专利名称：微型检验摄影机的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种微型检验摄影机，特别指一种以自有光源直接照射待测物体，并以多芯电缆将成像后的电信号传出，且处理成可供显示器显示的视频信号的微型检验摄影机。
在一些领域中，有若干待检验成品或机械，由于仅具有一极小的出入口或出入孔道，或因孔道弯曲等因素，以致无法经由人眼直接检验内部结构是否有缺陷，而需通过细长且具挠性特质的微型检验装置，进入待检验成品或机械内部，完成该检验工作。
而常用的微型检验装置，是通过光纤将外部光源供应器的光线传输至待检验成品或机械内部，再以另一光纤将成像后的光信号传输至待检验成品或机械的外部，再转换成可供显示器显示的视频信号；如附图中
图1所示，一般微型检验装置的系统组成与工作原理如下一光源供应器11，提供检验所需的光线，通常包括一只高功率卤素灯泡，以将电能转换成光能；第一传输光纤12，连接光源供应器11与待测物体10，以将光源供应器11的光源传输至待测物体10；第二传输光纤13，其输入端连接至待测物体10处，并将照射待测物体10后，所成像的光信号经由输出端输出；一面型图像传感器14，设于第二传输光纤13的输出端处，以将第二传输光纤13所输出的光信号转换成相对应的电信号；一信号处理器15，提供面型图像传感器14所需的电源与驱动信号，并处理经面型图像传感器14所转换的电信号，使之成为适当强度与形式的图像信号输出；以及一显示器16，以电缆线与信号处理器15的输出端连接，以将上述经信号处理器15处理的电信号，转换成可供目视的图像信号。
然而，由于上述常用的微型检验装置，需使用包含有一只高功率卤素灯泡的光源供应器11，故其总体积很大，以致带来操作与携带上的不便，这与微型检验摄影机必须微型化的目的亦不相符。
此外，由于常用的微型检验装置，是通过第一传输光纤12与第二传输光纤13两条光纤以传输光源与图像信号，故成本较高，特别是受光用的第二传输光纤13，其售价更随长度的增加而剧增，由于光纤的长度受售价的影响，一般使用长度均在50公分以下，这使得上述常用微型检验装置的使用难以普及。
再者，光传输效率低也是上述常用微型检验装置的另一重大缺点，由光源供应器11所产生的光源与第一传输光纤12的连接处，以及第二传输光纤13的输入端，均需调整至最佳角度以防止光的损耗，而在较长的第一传输光纤12与第二传输光纤13的内部，光损耗的情形则难以预防，所以一般常用微型检验装置的光源供应器11，常使用易产生高热的高功率灯泡，其原因即预先补偿这一能预见的损失。
为改善上述常用微型检验装置的现有缺点，以降低微型检验装置的成本，并减少光源在光纤中传输过程中所产生的损耗，及避免高功率光源所造成的内部高温，使微型检验装置应用趋于理想，则以不同传输装置为中心的研究与创作即成了最有效的改善方向。
本实用新型的目的即在于提供一种微型检验摄影机，其主要是通过自有的发光二极管或微形钨丝灯泡等微小体积发光体所组成的光源，直接照射待测物体，再以多芯电缆将成像后的电信号传出，并处理成可供显示器显示的视频信号，而免除一般常用的微型检验装置因使用光纤传输光信号，需另备体积庞大的光源供应器，并可避免光传输效率低、成本昂贵等缺点。
本实用新型是一种微型检验摄影机，包括一微型摄影头，由光源、成像镜头、面型图像传感器、驱动电路及壳体所共同构成，待测物体的图像经由所述成像镜头成像在所述面型图像传感器上，所述驱动电路的驱动信号输出端与所述面型图像传感器的驱动信号输入端相连，所述驱动电路的图像信号输入端与所述面型图像传感器的图像信号输出端相连，所述驱动电路的图像输出端为待测物体的图像电信号；一多芯电缆，为所述微型摄影头对外的连接部分，其中电源电缆的一端连接所述微型摄影头的电源输入端；图像信号电缆的一端连接所述驱动电路的图像信号输出端；驱动信号电缆的一端连接所述驱动电路的驱动信号输入端；一组信号电路板，其电源输出端与所述电源电缆的另一端相连；其驱动信号输出端与所述驱动信号电缆的另一端相连；其图像信号输入端与所述图像信号电缆的另一端相连；其图像信号输出端的视频信号连接至显示器。
为能进一步说明本实用新型的实质内容，本文依照附图，参考实施例，对本实用新型详细说明如下。
附图简要说明
