专利名称：同步摄像照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是同步摄像照明系统。主要应用于医用手术、试验、煤矿井下及隧道等工作情况的实时头戴摄像照明。
背景技术：
现有的手术、试验、煤矿井下及隧道等工作的照明系统多为单照明系统，但在一些情况下，往往希望在照明的同时能够进行摄像。在医学方面，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，便于医学鉴定等，在医用照明的同时经常需要进行摄像。在煤矿井下及隧道等工作中，照明的同时进行摄像，亦有利于资料的收集和工作事故情况的鉴定。同步摄像照明系统往往有以下要求1)照明光束与摄像采集光束同轴，以保证摄像和照明为同一区域；2)照明装置和摄像装置相对固定、体积小、重量轻，便于安装；3)摄像的镜头焦深大于所需照明和摄像的工作范围或焦深，方便可调，可对观察情况的全过程进行清晰摄像；4)图像有适当的放大率；5)摄像的色彩还原性要好，反映所摄图像的真实情况；6)摄像信息便于处理，如可进行计算机存档等。现有的照明系统多为单照明系统，不具备摄像功能(参见实用新型专利，一种医用照明器具，申请号为92204340.X)；在实际医用手术、试验、煤矿井下及隧道等工作中，实现照明和同步摄像时，经常利用单独的摄像装置(如摄像机等)在现场拍摄，这种实现同步摄像照明的方法成本高，且不能进行很好的实时摄像；亦有人将电荷耦合器件(CCD)摄像头固定在照明装置的支架上，但是，不能满足同步摄像照明系统所要求的照明光束与摄像采集光束同轴，故不能保证摄像和照明为同一区域。
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不足，提供一种可以实现同步摄像照明的系统。本实用新型的同步摄像照明系统应可满足医用手术、试验、煤矿井下及隧道等工作情况的照明要求，同时具有摄像功能，摄像光路中无反射镜或分光镜，照明与摄像同步进行，照明均匀，焦深范围大，图像放大率适中，结构简单紧凑，重量轻，能够方便地进行照明和同步摄像。
本实用新型的技术解决方案如下一种同步摄像照明系统，包括光源、摄像照明头和信息处理三部分，其特征在于①所述的光源为白光光源，通过光纤束沿照明光轴O2O3输出；②所述的摄像照明头包括自光纤束端开始沿照明光轴O2O3同轴地依次是会聚透镜、光阑、凸平照明透镜和圆柱带孔反射镜，该凸平照明透镜的凸平面与光阑相对，而平面为照明光的出射端面，该圆柱带孔反射镜是由平底的圆柱体被一与该园柱对称轴成45°的斜面切割而成椭圆反射面，该椭圆反射面反射光束定义一成像光轴OO1，该圆柱带孔反射镜开设有圆柱体空洞，该圆柱体空洞的对称轴与摄像光轴OO1重合；在该圆柱带孔反射镜(的椭圆反射面的另一侧，沿摄像光轴OO1同光轴地设有摄像透镜、电荷耦合器感光平面；③所述的信息处理部分，包括传输线、电荷耦合器控制器和终端显示器，该传输线将电荷耦合器感光平面与电荷耦合器控制器连接在一起，终端显示器与电荷耦合器控制器相连。
所述的圆柱带孔反射镜的圆形底面与该凸平照明透镜的平面粘合连接，所述圆柱带孔反射镜的圆柱侧面和圆柱体空洞的内侧均被涂黑，而斜面切割而形成的椭圆反射面涂成白光反射面。
所述的摄像物镜相对于圆柱带孔反射镜的相对位置是可调的。
所述的电荷耦合器控制器也可与一计算机相连，以扩大系统的数据处理功能。
图1为本实用新型的同步照明摄像系统示意图。
图2为本实用新型的摄像照明头示意图。
图3为本实用新型的圆柱带孔反射镜示意图。
具体实施方式
本实用新型的同步摄像照明系统，包括光源、摄像照明头和信号处理显示三大部分，如图1、图2、图3所示。
光源部分包括有白光光源6和与白光光源6光线出射端相连接用于光导出的光纤束5，定义光纤束5的出射光的对称轴为照明光轴o2o3。
