專利名稱：頭戴式自照明攝像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學照明和攝像，特別是一種頭戴式自照明攝像系統(tǒng)。主要應(yīng)用于手術(shù)、試驗、操作等方面的同時照明與記錄的情況。
背景技術(shù)：
在一些手術(shù)或試驗中，需要對某些區(qū)域進行照明。在現(xiàn)有的手術(shù)、試驗照明器具中，頭戴式照明方式可方便地進行照明，但在一些情況下，往往希望在照明的同時能夠攝像。例如在醫(yī)學方面，頭戴照明系統(tǒng)能方便地對醫(yī)生正在觀看或手術(shù)的區(qū)域進行照明。但是，為更好的收集重要的醫(yī)學資料，將病人的發(fā)病癥狀或醫(yī)生手術(shù)時的過程實時記錄下來，經(jīng)常希望照明的同時能夠進行攝像?，F(xiàn)有的醫(yī)用照明裝置多數(shù)只具有照明功能，參見實用新型專利，一種醫(yī)用照明器具，申請?zhí)枮?2204340.X。因此在實際中，要實現(xiàn)頭戴照明和同步攝像時，經(jīng)常是利用另一攝像裝置(如攝像機等)在現(xiàn)場拍攝，這種實現(xiàn)醫(yī)用頭戴進行照明和同步攝像方法的缺點是在某些情況下，例如細小的狹窄的區(qū)域，醫(yī)生手術(shù)過程，不能實現(xiàn)實時照明和同步攝像。
另一種方法是將電荷耦合器件(CCD)攝像頭固定在頭戴照明裝置的支架上，這種方法的缺點是1)不能滿足頭戴式自照明攝像系統(tǒng)所要求的照明光束與攝像采集光束同軸；2)不能保證攝像和照明在同一區(qū)域。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種頭戴式自照明攝像系統(tǒng)。它應(yīng)在滿足手術(shù)、試驗或他其它操作的照明和攝像同步，照明光束與攝像光束同軸，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、體積小、適合于頭戴。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是本發(fā)明采用光纖束與光源連接，用于導光，由會聚透鏡、光闌、凸平透鏡構(gòu)成照明子系統(tǒng)，采用柯勒照明方式；由電荷耦合器件的感光平面將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺阌诤罄^處理；利用圓柱反射鏡實現(xiàn)了照明光束與攝像光束的同軸。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種頭戴式自照明攝像系統(tǒng)，由光源部分、頭戴部分和信號處理顯示部分組成所述的光源部分是一白光光源和與該白光光源光線出射端相連接的光纖；所述的頭戴部分包括頭戴支架和照明攝像頭，該照明攝像頭固定在所述的頭戴支架上，該照明攝像頭包括沿光纖輸出端光束輸出方向，在一照明光軸上依次設(shè)置的會聚透鏡、光闌、凸平照明透鏡、圓柱反射鏡，所述的光闌位于會聚透鏡和凸平照明透鏡的共焦點處，與該照明光軸垂直且過圓柱反射鏡的攝像光軸上是的攝像透鏡、電荷耦合器，該電荷耦合器的感光平面位于所述的攝像透鏡的焦平面；所述的信號處理顯示部分包括連接電荷耦合器和電荷耦合器控制器的電信號傳輸線，該電荷耦合器控制器和終端顯示器或計算機相連。
