CN1020132C - 具有照明光导装置的图象放大和摄取系统 - Google Patents

Abstract

一种含有引导照明光至样品观察部位表面的照明光导装置的图象放大和摄取系统，包括一置于一透镜管(2)前端的光导帽(6)，光导帽(6)具有适于紧贴样品表面的外表面，从而可使来自光纤(8)的照明光通过透镜管(2)和光导帽(6)，投射到样品的表面。光导帽(6)由透明材料制成，其形状基本为半球形并且有一中心观察孔(7)，从而通过帽(6)照明光可由光导帽(6)的环状端面(6a)被引入到观察孔(7)的整个表面。

Description

本发明是关于一含有照明系统的图象放大和摄取系统，该照明系统中，光照向受观察样品的一部分，例如人体的皮肤、内脏等等上。这样的放大和摄取系统可使用直接靠在样品上的一图象摄取头部件使之在监视的屏幕上显示出观察部分的放大图象。

通常，在图象放大和摄取系统中，图象摄取头的外表面是直接靠在样品的被观察部分（以下简称“观察部位”）上的，使之在显示屏上显示观察部分的放大图象，这样的系统是需要对观察部位进行照明的。

当主要通过使用垂直光线，即将照明光投射到观察部位的表面上（或观察部位的相邻表面，即与摄取头垂直的、正对着的相邻表面上）以实现照明时，观察部位的相邻表面倾向于反射照明光。这就造成在显示屏上显示时反射比较高的观察部位非常之白，从而导致观察部位的色彩和细节的视觉效果都令人不满意。

当主要通过使用水平光线，即将照明光平行于观察部位的相邻表面而照射时，就不可能对相邻表面上的任何细微凹陷部分进行充分的照明。这样就使凹陷部分在显示屏幕上显得较暗，从而不能对观察部位进行有效的和准确的检查。

为了解决这些问题，有必要提供一种照明部件，它能将主要包含水平光线的照明光投射到样品的观察部位表面上，也加入了其量可与水平光线大致平衡的垂直光线。还需要注意的是，当被观察的样品（例如人的皮肤或内脏）具有某种程序的透光性能时，该照明装置也应考虑样品的透光程度而可以对垂直光和水平光之间的比例进行调整。

图象放大和摄取系统中传统的照明光导装置主要使用如上所述的水平光线来照明，因而不能满足以上要求，因此人们就提出了这样一种照明光导装置：它通常包括一个透明的圆柱形光导体和一个由透明的光导材料做成的扁平圆盘。圆盘通过环绕光导体的一个反射面而安装在该光导体的末端。它有一个中心观察小孔，从而使由圆柱形光导体传到其末端的照明光在反射面上被反射使之向前传到圆盘的中心轴上，这样光便以水平光束的方式从观察孔 的整个周边表面上照射出去，以对观察孔处样品的被观察部位进行照明。

遗憾的是，这一结构必然导致只有水平光线进行照明，完全没有与水平光线达到一定平衡量的垂直光线而产生的传送光。

还原，在这种光导装置中，靠在样品被观察部位上的图象摄取头的外表面是平的，因为它是一种扁平光导圆盘形状。因而，样品观察部位的相邻表面被局限为与摄取头外表面相同的形状，即大致凸出或扁平的形状。这样就限制了该光导装置的应用范围。

因而，本发明的目的之一就是提供一种能够有效地和充分地将照明光引导至样品观察部位表面上的图象放大和摄取系统的照明光导装置。

本发明的目的之二就是提供一种照明光导装置，它能提供充分的照明光，以使样品的观察部位无论其上是否有任何细微凹陷都能具有令人满意的放大显示。

根据本发明，提供了一种具有照明光导装置的图象放大和摄取系统，它包括：

一透镜管;一置于透镜管中的光学放大系统;一图象摄取元件，位于透镜管的最近端即后端，用于将通过光学系统所获得的光学图象转换成电信号;和一光导端部件，置于透镜管的末端即前端;其特征在于端部件是一由透明材料制成的光导帽，其形状基本为半球形，并在其中心部位有一观察孔，照明光由一照明系统通过一环状端面引入帽中。

在本发明的一最佳实施例中，每根光纤都有一辐射端面，它由一环状固定环固定。光纤的辐射端面最好在相互保护紧密接触的同时成环形嵌入固定环中，固定环或与光导帽的环状端面接触，或正对着光导帽的环状端面而在两者之间留有一小的间隙。

在本发明的另一最佳实施例中，光导帽被制成底部比较扁平的形状，其中心有一观察孔。半球形的光导帽具有基本为抛物线的截面，包括较平的底面。

在本发明的又一最佳实施例中，光导帽的内表面或外表面的至少一个面上（除观察孔和环状端面外）可具有一低折射率层，该层可为一涂层或由汽化沉积的金属层。

该系统还包括一中空反射部件，它具有一中空部分和一反射表面，反射表面在中空部分较低处呈抛物线形状。中空部分最好有一孔，它开在末端，并且该中空反射部件末端部分最好位于光导帽观察孔的内面邻近处，并使中空部分的孔面对着置于光导帽前面的样品的相邻部位。

