專利名稱：消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置，特別是一種通過電視監(jiān)視系統(tǒng)對激光作用過程進行觀察時，消隱激光與物質(zhì)作用所產(chǎn)生的高亮度光噪聲。
背景技術(shù)：
激光是指受激輻射產(chǎn)生的光放大，它具有高亮度、方向性好、單色性等特點，且易于將其聚焦到一點上，并在焦點處獲得極高的功率密度或能量密度。當(dāng)激光作用在金屬物質(zhì)上時，會使其熔化、甚至汽化作用在非金屬物質(zhì)上時，會使其碳化、燃燒甚至汽化；作用于動物組織時，會使其凝固、碳化甚至汽化。因此激光廣泛應(yīng)用于材料加工中，對被加工物體進行打孔、切割、焊接、熱處理等；同樣也廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)中，對肌體組織進行凝固、碳化或汽化，使組織消融或切割而達到治療的目的。有些波長的激光還可以用光導(dǎo)纖維傳輸，將激光導(dǎo)入物體內(nèi)腔進行加工。
但是在觀察激光與物質(zhì)相互作用過程時遇到兩個問題，一是激光很強，如果又是可見光波段的激光，眼睛被強激光的散射光照射就看不清其他物體。這一問題比較好解決，因為每種激光為單一波長，只要用眼鏡濾掉就可以了，同時激光防護也要求佩戴濾除該波長激光的防護眼鏡。另一個問題是強激光與物質(zhì)相互作用時，會使局部物質(zhì)溫度迅速升高產(chǎn)生燃燒而發(fā)出強光，尤其在脈沖激光時，焦點處甚至?xí)a(chǎn)生爆炸和很強的火花，也會使眼睛看不清作用點的情況和作用過程。燃燒和爆炸發(fā)出強光的譜線很寬，如果要濾掉它就需要佩戴高密度的黑眼鏡，那么在濾掉強光時也就看不見其他任何東西了。上述激光作用過程雖然都是用眼睛觀察的，當(dāng)用攝像機觀察時，也會遇到同樣的問題，單一波長的激光很容易濾掉，而激光與物質(zhì)相互作用時發(fā)出的譜線很寬的強光就很難濾掉了，因此現(xiàn)有的技術(shù)還無法消除激光作用過程中的高亮度的光噪聲。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對在使用電視監(jiān)示系統(tǒng)觀察脈沖激光與物質(zhì)相互作用過程時，現(xiàn)有技術(shù)中無法消隱激光作用過程中產(chǎn)生高亮度光噪聲的缺陷，提供一種消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置，消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置，能夠克服上述缺陷，從而可以清晰地觀察激光作用過程。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種消隱激光作用過程的信號處理裝置，由將攝像機電子快門脈沖信號進行反相的反相器、積分器、幅度比較器和基準電壓發(fā)生器相互連接構(gòu)成；其中，所述反相器的輸入接所述攝像機的電子快門脈沖信號，所述反相器的輸出為積分器的輸入，所述積分器輸出接幅度比較器，所述幅度比較器的另一輸入為基準電壓發(fā)生器的輸出。
本實用新型還提供了一種消隱激光作用過程的觀察裝置，包括用于拍攝激光與物質(zhì)作用過程的攝像機，以及與該攝像機連接的監(jiān)視器；所述攝像機的電子快門信號經(jīng)過一消隱激光作用過程的信號處理裝置處理后輸出到一激光設(shè)備的控制輸入端；所述消隱激光作用過程的信號處理裝置由將攝像機電子快門脈沖信號進行反相的反相器、積分器、幅度比較器和基準電壓發(fā)生器相互連接構(gòu)成；其中，所述反相器的輸入接所述攝像機的電子快門脈沖信號，所述反相器的輸出為積分器的輸入，所述積分器輸出接幅度比較器，所述幅度比較器的另一輸入為基準電壓發(fā)生器的輸出。
所述攝像機中具有電子快門，其工作原理如下通過控制每個像素的電荷積累時間，來控制入射光在攝像機CCD芯片上的作用時間來實現(xiàn)電子快門，即在電視屏幕顯示的每一場內(nèi)只將某一段時間產(chǎn)生的電荷作為圖像信號輸出，而將其余時間產(chǎn)生的電荷排放掉，不予使用，這樣就縮短了存儲電荷的時間，相當(dāng)于縮短了光線照射在芯片上的時間，如同加了快門一樣。
