自适应冷光源 【技术领域】
本发明涉及一种医疗设备的相关技术领域，具体地说是一种能够在使用过程中的医用自适应冷光源。
背景技术
众所周知，目前，国内外医疗器械中内窥镜使用的冷光源大多是采用灯泡型灯光，经冷却、聚焦后通过光纤传输到内窥镜内部，其中灯泡的类型主要分以下的4种类型：卤素灯泡型、氙灯型、金卤灯型、短弧灯，其功率最小的是短弧灯，前三种功率100W～350W。上述灯泡光源都存在一些缺点：功率大、发热大、寿命短。另外。现有医用冷光源在灯泡点亮后会聚焦在一个范围内，亮度很高，经连接器连接到光纤传输至器械，高亮度的光束会对周围对光敏感的物质产生潜在的危害。目前市场上的冷光源还没有解决好输出光强与照物吸热引发的各种安全隐患(着火、伤害患者、刺眼等)的矛盾。尽管都有光强调节功能，但大多数情况医生会将光源输出强度调至最大，导致的后果是有时候医务人员将导光束从窥镜上拿下，随处扔在某处而忘了关光源，若出光处有易燃物如黑色棉布类，则因为对光的吸收很容易发生着火事件。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理，操作、使用方便，节能、安全，通过检测所引入的视频信号亮度的变化情况自动调节光强输出，避免高亮度光源对其他物体产生危害的自适应冷光源。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种自适应冷光源，其由机箱、电源电路板、灯泡、导光束连接器、控制电路、冷却风扇、马达、遮光片、视频输入端子组成，机箱接入220V交流电源并连接到电源电路板，电源电路板将220V交流电转化为灯泡工作所需的直流电，经控制电路进行控制，送至灯泡两极点亮灯泡，其特征是：将视频信号接入控制电路中，视频信号经过视频放大电路放大、模数变换、再经CPU进行分析处理后取其最大值，并以该值通过马达调光电路控制马达带动遮光片转动不同的角度，实现对输出光不遮挡、部分遮挡、全遮挡来控制输出的光强，对输出光强进行自适应调节。以达到摄像机所需要照度的自适应目的，为摄像机被摄物提供所需的照度。
本发明将视频信号引入视频放大电路中，通过检测所引入的视频信号亮度部分电压幅度的变化情况，来自动调节光强输出。视频放大电路由R32、C20、R36、C21、运算放大器A、R37、C23、运算放大器B、二极管D11、D12、C24、R38、R39组成，视频信号video in与电阻R32相连，视频信号经电阻R32、电容C20进行隔直，再经具有负反馈回路的运算放大器A进行放大，再经具有负反馈回路的运算放大器B进行二级放大，再经二极管D11、D12及电容C24、电阻R39形成与输入的视频信号强度成正比的电压值，送CPU(ADI)端进行A/D变换，从而得到所需的与输入视频信号亮度值成正比的数值VS。如图3所示。
本发明所说的CPU具有A/D模数变换功能，携带有视频电压振幅信号的ADI端连接至CPU的引脚为A/D变换的输入端，CPU不间断地检测分析VS值并以此来控制马达调节光强输出。
本发明所说的马达调光电路通过CPU的控制引脚(MOT+、MOT-)经电阻R24、R30连接至三极管Q2、Q4的基极，Q2、Q4的集电极又分别通过电阻R23、R28连接至三极管Q1、Q3的基极，三极管Q1、Q3的发射极与电源(+12V)连接，三极管Q1、Q3的集电极通过二极管D10、D12及电阻R15连接至马达电位器M1，三极管Q5、Q6分别并接一只二极管D11、D13，并与马达电位器M及电阻R15相连，马达转动时，带动电位器的中心抽头联动，中心抽头与CPU的具有A/D功能的引脚(18脚)相连，经CPU中的A/D变换所得的值(VL)与电位器的值相对应，其VL值总与自适应冷光源输出的光强相对应；马达转动时带动遮光片同步运动，通过遮挡部分光线方式实现输出光强调节。在CPU的控制下，马达总是带动遮光片在某个位置做微小的摆动，以产生微小变化但又不影响正常摄像的光强输出，为CPU判断摄像机是否正常使用提供条件。
