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数字光处理技术拓展到微型投影仪之外的广泛领域
材料来源:激光世界           录入时间:2010-8-9 18:04:56

作者:Gail Overton

德州仪器公司开发的基于微电机系统(MEMS)的数字光处理(DLP)技术,除了在微型投影仪中有着广为人知的不俗表现外,目前其应用也正在拓展到其他更广泛的领域。事实上,今年年初在美国举行的Photonics West 2010 MOEMS会议上,与会者的话题就几乎全部是围绕着DLP应用以及其他基于数字微镜设备(DMD)的应用。除了显示应用和动态散斑减弱应用外,DLP技术也正在其他一些医疗和工业领域中开辟出新的应用天地。

医学成像与照明

来自美国德克萨斯大学、德州仪器公司(TI)、美国国家标准技术研究院(NIST)所以及德克萨斯大学西南医学中心的研究人员,正在协作建立超光谱成像系统,他们采用的是由Optronic Laboratories公司提供的基于DLP技术的光源,该系统可以利用反射光谱测量术快速分析生物组织。[1]光谱照明装置的工作波长范围是380~780nm,如果采用350µm的狭缝进行带通滤波,半高全宽带宽为8.55nm。反射数据被发送到一个具有1392×1040像素(像素尺寸6.45×6.45µm)的CCD图像传感器中,其数字转换器可在12位或14位以及10MHz或20MHz之间切换。临床应用的成像仪通过液态光波导投射光,并通过一个标准的尼康(Nikon)50mm焦距透镜收集反射光。反射的光谱图像被编排入一个三维超谱图像箱(image cube),然后采用一种专利的化学计量算法可以计算出化学编码图像,从而以近视频帧速显示出组织的化学过程。

在美国Parkland Memorial医院的烧伤部门,研究人员利用超光谱成像系统采集烧伤部位的可见光以及近红外光范围内的光谱数据,以确定不同深度处组织中氧基血红素贡献的百分比,并以此来确定需要切除多少死亡组织才能加速伤口的愈合。采用略微不同的装置设计,该系统还可用于分析从视网膜得到的表征氧合血灌注的超光谱数据,从而进一步研究糖尿病患者的视网膜病变。

此外,DLP技术的成像速度,能够在腹腔镜手术中实现先进成像、在胆囊以及肾外科手术中辅助仪器在组织中穿行,以提高手术后的愈合效果。

荷兰O2view公司与来自荷兰Quest Innovations公司、荷兰Leiden大学医学中心、意大利Optec公司的合作者们联合开发出了另一套医学成像系统。该系统基于来自一个或更多相机的视觉反馈,采用DLP设备提供选择性可编程照明,将照明技术向前推进了一大步。[2]该立体系统采用多个CCD传感器收集患者的RGB及近红外光谱数据。基于转换的图像数据,DLP芯片可以通过编程将若干LED以及低能光疗法(LLLT)激光源发出的光投射向患者。该投射光表现为跳棋盘图案,可用于皮肤修复应用;或者该投射光还可表现为癌症组织的再生图案,可用于对感染组织进行定位。

快速成型

多种立体光刻以及添加制造过程可用于实现快速成型。在助听器与牙科市场,美国EnvisionTEC公司正在添加制造过程中采用DLP技术,制造牙科以及助听元件。[3]如果采用一个固定的灯泡或LED光源制造这些部件,特定像素体积内的固化深度通常固定在100µm量级。但是如果在照明光路中加入DLP芯片,DLP芯片上的单个MEMS像素可以通过编程移动,这可以快速改变灰度照明,从而改变每个像素区内的固化深度(以及轮廓形状),进一步加快原型制造过程(如图)。与采用均一光源照明相比,通过在待固化材料表面投射变化的照明场(例如像素固化深度在0~100µm范围内变化),可以将制造速度提高2~3倍。

 

图:在制造过程中,将数字光处理技术与激光辅助制造技术协同使用,通过改变逐个像素的照明强度(以及相应的固化深度),快速成型制造过程可以加速牙科和助听器植入设备的制造过程。

参考文献

  1. K.J. Zuzak et al., "The robustness of DLP hyperspectral imaging for clinical and surgical utility," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-03 (Jan. 27, 2010).
  2. R.G.M. van Melick et al., "DLP technology's pivotal role in O2view's versatile medical projection/illumination device," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-02 (Jan. 27, 2010).
  3. A. Siblani, "The use of DMD technology in rapid manufacturing equipment for mass customization applications," Photonics West MOEMS-MEMS Conf., San Francisco, CA, paper 7596-14 (Jan. 27, 2010). 

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