當(dāng)攝像機工作時，產(chǎn)生電子快門脈沖信號并在CCD芯片上累積電荷量，二者與所述電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系分別如圖6中(6-a)和圖6中(6-b)所示。圖6為本實用新型中各參量的時序變化示意圖，圖6中(6-a)為攝像機內(nèi)的電子快門脈沖信號與電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系示意圖，圖6中(6-b)為攝像機CCD芯片的電荷積累量與電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系示意圖。所述電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間每場為1/50s，分為快門脈沖輸出時間t1和快門脈沖停止時間t2兩部分，分別對應(yīng)快門的關(guān)閉時間和快門的開啟時間。在快門脈沖輸出的t1時間內(nèi)，所述攝像機CCD芯片上積累的電荷都排放掉，而在快門脈沖停止即快門打開的t2時間內(nèi)，CCD芯片對光積分，激光與物質(zhì)的相互作用被CCD記錄并且轉(zhuǎn)換為圖像在屏幕上顯示。電子快門的速度可在1/50s～1/100000s變化。如果利用電子快門關(guān)閉的t1時間輸出激光，那么激光以及激光與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的強光都不會在電視監(jiān)視屏上出現(xiàn)。
因此，本實用新型在使用攝像機和電視監(jiān)視器觀察激光與物質(zhì)相互作用過程時，例如在激光材料加工和激光醫(yī)療等各種激光與物質(zhì)相互作用的場合，可消除激光以及激光與物質(zhì)作用時產(chǎn)生的高亮度光噪聲的干擾，從而可以清晰地觀察激光作用過程。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖1為本實用新型消隱激光作用過程的信號處理裝置實施例1的示意圖；
圖2為本實用新型消隱激光作用過程的信號處理裝置實施例2的示意圖；圖3為本實用新型消隱激光作用過程的觀察裝置的實施例3的示意圖；圖4為本實用新型消隱激光作用過程的觀察裝置的實施例4的示意圖；圖5為本實用新型消隱激光作用過程的觀察裝置的實施例5的示意圖；圖6為本實用新型中各參量的時序變化示意圖。
附圖標(biāo)記說明1-CCD攝像機2-消隱激光作用過程的信號處理裝置3-激光輸出控制器 4-激光器5-電視監(jiān)視器 6-視頻信號亮度補償器7-照明光源 21-開關(guān)信號調(diào)節(jié)器A-反相器 B-積分器C-基準電壓發(fā)生器 D-幅度比較器E-單片微處理器具體實施方式
實施例1如圖1所示，為本實用新型消隱激光作用過程的信號處理裝置的一個實施例示意圖。將電子快門脈沖信號通過反相器A反相，反相后的電子快門脈沖信號波形如圖6中(6-c)所示。圖6為本實用新型中各參量的時序變化圖，圖6中(6-c)為消隱激光作用過程的信號處理裝置中的反相電子快門脈沖信號與電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系示意圖，其橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是反相快門脈沖信號；反相后的電子快門脈沖信號通過積分器B對反相快門脈沖電壓進行積分，積分器B具有脈沖下降沿清零輸出電壓的功能，積分器B輸出電壓波形如圖6中(6-d)所示，為消隱激光作用過程的信號處理裝置中的反相電子快門脈沖信號積分電壓與電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系示意圖，其縱坐標(biāo)為電壓值?；鶞孰妷喊l(fā)生器C發(fā)生基準電壓，設(shè)定基準電壓略大于快門關(guān)閉時間內(nèi)積分器輸出電壓的最高值。積分器B輸出電壓與基準電壓通過幅度比較器進行比較，大于基準電壓時比較器輸出低電平，小于基準電壓時比較器輸出高電平。幅度比較器D的輸出即形成如圖6中(6-e)所示，為消隱激光作用過程的信號處理裝置中輸出的包絡(luò)信號與電視監(jiān)視器的屏幕顯示時間的關(guān)系示意圖，其縱坐標(biāo)為電壓值，即控制激光發(fā)射的控制信號，并發(fā)送給激光輸出控制器3。
