rechner-System 34 der zeitlich modulierten Anteile in der detektierten Intensität für jedes Detektionselement des gerasterten Detektors 32; und eine Modulations-Welleniängen-Konversion mittels vorab zumindest näherungsweise bekannter Zuordnung von einer Wellenlänge oder Schwerpunkt-Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung zu einer Grundfrequenz oder Sequenz der Modulation durchgeführt. -
Vorzugsweise sind Fabry-Perot-Filter der 3D-Messanordnung zur Demodulierung der spektralen" Wavelets im Frequenzraum zugeordnet. Vorzugsweise werden 10 (oder auch mehr) diskrete Lichtquellen 1 1 i eingesetzt und moduliert.
As Lichtquelle kommt auch ein Frequenzkamm-Lasers mit geeignetem Spektrallinien-Abstand im Spektrum zum Einsatz, wobei jede Spektrallinie eine eigene Tiefe im Objektraum adressiert.
Gegenüber einer durchstimmbaren Lichtquelle (so genannten„swept sources") haben die oben beschriebenen bzw. Bildgebungs- und Messvorrichtungen den Vorteil, dass die Strahlung des gesamten adressierten Spektralbereichs zeitgleich mit dem Objekt in optischem Kontakt ist. Dadurch ergeben sich ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis und eine höhere Flexibilität bei der Parametrisierung. Ein weiterer Vorteil bei der Signalverarbeitung besteht in der massiven Parallelisierbarkeit, welche z.B. durch den Einsatz von so genannten Smart-Kameras oder ,Grafikprozessor ermöglicht wird. Des Weiteren ist es möglich, Kameras mit eher niedriger Pixelanzahl zu verwenden, die jedoch wesentlich schneller als höher-pixelige Kameras sind und eine „Echtzeit" Bildgebung bzw. Messung ermöglichen. Dies ist insbesondere ein Vorteil gegenüber dem aus der Druckschrift DE 10 2006 007 172 B4 bekannten Ansatz. Die Vielzahl möglicher Codierungen, in Verbindung mit passender Auswertung, ermöglicht femer die Diskriminierung einer hohen Anzahl spektraler Kanäle und eine bessere Anpassung an der konkreten Anwendung. Ferner können alle optische Elemente, z.B. gekrümmte Beugungsgitter, DMDs, etc., optimal hinsichtlich ihres Wirkungsgrads genutzt werden.
Die Modulationsfrequenz kann ferner gegenüber der physikalischen Wellenlänge der elektromagnetischer Strahlung, in einem inversen Verhältnis stehen bzw.„invertiert sein". So ist es möglich die Spektralkomponente mit der kleinsten Wellenlänge sowohl mit der kleinsten Modulationsfrequenz als auch mit der größten Modulationsfrequenz zu modulieren. Dementsprechend kann die Modulationsfrequenz lateral über dem SLM entlang der Wellenachse WM„wandeln" (von kleinster zur größter Modulationsfrequenz oder umgekehrt). Die Änderung der Modulationsfrequenz kann auch entsprechend dem Verhältnis der Wellenlängen erfolgen, so dass das Spektrum nicht umgerechnet (gedehnt oder gestaucht) werden muss. Die Änderung der Modulationsfrequenz kann auch entsprechend dem Verhältnis der Wellenzahlen erfolgen, so dass das Spektrum ebenfalls nicht umgerechnet (gedehnt oder gestaucht) werden muss.
Die obigen Vorrichtungen und Verfahren können in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Nachfolgend werden zwei Anwendungsbeispiele im Bereich Medizin beschrieben:
Anwendungsbeispiel 1 : Anwendung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung als intraorale Handheld 3D-Zahn-Kamera mit chromatisch-konfokalem Ansatz
Als Licht- bzw. Strahlungsquelle kommen insbesondere eine starke SLD-Beleuchtung oder ein Weißlichtlaser in Frage (z.B. 440nm-556nm). Alternativ kann ein Frequenzkammlaser mit geeignetem Spektrallinien-Abstand im Spektrum als Licht- bzw. Strahlungsquelle verwendet werden. Vorzugsweise adressiert jede Spektrallinie eine eigene Tiefe im Objektraum. Das Licht wird vorzugsweise mittels eines optischen Fasers zu einem räumlichen Lichtmodulator (SLM) und/oder zur einer, im Objektraum angeordneten chromatisch-konfokalen Messanordnung geleitet. Als SLM kann z.B. ein 5 kHz DMDs verwendet werden. Dadurch ist es möglich, 1 28 oder ggf. 256 Spektralkomponenten bzw. Spektralkanäle in Echtzeit zu adressieren bzw. zu modulieren.
Mit dem modulierten bzw. adressierten multispektralen Licht erfolgt eine Punktlicht- Quellenbeleuchtung im Objektraum einer chromatisch-konfokalen Messanordnung. Das von dem Objekt (Zahn oder Zähne) reflektierte Licht wird mit einer CCD Kamera detektiert, z.B. einer 12 kHz-Kamera mit 1 Megapixel.
