專利名稱：一種cmos模組及其在醫療器械領域內的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及CMOS模組，具體的涉及一種CMOS模組及其在醫療器械領域內作為觀察工作 部的應用。
背景技術：
在過去30年里，CCD—直被用于圖像傳感和捕捉。作為一項成熟的技術，它以較低的 噪聲提供良好的圖像質量。作為電荷耦合器件，它們連續地把圖像數據從一個像素傳送到另 一個像素。為此，它們需要幾個工作電壓、外部時鐘生成器和精密的驅動及選擇電路，需要 占用較大電路板空間和消耗較多的功率。因此，使用這類圖像傳感器無論是從性能特點還是 靈活性方面考慮都不再滿足目前的系統需求從CCD圖像傳感器到CMOS區域傳感器的產品換 代已進行了一段時間，CMOS區域傳感器具有以下幾個好的特點:更好的系統集成性、較低的 功率需求、更靈活的圖像捕捉、更智能的接口、更大的動態范圍和較高的靈敏度。
隨著數字技術融合的進展，即把圖像捕捉、圖像處理和無線通訊等以前的分力功能集成 到一個緊湊型器件之中，市場對于這種具有部分完整功能的"自治子系統"的需求不斷增 長。這類子系統在一個封裝中提供盡可能多的功能單元。例如，在專業測量技術中，具有靈 活的數碼相機、PDA用戶接口和WLAN連接的便攜測試設備，非常有效地擴大了光學檢查和監 控任務的范圍。
醫療圖像處理是圖像傳感器的另一個傳統應用領域，從大型X線到所有的內窺鏡檢査方 法， 一直到可吞咽的"藥丸式相機"。CMOS技術提供了一個非常有用的執行平臺雖然CCD 圖像傳感器仍然需要其它外部邏輯技術以實現控制和模擬/數字轉換，但CMOS相機芯片允許 圖像傳感器、控制器件、轉換器和選擇邏輯，以及HF發射機以同一種技術實現，因而可以放 置在同一個硅片表面。把更多的系統功能集成到一個"自治的"光電傳感器系統之中是可能 的，主要取決于計劃使用的范圍和基本經濟條件，如開發成本和單位數量等。
便攜式設備并不依賴電網供電，因此只有當其元件和子系統的功率需求較低時才能正常 工作。CMOS技術在這方面顯然具有更多的優勢，因為CMOS圖像傳感器面向3. 3V或2. 5V左 右的較低的單電源電壓，而多數CCD芯片要求多個較髙的電源電壓，如高達12V的電壓。這 些電壓必須利用比較耗電的變壓器來生成，而且變壓器還占用電路板上的寶貴空間。如果控 制和系統功能集成到CMOS傳感器之中，總體性能會更好，因為消除與其它半導體元件相連的 外部接線也能省掉它們功耗較大的驅動器在芯片內部進行的通訊與在芯片外部通過電路板 或基板實現的通訊相比，需要的功率要少得多。
此外，采用CMOS圖像傳感器還能帶來一個極受歡迎的"副產品"，即低噪聲發射，而且 它們的噪聲絕緣性非常高，因為模擬/數字轉換器都集成在圖像傳感器的內部，意味著容易出 現干擾的模擬信號線就不必在外面經過。另外，數字圖像輸出信號使系統集成商更容易以較 低的成本集成功能強大的CMOS相機，這也使其能夠用于惡劣的環境之中。例如，醫療、藥丸 式相機和內窺鏡等體內應用需要非常低的功率，因為向外散熱的可能性有限，尤其對于藥丸 式相機，其外表溫度需要與體溫一致。在醫療和工業應用中，人們需要的常常是圖像中的一個具體細節，但由于CCD圖像傳感
器的連續電荷傳送，只能讀出全部圖像內容--個完整的幀。然后再利用一個選擇電路從
整個圖像中把需要的部分提取出來。另一方面，CMOS圖像傳感器的結構象一個存儲陣列，以 便能夠通過二次取樣，或者通過選擇部分圖像區域(開窗口)，訪問或者讀出單個像素或像素 群。二次取樣提供了一個具有較低分辨率的常規取樣模式，開窗口功能允許選擇圖像的有用 部分。窗口四角的坐標通過一個串行或并行接口發送到CMOS傳感器，并在那里得到自動處 理，以控制讀出操作。這也是一個把額外的邏輯集成到CMOS傳感器之中的典型例子，這對于 CCD是不可能的，因為它采用的技術不適合邏輯電路。
工業和醫藥方面許多有趣的情景都出現在逆光條件下，因此要求圖像傳感器具有較高的 動態范圍。雖然線性傳感器的動態范圍正好與信噪比(SNR)成比例，但CMOS圖像傳感器的多 斜率操作使得動態范圍得到大幅提高，而SNR仍然不變。光亮度與輸出電壓之間的分段線性 關系顯示了這點，這導致整個轉換范圍內具有非線性特點。因此，場景的較暗部分擴展到模 擬/數字轉換器的轉換范圍的較大部分轉換特征曲線在此處變得最陡，確保了高靈敏度和對 比度。通過使特征曲線的上部變得水平，明亮區域中感光過度的一些部分也能充分捕獲。這 樣，在10位A/D轉換范圍上就可能獲得動態范圍高達100dB的圖像。
