专利名称：基于发光二极管的头戴照明摄录系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是基于发光二极管的头戴照明摄录系统。主要应用于医疗手术和检测，也可以应用于工业的其它领域。
技术背景现代手术需要对手术区域进行有效的照明，在许多情况下手术室的无影灯不能满足照明的要求，于是有人发明了头戴式照明系统(简称头灯，Headlight)(参见实用新型专利，一种医用照明器具，92204340.X)。这种装置通过光导纤维将白炽灯或氙灯的光束传到头戴的聚焦系统后无遮挡地照射到术野深部，从而为手术医生提供了有效的照明。目前这种头灯已经商品化，其光源的强度和佩戴的轻便度也比早年的产品有了很多进步。
随着计算机技术和成像技术的进步，清晰的拍摄手术过程并且能够方便的对所获得的影像资料进行编辑和保存，已经成为很多医生的追求。通常情况下，医用头戴式照明摄录系统需要达到以下要求1)照明亮度高、摄像对比度高；2)照明摄像的最佳使用工作距离(戴在头上的部分与被照明摄像的手术部位间的距离)要满足临床操作的需要，不同操作要有不同的距离；3)手术部位的的照明区域大小和摄像光学系统的放大倍率要满足临床操作的需要，不同操作要有不同的照明区域大小和摄像放大倍率；4)由于操作者头部不可避免的上下移动，要求照明光学系统与摄像光学系统同光轴，且照明光学系统和摄像光学系统对一定轴向空间范围的物体均能均匀照明和成像；5)图像的色彩还原性好。
目前，通常采用的方法是使用摄像机由非手术者进行拍摄，或者是将摄像机安装在手术无影灯上，但常常由于手术者操作阻挡了镜头的取景而难以连续记录，由于镜头距离手术区域较远，图像常常缺乏清晰度和放大倍率，不能满足教学科研的要求。拍摄者还要经常变换位置或摄影角度，而这些动作很容易对无菌要求极为严格的手术带来干扰。也有通过显微镜进行摄像的，但由于视野较小，每次调整视野后要重新调整焦距和倍率，使用缺乏灵活性。有人受到头灯的启发，将摄像头固定在头灯上，但是由于照明光路和摄像成像光路不共轴，往往造成成像偏移不能精确记录，而且头戴式系统对摄像系统的重量有一定要求，这就限制了变焦变倍装置和透镜组的应用，成像质量常常不能保证。国内目前尚无商品化的头戴式照明摄像系统，国外的一些产品经过临床试用也存在摄录光束和照明光束不共轴，摄录系统对焦不准的缺点，尤其在神经外科等视野较深较小的手术中不共轴的缺点尤为明显。另外，现有的头戴照明摄录使用的光源基本上均为白炽灯或氙灯，白炽灯或氙灯发出的光通过光纤束传输到头部照明部分，发光二极管与传统灯具相比较具有高发光效率、寿命长、高节能和热效应低等优点，近年来，白光发光二极管的出现大大扩展了发光二极管的使用范围。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于发光二级管的头戴照明摄录系统，它将具有照明和图像摄录双重功能，可以满足医疗手术和检测以及其他情况的头戴照明摄录要求，照明摄像头结构简单紧凑，重量轻，感觉舒适等优点。
本实用新型的技术解决方案如下一种基于发光二极管的头戴照明摄录系统，包括头戴设备和外围设备，其特点在于所述的头戴设备，包括头戴支架及固定在其上的照明摄录器件，该照明摄录器件有外壳及紧密相连的防护罩，内部有发光二极管和摄录头，该防护罩前端中轴位置开有摄录孔，该摄录孔的周围中心对称地均匀分布着若干照明孔，每个照明孔与一只内置发光二极管对应，摄录孔与摄录头对应，该摄录头由后端往前端是CCD感光平面和摄录透镜组，并由摄录头外壳活动地连接在一起；所述的外围设备，包括信号处理显示终端及与之相连的CCD控制器，还有电源；在所述的头戴设备和外围设备之间连有传输线，包括信号线和供电线，该信号线连接在CCD感光平面和CCD控制器之间，供电线连接电源和各发光二极管。
所述的信号处理显示终端可以为显示终端、计算机，或数字信号处理器。
所述的摄录头的外壳为氧化黑器件，且摄录头外壳将前后两部件活动地连接一起，后一部件与CCD感光平面相固定，前一部件用于固定摄录透镜组。
所述的电源为电流可调电源，也可为电池。
所述的CCD控制器、图像信号记录设备和电池电源都放在一个小型机箱内。
本实用新型的技术效果1)首先本实用新型采用了具有高发光效率、寿命长、高节能和热效应低等优点的发光二极管作为照明光源，可以提高整套系统的稳定性，延长使用寿命，节省能源；2)发光二极管的排布是中心轴对称使照明区域光照均匀，用传输线代替光纤束，使头戴设备与外围设备的连接更加方便；3)摄像头小而轻，易于变焦，亦可加入手动或自动调焦功能，且与在先技术同样具有照明和图像摄录双重功能，可以满足医疗手术和检测以及其他情况的头戴照明摄录要求，头戴感觉舒服；4)若采用电池电源供电，使整套系统轻小，可随身携带。