图1是一般常用微型检验装置的组成示意图；图2是本实用新型微型检验摄影机实施例的组成示意图；图3是本实用新型微型检验摄影机实施例的电路示意图。
图4是本实用新型微型检验摄影机第一缓冲器实施例电路图；图5是本实用新型微型检验摄影机直流升压电路实施例电路图；图6是本实用新型微型检验摄影机时序产生器实施例电路图；图7是本实用新型微型检验摄影机第二缓冲器实施例电路图；图8是本实用新型微型检验摄影机采样电路与处理电路的实施例电路图。
图号与名称对照10........待测物体 11........光源供应器12........第一传输光纤 13........第二传输光纤14........面型图像传感器 15........信号处理器16........显示器 20........微型摄影头21........光源 22........成像镜头23........面型图像传感器 24........驱动电路241.......第一缓冲器 242.......直流升压电路243.......射极跟随器 244.......电容25........壳体 30........多芯电缆31........挠性金属管 32........线间杂散电容40........信号电路板 41........时序产生器42........第二缓冲器 43........第三缓冲器44........信号处理器 441.......采样电路442.......处理电路 50........显示器图1所示为一般常用微型检验装置的组成示意图，而有关常用微型检验装置的组成与工作原理已在前面做过详细说明，在此不再重复赘述。
图2与图3则分别示出了本实用新型微型检验摄影机的组成与电路，如图所示，本实用新型微型检验摄影机包括一微型摄影头20，由光源21、成像镜头22、面型图像传感器23、驱动电路24与壳体25所共同构成，在对待测物体10检测后产生信号；一多芯电缆30，为微型摄影头20对外的连接部分，并提供微型摄影头20所需电力，以及将微型摄影头20对待测物体10检测后所产生信号输出，其中多芯电缆30是置于挠性金属管31内，挠性金属管31的一端与微型摄影头20的壳体25连接固定，其另一端则与信号电路板40的壳体连接固定，使微型摄影头可以任意方向弯曲固定；以及一组信号电路板40，与多芯电缆30以及显示器50连接，并对微型摄影头20提供所需的电源电力、驱动时序，并将照射待测物体10后成像的信号处理后，输出至所连接的显示器50，以将信号转换成可供目视的图像。
本实用新型微型检验摄影机的微型摄影头20具体可包括一组光源21，设置于成像镜头22的外围，可由若干个0.8×1.6mm的微型表面粘着发光二极管，或以外径1.7mm微形钨丝灯泡等微小体积发光体，直接焊于印刷电路板上形成光源，并直接照射待测物体10；由于对黑白摄影取像的应用而言，因为无须色彩分辨，故以发光二极管作为光源，便成为最简单与最经济的设计，特别是超亮度红光发光二极管，更能够提供本实用新型微型检验摄影机所需的照明；一成像镜头22，将待测物体10成像至面型图像传感器23上，同时为满足微型与低成本两项要求，成像镜头22可采用针眼镜头的成像原理设计，本实用新型附图的成像镜头22实施例，是直径约为5毫米的玻璃透镜，其开口为直径约为1毫米的针眼，待测物体10的图像透过针眼成像至面型图像传感器23上；一面型图像传感器23，由于一般标准商用型的图像传感器的陶瓷体对角线长度至少为16毫米，尚无法满足原先将微型摄影头20的外径做成小于15.2毫米的预期目标；所以，本实用新型将面型图像传感器23的传感器芯片，直接粘着于印厣电路板上，再以微细的金线或铝线等导线，将传感器芯片的电路接至印刷电路板上，最后以透明胶覆盖于传感器芯片与接线上而成，由于一般1/3英寸的图像传感器芯片，其大小约为6.3×5.2毫米，其对角线则为8.2毫米，如果是使用1/4英寸的图像传感器芯片，则本实用新型的实施例的尺寸将更小些；一驱动电路24，该驱动电路24的组成包括有一组或多组的第一缓冲器241，以提高高频水平驱动信号与电荷重置脉冲的推动力，并将波形整形后，推动面型图像传感器23；以及一组或多组射极跟随器24 3，以提高面型图像传感器23的输出信号推动力；与一壳体25，用以包覆微型摄影头20所有的零组件，并与包覆多芯电缆30的挠性金属管31连接固定以接受挠性金属管31的驱动与定位。