本發(fā)明的頭戴式自照明攝像系統(tǒng)的工作過程在進行照明攝像時，照明攝像頭安裝固定在頭戴支架上。照明光由白光光源發(fā)出，經(jīng)過光纖傳輸?shù)秸彰鲾z像頭，照明光束經(jīng)過會聚透鏡的匯聚作用，通過光闌對光束的控制后進入凸平照明透鏡凸平面上，照明光在經(jīng)過凸平照明透鏡的會聚作用后由凸平照明透鏡的平面射出，通過圓柱反射鏡，照亮所需照明的區(qū)域，調(diào)節(jié)會聚透鏡、光闌和凸平照明透鏡的相對位置，使照明系統(tǒng)為柯勒照明方式。在照明的同時，進行攝像，攝像光束傳播方向與照明光傳播方向相反，經(jīng)過圓柱反射鏡的橢圓反射面反射后沿著光軸O1O2傳播，反射光再經(jīng)攝像物鏡匯聚到電荷耦合器件的感光平面上成像，調(diào)節(jié)圓柱反射鏡和攝像物鏡的相對位置可以調(diào)節(jié)成像的放大倍率和攝像焦深，電荷耦合器件感光平面將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，所攝圖像的電信號經(jīng)電信號傳輸線傳輸?shù)诫姾神詈掀骺刂破?，所攝圖像的電信號便可以由與電荷耦合器控制器連接的終端顯示器同步顯示，或者輸入計算機進行后繼處理。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點1)本發(fā)明實現(xiàn)了頭戴式同步照明和攝像，會聚透鏡、光闌和凸平照明透鏡構(gòu)成了照明系統(tǒng)，采取的照明方式為柯勒照明方式，且使圓柱反射鏡在照明區(qū)間內(nèi)無陰影；2)圓柱反射鏡、攝像透鏡和電荷耦合器件感光平面構(gòu)成攝像系統(tǒng)，電荷耦合器件感光平面將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，由電荷耦合器控制器控制，可對所照明區(qū)域和醫(yī)生手術(shù)過程進行很好的實時攝像，方便進一步處理或由與電荷耦合器控制器相連的終端顯示器實時顯示；3)圓柱反射鏡的對稱軸與照明光軸oo′重合，使照明光束與攝像采集光的光束同軸，保證攝像和照明為同一區(qū)域，同時圓柱反射鏡的圓柱側(cè)面和圓形底面均被涂黑用于防止照明光對攝像的干擾又增加的成像的質(zhì)量；4)本發(fā)明中與頭戴裝置相連的有與白光光源連接用于光導出的光纖和與電荷耦合器件感光平面連接的電信號傳輸線，光纖和電信號傳輸線均較長，且柔性較好，便于遠距離操作；5)本發(fā)明的頭戴部分結(jié)構(gòu)緊湊，輕便，整套光學系統(tǒng)簡單，照明裝置和攝像裝置相對固定、輕小、便于頭戴。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖。
圖2為本發(fā)明的照明攝像頭的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
先請參閱圖1和圖2，由圖可見，本發(fā)明頭戴式自照明攝像系統(tǒng)，由光源部分、頭戴部分和信號處理顯示部分組成所述的光源部分是一白光光源7和與該白光光源7光線出射端相連接的光纖6；所述的頭戴部分包括頭戴支架4和照明攝像頭5，該照明攝像頭5固定在所述的頭戴支架4上，該照明攝像頭5包括沿光纖束6輸出端光束輸出方向，在一照明光軸OO1上依次設(shè)置的會聚透鏡501、光闌502、凸平照明透鏡503、圓柱反射鏡504，所述的光闌502位于會聚透鏡501和凸平照明透鏡503的共焦平面處，與該照明光軸OO1垂直且過圓柱反射鏡504的光軸O1O2上有攝像透鏡505、電荷耦合器506，該電荷耦合器506的感光平面位于所述的攝像透鏡505的焦平面；所述的信號處理顯示部分包括連接電荷耦合器506和電荷耦合器控制器2的電信號傳輸線3，該電荷耦合器控制器2和終端顯示器或計算機1相連。本發(fā)明實施例采用的元器件如下
