专利名称：头戴式自照明摄像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学照明和摄像，特别是一种头戴式自照明摄像系统。主要应用于手术、试验、操作等方面的同时照明与记录的情况。
背景技术：
在一些手术或试验中，需要对某些区域进行照明。在现有的手术、试验照明器具中，头戴式照明方式可方便地进行照明，但在一些情况下，往往希望在照明的同时能够摄像。例如在医学方面，头戴照明系统能方便地对医生正在观看或手术的区域进行照明。但是，为更好的收集重要的医学资料，将病人的发病症状或医生手术时的过程实时记录下来，经常希望照明的同时能够进行摄像。现有的医用照明装置多数只具有照明功能，参见实用新型专利，一种医用照明器具，申请号为92204340.X。因此在实际中，要实现头戴照明和同步摄像时，经常是利用另一摄像装置(如摄像机等)在现场拍摄，这种实现医用头戴进行照明和同步摄像方法的缺点是在某些情况下，例如细小的狭窄的区域，医生手术过程，不能实现实时照明和同步摄像。
另一种方法是将电荷耦合器件(CCD)摄像头固定在头戴照明装置的支架上，这种方法的缺点是1)不能满足头戴式自照明摄像系统所要求的照明光束与摄像采集光束同轴；2)不能保证摄像和照明在同一区域。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种头戴式自照明摄像系统。它应在满足手术、试验或他其它操作的照明和摄像同步，照明光束与摄像光束同轴，而且结构简单紧凑、重量轻、体积小、适合于头戴。
本发明的基本构思是本发明采用光纤束与光源连接，用于导光，由会聚透镜、光阑、凸平透镜构成照明子系统，采用柯勒照明方式；由电荷耦合器件的感光平面将光信号转变为电信号，便于后继处理；利用圆柱反射镜实现了照明光束与摄像光束的同轴。
本发明的技术解决方案如下一种头戴式自照明摄像系统，由光源部分、头戴部分和信号处理显示部分组成所述的光源部分是一白光光源和与该白光光源光线出射端相连接的光纤；所述的头戴部分包括头戴支架和照明摄像头，该照明摄像头固定在所述的头戴支架上，该照明摄像头包括沿光纤输出端光束输出方向，在一照明光轴上依次设置的会聚透镜、光阑、凸平照明透镜、圆柱反射镜，所述的光阑位于会聚透镜和凸平照明透镜的共焦点处，与该照明光轴垂直且过圆柱反射镜的摄像光轴上是的摄像透镜、电荷耦合器，该电荷耦合器的感光平面位于所述的摄像透镜的焦平面；所述的信号处理显示部分包括连接电荷耦合器和电荷耦合器控制器的电信号传输线，该电荷耦合器控制器和终端显示器或计算机相连。
本发明的头戴式自照明摄像系统的工作过程在进行照明摄像时，照明摄像头安装固定在头戴支架上。照明光由白光光源发出，经过光纤传输到照明摄像头，照明光束经过会聚透镜的汇聚作用，通过光阑对光束的控制后进入凸平照明透镜凸平面上，照明光在经过凸平照明透镜的会聚作用后由凸平照明透镜的平面射出，通过圆柱反射镜，照亮所需照明的区域，调节会聚透镜、光阑和凸平照明透镜的相对位置，使照明系统为柯勒照明方式。在照明的同时，进行摄像，摄像光束传播方向与照明光传播方向相反，经过圆柱反射镜的椭圆反射面反射后沿着光轴O1O2传播，反射光再经摄像物镜汇聚到电荷耦合器件的感光平面上成像，调节圆柱反射镜和摄像物镜的相对位置可以调节成像的放大倍率和摄像焦深，电荷耦合器件感光平面将光信号转化成电信号，所摄图像的电信号经电信号传输线传输到电荷耦合器控制器，所摄图像的电信号便可以由与电荷耦合器控制器连接的终端显示器同步显示，或者输入计算机进行后继处理。
与在先技术相比，本发明的优点1)本发明实现了头戴式同步照明和摄像，会聚透镜、光阑和凸平照明透镜构成了照明系统，采取的照明方式为柯勒照明方式，且使圆柱反射镜在照明区间内无阴影；2)圆柱反射镜、摄像透镜和电荷耦合器件感光平面构成摄像系统，电荷耦合器件感光平面将光信号转化为电信号，由电荷耦合器控制器控制，可对所照明区域和医生手术过程进行很好的实时摄像，方便进一步处理或由与电荷耦合器控制器相连的终端显示器实时显示；3)圆柱反射镜的对称轴与照明光轴oo′重合，使照明光束与摄像采集光的光束同轴，保证摄像和照明为同一区域，同时圆柱反射镜的圆柱侧面和圆形底面均被涂黑用于防止照明光对摄像的干扰又增加的成像的质量；4)本发明中与头戴装置相连的有与白光光源连接用于光导出的光纤和与电荷耦合器件感光平面连接的电信号传输线，光纤和电信号传输线均较长，且柔性较好，便于远距离操作；5)本发明的头戴部分结构紧凑，轻便，整套光学系统简单，照明装置和摄像装置相对固定、轻小、便于头戴。