其中第一缓冲器241的组成，可如图4所示由同时具有多组输入端与输出端的缓冲器所组成，而与图4所示同样结构的缓冲器，也能用在信号电路板40的一组或多组的第二缓冲器42上，但这并不是本实用新型的重点或目标。
又如图5所示，微型摄影头20内的驱动电路24，由于不同厂商所制造的面型图像传感器23的直流电位有别，故可根据情况再设置一组直流升压电路242，以将经第一缓冲器241提高推动力后的电荷重置脉冲，提高其直流电位，以驱动面型图像传感器23。
但在具有充足光源的地方，或在开放性空间中，由于无须考虑光源的问题，本实用新型微型检验摄影机的应用也有新方法，如做为具隐密性的监视装置等，本实用新型微型检验摄影机的组成则可如下一微型摄影头20，是由成像镜头22、面型图像传感器23、驱动电路24与壳体25所共同构成，对待测物体10检测后产生信号；一多芯电缆30，为微型摄影头20对外的连接部分，并提供微型摄影头20所需电力，以及将微型摄影头20对待测物体10检测后所产生信号输出；以及一组信号电路板40，与多芯电缆30以及显示器50连接，并对微型摄影头20提供所需的电源电力、驱动时序，并将照射待测物体10后成像的信号处理后，输出至所连接的显示器50，以将信号转换成可供目视的图像。
亦即，在具有充足光源的地方，或在开放性空间中，本实用新型微型检验摄影机的组成，可为不包括上述一组光源21在内的微型检验摄影机。
如图3所示，本实用新型微型检验摄影机的信号电路板40的电路构成包括
一时序产生器41，如图6所示，用以产生驱动面型图像传感器23所需的信号，如水平驱动信号HD、电荷重置脉冲信号FR、垂直驱动信号VD等，以及输往信号处理器44的采样脉冲信号SP，该电路为SHARP公司所制造的型号为LZ95G41的集成电路；一组或多组的第二缓冲器42，如图7所示，是将时序产生器41所产生的高频信号加强推动力后，通过多芯电缆30传输至微型摄影头20；一组或多组的第三缓冲器43，将时序产生器41所产生的采样脉冲作时间延迟处理，之后再进入信号处理器44，以相应于面型图像传感器23的输出信号因经多芯电缆30所造成的时间延迟，使信号处理器44得以作正常的采样，而此一组或多组的第三缓冲器43，可经由一组或多组的缓冲器及/或一组或多组的电阻与电容的相互串接，所共同构成的可选择/微调的时间延迟电路；以及一信号处理器44，如图8所示，其内部包括一采样电路441与一处理电路442，它是依采样脉冲的时序，将微型摄影头20经由多芯电缆30传输回来的信号采样，并处理成适当的视频信号后，输出至所连接的显示器50，以将信号转换成可供目视的图像，该电路为SHARP公司所制造的型号为IR3Y17A1的集成电路。
其中，由于面型图像传感器23所需的时序频率很高，以水平512象素、垂直492象素的图像传感器而言，其水平驱动信号、电荷重置脉冲等频率高达9.5MHZ，如此高频信号如经多芯电缆30传输，由于多芯电缆30内部的阻抗，以及线间的杂散电容32，将对高频信号产生衰减、失真、及延迟等现象，如果多芯电缆30愈长，信号产生衰减、失真、及延迟的问题愈是严重。
为了解决上述高频信号经由多芯电缆30传输的问题，本实用新型在信号电路板40上所设置的一组或多组的第二缓冲器42，可将时序产生器41所产生的高频水平驱动信号、电荷重置脉冲信号加强推动力后，再由多芯电缆30传输至摄影头20内驱动电路24的第一缓冲器241，以进一步提高高频的水平驱动信号与电荷重置脉冲的推动力，并将波形整形，以推动面型图像传感器23。
上述一组或多组的第二缓冲器42，其作用仅是增强传输至摄影头20的信号强度，并非信号传输的必要条件，故可依时序产生器41所产生的高频信号的强度，而考虑是否设置。
此外，电荷重置脉冲信号通常要求一定的直流电位，例如3.0V，本实用新型在驱动电路板24上可设置有一电容244以及一组直流升压电路242，将电荷重置脉冲信号经缓冲器241提高推动力后的电荷重置脉冲，提高其直流电位，以驱动面积型图像传感器23。
由于图像传感器23的输出信号是高频模拟信号，其信号值低，本实用新型在驱动电路板24上设置有一组或多组由晶体管与电阻，或其它装置如场效晶体管等所组成的射极跟随器243，以提高面型图像传感器23的输出信号推动力，并输出信号至信号电路板40。
