專利名稱：基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)。主要應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)和檢測，也可以應(yīng)用于工業(yè)的其它領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代手術(shù)需要對手術(shù)區(qū)域進行有效的照明，在許多情況下手術(shù)室的無影燈不能滿足照明的要求，于是有人發(fā)明了頭戴式照明系統(tǒng)(簡稱頭燈，Headlight)(參見實用新型專利，一種醫(yī)用照明器具，92204340.X)。這種裝置通過光導(dǎo)纖維將白熾燈或氙燈的光束傳到頭戴的聚焦系統(tǒng)后無遮擋地照射到術(shù)野深部，從而為手術(shù)醫(yī)生提供了有效的照明。目前這種頭燈已經(jīng)商品化，其光源的強度和佩戴的輕便度也比早年的產(chǎn)品有了很多進步。
隨著計算機技術(shù)和成像技術(shù)的進步，清晰的拍攝手術(shù)過程并且能夠方便的對所獲得的影像資料進行編輯和保存，已經(jīng)成為很多醫(yī)生的追求。通常情況下，醫(yī)用頭戴式照明攝錄系統(tǒng)需要達到以下要求1)照明亮度高、攝像對比度高；2)照明攝像的最佳使用工作距離(戴在頭上的部分與被照明攝像的手術(shù)部位間的距離)要滿足臨床操作的需要，不同操作要有不同的距離；3)手術(shù)部位的的照明區(qū)域大小和攝像光學系統(tǒng)的放大倍率要滿足臨床操作的需要，不同操作要有不同的照明區(qū)域大小和攝像放大倍率；4)由于操作者頭部不可避免的上下移動，要求照明光學系統(tǒng)與攝像光學系統(tǒng)同光軸，且照明光學系統(tǒng)和攝像光學系統(tǒng)對一定軸向空間范圍的物體均能均勻照明和成像；5)圖像的色彩還原性好。
目前，通常采用的方法是使用攝像機由非手術(shù)者進行拍攝，或者是將攝像機安裝在手術(shù)無影燈上，但常常由于手術(shù)者操作阻擋了鏡頭的取景而難以連續(xù)記錄，由于鏡頭距離手術(shù)區(qū)域較遠，圖像常常缺乏清晰度和放大倍率，不能滿足教學科研的要求。拍攝者還要經(jīng)常變換位置或攝影角度，而這些動作很容易對無菌要求極為嚴格的手術(shù)帶來干擾。也有通過顯微鏡進行攝像的，但由于視野較小，每次調(diào)整視野后要重新調(diào)整焦距和倍率，使用缺乏靈活性。有人受到頭燈的啟發(fā)，將攝像頭固定在頭燈上，但是由于照明光路和攝像成像光路不共軸，往往造成成像偏移不能精確記錄，而且頭戴式系統(tǒng)對攝像系統(tǒng)的重量有一定要求，這就限制了變焦變倍裝置和透鏡組的應(yīng)用，成像質(zhì)量常常不能保證。國內(nèi)目前尚無商品化的頭戴式照明攝像系統(tǒng)，國外的一些產(chǎn)品經(jīng)過臨床試用也存在攝錄光束和照明光束不共軸，攝錄系統(tǒng)對焦不準的缺點，尤其在神經(jīng)外科等視野較深較小的手術(shù)中不共軸的缺點尤為明顯。另外，現(xiàn)有的頭戴照明攝錄使用的光源基本上均為白熾燈或氙燈，白熾燈或氙燈發(fā)出的光通過光纖束傳輸?shù)筋^部照明部分，發(fā)光二極管與傳統(tǒng)燈具相比較具有高發(fā)光效率、壽命長、高節(jié)能和熱效應(yīng)低等優(yōu)點，近年來，白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)大大擴展了發(fā)光二極管的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于發(fā)光二級管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，它將具有照明和圖像攝錄雙重功能，可以滿足醫(yī)療手術(shù)和檢測以及其他情況的頭戴照明攝錄要求，照明攝像頭結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，感覺舒適等優(yōu)點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，包括頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備，其特點在于所述的頭戴設(shè)備