摄像照明头4包括置于光纤束5出射照明光前进方向上的会聚透镜406，会聚透镜406的对称轴与照明光轴o2o3相重合，会聚透镜406将光纤束5发出的照明光束会聚；包括置于会聚透镜406的照明光出射一侧的光阑405，光阑405的对称轴与照明光轴o2o3相重合，并且可对照明光进行光强和照明范围调节；包括置于光阑405的照明光出射一侧，光轴与照明光轴o2o3相重合的凸平照明透镜404，凸平照明透镜404的凸平面与光阑405相对，凸平照明透镜404的平面为照明光出射端面；包括置于凸平照明透镜404的照明光出射一侧的圆柱带孔反射镜403，圆柱的对称轴与照明光轴o2o3重合，圆柱带孔反射镜403为平底的圆柱体被一个与圆柱对称轴成45角的斜面切割而成，圆柱带孔反射镜403的圆形底面与凸平照明透镜404的平面粘合连接，圆柱带孔反射镜403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，由斜面切割而形成椭圆面均涂有白光反射面，白光反射面朝向圆柱带孔反射镜403内侧，光轴o2o3经过圆柱带孔反射镜403的椭圆反射面反射的成像光束定义为光轴oo1，圆柱带孔反射镜403开有对称轴与光轴oo1重合的圆柱体空洞4032，如图3所示，圆柱体空洞4032内侧涂黑，照明光通过圆柱带孔反射镜403的柱体内侧，经白光反射面反射后沿光轴oo1传播，凸平照明透镜404、光阑405和会聚透镜406和圆柱带孔反射镜403构成的照明系统采用柯勒照明方式；包括光轴与摄像光轴oo1相重合的摄像透镜402；包括置于所摄像物体经过摄像透镜402会聚作用所成像的像平面上的电荷耦合器感光平面401，电荷耦合器感光平面401将成像的光信号转化为电信号。
信号处理显示部分包括通过电信号传输线3与电荷耦合器感光平面401相连接的电荷耦合器控制器2，电荷耦合器控制器2可对成像进行简单处理和多信号输出便于后续处理；包括与电荷耦合器控制器2相连接的终端显示器1。
本实用新型的同步摄像照明系统进行照明摄像时，由白光光源6发出照明光，经过光纤束5导出，传输到摄像照明头4，照明光经过会聚透镜406汇聚，通过光阑405对光束的控制后进入凸平照明透镜404的凸平面上，照明光在经过凸平照明透镜404的会聚后由凸平照明透镜404的平面射入圆柱带孔反射镜403，在圆柱带孔反射镜403内经过其反射面反射后沿光轴oo1射出，调节会聚透镜406、光阑405和凸平照明透镜404的相对位置，使照明系统为柯勒照明方式，且在照明范围内与凸平照明透镜404的平面粘合连接的圆柱带孔反射镜403的圆柱空洞4031内无阴影地照亮所需照明的区域，在照明的同时进行同步摄像，在工作范围内的所摄像物体发出的光沿着照明光轴oo1，以与照明光传播方向相反的方向传播，经过圆柱带孔反射镜403的圆柱空洞4031后，再经摄像物镜402汇聚到电荷耦合器件感光平面401上成像，调节圆柱带孔反射镜403和摄像物镜402的相对位置，可以调节成像的放大倍率和可清楚成像的摄像范围，电荷耦合器件感光平面401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，电荷耦合器控制器2可对图像的电信号进行操作控制，所摄图像的电信号便可以由与电荷耦合器控制器2连接的终端显示器1同步显示，也可以输入计算机进行后继处理。
如图1所示，以医用头戴式摄像照明为例，光源6采用上海澳华光电内窥镜有限公司生产的医用短弧光灯作光源，光纤束5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401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401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)，将摄像照明头安装在头戴支架上，组成本实用新型系统，并劲试用证明，本实用新型完全达到了医用所需的头戴同步照明摄像的要求。
具体地说，本实用新型与在先技术相比，具有下列优点首先本实用新型实现了医用手术、试验、煤矿井下及隧道等工作情况的实时头戴摄像照明，白光光源6，聚透镜406、光阑405、凸平照明透镜404和圆柱带孔反射镜403构成白光照明部分，采取的照明方式为柯勒照明方式，电荷耦合器件感光平面401和摄像物镜402构成摄像部分，电荷耦合器件感光平面401将光信号转化为电信号，可通过终端显示器1显示图像或后继图像处理，摄像和照明同步进行。