Die 3-D Zahnkamera weist beispielsweise eine spektrale Bildgeberrate von 16Hz auf. Dies entspricht beispielsweise auch der Rate der Bereitstellung der Punktwolke bzw. der Bereitstellung der strukturellen Objektinformationen. Vorzugsweise ist der Kamerakopf zusammen mit dem chromatisch-konfokalen 3D-Sensor (umfassend die multispektrale Lichtquelle, den räumlichen Lichtmodulator, die chromatisch- konfokale Messanordnung und gegebenenfalls weitere optische Komponente) abgesetzt und bildet somit einen 3-D Sensorkopf. Die Lichtzuführung in den 3D-Sensorkopf erfolgt beispielsweise über Lichtwellenleiter.
Vorteile dieser Konstruktion gegenüber einer konventionellen Messanordnung mit durschstimmbarer Lichtquelle (riswept-scan" Messanordnung) sind die erhöhte Verwacklungssicherheit, da im Signal mehr über der Zeit gemittelt wird. Ein weiterer Vorteil ist, die Möglichkeit, 2-D und 3-D Bilder in Echtzeit zu erfassen.
Anwendungsbeispiel 2: Anwendung zur Tumor-Erkennung (Krebs)
Bei dieser Anwendung kann eine MIR-Kontinuums-Lichtquelle (z.B. mit Spektrum im mittleren Infrarotbereich von ungefähr 7 μιη bis 1 1 m Wellenlängenbereich) verwendet werden. Dies entspricht in Wellenzahlen etwa 910 cm"1 bis 1430 cm"1. Zur Anwendung kann hier eine brillante Synchrotronstahlungsquelle mit hoher räumlicher Kohärenz kommen. Ebenfalls kann eine NIR- (nahes Infrarotspektrum) Lichtquelle eingesetzt werden.
Mittels MIR-tauglichem DMD als räumlicher Lichtmodulator (z.B. DMD mit vergoldeten Elementen, Pixel) wird eine vorgegebene (z.B. relativ geringe) Anzahl von Spektralkomponenten adressiert bzw. moduliert. So können z.B. von 2 bis 16 Spektralkomponenten adressiert werden. Vorzugsweise sind die einzelnen Spektralkomponenten schmalbändig und entsprechen den bereits vorab bestimmten oder generell bekannten „Marker-Wellenlängen- Bereiche" des untersuchten Gewebes. Alle für Tumor-Erkennung durch Vorab-Kenntnisse irrelevanten Wellenlängenbereiche sind vorzugsweise mittels DMD dunkelgeschaltet. Dies dient der Verringerung der Belastung des untersuchten Gewebes durch eine zu hohe Intensität der am Gewebe auf- und eingebrachten elektromagnetischen Strahlung. Andererseits kann die zulässige Intensität an elektromagnetischer Strahlung für das Gewebe in hohem Maße genau durch die Wellenlängenbereiche genutzt werden, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit signifikante Informationen über das zu untersuchende Gewebe liefern können. Durch ein „maßgeschneidertes" Spektrum der Beleuchtung hinsichtlich einer konkreten medizinischen Fragestellung kann sich vorteilhafterweise auch die Messzeit am zu untersuchenden Gewebe bei gleichem Signal/Rausch-Verhältnis verkürzen.
Das untersuchte, tumor-verdächtige Gewebe (malign) wird mit dem so adressiertem Strahlungsspektrum in optischen Kontakt gebracht. Aus den rückkommenden, detektierten spektralen Strahlungsanteilen mit den im/am Gewebe stattgefundenen Absorptionen können die Intensitäten in den entsprechenden "Marker-Wellenlängen-Bereichen" kalibriert und miteinander verrechnet werden, z.B. durch Quotientenbildung, Varianzen, Korrelationen erster bis n-ter Ableitung nach der Wellenzahl/Wellenlänge, etc., aufgrund erprobter Modelle. Nachfolgend erfolgt eine Verrechnung, Bewertung und Entscheidung über die Tumoreigenschaften. Das untersuchte Gewebe kann z.B. in eindeutig benign (0), premalign oder eindeutig malign ( 1 ) klassifiziert werden. Es ist möglich die verrechneten Bilder mit ja/nein-Vorschlag in den einzelnen Kamera-Pixeln wiederzugeben. Statt einer Darstellung der einzelnen Spektralkomponenten bzw. der einzelnen Wellenlängen mittels Farben können auch die errechneten Wahrscheinlichkeiten für Krebs (z.B. eindeutig benign=0, premalign oder eindeutig malign= 1 ) in den jeweiligen Pixeln des dargestellten Bildes gezeigt werden. Diese können grauwert- oder farb-kodiert auf einem Monitor dargestellt werden.