图1为本发明的系统组成示意图。
图2为本发明的照明摄像头的光路结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
先请参阅图1和图2，由图可见，本发明头戴式自照明摄像系统，由光源部分、头戴部分和信号处理显示部分组成所述的光源部分是一白光光源7和与该白光光源7光线出射端相连接的光纤6；所述的头戴部分包括头戴支架4和照明摄像头5，该照明摄像头5固定在所述的头戴支架4上，该照明摄像头5包括沿光纤束6输出端光束输出方向，在一照明光轴OO1上依次设置的会聚透镜501、光阑502、凸平照明透镜503、圆柱反射镜504，所述的光阑502位于会聚透镜501和凸平照明透镜503的共焦平面处，与该照明光轴OO1垂直且过圆柱反射镜504的光轴O1O2上有摄像透镜505、电荷耦合器506，该电荷耦合器506的感光平面位于所述的摄像透镜505的焦平面；所述的信号处理显示部分包括连接电荷耦合器506和电荷耦合器控制器2的电信号传输线3，该电荷耦合器控制器2和终端显示器或计算机1相连。本发明实施例采用的元器件如下
以医用照明摄像为例，光源7采用上海澳华光电内窥镜有限公司生产的医用短弧光灯光源，光纤6采用医用短弧光灯光源所配置的光纤束，电荷耦合器件感光平面506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506为1/2英寸CCD，传输线3采用摄像控制单元配置的传输线，终端显示器1采用韩国SAMSUNG公司生产的型号为SCM-14MM的彩色显示器(COLOR MONITOR)，按照上述过程，具体实施本发明时，完全达到了医用所需的同步照明摄像的要求。
本实施例的头戴式自照明摄像系统的工作过程照明光由白光光源7发出，经过光纤束6传输到照明摄像头5，照明光束经过会聚透镜501的汇聚作用，通过光阑502对光束的控制后进入凸平照明透镜503凸平面上，照明光在经过凸平照明透镜5的会聚作用后由凸平照明透镜503的平面射出，照亮所需照明的区域，调节会聚透镜501、光阑502和凸平照明透镜503的相对位置，使照明系统为柯勒照明方式。在照明的同时，进行摄像，摄像光束传播方向与照明光传播方向相反，经过圆柱反射镜504的椭圆反射面反射后沿着摄像光轴O1O2传播，反射光再经摄像物镜505汇聚到电荷耦合器件感光平面506上成像，调节圆柱反射镜504和摄像物镜505的相对位置可以调节成像的放大倍率和摄像焦深，电荷耦合器件感光平面506将光信号转化成电信号，所摄图像的电信号经电信号传输线3传输到电荷耦合器控制器2，所摄图像的电信号便由与电荷耦合器控制器2连接的终端显示器1同步显示，或者输入计算机进行后继处理。
权利要求
1.一种头戴式自照明摄像系统，由光源部分、头戴部分和信号处理显示部分组成，其特征在于所述的光源部分是一白光光源(7)和与该白光光源(7)光线出射端相连接的光纤束(6)；所述的头戴部分包括头戴支架(4)和照明摄像头(5)，该照明摄像头(5)固定在所述的头戴支架(4)上，该照明摄像头(5)包括沿光纤(6)输出端光束输出方向，在其照明光轴(OO1)上依次设置的会聚透镜(501)、光阑(502)、凸平照明透镜(503)、圆柱反射镜(504)，所述的光阑(502)位于会聚透镜(501)和凸平照明透镜(503的共焦平面处，与该照明光轴(OO1)垂直且过圆柱反射镜(504)的光轴(O1O2)上有摄像透镜(505)、电荷耦合器(506)，该电荷耦合器(506)的感光平面位于所述的摄像透镜(505)的焦平面；所述的信号处理显示部分包括连接电荷耦合器(506)和电荷耦合器控制器(2)的电信号传输线(3)，该电荷耦合器控制器(2)和终端显示器或计算机(1)相连。
全文摘要
一种头戴式自照明摄像系统，由光源部分、头戴部分和信号处理显示部分组成，采用光纤与光源连接导光，由会聚透镜、光阑、凸平透镜构成照明子系统，采用柯勒方式照明；由电荷耦合器件的感光平面将光信号转变为电信号，便于后继处理；利用圆柱反射镜实现照明光束与摄像光束的同轴。本发明系统的照明光束与摄像光束同轴，而且结构简单紧凑、重量轻、体积小、适合于头戴。
文档编号G03B15/03GK1716081SQ20051002804
公开日2006年1月4日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者朱青, 徐文东, 高秀敏, 张锋, 杨金涛, 戴柯 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所