在本发明的又一个最佳实施例中，光纤被配置成内外两环结构，各环状结构的光纤是相互紧密接触的，并被嵌入它们各自的内外固定环的末端。外固定环被压成与光导帽的环状端面接触，而内固定环是置于外固定环的里面。

本发明可以由各种不同的方式实现，在此结合附图对某些实施例加以说明。附图中：

图1为部分截面的正视图，示出根据本发明的一种图象放大和摄取系统的照明光导装置的一个实施例;

图2为表示图1所示照明装置一部分的分解透视图;

图3为表示靠近一样品的图1所示装置的光导帽一部分的局部放大示意图;

图4至图6为表示光导帽其它改型的示意截面图;

图7为表示以另一种方式引导照明光至光导帽的示意截面图。

图1至图3示出一种照明光导装置，它包括一基本上由一透镜管2构成的光导体1;一置于透镜管2内的光学放大系统3;以及一图象摄取元件（CCD图象传感器）4，位于透镜管2的最近端即后端，用于将通过光学系统3获得的光学图象转换成电信号。相应于摄取元件4摄取的图象之输出被送至一与摄取元件4相连的电视监视器（未示出）上，从而使光导装置紧对着的样品观察部位的放大图象成为可见图象而显示在监视器屏幕上。

该装置还包括一中空圆柱体5，它与透镜管2较下部分的外表面紧连，从而成为透镜管2的一部分。一光导帽6与中空圆柱体5的末端即前端相连。帽6与构成透镜管2中光学系统3一部分的一个物镜3a相对。在所示的实施例中，光导帽6由一透明合成树脂材料制成，它可使光在帽6的壁内传导。它具有半球形状，并具有一外螺纹部分，通过该螺纹帽6可拆卸地与圆柱体5的前端相连。帽6有一环状端面6a，并在弯曲部分的中心有一小 孔状的观察孔7。

在使用中，光导帽6放在样品上，使带有观察孔7的外表面直接靠在样品观察部位的表面上。为此，应使物镜3a置于对观察孔7的外表面聚焦的位置上。或者，帽6也可位于使其外表面与样品观察部位相距一定距离处，在这种情况下，光学放大系统3可设置任何一种调焦部件，以调整物镜3a的距焦深度。

该装置还包括一纤维光缆8。它包括一束预定数量的光纤8a，该光缆通过中空圆柱体5的后端表面引入。然后光缆8在中空圆柱体5中被分开成单根光纤8a并在其中散开，使其前端基本上为不间断的即闭合的环形。然后将这样安排的光纤8a的末端固定嵌入固定环9中。固定环9的位置既可以与光导帽6的环状端面6a接触，也可以面对光导帽6的环状端面6a而具有小的间隙，从而构成光连接。纤维光缆8的另一端与一光源（未示出）相连，从而使由光源发射的照明光可通过各光纤8a经光导帽6的端面引入帽6中。

这样从端表面6a引入光导帽6的照明光的一部分从光导帽6中向外散发，作为光束Bd而照射样品的观察部位;照射光束的另一部分在帽6的内表面和外表面之间来回反射（如同在光纤8a中一样），最后聚集在帽6中心的观察孔7处，然后，聚焦的光束以水平光Ba的形式，即以相互平行且平行于样品观察部位表面的形式自观察孔7的整个表面释放而照射出去。此外，照明光的一部分从帽6的环形端面6a和由固定环固定的光纤8a之间和/或任何界面部分或光导帽6本身的相邻处向内散发，它在光导帽6里面散发，从而形成垂直光束Bb。

光导帽6的横截面可为任何所希望的形状，只要通过环状端面6a引入帽6中的光在帽6的壁上来回反射的同时，可在观察孔7处聚集即可。为此，帽6需构成为具有如上所述的基本为半球形的内外表面，并具有较小的厚度。但是，如图4所示，帽6也可以基本为半球形，但具有一基本为抛物线形的截面且具有大致是平的底面。

还有，光导帽6可具有一沉积在其基本上呈半球形的内外表面至少一面上的层10，以提高如图5（a）、5（b）或5（c）中所示的光导帽6内的光反射（虽然层10未涂在观察孔7和端面6a上）。层10为具有低折射率的涂层。或者它可以是一种汽化沉积的金属层。图5（a）中，层10只敷在光导帽6的内表面上，图5（b）中，只敷在外表面上，而图5（c）中，它敷在内外表面上。