Bezugszeichenliste multispektrale Lichtquelle
i, i= 1 ,2, ...monochromatische oder quasi-monochromatiche Lichtquellen
Beugungsgitter
räumlicher Lichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM)
SLM Block
Beugungsgitter
Vorrichtung zur hochaufgelösten spektralen Zerlegung
Steueranordnung zur Frequenzansteuerung der einzelnen Spektralkomponenten (z.B. mittels Steuerung des räumlichen Lichtmodulators oder der einzelnen Lichtquellen)
Synchronizationsverbindung
Lichtwellenleiter
multispektrales Beleuchtungsstrahlenbündel
Operationstisch
Objekt
Patient
vom Objekt reflektiertes Licht
Abbildungsoptik
Kamera
Main-Rechner (Datenverarbeitungseinrichtung), z.B. FFT, Lock-in-Auswertung Hyper- bzw. multispektrales Bild (λ, x, y)
Karte der räumlichen Verteilung unterschiedlicher Gewebetypen
Hyper- bzw. multispektrales spektrales Bild (z,x,y)
Chromatisch-konfokale Messeinrichtung
Abbildungsobjektiv
Diffraktiv-optisches Element (DOE) für chromatische Tiefenaufspaltung
System für Punktbild-Erzeugung und konfokaler Diskriminator mit Abbildungsstufe Beleuchtungsvorrichtung (multispektrale Lichtquelle mit adressierbaren Spektrum); Monomode-Faser
Multimode-Faser Linsen
Kollimatorlinse
gerastetes, flächiges Array von Mikrolinsen und jeweils den Foki der Mikrolinsen zugeordneten Pinholes
Strahlteiler
Interferometerstrahlteiler
Diffraktives optisches Element
Abbildungsobjektiv
Spiegel
vom Objekt reflektiertes Licht
zweites Arrays von Mikrolinsen und jeweils den Foki der Mikrolinsen zugeordneten Pinholes mit zugeordneter Abbildungsstufe zur konfokalen Diskriminierung (optional) Prisma
Abbildungsoptik
spektrometrische Anordnung
Objektelement
Objektelement
Referenzspiegel
Pixel auf der Kamera 32 mit Bildpunkt vom Objektelement 81
Pixel auf der Kamera 32 mit Bildpunkt vom Objektelement 82
Wavelet zugehörig dem Objektelement 81
Wavelet zugehörig dem Objektelement 82

Claims

Patentansprüche
1 . Beleuchtungsvorrichtung (50) zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum umfassend:
eine multispektrale Lichtquelle;
eine Modulationseinrichtung, welche ausgelegt ist, die einzelnen Spektralkomponenten der multispektralen Lichtquelle zeitlich, mit jeweils voneinander unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, Modulationsfrequenzbereichen und/oder Modulationssequenzen zu modulieren, wobei
(i) die multispektrale Lichtquelle zumindest eine Lichtquelle ( 10) mit einem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum und wellenlangen-dispersiven Mitteln ( 12) zur spektralen Aufspaltung des von der Lichtquelle ( 10) emittierten Lichts in mehreren, räumlich voneinander getrennten Spektralkomponenten mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2) ..., λη oder Wellenlängenbändern umfasst, und die Modulationseinrichtung mindestens einen elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulator ( 14), welcher ausgelegt ist, die einzelnen Spektralkomponenten zeitlich zu modulieren umfasst; oder
(ii) die multispektrale Lichtquelle zumindest ein Ensemble oder Array von monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen ( 1 1 i) zum Emittieren von Licht mit voneinander jeweils verschiedenen Emissions- Wellenlängen λι, λζ, ..., λη oder Emissions- Wellenlängenbändern umfasst; die Modulationseinrichtung mehrere, der einzelnen monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen ( 1 1 i) zugeordnete elektronische Ansteuermodule (20) umfasst, welche ausgelegt sind, das von der jeweiligen monochromatischen der quasi-monochromatischen Lichtquelle ( 1 1 i) emittierte Licht zeitlich zu modulieren; und
wobei die Beleuchtungsvorrichtung ferner optische Mittel ( 1 8) umfasst, welche ausgelegt sind, die einzelnen modulierten Spektralkomponenten der multispektraler Lichtquelle zusammenzusetzen, so dass diese im Wesentlichen räumlich miteinander überlappen, um das multi- oder hyperspektrale Beleuchtungslicht (24) mit adressierbarem Spektrum zu bilden.
2. Beleuchtungsvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1 , wobei die zeitliche Modulation der einzelnen Spektralkomponenten periodisch oder aperiodisch ist.
3. Beleuchtungsvorrichtung (50) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Modulationsvorrichtung ausgelegt ist:
ein Frequenz-Chirping durchzuführen; und/oder
die Startphasen der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten unterschiedlich festzulegen bzw. zu variieren; und/oder
eine zeitliche Variation der Amplituden der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten durchzuführen.