本发明采用上述技术方案，通过引入视频信号，并将视频信号经过放大、模数变换送CPU处理，CPU进行分析处理后取其最大值，对其进行调节光强，通过自动调节输出光强来检测所引入的视频信号亮度部分的变化情况，来自动调节光强输出。对照现有技术，本发明的有益效果是，(1)、自动调节强光输出，不会引发着火，大幅度降低安全风险：当光源有强光输出，但又没有接入窥镜，或没有正常摄像，则CPU通过调节光源输出强度，并分析获得的视频数据，则没有变化，处于门限值以下，则CPU自动将光输出强度调至最低，十分安全。(2)、正常使用，输出较低光强，以维持摄像机所需最佳亮度，可减少窥镜前端发热：事实上，摄像机具有自动增益控制功能，当光线较强，摄像机减小增益，当光线较暗，摄像机增益提高，以获得具有稳定亮度的视频。但当光线太强，或光线太暗，超出摄像机增益调节范围，就会出现亮斑或图像太暗并噪音加重，大多数情况，医生使用不需要太强的光，因而通过CPU根据检测的视频信号数据适当降低光源地输出强度，摄像机仍可获得不变的图像质量，也就是说，在不影响成像质量的前提下，将光源光强调节至合适的状态，可有效降低窥镜前端的温升。(3)、根据医生的喜好，设定所获得的图像亮度：光源内设有寄存器，以储存相关的亮度值，满足不同医生的需求。实现医用冷光源的安全、节能、高寿命。其适用于医疗设备照明，如各种诊断仪、内窥镜成像等照明。
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步地描述：
图1是本发明的组成结构示意图。
图2是本发明的控制电路原理图。
图3是本发明视频放大电路原理图。
图4是本发明马达调光电路原理图。
图中标号是：1.机箱，2.电源电路板，3.灯泡，4.导光束连接器，5.控制电路，6.冷却风扇，7.马达，8.遮光片，9.视频输入端子。
【具体实施方式】
从图1中可看出，一种医用节能安全冷光源，其由机箱1、电源电路板2、灯泡3、导光束连接器4、控制电路5、冷却风扇6、马达7、遮光片8、视频输入端子9等组成。所述机箱1是所有组成部件的载体，将220V交流电源连接到电源电路板2，经电源电路板2将220V交流市电转化为灯泡3能够正常使用的电压和电流，再流经控制电路5进行控制，再连接至灯泡3点亮；导光束连接器4安装在机箱1中，用来通过光纤和和其它医疗设备连接。冷却风扇6也安装在机箱1上，用来对灯泡等进行冷却。上述组成结构属于已有技术，不再详述。
本发明将视频信号接入控制电路中，控制电路5连接摄像机的视频输出端子9，视频信号经过视频放大电路放大、模数变换、通过CPU对接入的视频信号进行分析，经CPU进行分析处理后取其最大值，并以此值通过马达调光电路控制马达带动遮光片转动不同的角度，实现对输出光不遮挡、部分遮挡、全遮挡来控制输出的光强，对输出光强进行自适应调节，以达到摄像机所需要照度的自适应目的，为摄像机被摄物提供所需的照度。控制电路5连接马达7并在CPU的控制下转动；马达7带动遮光片8调节输出光强。
本发明CPU控制马达的信号来自视频放大电路等。视频放大电路取1/10的来自摄像机的视频信号，经放大、模数变换送CPU处理。由于视频信号的特殊性，CPU要对获得的数据进行分析处理，取其最大值。CPU通过马达改变光源光强时，正常使用情况，也就是窥镜前端存在被摄物体，则摄像机获得的照度也相应增大或减小，表现在摄像机通过视频线输出的视频信号的亮度(灰度)部分对应的电压幅度也会增大或减小，由此CPU取得的视频数据VS也相应变大或变小；如果非正常使用而闲置，则窥镜前方没有被摄物、或者导光束未连接窥镜、或摄像主机关闭，则摄像机获得的照度基本没有变化，相应的摄像机输出的视频信号亮度(灰度)的电压幅度也没有较大变化，则CPU取得的视频数据VS变化微小。于是CPU就可以此判定光源是否需要提供足够的照度，并由此调节光强。