實施例2本實施例與實施例1的不同之處是在實施例1的基礎(chǔ)上增加了一單片微處理器E(即開關(guān)信號調(diào)節(jié)21)。如圖2所示，包絡(luò)脈沖信號和電子快門脈沖信號通過單片微處理器E進行處理，在第一場時，單片微處理器E的計數(shù)器計數(shù)電子快門脈沖信號，定義電子快門脈沖在每場內(nèi)的脈沖數(shù)，從1到N+1。電子快門脈沖的頻率是f，根據(jù)激光與物質(zhì)相互作用的光噪聲對圖像采集的影響時間來確定壓縮時間t′，電子快門在每場內(nèi)的脈沖數(shù)減去壓縮時間對應(yīng)的脈沖數(shù)即得到壓縮后的脈沖數(shù)N′，公式如下N＇＝(N+1)-t′f當(dāng)t′f是小數(shù)時，t′f的值取其整數(shù)部分加1。第一場時只計算N′值，激光器不工作，單片微處理器E保留N′值，以后每場時，單片微處理器E檢測到包絡(luò)信號的上升沿的同時將輸出電平即壓縮后的包絡(luò)電平置高，當(dāng)單片微處理器E檢測到N′個快門脈沖時置低輸出信號，即得到了壓縮脈寬后的包絡(luò)信號。該控制信號確保了激光與物質(zhì)相互作用過程產(chǎn)生的光噪聲在電子快門開啟前結(jié)束。如果激光器4原來輸出為連續(xù)激光，經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器21壓縮脈寬后控制的激光輸出就變成如圖6中(6-g)所示的波形，為激光器為連續(xù)激光時經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器調(diào)制后的激光輸出波形，其縱坐標(biāo)為輸出功率；如果激光器4原來輸出為脈沖激光，經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器21壓縮脈寬后控制的激光輸出就變成如圖6中(6-h)所示的波形，為激光器為脈沖激光時經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器調(diào)制后的激光輸出波形，其縱坐標(biāo)為輸出能量值，其固有的激光脈沖重復(fù)頻率不變，只是脈沖激光輸出在電子快門打開前被停止。
實施例3如圖3所示，為本實用新型消隱激光作用過程的觀察裝置的一個實施例示意圖。其中CCD攝像機1對激光與物質(zhì)相互作用過程進行拍攝，并將拍攝到的畫面?zhèn)鹘o電視監(jiān)視器5，連接于攝像機1的消隱激光作用過程的信號處理裝置2從攝像機1中取出電子快門脈沖信號并加以處理。將電子快門脈沖信號通過反相器A反相，反相后的電子快門脈沖信號波形如圖6中(6-c)所示。反相后的電子快門脈沖信號通過積分器對反相快門脈沖電壓進行積分，積分器具有脈沖下降沿清零輸出電壓的功能，積分器輸出電壓波形如圖6中(6-d)所示?；鶞孰妷喊l(fā)生器發(fā)生基準電壓，設(shè)定基準電壓略大于快門關(guān)閉時間內(nèi)積分器輸出電壓的最高值。積分器輸出電壓與基準電壓通過幅度比較器進行比較，大于基準電壓時比較器輸出低電平，小于基準電壓時比較器輸出高電平。幅度比較器的輸出即形成如圖6中(6-e)所示的包絡(luò)信號，即控制激光發(fā)射的控制信號，并發(fā)送給激光輸出控制器3。
激光輸出控制器3根據(jù)該控制信號來控制激光器4的輸出，在電子快門關(guān)閉時打開激光器4輸出激光，在電子快門開啟時關(guān)閉激光器4停止激光的輸出，從而實現(xiàn)了激光作用過程消隱觀察。
實施例4如圖4所示，為本實用新型消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置的另一個實施例示意圖。因為激光與物質(zhì)相互作用過程產(chǎn)生的燃燒或爆炸的火花總是在激光輸出作用于物質(zhì)后才發(fā)生，即滯后于激光且具有一定的發(fā)光壽命。實施例1可以完全地消除激光的光噪聲的影響，也可以消除大量伴隨激光輸出而產(chǎn)生的火花噪聲，但不能消除電子快門即將開啟時激光輸出末端的激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的光噪聲，該火花就會進入電子快門開啟的時間在顯示屏上形成光噪聲。為了解決這一問題就必須根據(jù)火花的發(fā)光壽命長短提前停止激光輸出。