4. Beleuchtungsvorrichtung (50) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Modulationseinrichtung ausgelegt ist, die Modulationsfrequenz der einzelnen Spektralkomponenten linear zu ändern.
5. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die multispektrale Lichtquelle eine Lichtquelle im sichtbaren, ultravioletten, infraroten Spektralbereich und/oder Tera-Hz Spektralbereich oder eine Synchrotronlichtquelle, insbesondere im mittleren Infrarotbereich, umfasst.
6. Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche umfassend ferner Mittel, die ausgelegt sind, das von der Lichtquelle ( 10) mit dem kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm-Spektrum emittierte Licht oder das von den einzelnen monochromatischen oder quasi- monochromatischen Lichtquellen ( 1 1 i) emittierte Licht spektral zu filtern.
7. Vorrichtung zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung, umfassend
eine Beleuchtungseinrichtung (50) zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche;
eine Bildaufnahmeeinrichtung (34), welche ausgelegt ist, eine zeitliche Abfolge von zwei-dimensionalen Bilder eines mit dem multispektralen Licht beleuchteten Objekts (26) zu erfassen, umfassend zumindest einen gerasterten, zweidimensionalen Detektor (32) mit mehreren Detektorelementen, welcher ausgelegt ist, die Intensität zumindest eines Teils des von dem Objekt (26) kommenden Licht (28; 70) zu detektieren;
eine Bildauswerteeinrichtung (34), welche ausgelegt ist, die Anteile der einzelnen Spektralkomponenten durch eine Analyse der zeitlichen Variation der von jedem Detektorelement detektierten Intensität zu ermitteln und anhand der ermittelten Anteile der einzelnen Spektralkomponenten, ein multi- oder hyperspektrales Bild (36, 38) des Objekts (26) zu erstellen.
8. , Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei
die Bildauswerteeinrichtung (34) ausgelegt ist, für jedes Detektorelement
eine Frequenzanalyse der zeitlichen Variation der detektierten Intensität durchzuführen, und
eine Modulations-Wellenlängen-Konversion mittels einer Zuordnung der ermittelten Modulationsfrequenzen zu einer bestimmten Grundfrequenz oder einem bestimmten Grundfrequenzbereich und/oder einer bestimmten Modulationssequenz der einzelnen Spektralbereiche durchzuführen.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Bildauswerteeinrichtung (34) ausgelegt ist,
eine Fourier-Analyse, eine FFT-Analyse, eine Waveletanalyse oder eine Lock-in- Detektion der von jedem Detektorelement detektierten Intensität durchzuführen; und/oder eine Korrelation der anhand der detektierten Intensität ermittelten Modulationen mit den von der Modulationsvorrichtung durchgeführten Modulationen der Spektralkomponenten durchzuführen.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 umfassend ferner eine Synchronisationseinrichtung (21 ), welche ausgelegt ist, die Modulation der einzelnen Spektralkomponenten durch die Modulationseinrichtung und die Bildaufnahme durch die Bildaufnahmeeinrichtung (34) zu synchronisieren.
1 1. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 umfassend ferner mehrere Fabry- Perot-Filter zum Demodulieren der spektralen Wavelets im Frequenzraum.
12. Multi- oder hyperspektrale Messvorrichtung zur Distanzmessung und/oder zur Topographiemessung eines Objekts mittels Spektroskopie umfassend
eine Vorrichtung zur multispektralen Bildgebung gemäß einem der Ansprüche 7 bis
1 1 ; und
ein chromatisch konfokales System (40), ein chromatisches Triangulationssystem, ein Spektral-Interferometer, ein Fluoreszenzmikroskop oder ein Multiphotonenmikroskop.
13. Verfahren zum Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum (24), umfassend
Erzeugen von multispektralem Licht; und
zeitliches Modulieren der einzelnen Spektralkomponenten des multispektralen Lichts mit jeweils voneinander unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, Modulationsfrequenzbereichen und/oder Modulationssequenzen, wobei
(iii) das Erzeugen von multispektralem Licht ein spektrales Aufspalten des von einer kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder Frequenzkamm- Lichtquelle emittierten Lichts in mehreren, räumlich voneinander getrennten Spektralkomponenten mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2, ..., λη oder Wellenlängenbändern umfasst; und das zeitliche Modulieren der einzelnen Spektralkomponenten mittels eines elektrisch steuerbaren, räumlichen Lichtmodulators ( 14) erfolgt; oder
(iv) das Erzeugen von multispektralem Licht ein Emittieren von Licht mit mehreren, voneinander jeweils verschiedenen Spektralkomponenten mit voneinander unterschiedlichen Emissions-Wellenlängen λι, λ2, ..., λη oder Emissions- Wellenlängenbändern von einem Ensemble oder Array von mehreren monochromatischen oder quasi-monochromatischen Lichtquellen ( 1 1 i) umfasst und das zeitliche Modulieren mittels elektronischen Ansteuermodulen (20), welche der einzelnen Lichtquellen ( 1 1 i) zugeordnet sind, erfolgt; und
wobei das Verfahren ferner
ein Zusammensetzen der einzelnen modulierten Spektralkomponenten des von der multispektralen Lichtquelle emittierten Lichts umfasst, so dass diese im Wesentlichen räumlich miteinander überlappen, um das um das multi- oder hyperspektrales Beleuchtungslicht (24) mit adressiertem Spektrum zu bilden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei
das zeitliche Modulieren der einzelnen Spektralkomponente periodisch oder aperiodisch ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 1 , wobei das zeitliche Modulieren
eine Frequenz-Chirping; und/oder
eine Variation der Startphasen der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten; und/oder
eine lineare Änderung der Modulationsfrequenz der einzelnen Spektralkomponenten; und/oder
eine zeitliche Variation der Amplituden der Modulationen der einzelnen Spektralkomponenten umfasst.