如图2、图3所示，本发明将视频信号引入光源控制电路中，通过检测所引入的视频信号亮度部分电压幅度的变化情况，来自动调节光强输出。所述的视频放大电路由R32、C20、R36、C21、运算放大器A、R37、C23、运算放大器B、二极管D11、D12、C24、R38、R39组成，视频信号video-in与电阻R32相连，视频信号经电阻R32、电容C20进行隔直，再经具有负反馈回路的运算放大器A进行放大，再经具有负反馈回路的运算放大器B进行二级放大，再经二极管D11、D12及电容C24、电阻R39形成与输入的视频信号强度成正比的电压值，送CPU(ADI)端进行A/D变换，从而得到所需的与输入视频信号亮度值成正比的数值VS。本发明所说的CPU具有A/D模数变换功能，携带有视频电压振幅信号的ADI端连接至CPU的引脚为A/D变换的输入端，CPU不间断地检测分析VS值并以此来控制马达调节光强输出。
如图2、图4所示。本发明所说的马达调光电路通过CPU的控制引脚(MOT+、MOT-)经电阻R24、R30连接至三极管Q2、Q4的基极，Q2、Q4的集电极又分别通过电阻R23、R28连接至三极管Q1、Q3的基极，三极管Q1、Q3的发射极与电源(+12V)连接，三极管Q1、Q3的集电极通过二极管D10、D12及电阻R15连接至马达电位器M1，三极管Q5、Q6分别并接一只二极管D11、D13，并与马达电位器M及电阻R15相连，转动时，带动电位器的中心抽头联动，中心抽头与CPU的具有A/D功能的引脚(18脚)相连，经CPU中的A/D变换所得的值(VL)与电位器的值相对应，其VL值总与自适应冷光源输出的光强相对应；马达转动时带动遮光片同步运动，通过遮挡部分光线方式实现输出光强调节。在CPU的控制下，马达总是带动遮光片在某个位置做微小的摆动，以产生微小变化但又不影响正常摄像的光强输出，为CPU判断摄像机是否正常使用提供条件。
本发明所述的马达调光电路可以使用一种带有A/D变换的CPU，也可以单独使用一片专用的A/D变换集成电路与没有A/D功能的CPU组合。
本发明控制电路工作原理：视频信号video经R32、C20、运放A的2脚送入运放A进行放大，并从1脚输出，再经R37、C33、运放B放大，由7脚输出，经D11、D12、C24、R39进入CPU的AD1(19脚)端进行A/D变换。视频的灰度值越大，则对应CPU19脚的信号幅度越大，经A/D变换得到的值(VS)就大；反之，视频灰度值小，VS值就小。光强控制电路由CPU的1、2脚，对应MOT+、MOT-，输出的高低电平通过R1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、R15、马达M1组成的电路使得马达M1发生正向和反向转动，并带动一个遮光片控制光强的输出，而与之连动的电位器RE的电阻值随之变化。当MOT+为高电平，MOT-为低电平时，马达正转带动遮光片转动，遮挡较少的光线，输出光增强，与此同时电位器对地端的阻值增大，经CPU的18脚进行A/D变换后数值(VL)变大；反之，当MOT+为低电平，MOT-为高电平，经CPU18脚A/D变换后，VL值就减小。
本发明工作过程是：CPU首先置MOT+为高电平、MOT-为低电平，使得光源输出加强，接着CPU分析获得的视频经A/D后的VS值，若VS也随之增大，证明被摄像目标位于正常的近场成像状态，这期间当VS值变小，就使输出光加强，当VS值变大，就减小输出光强，从而实现光源与摄像所需照度自适应的目的。
当CPU控制光强输出增大，若VS值没有变化或变化很小，在阈值之内，说明导光束未接入内窥镜，或整个系统未进入正常的使用状态，即没有近场成像，也就是光源输出变化了，而摄像机未获得相应的照度，这时可将光源输出维持在低光强状态，以提高安全性；即使是在低光强输出状态下，CPU仍然在不断小范围改变光强输出，并循环检测VS值，一旦VS值有了较大变化，证明摄像机与内窥镜进入了正常工作状态，也就是窥镜近场有了被摄物，VS值随图像灰度值变大，这时在CPU控制下光源输出值也迅速增大，使整个系统进入正常工作状态。