，包括頭戴支架及固定在其上的照明攝錄器件，該照明攝錄器件有外殼及緊密相連的防護罩，內(nèi)部有發(fā)光二極管和攝錄頭，該防護罩前端中軸位置開有攝錄孔，該攝錄孔的周圍中心對稱地均勻分布著若干照明孔，每個照明孔與一只內(nèi)置發(fā)光二極管對應(yīng)，攝錄孔與攝錄頭對應(yīng)，該攝錄頭由后端往前端是CCD感光平面和攝錄透鏡組，并由攝錄頭外殼活動地連接在一起；所述的外圍設(shè)備，包括信號處理顯示終端及與之相連的CCD控制器，還有電源；在所述的頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備之間連有傳輸線，包括信號線和供電線，該信號線連接在CCD感光平面和CCD控制器之間，供電線連接電源和各發(fā)光二極管。
所述的信號處理顯示終端可以為顯示終端、計算機，或數(shù)字信號處理器。
所述的攝錄頭的外殼為氧化黑器件，且攝錄頭外殼將前后兩部件活動地連接一起，后一部件與CCD感光平面相固定，前一部件用于固定攝錄透鏡組。
所述的電源為電流可調(diào)電源，也可為電池。
所述的CCD控制器、圖像信號記錄設(shè)備和電池電源都放在一個小型機箱內(nèi)。
本發(fā)明的技術(shù)效果1)首先本發(fā)明采用了具有高發(fā)光效率、壽命長、高節(jié)能和熱效應(yīng)低等優(yōu)點的發(fā)光二極管作為照明光源，可以提高整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長使用壽命，節(jié)省能源；2)發(fā)光二極管的排布是中心軸對稱使照明區(qū)域光照均勻，用傳輸線代替光纖束，使頭戴設(shè)備與外圍設(shè)備的連接更加方便；3)攝像頭小而輕，易于變焦，亦可加入手動或自動調(diào)焦功能，且與在先技術(shù)同樣具有照明和圖像攝錄雙重功能，可以滿足醫(yī)療手術(shù)和檢測以及其他情況的頭戴照明攝錄要求，頭戴感覺舒服；4)若采用電池電源供電，使整套系統(tǒng)輕小，可隨身攜帶。


圖1為本發(fā)明基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明的照明攝錄器件外形示意圖。
圖3為本發(fā)明的照明攝錄器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的攝錄頭示意圖。
圖5為本發(fā)明的便攜式發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)的示意圖。由圖可見，本發(fā)明的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，主要包括兩大部分外圍設(shè)備部分和頭戴設(shè)備部分。外圍設(shè)備部分包括信號處理顯示終端1，信號處理顯示終端1可以是只用于顯示的顯示終端，也可以是計算機或數(shù)字信號處理器(通常簡稱為DSP)；包括通過信號線301與信號處理顯示終端1相連接的電荷耦合器件控制器2，通常簡稱為CCD控制器；用于給發(fā)光二極管503供電的電流可調(diào)電源6，電流可調(diào)電源6可以與其它設(shè)備所需的電源集成為一個電源箱，模塊化；用于外圍設(shè)備部分與頭戴設(shè)備部分相連接的傳輸線3，傳輸線3包括用于傳輸圖像信息的信號線301和發(fā)光二極管503供電的供電線302。
頭戴設(shè)備部分包括頭戴支架4，頭戴支架4可以是如圖1所示的結(jié)構(gòu)，也可以是其它結(jié)構(gòu)；包括固定在頭戴支架4上的照明攝錄器件5，如圖2和圖3，照明攝錄器件5包括外殼501，外殼501用于保護和固定照明攝錄器件5內(nèi)部各部件，包括與外殼501緊密相連的防護罩502，如圖2，防護罩502前面開有用于攝錄取光的攝錄孔5022，該攝錄孔5022、防護罩502和外殼501同軸，攝錄孔5022的周圍開有發(fā)光二極管照明光通過的照明孔5021，照明孔5021呈軸對稱分布，發(fā)光二極管503的排布是中心軸對稱，使照明區(qū)域光照均勻，照明孔5021的數(shù)目根據(jù)發(fā)光二極管503的數(shù)目而定，圖2為4個發(fā)光二極管照明情況下的照明孔5021分布情況，當所采用的發(fā)光二極管本身帶有聚光反射鏡或透鏡時，照明孔5021不需加聚光鏡，僅用于通光，當所采用的發(fā)光二極管503不具有聚光反射鏡或透鏡時，照明孔5021處需要加載用于發(fā)光二極管照明光聚光用的聚光鏡，照明攝錄器件5內(nèi)部包括呈軸對稱排布的發(fā)光二極管503和攝錄頭504，如圖3所示。