1 6. Verfahren zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung und/oder zur Distanz- und/oder Topographiemessung eines Objekts (26), umfassend
Erzeugen von multi- oder hyperspektralem Beleuchtungslicht mit adressierbarem Spektrum nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15;
Beleuchten des Objekts (26, 26a) mit dem multi- oder hyperspektralen Beleuchtungslicht;
Detektieren einer zeitlichen Abfolge von zwet-dimensionalen Bildern des beleuchteten Objekts (26) mittels eines gerasterten, zweidimensionalen Detektors (32) mit mehreren Detektorelementen, wobei der Detektor ausgelegt ist, die Intensität zumindest eines Teils des von dem Objekt (26) kommenden Licht zu detektieren;
Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten mittels einer pixelweisen Analyse der zeitlichen Variation der von jedem Detektorelement detektierten Lichtintensität und Erstellen eines multi- oder hyperspektrales Bild (36, 38) des Objekts (26, 26a) anhand der ermittelten Anteile der einzelnen Spektralkomponenten.
17. Verfahren gemäß Anspruch 1 6, wobei das Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten eine Frequenzanalyse der zeitlichen Variation der detektierten Intensität; und eine Modulations-Wellenlängen-Konversion mittels einer Zuordnung der ermittelten Modulationsfrequenzen zu einer bestimmten Grundfrequenz oder einem bestimmten Grundfrequenzbereich und/oder einer bestimmten Modulationssequenz der einzelnen Spektralbereiche
umfasst.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Ermitteln der Anteile der einzelnen Spektralkomponenten
eine Fourier-Analyse, eine FFT-Analyse, eine Waveletanalyse oder eine Lock-in- Detektion der von jedem Detektorelement detektierten Intensität; und/oder
eine Korrelation der anhand der detektierten Intensität ermittelten Modulationen mit den von der Modulationsvorrichtung durchgeführten Modulationen der Spektralkomponenten
umfasst.
1 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 6 bis 18, umfassend ferner
Synchronisieren des Modulierens der einzelnen Spektralkomponenten und des
Detektierens der zeitlichen Abfolge von zwei-dimensionalen Bildern.
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US15/120,373 US10066997B2 (en) 2014-02-21 2015-02-17 Method and device for generating multispectral or hyperspectral light, for hyperspectral imaging and/or for distance measurement and/or 2D or 3D profile measurement of an object by means of spectrometry

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016005262A1 (de) * 2014-07-11 2016-01-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Vorrichtung und verfahren für eine spektral aufgelöste vermessung eines objekts
CN107703555A (zh) * 2016-06-20 2018-02-16 北京英特威视科技有限公司 一种危险源探测方法及系统
WO2018194985A1 (en) 2017-04-19 2018-10-25 Drs Network & Imaging Systems, Llc Active hyperspectral imager
CN111721231A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 华东师范大学 一种基于光频梳的植物生态监测系统
EP3805716A1 (de) * 2019-10-11 2021-04-14 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Lichtdetektionsschaltung, mikroskop und verfahren zur hyperspektralen bildgebung
US20220196475A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Imec Vzw Multi-spectral microscopic imaging spanning the visible and short-wave infrared range

Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9881356B2 (en) 2013-12-10 2018-01-30 Bae Systems Plc Data processing method
WO2015086296A1 (en) * 2013-12-10 2015-06-18 Bae Systems Plc Data processing method and system
EP2997883A1 (de) 2014-09-17 2016-03-23 Universität Stuttgart Verfahren und Anordnung zur optischen Absorptionsmessung
US11553844B2 (en) * 2014-10-14 2023-01-17 East Carolina University Methods, systems and computer program products for calculating MetaKG signals for regions having multiple sets of optical characteristics
JP6813245B2 (ja) 2014-10-14 2021-01-13 イースト カロライナ ユニバーシティ 単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのシステムの作動方法、コンピュータシステム、及び単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのプログラムが記録された記録媒体
CA2963866C (en) * 2014-10-14 2023-11-07 East Carolina University Methods, systems and computer program products for determining hemodynamic status parameters using signals derived from multispectral blood flow and perfusion imaging