垂直光束即垂直投射的光线Bb与水平光线Ba一同产生，并自观察孔7的内周表面作为照明光发射出去，同时，如图6所示那样可更有效地加以利用。在此，采用了一中空反射部件11，它是一个带有一较小直径的向外延伸的拉长的中空部分12的物体，部件11有一反射面13，它的截面在物体与中空部分12之间基本上呈抛物线形。中空部分12的前端有一个孔。中空反射部件11的末端部分位于光导帽6的观察孔7内，中空部分12的孔对着与样品的观察部位相邻的光导帽6的相邻部分，这样的结构就使在光导帽6内散射的垂直光Bb被反射在反射面13上，从而被引导至观察孔7用于照明。

为了更有效地产生垂直光Bb，可采用图7所示的结构。这里，光纤8a在内外两环结构间排列，并且各环状结构上的光纤是紧密接触而固定的。光纤8a因而被分成两部分，其端部被嵌入内外两固定环9和9a中，环9和9a可以是同心的，两者或者相接触，或者相隔一定距离。这样，外固定环9如图1所示直接对着光导帽6的环状端面6a，而内固定环9a则置于外固定环9的内部。外环9用来将光线引入光导帽6的壁上，从而在观察孔7处产生水平光线Ba，而内环9a的作用是在光导帽6中产生垂直光Bb。

下面将叙述所述实施例的照明光导装置的工作方式。

如图3所示，具有位于光导体1的透镜管2前端的观察孔7的光导帽6的外表面，与样品A的观察部位的表面A′相对紧接。来自光源的照明光线从光纤8a通过环状端面6a引入光导帽6，一部分光束将在帽6的外表面和内表面间来回反射，最后在观察孔7处聚集。接着，聚集的光束从观察孔内周表面以水平光Ba的形式发射出来。

与此同时，照明光的一部分Bd自帽6的外表面散发出来，同时光线Bb自帽6的环状端面6a和固定在固定环9上的光纤8a之间的相邻处，或自帽6里面的任何可能的界面，或帽6本身散发出来，从而以垂直光形式进行照射。这样就使样品 A的相邻表面A′照明符合需要。在这种情况下，当样品为光-渗透型时，引入样品A的光便自样品A的内部照亮相邻表面A′，且照明光的各部分比例达到合适的平衡。

当样品A的相对表面A′被适当照明时，相邻表面A′的一个清楚放大的图象便通过光学放大系统3在图像摄取部件4的光接收面上形成。如此形成的放大图象可显示在与图象摄取部件4相连的电视监视器的屏幕上。

在所述的实施例中，光导帽6基本上为半球形状，因而便可消除由于A′部分的结构而不能令人满意地获得光导帽6与样品A的观察部位A′的接触的任何可能性。而且这样的结构使观察部位A′上的任何可能的细微凹陷部分都能清楚地被照明。

Claims (8)

1、一种具有照明光导装置的图象放大和摄取系统，包括：一透镜管(2)；一光学放大系统(3)，位于所述透镜(2)内；一图象摄取元件(4)位于透镜管(2)的最近即后端，用于将通过所述光学系统(3)获得的光学图象转换成电信号，和一光导端部件，置于透镜(2)的末端即前端；其特征在于：所述端部件为一由透明材料制成的光导帽(6)，其形状基本为半球形，并在所述帽(6)的中心部位有一观察孔(7)，照明光由一照明系统通过一环状端面(6a)引入所述帽(6)中。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于所述照明系统包括一光源和多根光纤，光纤的端表面被嵌入一环状固定环（9）中，并相互紧密接触，所述固定环（9）置于帽（6）的环状端面（6a）上。

3、如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光导帽（6）具有观察孔（7）和环状端面（6a），并且在帽（6）的内表面和/7或外表面上，有低折射率的材料层（10）。

4、如权利要求3所述的系统，其特征在于低折射率的材料层（10）为一涂层或一由汽化沉积的金属层。

5、如上述任一权利要求所述的系统，其特征在于：具有一中空反射部件（11），它包括一中空部分（12），该中空部分（12）在其较低部位具有一基本为凸出形状的反射表面（13），所述中空部分（12）的末端有一孔，所述反射部件（11）位于观察孔（7）内，所述中空部分（12）的孔面对着置于光导帽（6）前面的样品的相邻部位。

6、如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述光纤（8a）被排列成内外环状结构，各环状结构的所述光纤（8a）的端部相互紧密接触，并被分别嵌入内外固定不（9a，9）中;所述外固定环（9）置于光导帽（6）的环状端面（6a）上，而所述内固定环（9a）位于外固定环（9）的内部。

7、如权利要求1所述的系统，其特征在于所述光导帽（6）具有一较平的基底，且在基底的中心有一观察孔（7）。

8、如权利要求7所述的系统，其特征在于所述较平的基底构成基本为抛物线形状的一部分。

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