具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统的制作方法

本技术涉及光学性能校准，特别是涉及一种具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统。

背景技术：

1、电子墨水是由无数透明微囊悬浮在透明基液中而形成的悬浮体系。这些微胶囊内包含着黑色的颜料和一些更为微小的白色粒子，染料使包裹着它的透明颗粒呈现染料色，那些更为微小的白色粒子由于双电层而带某种电荷在静电力作用下朝某一方向运动。当它们集中向某个方向运动时，就能使原本看起来呈黑色的微囊的某一面成白色。在没有电场作用时，白色带电微粒均匀分布在微胶囊内，显示混合色。当将电子墨水注入到两个电极之间时，在电场作用下单个微胶囊内的白色粒子的运动情况。

2、因此，通过对电子墨水显示屏光学和物理特性的研究，利用电子墨水显示屏可显示漫反射图像的特性，用来模拟几何靶标，并通过研制电子墨水显示屏光学转换系统、专用光源及翻转机构和相应的显示控制算法，克服了其自身分辨率不足、对比度差、刷新率慢和亮度、饱和度低的缺点，研制了具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统。

3、现有内窥镜校准装置的技术问题：

4、1.采用各种玻璃标准靶标片作为几何图形标准显示都需手工切换，如果按照国标技术要求，需要配置30余种标准靶标，其校准过程容易产生误操作；同时，由于需反复安装靶标，其标准靶标的磨损也逐渐成为测量不确定度的主要来源；再者，与其匹配的调整装置也许多次反复调教，校准过程较为繁琐，检测时间成本和人为错误率均较高；

5、2.采用oled和lcd作为标准靶标在理论上可以代替玻璃标准靶标片，可能实现自动或半自动化检测。但是，由于上述两种光学器件采用主动或者透射式发光，其显示的图像需要较高的刷新率，因此，在高分辨应用场合下，会产生较严重的莫尔条纹效应，这样会对显示图像的分辨率、对比度、亮度均匀性等多项光学参数会产生严重影像，限制了上述方法应用的领域。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有技术存在问题，提出具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统。

2、本实用新型解决技术问题的技术方案：

3、具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统，其特征是，该系统包括光学转换镜组、电子墨水显示屏、光源、翻转机构、五维位姿调整台、遮光外罩、内窥镜位姿调整机构、待测内窥镜、控制计算机、高清镜头接口、图像采集单元和led冷光源；其中，光学转换镜组、电子墨水显示屏、光源、翻转机构和五维位姿调整台构成电子墨水靶标显示装置；

4、光学转换镜组对电子墨水显示屏进行分辨率等光学参数的转换，经其调制后可满足内窥镜校准需求；光学转换镜组对电子墨水显示屏显示的靶标进行光学倍率转换，匹配至待测内窥镜的入瞳处；

5、所述电子墨水显示屏用于显示图像分辨率靶标、视场角靶标、视向角靶标、畸变靶标、标准黑白色度靶标；

6、所述光源安装于电子墨水显示屏外框，为电子墨水显示屏提供标准的外接光源，通过漫反射将图像传导至后续光学系统；

7、所述电子墨水显示屏和光源与控制计算机相连；针对电子墨水显示屏漫反射特性，光源和控制计算机提供自适应控制外部光源，从而自动调整内窥镜显示图像的对比度和亮度等光学参数，使其与校准系统匹配；

8、所述翻转机构为可旋转工作台，其垂直面上可安装不同设备；其中一面安装电子墨水显示屏，另一面设置了专用插槽，用于安装标准色度板或标准光源，满足内窥镜其他参数校准的要求；翻转机构设置在五维位姿调整台上；遮光外罩设置在基座上，与电子墨水显示屏的外边框相连，将电子墨水屏显示屏、光学转换镜组和待测内窥镜的入射光瞳封闭在遮光区域内；

9、所述待测内窥镜设置在内窥镜位姿调整机构，用于调整内窥镜的位置和角度，使其满足内窥镜校准状态要求；

10、所述图像采集系统将经内窥镜成像系统的图像显示于计算机屏幕，放大观察，代替人眼过内窥镜直接观察；

11、高清镜头接口与待测内窥镜连接，且与图像采集单元匹配；led冷光源与待测内窥镜连接。

12、本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

13、通过对电子墨水显示屏光学和物理特性的研究，利用电子墨水显示屏可显示漫反射图像的特性，用来模拟几何靶标，并通过研制电子墨水显示屏光学转换系统和相应的控制算法，克服了其自身分辨率不足、对比度差、刷新率慢和亮度、饱和度低的缺点，研制了具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统。