图1为本实用新型基于发光二极管的头戴照明摄录系统的示意图。
图2为本实用新型的照明摄录器件外形示意图。
图3为本实用新型的照明摄录器件内部结构示意图。
图4为本实用新型的摄录头示意图。
图5为本实用新型的便携式发光二极管的头戴照明摄录系统示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本实用新型基于发光二极管的头戴照明摄录系统的示意图。由图可见，本实用新型的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，主要包括两大部分外围设备部分和头戴设备部分。外围设备部分包括信号处理显示终端1，信号处理显示终端1可以是只用于显示的显示终端，也可以是计算机或数字信号处理器(通常简称为DSP)；包括通过信号线301与信号处理显示终端1相连接的电荷耦合器件控制器2，通常简称为CCD控制器；用于给发光二极管503供电的电流可调电源6，电流可调电源6可以与其它设备所需的电源集成为一个电源箱，模块化；用于外围设备部分与头戴设备部分相连接的传输线3，传输线3包括用于传输图像信息的信号线301和发光二极管503供电的供电线302。
头戴设备部分包括头戴支架4，头戴支架4可以是如图1所示的结构，也可以是其它结构；包括固定在头戴支架4上的照明摄录器件5，如图2和图3，照明摄录器件5包括外壳501，外壳501用于保护和固定照明摄录器件5内部各部件，包括与外壳501紧密相连的防护罩502，如图2，防护罩502前面开有用于摄录取光的摄录孔5022，该摄录孔5022、防护罩502和外壳501同轴，摄录孔5022的周围开有发光二极管照明光通过的照明孔5021，照明孔5021呈轴对称分布，发光二极管503的排布是中心轴对称，使照明区域光照均匀，照明孔5021的数目根据发光二极管503的数目而定，图2为4个发光二极管照明情况下的照明孔5021分布情况，当所采用的发光二极管本身带有聚光反射镜或透镜时，照明孔5021不需加聚光镜，仅用于通光，当所采用的发光二极管503不具有聚光反射镜或透镜时，照明孔5021处需要加载用于发光二极管照明光聚光用的聚光镜，照明摄录器件5内部包括呈轴对称排布的发光二极管503和摄录头504，如图3所示。采用发光二极管进行照明，发挥其高发光效率、寿命长、高节能和热效应低等优点，提高整套系统的稳定性，延长使用寿命，节省能源，发光二极管503通过供电线302与电流可调电源6相连，摄录头504与防护罩502上的摄录孔5022同轴对应，摄录头504包括CCD感光平面5041、摄录头外壳5042和摄录透镜组5043，CCD感光平面5041用于将光信号转化为电信号，便于处理和传输，摄录头外壳5042被氧化黑，以防止杂散光对成像质量的影响。摄录头外壳5042将前后两部件活动地相接在一起，后一部件50421与CCD感光平面5041相固定，前一部件50422用于固定摄录透镜组5043，这样便于器件的拆卸。图4中的摄录透镜组5043为固定焦距透镜组，可以方便地更换焦距不同的透镜组，以适合不同的应用场合，当然，也可换成自动调焦透镜组。
以上所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统只是典型的结构，可以对其加以改进，使系统便于随身携带，如图5所示为便携式基于发光二极管的头戴照明摄录系统，此系统包括两大部分头戴部分和小型机箱7。头戴部分包括头戴支架4和固定在头戴支架4上的照明摄录器件5，头戴支架4和照明摄录器件5和上述所述结构相同；小型机箱7内包括CCD控制器、图像信息的记录设备和给LED供电的电池。图5所示的基于发光二极管的头戴照明摄录系统可以随身携带，适合野外情况或军用。
本实用新型的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，在医疗手术检测和工业的其他领域中使用时，是将头戴支架4戴在头上，电流可调电源6将电通过供电线302传输给头戴支架4上照明摄录器件5中的发光二极管503，发光二极管503在电流的激励下发出白光，如果发光二极管本身具有聚光反射镜或透镜，则照明光通过防护罩502上的照明孔5021直接投射到所需照明的区域，若发光二极管本身不具有聚光反射镜或透镜，则照明光通过照明孔5021上的聚光透镜投射到所需照明的区域，可以通过调节电源的电流或采用不同个数的发光二极管503排布来改变发光二极管503照明的强度，照明区域中的情况经过摄录头504前方的摄录透镜组5043成像于CCD感光平面5041，CCD感光平面5041将图像光信号转化为电信号通过信号线301传输到电荷耦合器件控制器2，电荷耦合器件控制器2对电信号进行一些处理后传递给信号处理显示终端1，信号处理显示终端1可以将所摄录的图像信号显示或进行图像信息处理。若采用如图5所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，则是将所摄录的图像信息进行存储待后继处理。