US11304604B2 (en) 2014-10-29 2022-04-19 Spectral Md, Inc. Reflective mode multi-spectral time-resolved optical imaging methods and apparatuses for tissue classification
EP3026422B1 (de) 2014-11-26 2018-02-14 Universität Stuttgart Vorrichtung und verfahren zur spektroskopischen ellipsometrie, insbesondere zur spektroskopischen infrarot-ellipsometrie
WO2016125164A2 (en) * 2015-02-05 2016-08-11 Verifood, Ltd. Spectrometry system applications
US10753794B2 (en) * 2015-05-28 2020-08-25 Empire Technology Development Llc Concurrent activation of multiple illumination sources for sample analysis
US10184835B2 (en) * 2015-09-23 2019-01-22 Agilent Technologies, Inc. High dynamic range infrared imaging spectroscopy
WO2017125328A1 (de) * 2016-01-19 2017-07-27 DüRR DENTAL AG Vorrichtung zum dreidimensionalen erfassen einer oberflächenstruktur
DE102016000415A1 (de) * 2016-01-19 2017-07-20 DüRR DENTAL AG Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur
US9851287B2 (en) * 2016-03-03 2017-12-26 International Business Machines Corporation Size distribution determination of aerosols using hyperspectral image technology and analytics
EP3270581B1 (de) * 2016-07-15 2021-04-14 IMEC vzw Verfahren und vorrichtung zur aufnahme eines bildes mit zweidimensionaler räumlicher auflösung und spektraler auflösung
DE102016219632A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-12 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Chromatisch konfokaler Sensor zur Bestimmung von Koordinaten mindestens eines Messobjekts
KR20180042649A (ko) * 2016-10-18 2018-04-26 삼성전자주식회사 반도체 소자 검사 장치 및 그 구동 방법
WO2018085841A1 (en) * 2016-11-07 2018-05-11 BioSensing Systems, LLC Calibration method and apparatus for active pixel hyperspectral sensors and cameras
EP3321736A1 (de) * 2016-11-10 2018-05-16 ASML Netherlands B.V. Messsystem, lithographiesystem und verfahren zur messung eines ziels
DE102017000296B4 (de) 2017-01-15 2021-02-11 Baden-Württemberg Stiftung Ggmbh Messsystem und Verfahren zur kombinierten Erfassung der Oberflächentopographie und hyperspektralen Bildgebung
JP6852455B2 (ja) * 2017-02-23 2021-03-31 オムロン株式会社 光学計測装置
CN110573066A (zh) 2017-03-02 2019-12-13 光谱Md公司 用于多光谱截肢部位分析的机器学习系统和技术
JP7079509B2 (ja) * 2017-08-09 2022-06-02 国立研究開発法人科学技術振興機構 計測装置及び照射装置
WO2019040948A1 (en) * 2017-08-25 2019-02-28 Massachusetts Institute Of Technology DETECTION AND CONTROL OF ADDITIVE MANUFACTURING PROCESSES
EP3731728A4 (de) * 2017-12-27 2021-08-25 Ethicon LLC Hyperspektrale bildgebung mit werkzeugverfolgung in einer lichtschwachen umgebung
US10972643B2 (en) 2018-03-29 2021-04-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Camera comprising an infrared illuminator and a liquid crystal optical filter switchable between a reflection state and a transmission state for infrared imaging and spectral imaging, and method thereof
US10924692B2 (en) * 2018-05-08 2021-02-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Depth and multi-spectral camera
US11473975B2 (en) 2018-05-11 2022-10-18 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Low-cost, compact chromatic confocal module
US10921453B2 (en) * 2018-05-29 2021-02-16 Huawei Technologies Co., Ltd. Liquid crystal on silicon (LCOS) lidar scanner with multiple light sources
WO2020013865A1 (en) 2018-07-13 2020-01-16 Halliburton Energy Services, Inc. Thin film multivariate optical element and detector combinations, thin film optical detectors, and downhole optical computing systems
US20200015899A1 (en) 2018-07-16 2020-01-16 Ethicon Llc Surgical visualization with proximity tracking features
JP7297891B2 (ja) 2018-07-19 2023-06-26 アクティブ サージカル， インコーポレイテッド 自動化された外科手術ロボットのためのビジョンシステム内の深度のマルチモード感知のためのシステムおよび方法
KR102600150B1 (ko) * 2018-10-10 2023-11-08 삼성전자주식회사 분광 정보를 분석하는 장치 및 방법
US10740884B2 (en) 2018-12-14 2020-08-11 Spectral Md, Inc. System and method for high precision multi-aperture spectral imaging
EP3899463A4 (de) 2018-12-14 2022-12-21 Spectral MD, Inc. System und verfahren zur hochpräzisen multiapertur-spektralbildgebung