由于时序产生器41同时产生驱动面型图像传感器23的信号与输出给信号处理器44的采样脉冲，其中驱动面型图像传感器23的信号，通过多芯电缆30传输至微型摄影头20，并因此产生第一个时间延迟；而面型图像传感器23的输出信号，通过多芯电缆30传回信号电路板40，这又产生第二个时间延迟且这二个时间延迟将随多芯电缆30的长度而等倍增加。
为解决上述信号经由多芯电缆30而产生时间延迟问题，本实用新型在信号电路板40上所设置的一组或多组的第三缓冲器43，以将时序产生器41所产生的采样脉冲作时间延迟处理，之后再进入信号处理器44，以相应于面型图像传感器23的输出信号因经多芯电缆30所造成的时间延迟，使信号处理器44得以作正常的采样，而此一组或多组的第三缓冲器43，可经由一组或多组的缓冲器及/或一组或多组的电阻与电容的相互串接，以共同构成可选择/微调的时间延迟电路。
通常一组缓冲器的延迟时间为5ns，而以一组或多组缓冲器串接，可获得若干倍于5ns的延迟时间，而由一组或多组的电阻与电容所构成的可微调时间延迟电路，恰可对时间延迟作出微调处理，故这一组或多组的第三缓冲器43，如由一组或多组的缓冲器及/或一组或多组的电阻与电容所构成的可选择/微调的时间延迟电路，将可对因不等长度的多芯电缆30所造成不同的时间延迟，在经过第三缓冲器43的选择与微调后，可使由时序产生器41输出至信号处理器44的采样脉冲得到适当的延迟，并与由面型图像传感器23产生并经由多芯电缆30传回信号电路板40的输出信号同步到达信号处理器44，使信号处理器44得以正常采样。
不同的待测物体10，其所需的多芯电缆30的长度亦不相同，故上述的一组或多组的第三缓冲器43，其是否需要设置或调整，是由多芯电缆30的长度，或上述由面型图像传感器23的输出信号经多芯电缆30所造成的时间延迟来决定。
综上所述，由于本实用新型微型检验摄影机所具有的独特结构，以及其结构所带来的优异功能，这使得本实用新型微型检验摄影机特别适用于仅具有一极小的出入口或出入孔道的成品或机械的检验，如引擎、汽缸、管状物等；此外，本实用新型亦可应用于医学上的检验，如牙科的牙齿验视等。
且经本实用新型创作人多次试制样品证明，本实用新型的微型摄影头20，其外径可制作成小于0.5英寸即12.7毫米，如此微型化的摄影头，除具有良好的摄影功能外，更可轻易进入绝大多数现有的待测物体10内部，以完成所预期的检测工作。
以上所述只是对本实用新型实施例所作的说明，而非用以拘限本实用新型的专利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效变化或简单修饰，且其效果均未超出本实用新型的专利说明书及权利要求书的描述，都应包含在本实用新型的范围内。
权利要求1.一种微型检验摄影机，其特征在于包括一微型摄影头，由光源、成像镜头、面型图像传感器、驱动电路及壳体所共同构成，待测物体的图像经由所述成像镜头成像在所述面型图像传感器上，所述驱动电路的驱动信号输出端与所述面型图像传感器的驱动信号输入端相连，所述驱动电路的图像信号输入端与所述面型图像传感器的图像信号输出端相连，所述驱动电路的图像输出端为待测物体的图像电信号；一多芯电缆，为所述微型摄影头对外的连接部分，其中电源电缆的一端连接所述微型摄影头的电源输入端；图像信号电缆的一端连接所述驱动电路的图像信号输出端；驱动信号电缆的一端连接所述驱动电路的驱动信号输入端；一组信号电路板，其电源输出端与所述多芯电缆的电源电缆的另一端相连；其驱动信号输出端与所述驱动信号电缆的另一端相连；其图像信号输入端与所述图像信号电缆的另一端相连；其图像信号输出端的视频信号连接至显示器。
2.如权利要求1所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的光源，可由一个或数个微型发光二极管焊接在所述成像镜头周围的电路板上组成。
3.如权利要求1所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的光源，可由一个或数个微型钨丝灯泡焊接于所述成像镜头周围的电路板上组成。