采用發(fā)光二極管進行照明，發(fā)揮其高發(fā)光效率、壽命長、高節(jié)能和熱效應(yīng)低等優(yōu)點，提高整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長使用壽命，節(jié)省能源，發(fā)光二極管503通過供電線302與電流可調(diào)電源6相連，攝錄頭504與防護罩502上的攝錄孔5022同軸對應(yīng)，攝錄頭504包括CCD感光平面5041、攝錄頭外殼5042和攝錄透鏡組5043，CCD感光平面5041用于將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，便于處理和傳輸，攝錄頭外殼5042被氧化黑，以防止雜散光對成像質(zhì)量的影響。攝錄頭外殼5042將前后兩部件活動地相接在一起，后一部件50421與CCD感光平面5041相固定，前一部件50422用于固定攝錄透鏡組5043，這樣便于器件的拆卸。圖4中的攝錄透鏡組5043為固定焦距透鏡組，可以方便地更換焦距不同的透鏡組，以適合不同的應(yīng)用場合，當然，也可換成自動調(diào)焦透鏡組。
以上所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)只是典型的結(jié)構(gòu)，可以對其加以改進，使系統(tǒng)便于隨身攜帶，如圖5所示為便攜式基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括兩大部分頭戴部分和小型機箱7。頭戴部分包括頭戴支架4和固定在頭戴支架4上的照明攝錄器件5，頭戴支架4和照明攝錄器件5和上述所述結(jié)構(gòu)相同；小型機箱7內(nèi)包括CCD控制器、圖像信息的記錄設(shè)備和給LED供電的電池。圖5所示的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)可以隨身攜帶，適合野外情況或軍用。
本發(fā)明的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，在醫(yī)療手術(shù)檢測和工業(yè)的其他領(lǐng)域中使用時，是將頭戴支架4戴在頭上，電流可調(diào)電源6將電通過供電線302傳輸給頭戴支架4上照明攝錄器件5中的發(fā)光二極管503，發(fā)光二極管503在電流的激勵下發(fā)出白光，如果發(fā)光二極管本身具有聚光反射鏡或透鏡，則照明光通過防護罩502上的照明孔5021直接投射到所需照明的區(qū)域，若發(fā)光二極管本身不具有聚光反射鏡或透鏡，則照明光通過照明孔5021上的聚光透鏡投射到所需照明的區(qū)域，可以通過調(diào)節(jié)電源的電流或采用不同個數(shù)的發(fā)光二極管503排布來改變發(fā)光二極管503照明的強度，照明區(qū)域中的情況經(jīng)過攝錄頭504前方的攝錄透鏡組5043成像于CCD感光平面5041，CCD感光平面5041將圖像光信號轉(zhuǎn)化為電信號通過信號線301傳輸?shù)诫姾神詈掀骷刂破?，電荷耦合器件控制器2對電信號進行一些處理后傳遞給信號處理顯示終端1，信號處理顯示終端1可以將所攝錄的圖像信號顯示或進行圖像信息處理。若采用如圖5所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，則是將所攝錄的圖像信息進行存儲待后繼處理。
第一個實施例如圖1所示，以醫(yī)學腦外科手術(shù)用的照明攝像系統(tǒng)為例，實施本發(fā)明。發(fā)光二極管采用白顏色強光發(fā)光二極管，電荷耦合器件感光平面5041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(CAMERACONTROL UNIT)，其中電荷耦合器件感光平面5041為1/2英寸CCD，傳輸線301采用攝像控制單元配置的傳輸線，信號處理顯示終端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)，頭戴支架4采用手術(shù)醫(yī)生用的頭燈支架。
按照上述過程，具體實施本發(fā)明時，完全達到了腦外科手術(shù)所需的同步照明攝像的要求，頭戴感覺舒服。