US10783632B2 (en) 2018-12-14 2020-09-22 Spectral Md, Inc. Machine learning systems and method for assessment, healing prediction, and treatment of wounds
JP7261883B2 (ja) 2018-12-14 2023-04-20 スペクトラル エムディー，インコーポレイテッド 創傷の評価、治癒予測および治療のための機械学習システム
US11471717B1 (en) * 2018-12-31 2022-10-18 Vlad Novotny Early fire detection and suppression
CN113950279B (zh) 2019-04-08 2023-04-14 艾科缇弗外科公司 用于医疗成像的系统和方法
US10666878B1 (en) * 2019-04-09 2020-05-26 Eagle Technology, Llc Imaging apparatus having micro-electro-mechanical system (MEMs) optical device for spectral and temporal imaging and associated methods
ES2800823B2 (es) * 2019-06-25 2022-11-25 Univ Madrid Carlos Iii Imagen hiperespectral basada en peine doble de frecuencias
US11604095B1 (en) * 2019-07-15 2023-03-14 Hrl Laboratories, Llc Thin-film filter based hyperspectral imager spanning an octave of long wavelength infrared regime
CN114599263A (zh) 2019-08-21 2022-06-07 艾科缇弗外科公司 用于医疗成像的系统和方法
WO2021041804A1 (en) * 2019-08-29 2021-03-04 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Chromatic light sheet microscope
EP4025868A1 (de) * 2019-09-05 2022-07-13 Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gesellschaft m.b.H. Verfahren und messvorrichtung zum vermessen eines objekts eines gleises
LU101529B1 (de) * 2019-12-12 2021-06-15 Aim Systems Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Materialeigenschaft eines Prüfkörpers in einem oberflächennahen Prüfkörperbereich
US11896442B2 (en) 2019-12-30 2024-02-13 Cilag Gmbh International Surgical systems for proposing and corroborating organ portion removals
US11219501B2 (en) 2019-12-30 2022-01-11 Cilag Gmbh International Visualization systems using structured light
US11776144B2 (en) 2019-12-30 2023-10-03 Cilag Gmbh International System and method for determining, adjusting, and managing resection margin about a subject tissue
US11648060B2 (en) 2019-12-30 2023-05-16 Cilag Gmbh International Surgical system for overlaying surgical instrument data onto a virtual three dimensional construct of an organ
US11759283B2 (en) 2019-12-30 2023-09-19 Cilag Gmbh International Surgical systems for generating three dimensional constructs of anatomical organs and coupling identified anatomical structures thereto
US11832996B2 (en) 2019-12-30 2023-12-05 Cilag Gmbh International Analyzing surgical trends by a surgical system
US11744667B2 (en) * 2019-12-30 2023-09-05 Cilag Gmbh International Adaptive visualization by a surgical system
US11284963B2 (en) 2019-12-30 2022-03-29 Cilag Gmbh International Method of using imaging devices in surgery
DE102020202823A1 (de) * 2020-03-05 2021-09-09 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur ermittlung der verteilung eines stoffs in einer probe
US11551185B2 (en) * 2020-08-19 2023-01-10 Walmart Apollo, Llc Automated food selection using hyperspectral sensing
CN112361991B (zh) * 2020-11-04 2022-12-16 深圳广成创新技术有限公司 一种三维扫描方法、装置、计算机设备和存储介质
WO2022182747A2 (en) * 2021-02-24 2022-09-01 Shrenik Deliwala Coded light for target imaging or analysis
CN115615544A (zh) * 2021-07-16 2023-01-17 华为技术有限公司 光谱测量装置及其测量方法
WO2023042346A1 (ja) * 2021-09-16 2023-03-23 株式会社東芝 光学装置、情報処理方法、および、プログラム
CN114324205A (zh) * 2021-12-16 2022-04-12 赛默飞世尔（上海）仪器有限公司 对样品进行光谱测定的方法、系统以及流式细胞仪
FR3131483A1 (fr) * 2021-12-29 2023-06-30 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Méthode d’acquisition comprimée et de reconstruction d’un signal spectralement parcimonieux
JP2023114543A (ja) * 2022-02-07 2023-08-18 浜松ホトニクス株式会社 マルチパルス光源及びマルチパルス光生成方法
CN114754694B (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 新乡职业技术学院 一种基于多光谱的材料形变检测设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8014569B2 (en) 2006-10-30 2011-09-06 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for performing qualitative and quantitative analysis of produce (fruit, vegetables) using spatially structured illumination
DE102006007172B4 (de) 2006-02-08 2013-01-17 Universität Stuttgart Verfahren und Anordnung zur schnellen, ortsaufgelösten, flächigen, spektroskopischen Analyse, bzw. zum Spectral Imaging oder zur 3D-Erfassung mittels Spektroskopie

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5433197A (en) * 1992-09-04 1995-07-18 Stark; Edward W. Non-invasive glucose measurement method and apparatus