其次，本实用新型结构紧凑，轻便，光学系统简单，照明装置和摄像装置相对固定，使整套摄像照明系统便于安装。
再者，本实用新型使用圆柱带孔反射镜403使同步摄像照明系统所要求的照明光束与摄像采集光束同轴，保证了摄像和照明为同一区域，圆柱带孔反射镜403为平底的圆柱体被一个与圆柱对称轴成45度角的斜面切割而成，圆柱带孔反射镜403的圆形底面与凸平照明透镜404的平面粘合连接，圆柱带孔反射镜403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，由斜面切割而形成椭圆面均涂有白光反射面，白光反射面朝向圆柱带孔反射镜403内侧，圆柱带孔反射镜403开有对称轴与光轴oo1重合的圆柱体空洞4032，圆柱体空洞4032内侧涂黑，利于改善成像质量。
最后，摄像物体发出的光沿着照明光轴oo1，以与照明光传播方向相反的方向传播，经过圆柱带孔反射镜403的圆柱空洞4032后再经摄像物镜402汇聚作用直接成像于电荷耦合器件感光平面401上，不经过任何反射镜或分光镜的作用，保证了摄像的色彩还原性。
综上所述，本实用新型同步摄像照明系统，包括光源、摄像照明头和信息处理三部分其特点是采用圆柱带孔反射镜实现了照明光轴与摄像光轴同轴，摄像光路中无反射镜和分光镜，由电荷耦合器件感光平面将光信号转变成电信号，便于后续处理，本实用新型具有结构简、重量轻、同步摄像照明的优点。
权利要求1.一种同步摄像照明系统，包括光源(6)、摄像照明头(4)和信息处理三部分，其特征在于①所述的光源为白光光源(6)，通过光纤束(5)沿照明光轴O2O3输出；②所述的摄像照明头(4)包括自光纤束(5)端开始沿照明光轴O2O3同轴地依次是会聚透镜(406)、光阑(405)、凸平照明透镜(404)和圆柱带孔反射镜(403)，该凸平照明透镜(404)的凸平面与光阑(405)相对，而平面为照明光的出射端面，该圆柱带孔反射镜(403)是由平底的圆柱体被一与该园柱对称轴成45°的斜面切割而成椭圆反射面(4031)，该椭圆反射面(4031)反射光束定义一成像光轴OO1，该圆柱带孔反射镜(403)开设有圆柱体空洞(4032)，该圆柱体空洞(4032)的对称轴与摄像光轴OO1重合；在该圆柱带孔反射镜(403)的椭圆反射面(4031)的另一侧，沿摄像光轴OO1同光轴地设有摄像透镜(402)、电荷耦合器感光平面(401)；③所述的信息处理部分，包括传输线(3)、电荷耦合器控制器(2)和终端显示器(1)，该传输线(3)将电荷耦合器感光平面(401)与电荷耦合器控制器(2)连接在一起，终端显示器(1)与电荷耦合器控制器(2)相连。
2.根据权利要求1所述的同步摄像照明系统，其特征在于所述的圆柱带孔反射镜(403)的圆形底面与该凸平照明透镜(404)的平面粘合连接，所述圆柱带孔反射镜(403)的圆柱侧面和圆柱体空洞(4032)的内侧均被涂黑，而斜面切割而形成的椭圆反射面(4031)涂成白光反射面。
3.根据权利要求1所述的同步摄像照明系统，其特征在于所述的摄像物镜(402)相对于圆柱带孔反射镜(403)的相对位置是可调的。
4.根据权利要求1或2或3所述的同步摄像照明系统，其特征在于所述的电荷耦合器控制器(2)也可与计算机相连。
专利摘要一种同步摄像照明系统，包括光源、摄像照明头和信息处理三部分，其特点是采用圆柱带孔反射镜实现了照明光轴与摄像光轴同轴，摄像光路中无反射镜和分光镜，由电荷耦合器件感光平面将光信号转变成电信号，便于后续处理，本实用新型具有结构简、重量轻、同步摄像照明的优点。
文档编号G06F3/00GK2655269SQ0320995
公开日2004年11月10日 申请日期2003年8月22日 优先权日2003年8月22日
发明者徐文东, 高秀敏, 干福熹, 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