第二個實施例如圖5所示的便攜式基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，此系統(tǒng)頭戴部分包括頭戴支架4和固定在頭戴支架4上的照明攝錄器件5，頭戴支架4和照明攝錄器件5和上述所述結(jié)構(gòu)相同；外圍設(shè)備為小型機箱7，小型機箱7包括CCD控制器、圖像信息的記錄設(shè)備和給LED供電的電池。具體實施本發(fā)明時，完全達到了整套系統(tǒng)輕小，可隨身攜帶的要求。
權(quán)利要求
1.一種基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，包括頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備，其特點在于所述的頭戴設(shè)備，包括頭戴支架(4)及固定在其上的照明攝錄器件(5)，該照明攝錄器件(5)有外殼(501)及緊密相連的防護罩(502)，內(nèi)部有發(fā)光二極管(503)和攝錄頭(504)，該防護罩(502)前端中軸位置開有攝錄孔(5022)，該攝錄孔(5022)的周圍中心對稱地均勻分布著若干照明孔(5021)，每個照明孔(5021)與一只內(nèi)置發(fā)光二極管(503)對應(yīng)，攝錄孔(5022)與攝錄頭(504)對應(yīng)，該攝錄頭(504)由后端往前端是CCD感光平面(5041)和攝錄透鏡組(5043)，并由攝錄頭外殼(5042)活動地連接在一起；所述的外圍設(shè)備，包括信號處理顯示終端(1)及與之相連的CCD控制器(2)，還有電源(6)；在所述的頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備之間連有傳輸線(3)，包括信號線(301)和供電線(302)，該信號線(301)連接在CCD感光平面(5041)和CCD控制器(2)之間，供電線(302)連接電源(6)和各發(fā)光二極管(503)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理顯示終端(1)可以為顯示終端、計算機，或數(shù)字信號處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，其特征在于所述的電源(6)為電流可調(diào)電源，也可以為電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，其特征在于所述的攝錄頭(504)的外殼(5042)為氧化黑器件，且攝錄頭外殼(5042)將前后兩部件活動地連接一起，后一部件(50421)與CCD感光平面(5041)相固定，前一部件(50422)用于固定攝錄透鏡組(5043)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，其特征在于所述的CCD控制器(2)、圖像信號記錄設(shè)備和電池電源(6)都放在一個小型機箱(7)內(nèi)。
全文摘要
一種基于發(fā)光二極管的頭戴照明攝錄系統(tǒng)，包括頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備，其特點是所述的頭戴設(shè)備，包括頭戴支架及固定在其上的照明攝錄器件，該照明攝錄器件有外殼及緊密相連的防護罩，內(nèi)部有發(fā)光二極管和攝錄頭，該防護罩前端中軸位置開有攝錄孔，該攝錄孔的周圍中心對稱地均勻分布著若干照明孔，每個照明孔與一只內(nèi)置發(fā)光二極管對應(yīng)，攝錄孔與攝錄頭對應(yīng)，該攝錄頭包括CCD感光平面和攝錄透鏡組，并由攝錄頭外殼活動地連接在一起；外圍設(shè)備，包括信號處理顯示終端及與之相連的CCD控制器，還有電源；在所述的頭戴設(shè)備和外圍設(shè)備之間連有傳輸線，包括信號線和供電線，該信號線連接在CCD感光平面和CCD控制器之間，供電線連接電源和各發(fā)光二極管。
文檔編號G03B15/02GK1542536SQ200310108489
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者高秀敏, 徐文東, 顧士欣, 王陽, 周飛, 張鋒, 魏勁松 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所