14、1、本实用新型研制了具有电子墨水靶标显示屏的医用内窥镜校准系统，研制的专用电子墨水显示屏，可显示分辨率靶标、视场角靶标、视向角靶标、畸变靶标、标准黑白色度靶标；其图形具有漫反射特性，从而解决了现有oled和lcd显示装置的莫尔条纹的弊端，可以较完备的呈现标准几何标靶；

15、2、通过研制调制光源模块，可根据电子墨水显示屏的特性，提供标准光源，解决其无法自发光的缺点；

16、3、通过研制的光学转换镜组，可提高专用电子墨水显示屏分辨率、曾强图像对比度和均匀性，并将其产生的几何靶标按照《yy 0068.1-2008医用内窥镜硬性内窥镜第1部分：光学性能及测试方法》的技术要求，转换到被测内窥镜的光学入瞳处，将前述靶标调制成符合校准医用内窥镜要求的各种标准靶标，从而解决了电子墨水显示屏分别率、屏幕大小不匹配和其他显示问题等自身缺陷而无法应用于内窥镜校准的难题；

17、4、通过研究电子墨水显示屏的显示特性，针对性的研制了显示控制算法、光源特性匹配算法，提升了画面的对比度、均匀性和色准性等光学指标。

18、5、由于采用上述方法，从而使整个设备具备了小型化、集约化和自动化的特性，从而降低了设备制造成本和检测成本，提升了内窥镜校准效率，可实现现场条件下内窥镜校准。

技术特征：

1.具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统，其特征是，该系统包括光学转换镜组(1)、电子墨水显示屏(2)、光源(3)、翻转机构(4)、五维位姿调整台(5)、遮光外罩(6)、内窥镜位姿调整机构(7)、待测内窥镜(8)、控制计算机(9)、高清镜头接口(10)、图像采集单元(11)和led冷光源(12)；其中，光学转换镜组(1)、电子墨水显示屏(2)、光源(3)、翻转机构(4)和五维位姿调整台(5)构成电子墨水靶标显示装置；

2.根据权利要求1所述的具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统，其特征在于，所述光学转换镜组(1)的结构包括八片镜组，采用对称结构，有效焦距为15.7mm,总长139.98mm,f数为1.73，入瞳位置为19.00mm，出瞳位置为176.06mm；从左到右分别采用e48r的塑料非球面镜(1-1)，h-zpk7的球面玻璃镜(1-2)、h-zlaf6的球面玻璃镜(1-3)、d-zf93的球面玻璃镜(1-4)、d-fk61的球面玻璃镜(1-5)、e48r的塑料非球面镜(1-6)、h-lak7a的平面玻璃镜(1-7)、h-k5的平面玻璃镜(1-8)；该结构及材料主要用于减小场曲和畸变，采用了两片塑料非球面镜片主要校正畸变和彗差，并兼顾其它相差的校正；八片镜组采用了镀膜增透优化和多层增透抗反杂散光射结构，保证系统的光通量和像质满足内窥镜校准要求。

3.根据权利要求1所述的具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统，其特征在于，所述光源(3)选用医用冷光源。

技术总结
具有电子墨水靶标显示装置的医用内窥镜校准系统，涉及光学性能校准技术领域，为了解决现有技术存在问题，该系统包括光学转换镜组、电子墨水显示屏、光源、翻转机构、五维位姿调整台、遮光外罩、内窥镜位姿调整机构、待测内窥镜、控制计算机、高清镜头接口、图像采集单元和LED冷光源；其中，光学转换镜组、电子墨水显示屏、光源、翻转机构和五维位姿调整台构成电子墨水靶标显示装置；利用电子墨水显示屏可显示漫反射图像的特性，用来模拟几何靶标，并通过研制电子墨水显示屏光学转换系统，使整个系统具备了小型化、集约化和自动化的特性，从而降低了设备制造成本和检测成本，提升了内窥镜校准效率，可实现现场条件下内窥镜校准。

技术研发人员：安卫东,于琳,刘倬彤,黄雷
受保护的技术使用者：吉林省计量科学研究院
技术研发日：20220726
技术公布日：2024/1/14