以醫(yī)用照明攝像為例，光源7采用上海澳華光電內(nèi)窺鏡有限公司生產(chǎn)的醫(yī)用短弧光燈光源，光纖6采用醫(yī)用短弧光燈光源所配置的光纖束，電荷耦合器件感光平面506和電荷耦合器控制器2采用TOSHIBA公司生產(chǎn)的型號為IK-CU43A的攝像控制單元(CAMERA CONTROL UNIT)，其中電荷耦合器件感光平面506為1/2英寸CCD，傳輸線3采用攝像控制單元配置的傳輸線，終端顯示器1采用韓國SAMSUNG公司生產(chǎn)的型號為SCM-14MM的彩色顯示器(COLOR MONITOR)，按照上述過程，具體實施本發(fā)明時，完全達到了醫(yī)用所需的同步照明攝像的要求。
本實施例的頭戴式自照明攝像系統(tǒng)的工作過程照明光由白光光源7發(fā)出，經(jīng)過光纖束6傳輸?shù)秸彰鲾z像頭5，照明光束經(jīng)過會聚透鏡501的匯聚作用，通過光闌502對光束的控制后進入凸平照明透鏡503凸平面上，照明光在經(jīng)過凸平照明透鏡5的會聚作用后由凸平照明透鏡503的平面射出，照亮所需照明的區(qū)域，調(diào)節(jié)會聚透鏡501、光闌502和凸平照明透鏡503的相對位置，使照明系統(tǒng)為柯勒照明方式。在照明的同時，進行攝像，攝像光束傳播方向與照明光傳播方向相反，經(jīng)過圓柱反射鏡504的橢圓反射面反射后沿著攝像光軸O1O2傳播，反射光再經(jīng)攝像物鏡505匯聚到電荷耦合器件感光平面506上成像，調(diào)節(jié)圓柱反射鏡504和攝像物鏡505的相對位置可以調(diào)節(jié)成像的放大倍率和攝像焦深，電荷耦合器件感光平面506將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，所攝圖像的電信號經(jīng)電信號傳輸線3傳輸?shù)诫姾神詈掀骺刂破?，所攝圖像的電信號便由與電荷耦合器控制器2連接的終端顯示器1同步顯示，或者輸入計算機進行后繼處理。
權(quán)利要求
1.一種頭戴式自照明攝像系統(tǒng)，由光源部分、頭戴部分和信號處理顯示部分組成，其特征在于所述的光源部分是一白光光源(7)和與該白光光源(7)光線出射端相連接的光纖束(6)；所述的頭戴部分包括頭戴支架(4)和照明攝像頭(5)，該照明攝像頭(5)固定在所述的頭戴支架(4)上，該照明攝像頭(5)包括沿光纖(6)輸出端光束輸出方向，在其照明光軸(OO1)上依次設(shè)置的會聚透鏡(501)、光闌(502)、凸平照明透鏡(503)、圓柱反射鏡(504)，所述的光闌(502)位于會聚透鏡(501)和凸平照明透鏡(503的共焦平面處，與該照明光軸(OO1)垂直且過圓柱反射鏡(504)的光軸(O1O2)上有攝像透鏡(505)、電荷耦合器(506)，該電荷耦合器(506)的感光平面位于所述的攝像透鏡(505)的焦平面；所述的信號處理顯示部分包括連接電荷耦合器(506)和電荷耦合器控制器(2)的電信號傳輸線(3)，該電荷耦合器控制器(2)和終端顯示器或計算機(1)相連。
全文摘要
一種頭戴式自照明攝像系統(tǒng)，由光源部分、頭戴部分和信號處理顯示部分組成，采用光纖與光源連接導光，由會聚透鏡、光闌、凸平透鏡構(gòu)成照明子系統(tǒng)，采用柯勒方式照明；由電荷耦合器件的感光平面將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，便于后繼處理；利用圓柱反射鏡實現(xiàn)照明光束與攝像光束的同軸。本發(fā)明系統(tǒng)的照明光束與攝像光束同軸，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、體積小、適合于頭戴。
文檔編號G03B15/03GK1716081SQ20051002804
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者朱青, 徐文東, 高秀敏, 張鋒, 楊金濤, 戴柯 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所