具體實施方法如圖4所示，在消隱激光作用過程的信號處理裝置2和激光輸出控制器3之間增設(shè)一個開關(guān)信號調(diào)節(jié)器21，其功能是根據(jù)火花的發(fā)光壽命長短對消隱激光作用過程的信號處理裝置2輸出的包絡(luò)脈沖信號的寬度進行壓縮處理，壓縮脈寬后的包絡(luò)信號就變?yōu)閷嶋H控制激光輸出的控制信號，如圖6中(6-f)所示。包絡(luò)脈沖信號和電子快門脈沖信號通過單片微處理器E進行處理，在第一場時，微處理器的計數(shù)器計數(shù)電子快門脈沖信號，定義電子快門脈沖在每場內(nèi)的脈沖數(shù)，從1到N+1。電子快門脈沖的頻率是f，根據(jù)激光與物質(zhì)相互作用的光噪聲對圖像采集的影響時間來確定壓縮時間t′，電子快門在每場內(nèi)的脈沖數(shù)減去壓縮時間對應(yīng)的脈沖數(shù)即得到壓縮后的脈沖數(shù)N′，公式如下N＇＝(N+1)-t′f當(dāng)t′f是小數(shù)時，t′f的值取其整數(shù)部分加1。第一場時只計算N′值，激光器不工作，單片微處理計算器保留N′值，以后每場時，單片微處理計算器檢測到包絡(luò)信號的上升沿的同時將輸出電平即壓縮后的包絡(luò)電平置高，當(dāng)單片微處理計算器檢測到N′個快門脈沖時置低輸出信號，即得到了壓縮脈寬后的包絡(luò)信號。該控制信號確保了激光與物質(zhì)相互作用過程產(chǎn)生的光噪聲在電子快門開啟前結(jié)束。如果激光器原來輸出為連續(xù)激光，經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器21壓縮脈寬后控制的激光輸出就變成如圖6中(6-g)所示的波形；如果激光器原來輸出為脈沖激光，經(jīng)開關(guān)信號調(diào)節(jié)器21壓縮脈寬后控制的激光輸出就變成如圖6中(6-h)所示的波形，其固有的激光脈沖重復(fù)頻率不變，只是脈沖激光輸出在電子快門打開前被停止。其它作用過程與實施例3完全相同，不再贅述。
實施例5如圖5所示，為本實用新型消隱激光作用過程的信號處理裝置及觀察裝置的再一個實施例示意圖。在上述實施例中，由于使用了電子快門就產(chǎn)生了兩個問題。一是加入了包絡(luò)信號對激光輸出的控制后，增加了激光停頓的時間，相當(dāng)于降低了激光輸出的平均功率或能量。如果電子快門開啟的時間為1/50s，即相當(dāng)于在每場中電子快門全部時間都打開，此時無激光輸出；如果電子快門開啟的時間為1/100s，即相當(dāng)于電子快門在每場1/50s中有一半的時間打開，那么經(jīng)包絡(luò)信號控制后激光輸出的平均功率或能量就減小了一半；如果電子快門開啟的時間為1/1000s，即相當(dāng)于電子快門在每場1/50s中只有5％的時間打開，那么經(jīng)包絡(luò)信號控制后激光輸出的平均功率或能量就只減小了5％。因此，為了減少對激光輸出平均功率或能量的影響就需要選定較高速度的電子快門，例如電子快門設(shè)定為1/1000s。但是，隨之產(chǎn)生了另一問題，即電子快門開啟時間越短，對激光作用部位的曝光時間越短，激光與物質(zhì)的相互作用過程就看不清楚了，為了解決這一問題就需要增加激光作用部位的照度，即給激光作用部位提供補償照明。
具體實施方法如圖5所示，在攝像機1外連接視頻信號亮度補償器6，視頻信號亮度補償器6又連接照明光源7。所述視頻信號亮度補償器6從攝像機中提取并監(jiān)測視頻信號亮度，隨著視頻信號亮度的增減給照明光源7發(fā)出補償信號，控制照明光源減少或增加照度以自動地滿足因電子快門速度變化所需要的物場照明。當(dāng)使用內(nèi)窺鏡在體腔內(nèi)進行激光手術(shù)時，照明光源7就是冷光源。當(dāng)然，如果電子快門速度經(jīng)選定后不經(jīng)常改變，也可以不用視頻信號亮度補償器6對照明光源7進行自動補償控制，而用手動的辦法調(diào)整物場的照明，以使在電視監(jiān)視屏上獲得合適亮度的圖像即可。其它作用過程與實施例4完全相同，不再贅述。