US6031609A (en) * 1997-05-29 2000-02-29 The Regents Of The University Of California Fourier transform spectrometer using a multielement liquid crystal display
US6859275B2 (en) 1999-04-09 2005-02-22 Plain Sight Systems, Inc. System and method for encoded spatio-spectral information processing
US7339170B2 (en) * 2003-07-16 2008-03-04 Shrenik Deliwala Optical encoding and reconstruction
WO2005082007A2 (en) * 2004-02-25 2005-09-09 B & W Tek, Inc. Fourier transform spectrometer apparatus multi-element mems
DE102005060312A1 (de) * 2005-12-16 2007-06-28 Siemens Ag Abtasteinrichtung zur optischen Abtastung von Oberflächen
WO2010060460A1 (en) 2008-11-25 2010-06-03 Institut De Ciències Fotòniques, Fundació Privada Device for multispectral and spatial shaping
US9068949B2 (en) * 2013-02-04 2015-06-30 Purdue Research Foundation System and method for multiplex spectroscopic imaging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006007172B4 (de) 2006-02-08 2013-01-17 Universität Stuttgart Verfahren und Anordnung zur schnellen, ortsaufgelösten, flächigen, spektroskopischen Analyse, bzw. zum Spectral Imaging oder zur 3D-Erfassung mittels Spektroskopie
US8014569B2 (en) 2006-10-30 2011-09-06 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for performing qualitative and quantitative analysis of produce (fruit, vegetables) using spatially structured illumination

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. MEHTA: "Simultaneous three-dimensional step-height measurement and high resolution tomographic imaging with a spectral interferometric microscope", APPLIED OPTICS, vol. 41, no. 19, 2002, pages 3874 - 3885, XP055327949, DOI: doi:10.1364/AO.41.003874
GIUSEPPE BELLISOLA; CLAUDIO SORIO: "Infrared spectroscopy and microscopy in cancer research and diagnosis", AM J CANCER RES, vol. 2, no. 1, 2012, pages 1 - 21, XP055216511, ISSN: 2156-6976, Retrieved from the Internet <URL:www.ajcr.us>
J. SCHWIDER; L. ZHOU: "Dispersive interferometric profilometer", OPTICS LETTERS, vol. 19, no. 13, 1994, pages 995 - 997, XP000454705
P. VENTKATACHALAM; L. LAKSHMANA RAO; N. KRISHNA KUMAR; ANUPAMA JOSE; SHAIJU S. NAZEER: "Diagnosis of Breast Cancer based on FT-IR-Spectroscopy.", AIP CONF. PROC., vol. 1075, 2008, pages 144
S. CHOI: "Multi-frequency Light Source Using Spatial Light Modulator for profilometry", TAGUNGSUNTERLAGEN DER KONFERENZ CLEO-PR, 2013
SO YEONG LEE; KYONG-AH YOON; SOO HWA JANG; ERDENE OCHIR GANBOLD; DEMBERELDORJ UURIINTUYA: "Infrared spectroscopy characterization of normal and lung cancer cells originated from epithelium.", JOURNAL OF VETERINARY SCIENCE. J. VET. SCI., vol. 10, no. 4, 2009, pages 299 - 304
STANDARD-PC-TECHNIK, 2010
W. R. JOHNSON: "Snapshot Hyperspectral Imaging in Ophthalmology", JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS, vol. 12, no. 1, 2007, pages 014036, XP055249383, DOI: doi:10.1117/1.2434950
Y. WU: "Development of a digital-micromirror-device-based multishot snapshot spectra) imaging system", OPTICS LETTERS, vol. 36, no. 14, 2011, pages 2692 - 1694, XP001564144, DOI: doi:10.1364/OL.36.002692

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016005262A1 (de) * 2014-07-11 2016-01-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Vorrichtung und verfahren für eine spektral aufgelöste vermessung eines objekts
CN107703555A (zh) * 2016-06-20 2018-02-16 北京英特威视科技有限公司 一种危险源探测方法及系统
WO2018194985A1 (en) 2017-04-19 2018-10-25 Drs Network & Imaging Systems, Llc Active hyperspectral imager
EP3612790A4 (de) * 2017-04-19 2021-01-20 DRS Network & Imaging Systems, LLC Aktiver hyperspektraler bildgeber
EP3805716A1 (de) * 2019-10-11 2021-04-14 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Lichtdetektionsschaltung, mikroskop und verfahren zur hyperspektralen bildgebung
CN111721231A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 华东师范大学 一种基于光频梳的植物生态监测系统
CN111721231B (zh) * 2020-06-03 2021-11-19 华东师范大学 一种基于光频梳的植物生态监测系统
US20220196475A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Imec Vzw Multi-spectral microscopic imaging spanning the visible and short-wave infrared range

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