第一个实施例如图1所示，以医学脑外科手术用的照明摄像系统为例，实施本实用新型。发光二极管采用白颜色强光发光二极管，电荷耦合器件感光平面5041和电荷耦合器控制器2采用TOSHIBA公司生产的型号为IK-CU43A的摄像控制单元(CAMERA CONTROL UNIT)，其中电荷耦合器件感光平面5041为1/2英寸CCD，传输线301采用摄像控制单元配置的传输线，信号处理显示终端1采用韩国SAMSUNG公司生产的型号为SCM-14MM的彩色显示器(COLOR MONITOR)，头戴支架4采用手术医生用的头灯支架。
按照上述过程，具体实施本实用新型时，完全达到了脑外科手术所需的同步照明摄像的要求，头戴感觉舒服。
第二个实施例如图5所示的便携式基于发光二极管的头戴照明摄录系统，此系统头戴部分包括头戴支架4和固定在头戴支架4上的照明摄录器件5，头戴支架4和照明摄录器件5和上述所述结构相同；外围设备为小型机箱7，小型机箱7包括CCD控制器、图像信息的记录设备和给LED供电的电池。具体实施本实用新型时，完全达到了整套系统轻小，可随身携带的要求。
权利要求1.一种基于发光二极管的头戴照明摄录系统，包括头戴设备和外围设备，其特点在于所述的头戴设备，包括头戴支架(4)及固定在其上的照明摄录器件(5)，该照明摄录器件(5)有外壳(501)及紧密相连的防护罩(502)，内部有发光二极管(503)和摄录头(504)，该防护罩(502)前端中轴位置开有摄录孔(5022)，该摄录孔(5022)的周围中心对称地均匀分布着若干照明孔(5021)，每个照明孔(5021)与一只内置发光二极管(503)对应，摄录孔(5022)与摄录头(504)对应，该摄录头(504)由后端往前端是CCD感光平面(5041)和摄录透镜组(5043)，并由摄录头外壳(5042)活动地连接在一起；所述的外围设备，包括信号处理显示终端(1)及与之相连的CCD控制器(2)，还有电源(6)；在所述的头戴设备和外围设备之间连有传输线(3)，包括信号线(301)和供电线(302)，该信号线(301)连接在CCD感光平面(5041)和CCD控制器(2)之间，供电线(302)连接电源(6)和各发光二极管(503)。
2.根据权利要求1所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，其特征在于所述的信号处理显示终端(1)可以为显示终端、计算机，或数字信号处理器。
3.根据权利要求1所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，其特征在于所述的电源(6)为电流可调电源，也可以为电池。
4.根据权利要求1所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，其特征在于所述的摄录头(504)的外壳(5042)为氧化黑器件，且摄录头外壳(5042)将前后两部件活动地连接一起，后一部件(50421)与CCD感光平面(5041)相固定，前一部件(50422)用于固定摄录透镜组(5043)。
5.根据权利要求1所述的基于发光二极管的头戴照明摄录系统，其特征在于所述的CCD控制器(2)、图像信号记录设备和电池电源(6)都放在一个小型机箱(7)内。
专利摘要一种基于发光二极管的头戴照明摄录系统，包括头戴设备和外围设备，其特点是所述的头戴设备，包括头戴支架及固定在其上的照明摄录器件，该照明摄录器件有外壳及紧密相连的防护罩，内部有发光二极管和摄录头，该防护罩前端中轴位置开有摄录孔，该摄录孔的周围中心对称地均匀分布着若干照明孔，每个照明孔与一只内置发光二极管对应，摄录孔与摄录头对应，该摄录头包括CCD感光平面和摄录透镜组，并由摄录头外壳活动地连接在一起；外围设备，包括信号处理显示终端及与之相连的CCD控制器，还有电源；在所述的头戴设备和外围设备之间连有传输线，包括信号线和供电线，该信号线连接在CCD感光平面和CCD控制器之间，供电线连接电源和各发光二极管。
文档编号H04N5/225GK2655287SQ20032010783
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月7日 优先权日2003年11月7日
发明者高秀敏, 徐文东, 顾士欣, 王阳, 周飞, 张锋, 魏劲松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所