CN103006171A - 光源装置和内窥镜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光源装置和具有光源装置的内窥镜装置。该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节部，该光圈叶片固定在旋转轴的一端，所述旋转轴与所述光束垂直设置，所述光圈叶片所在平面与旋转轴共面，可以在旋转轴的带动下以旋转轴为中心旋转，旋转轴的另一端与驱动电机相连，通过驱动电机驱使旋转轴旋转。本发明光圈叶片所在平面与旋转轴共面的设计，使得光圈叶片和旋转轴在转动时保持较小的转动惯量，从而使驱动电机的响应时间较短，提高光亮调节部的反应灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及用于医用内窥镜装置的光源装置，具体涉及具备利用光圈叶片来限制来自光源的光束的光亮调节部的光源装置，及具有该光源装置的内窥镜装置。
背景技术
在使用内窥镜装置检查体内脏器时，需要将内窥镜的插入部插入体内，而内窥镜在人体内需要使用光导管引导来自光源装置的光对被检查部位进行照明，并获取反射光通过图像处理器进行信号处理，在监视器上生成图像。由于内窥镜插入部前端与被检查部位的距离是变化的，导致反射回来的光量强度也相应变化，引起图像质量变化。因此需要能够改变来自光源装置的光量为希望的光量。
另外，使用内窥镜装置时，在内窥镜插入过程中，也需要观察图像。在插入过程中，若以恒定的光量照射前方，反射回来的光量会急剧变化，使图像难以识别。因此希望获得一种能快速自动调节光量，使图像亮度保持稳定的光源装置。
现有的内窥镜光源装置光量调节部的光圈叶片以旋转轴为中心在与旋转轴垂直的平面内旋转，并且重心相对于旋转轴的中心轴偏心，该旋转轴平行于光束方向，光圈旋转平面垂直于光束方向，光圈叶片旋转到不同位置时，对应的遮蔽的光束面积也变化。
参照图1，为现有技术方案中光源装置的光量调节部从光束行进方向观察的光圈叶片的正视图。现有方案的光量调节部1的旋转轴2平行于光束3的方向，由于光源装置的光束需要通过光学透镜等光学装置来改变其传播路径，使光束成为需要的形态，为避开光学装置，旋转轴2需要远离光束中心，而光圈叶片4的旋转臂41也需要随之加长，从而导致光圈叶片4的转动惯量变大，影响驱动电机的响应时间，也即是光量调节部的反应速度变低；另外由于光圈叶片4的重心与转轴距离变大，使光圈叶片4的重力矩变得不可忽略，驱动电机在驱动过程中还需要考虑光圈叶片4的重力矩影响，使驱动电机的控制系统更复杂。
发明内容
为解决现有技术中光圈叶片转动力矩较大，使得光量调节部反应速度较慢，以及驱动电机控制系统复杂的问题，本发明提供了一种光源装置，该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节部，该光圈叶片固定在旋转轴的一端，所述旋转轴与所述光束垂直设置，所述光圈叶片所在平面与旋转轴共面，可以在旋转轴的带动下以旋转轴为中心旋转，旋转轴的另一端与驱动电机相连，通过驱动电机驱使旋转轴旋转。
进一步，所述光圈叶片的质心可以相对于所述旋转轴的中心偏心，也可以落在所述旋转轴的中心上。
进一步，所述光圈叶片的形状是能完全遮盖所述光束的方形或圆形。
进一步，所述光圈叶片的下沿有缺口，所述缺口的边缘为以光圈叶片下沿中点为中心向光圈叶片下沿两端延伸的的弧形，所述弧形为能使得光圈叶片旋转时光量呈均匀变化的函数曲线。
本发明还提供一种使用了上述光源装置的内窥镜装置。
本发明的有益效果是，使得光圈叶片和旋转轴在转动时保持较小的转动惯量，从而使驱动电机保持较短的响应时间，提高光亮调节部的反应灵敏度。
附图说明
图1是现有技术的光源装置中沿光束行进方向观察的光圈叶片的正视图。
图2A是本发明光源装置第一实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示全闭状态。
图2B是本发明光源装置第一实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示部分关闭状态。
图2C是本发明光源装置第一实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示全开状态。
图3是本发明光源装置第二实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示全闭状态。
图4是本发明光源装置第三实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示全闭状态。
图5是本发明光源装置第四实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，表示全闭状态。
具体实施方式
参照图2A、2B、2C，为本发明第一实施方案的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图。本发明第一实施例的光源装置具有光源以及使用光圈叶片201来限制来自光源的光束202的光量调节部，该光圈叶片201固定在旋转轴203的一端，旋转轴203与光束202垂直设置，所述光圈叶片201所在平面与旋转轴203共面，可以在旋转轴203的带动下以旋转轴203为中心旋转，旋转轴203的另一端与驱动电机（图未示出）相连，通过驱动电机驱使旋转轴旋转。
光量调节部通过绕旋转轴203中心旋转的光圈叶片201来限制光束202的光量。光圈叶片201的形状为四角为圆角的方形，其大小以能完全遮挡光束为基准。将光圈叶片201遮挡光束202的状态称为光圈叶片201的关闭状态，光圈叶片201通过光束202的状态称为光圈叶片201的打开状态。光束202的光量随光圈叶片201的旋转角θ变化而变化。图2A是沿光束行进方向观察的本实施例的光量调节部的光圈叶片201处于全闭状态的正视及左视图。图2B是部分关闭状态，图2C是全开状态。
如图2A所示，本实施例光量调节部的光圈叶片201跟随旋转轴203，绕旋转轴203的中心旋转，旋转轴203的另一端连接驱动电机。