4.一种微型检验摄影机，其特征在于包括一微型摄影头，由成像镜头、面型图像传感器、驱动电路、与壳体所共同构成，待测物体的图像经由所述成像镜头成像在所述面型图像传感器上，所述驱动电路的驱动信号输出端与所述面型图像传感器的驱动信号输入端相连，所述驱动电路的图像信号输入端与所述面型图像传感器的图像信号输出端相连，所述驱动电路的图像输出端为待测物体的图像电信号；一多芯电缆，为所述微型摄影头对外的连接部分，其中电源电缆的一端连接所述微型摄影头的电源输入端；图像信号电缆的一端连接所述驱动电路的图像信号输出端；驱动信号电缆的一端连接所述驱动电路的驱动信号输入端；一组信号电路板，其电源输出端与所述电源电缆的另一端相连；其驱动信号输出端与所述驱动信号电缆的另一端相连；其图像信号输入端与所述图像信号电缆的另一端相连；其图像信号输出端的视频信号连接至显示器。
5.如权利要求1、4所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的成像镜头，可为针眼成像镜头。
6.如权利要求1、4所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的面型图像传感器中，传感器芯片直接粘着于印刷电路板上，传感器芯片的电路由微细的金线或铝线等导线连接印刷电路板上，并由透明胶覆盖在传感器芯片和接线上。
7.如权利要求1、4所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的驱动电路包括有一组或多组的第一缓冲器，其输入端与所述多芯电缆中所述驱动信号电缆中的水平驱动信号与电荷重置脉冲电缆相连，其输出端的经过整形的驱动信号连接至所述面型图像传感器的水平驱动信号输入端及电荷重置脉冲输入端；以及一组或多组射极跟随器，其输入端与所述面型图像传感器的信号输出端相连，其输出端与所述多芯电缆中的所述图像信号电缆的一端相连。
8.如权利要求7所述的微型检验摄影机，其特征在于所述微型摄影头的驱动电路，可设置一组直流升压电路，其输入端与所述第一缓冲器的电荷重置脉冲输出端相连，其输出端与所述面型图像传感器的电荷重置脉冲输入端相连。
9.如权利要求1、4所述的微型检验摄影机，其特征在于所述信号电路板包括有一时序产生器，其输出端为所述面型图像传感器所需的时序，如水平驱动信号、电荷重置脉冲、垂直驱动信号等输出端，另外还有一采样脉冲信号输出端；一信号处理器，其内部至少包括有一采样电路与一处理电路，其中所述采样电路的图像信号输入端和采样脉冲输入端分别与所述多芯电缆中的图像信号电缆的另一端和所述时序产生器的采样脉冲信号输出端相连，其输出端与所述处理电路的输入端相连，所述处理电路的输出端与显示器相连。
10.如权利要求9所述的微型检验摄影机，其特征在于所述信号电路板上可依时序产生器所产生的高频信号的强度，而设置一组或多组的第二缓冲器，其输入端与所述时序产生器的所述各信号输出端分别相连，其输出端与所述多芯电缆的所述驱动信号电缆及电荷重置脉冲电缆的另一端相连。
11.如权利要求9所述的微型检验摄影机，其特征在于还可设置一组或多组的第三缓冲器，由时间延迟电路构成，其输入端与所述时序产生器的所述采样脉冲输出端相连，其输出端与所述信号处理器中的采样电路的采样脉冲输入端相连。
12.如权利要求11所述的微型检验摄影机，其特征在于所述信号电路板的一组或多组的第三缓冲器的调整，是由所述多芯电缆的长度，亦即由面型图像传感器的输出信号经所述多芯电缆所造成的时间延迟来决定。
13.如权利要求11所述的微型检验摄影机，其特征在于所述信号电路板的一组或多组第三缓冲器，可由一组或多组的电阻与电容，串接一组或多组的缓冲器，共同构成一可选择/微调的时间延迟电路。
14.如权利要求1、4所述的微型检验摄影机，其特征在于所述多芯电缆可置于挠性金属管内，所述挠性金属管的一端与所述微型摄影头的壳体连接固定，其另一端则与所述信号电路板的壳体连接固定。
专利摘要一种微型检验摄影机，是以电缆代替光纤进行信号传输的微型检验摄影机，通过自身的发光二极管或微形钨丝灯泡等微小体积发光体所组成的光源，直接照射待测物体，再以多芯电缆将成像后的电信号传出，并处理成可供显示器显示的视频信号，而克服常用微型检验装置须附带一体积庞大的光源供应器，并避免因采用光纤传输而产生的光传输效率低与成本昂贵两项重大缺点。
文档编号H04N5/225GK2230999SQ9522273
公开日1996年7月10日 申请日期1995年10月9日 优先权日1995年10月9日
发明者蔡聪明, 周彦君, 陈奇能 申请人:敦南科技股份有限公司