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型請求保護的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種消隱激光作用過程的信號處理裝置，其特征在于由將攝像機電子快門脈沖信號進行反相的反相器、積分器、幅度比較器和基準電壓發(fā)生器相互連接構(gòu)成；其中，所述反相器的輸入接所述攝像機的電子快門脈沖信號，所述反相器的輸出為積分器的輸入，所述積分器輸出接幅度比較器，所述幅度比較器的另一輸入為基準電壓發(fā)生器的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消隱激光作用過程的信號處理裝置，其特征在于還包括用于調(diào)整包絡(luò)脈沖信號寬度的開關(guān)信號調(diào)節(jié)器，所述開關(guān)信號調(diào)節(jié)器的一信號輸入為所述幅度比較器的信號輸出，所述開關(guān)信號調(diào)節(jié)器的另一信號輸入為所述攝像機的電子快門脈沖信號。
3.一種消隱激光作用過程的觀察裝置，包括用于拍攝激光與物質(zhì)作用過程的攝像機，以及與該攝像機連接的監(jiān)視器；其特征在于所述攝像機的電子快門信號經(jīng)過一消隱激光作用過程的信號處理裝置處理后輸出到一激光設(shè)備的控制輸入端；所述消隱激光作用過程的信號處理裝置由將攝像機電子快門脈沖信號進行反相的反相器、積分器、幅度比較器和基準電壓發(fā)生器相互連接構(gòu)成；其中，所述反相器的輸入接所述攝像機的電子快門脈沖信號，所述反相器的輸出為積分器的輸入，所述積分器輸出接幅度比較器，所述幅度比較器的另一輸入為基準電壓發(fā)生器的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消隱激光作用過程的觀察裝置，其特征在于所述消隱激光作用過程的信號處理裝置還包括用于調(diào)整包絡(luò)脈沖信號寬度的開關(guān)信號調(diào)節(jié)器，所述開關(guān)信號調(diào)節(jié)器的一信號輸入為所述幅度比較器的信號輸出，所述開關(guān)信號調(diào)節(jié)器的另一信號輸入為所述攝像機的電子快門脈沖信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的消隱激光作用過程的觀察裝置，其特征在于所述攝像機還與一個視頻信號亮度補償器連接，該視頻信號亮度補償器的輸出端與照明光源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消隱激光作用過程的觀察裝置，其特征在于所述照明光源為普通光源或冷光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的消隱激光作用過程的觀察裝置，其特征在于所述激光設(shè)備由激光器及激光輸出控制器連接構(gòu)成，所述激光輸出控制器的輸入連接所述消隱激光作用過程的信號處理裝置的輸出，所述激光輸出控制器的輸出信號接所述激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的消隱激光作用過程的觀察裝置，其特征在于所述激光器為工業(yè)加工或醫(yī)療設(shè)備使用的連續(xù)激光器或脈沖激光器。
專利摘要本實用新型涉及一種消隱激光作用過程的信號處理裝置，由將攝像機電子快門脈沖信號進行反相的反相器、積分器、幅度比較器和基準電壓發(fā)生器相互連接構(gòu)成；所述反相器的輸入接所述攝像機的電子快門脈沖信號，所述反相器的輸出為積分器的輸入，所述積分器輸出接幅度比較器，所述幅度比較器的另一輸入為基準電壓發(fā)生器的輸出。本實用新型還涉及一種消隱激光作用過程的觀察裝置，包括用于拍攝激光與物質(zhì)作用過程的攝像機，以及與該攝像機連接的監(jiān)視器；所述攝像機的電子快門信號經(jīng)過一消隱激光作用過程的信號處理裝置處理后輸出到一激光治療設(shè)備的控制輸入端。因此，本實用新型裝置可以消隱激光與物質(zhì)作用過程中產(chǎn)生的高亮度光噪聲，從而可清晰地觀察激光作用過程。
文檔編號A61B18/20GK2896755SQ20062011309
公開日2007年5月2日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者梁志遠 申請人:北京光電技術(shù)研究所