旋转轴203的转动惯量：
J1=1/2·m1·R2
其中，m1为旋转轴203的质量，如图2A所示，R为旋转轴203的半径。
光圈叶片201绕旋转轴203转动，其转动惯量：
J2 =1/12·m2·（a2+b2）+ m2·l2
其中，m2为光圈叶片201的质量，如图2A所示，a为光圈叶片201的厚度，b为光圈叶片201垂直于旋转轴203方向的长度，l为光圈叶片203的转臂长度。
光圈叶片201与旋转轴203的转动惯量之和：
J=J1+J2
驱动电机的响应时间：
τ=τm·（1+J/Jm）
其中τm为驱动电机机械时间常数，Jm为驱动电机转子惯量。
由以上等式可知，驱动电机响应时间τ受光圈叶片转臂l即光圈叶片质心204到转轴中心的距离的影响较大。本实施例为使驱动电机远离光束202所在的光学装置，通过加长旋转轴203的长度L来实现，因为光圈叶片201的转臂l没有改变，所以其转动惯量J2可以保持较小；另外由于旋转轴的半径R较小，长度L加长之后，其转动惯量J1依然较小，因此光圈叶片201与旋转轴203的转动惯量之和J也会保持较小（小于驱动电机的转子惯量），电机的响应时间τ也会大幅度降低，从而有效提高光量调节部反应速度。而对比现有技术，如图1所示的方案，为使驱动电机远离光束所在的光学装置，光圈叶片4的转臂l必需加长，导致光圈叶片4的转动惯量大大增加（几倍于驱动电机转子惯量），从而使电机响应时间τ大大增加，降低了光量调节速度。
图2A至2C所示的第一实施例的光圈叶片，因为其质心相对于旋转轴203的中心轴偏心，在转动过程中仍存在重力矩，且重力矩的大小随θ角的变化而变化，如果要使光圈叶片的转动趋于匀速，则需要电机的驱动控制即时纠正重力矩变化所带来的影响，仍然导致驱动电机的控制系统相对复杂。
参照图3，为本发明光源装置第二实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图，在光圈叶片201相对于旋转轴203对称的另一端增加配重物301，使光圈叶片201的质心处于旋转轴203中心上，由于光圈叶片201的转动惯量很小，增加配重之后，对驱动电机的响应时间影响并不大，但是由于光圈叶片201的质心处于旋转轴203中心，转动过程中，驱动电机不受重力矩影响，驱动电机的控制系统可以简单地控制电机匀速转动。
参照图4，为本发明光源装置第三实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图。与第一实施例的区别在于，在光圈叶片201的下沿有缺口，所述缺口的边缘为以光圈叶片201下沿中点为中心向光圈叶片下沿两端延伸的弧形，所述弧形为能使得光圈叶片201旋转时光量呈均匀变化的函数曲线，例如正弦函数曲线。由于光圈叶片201下沿为直线时，光圈叶片201在转动的过程中通过的光束的光量呈正弦函数变化，因此，光圈叶片201下沿呈上述形状的缺口设计可以纠正转动过程中光量随光圈叶片201偏转角的变化关系，使其接近线性变化，从而使光量变化更均匀。
参照图5，为本发明光源装置第四实施例的沿光束行进方向观察的光量调节部的光圈叶片的正视图及左视图。与第一实施例的区别在于，光圈叶片201的形状为能完全覆盖光束202的圆形，这样可以尽量减少光圈叶片201的面积，以减轻光圈叶片201的重量，提高驱动电机的响应速度。
本发明还提供一种内窥镜装置，所述内窥镜装置具有本发明所述的光源装置，所述光源装置使用透镜等光学系统，使来自光源的光形成光束，并经光导管将其引导至插入部前端。所述光束通过光导管引导之前，由本发明所述的光源装置的光量调节部来调节光束的光量。
以上对本发明实施例所提供的光源装置及内窥镜装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光源装置，该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节部，该光圈叶片固定在旋转轴的一端，可以在旋转轴的带动下以旋转轴为中心旋转，旋转轴的另一端与驱动电机相连，通过驱动电机驱使旋转轴旋转，其特征在于，所述旋转轴与所述光束垂直设置，所述光圈叶片所在的平面与所述旋转轴共面。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光圈叶片的质心相对于所述旋转轴的中心轴偏心。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光圈叶片的质心落在所述旋转轴的中心轴上。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光圈叶片的形状是能完全遮盖所述光束的方形或圆形。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光圈叶片的下沿有缺口，所述缺口的边缘为以光圈叶片下沿中点为中心向光圈叶片下沿两端延伸的弧形，所述弧形为能使得光圈叶片旋转时光量呈均匀变化的函数曲线。
6.一种内窥镜装置，具有光源装置，该光源装置具有光源以及使用光圈叶片来限制来自光源的光束的光量调节部，该光圈叶片固定在旋转轴的一端，可以在旋转轴的带动下以旋转轴为中心旋转，旋转轴的另一端与驱动电机相连，通过驱动电机驱使旋转轴旋转，其特征在于，所述旋转轴与所述光束垂直设置，所述光圈叶片所在的平面与旋转轴共面。
7.根据权利要求6所述的内窥镜装置，其特征在于，所述光圈叶片的质心相对于所述旋转轴的中心轴偏心。
8.根据权利要求6所述的内窥镜装置，其特征在于，所述光圈叶片的质心落在所述旋转轴的中心轴上。
9.根据权利要求6所述的内窥镜装置，其特征在于，所述光圈叶片的形状为能完全遮盖所述光束的方形或圆形。
10.根据权利要求6所述的内窥镜装置，其特征在于，所述光圈叶片的下沿有缺口，所述缺口的边缘为以光圈叶片下沿中点为中心向光圈叶片下沿两端延伸的弧形，所述弧形为能使得光圈叶片旋转时光量呈均匀变化的函数曲线。
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