現有技術中的FPC板是Flexible Printed Circuit的簡稱，又稱軟性線路板、柔性印刷 電路板，撓性線路板，簡稱軟板或FPC板，具有配線密度高、重量輕、厚度薄的特點.產品特 點l.可自由彎曲、折疊、巻繞，可在三維空間隨意移動及伸縮。2.散熱性能好，可利用 FPC縮小體積。3.實現輕量化、小型化、薄型化，從而達到組件裝置和導線連接一體化。
現有技術中的PLC可編程邏輯控制器，其英文全稱Programmable Logic Controller , 定義是:一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的 存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶 的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。
但是，雖然CMOS圖像傳感器具備上述優點，但是現有的內窺式醫療器械上所采用的仍然 多數是CCD， CMOS圖德傳感器在醫學領域內的應用尚缺乏一個完整和系統的解決方案。同時， 現有技術也沒有給出有關采用CMOS圖像傳感器及PLC技術、及設有一次性使用限制裝置的醫 療器械。
發明內容
針對現有技術中的醫療器械的上述不足，本發明目的之一在于,提供一種采用高度集成、 并具備自我調整功能、體積小、采集效果好的CM0S模組；
本發明的目的還在于，提供上述CMOS模組在醫療器械領域內作為其觀察工作部的具體應用。
為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是
一種CM0S模組，其包括一FPC板、一CM0S模塊、 一鏡頭， 一組LED發光管。其特征在 于，其還包括至少一可編程邏輯控制器PLC，該控制器是內置于所述的CMOS模塊內，或設置 在所述FPC板上，且其內置有一專用控制軟件；所述CM0S模組整體外形尺寸小于或等于4.2 X3X3. 8mm。
所述的CM0S模組，其特征在于，其還包括設置在所述FPC板上的LED，并設有一 LED聚 光裝置。所述的CMOS模塊前部感光區域封裝有鏡頭，其背面貼片連接在FPC板上；或者該CM0S 模塊上下方向的前部感光區域分別封裝有鏡頭，其中部貼片連接在FPC板上。
所述的CMOS模組，其特征在于，所述的PLC包括相互連接并交互通訊的運算單元、存儲 單元、1/0單元、A/D轉換單元、圖像陣列接收單元。
所述的CMOS模組，其特征在于，所述的專用控制軟件，包含有一程序自動刪除模塊。
所述的CMOS模組，其特征在于，所述的LED聚光裝置處理后的光束，與所述鏡頭中心線 保持5 75°的夾角，使該光束所覆蓋的區域與鏡頭接收反射光的區域直接重疊。
所述的CMOS模組，其特征在于，其包括分別設置在所述鏡頭前或后部的至少各一 LED 組成的燈組、燈組控制單元及其聚光裝置，且經過所述的LED聚光裝置處理后的光束，與所 述鏡頭中心線分別保持5 75°的夾角，燈組各LED發出的光束所覆蓋的區域相互重疊，且 與鏡頭接收反射光的區域同時直接重疊。
前述CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，其包括如下步驟
1) 將其置于一防水密封的管狀物的前部，并分別為LED聚光裝置及鏡頭設置透明 開口，使其提供自行照明并采集數據，構成內窺式局部觀察醫療器械的觀察工 作部；
2) 進一步，將內置有該CMOS模組的管狀物，與其他具備局部治療功能的裝置相結 合，構成內窺式局部治療器械的觀察工作部。
所述的CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，所述的觀察工作部，其包括如下工 作步驟-
1) 通電，并自動記錄通電次數；
2) 運算單元啟動，讀取各單元預存數據；
3) 啟動I/0單元；
4) 啟動LED照明控制單元；
5) 啟動圖像陣列接收單元，并將其接收數據輸入A/D轉換單元；
6) 比較其采集的信號與存儲單元內的標準信號，根據比較結果輸出調整信號至LED 照明控制單元，調整LED輸出，直至圖像陣列接收單元獲得合格信號；
7) A/D轉換單元將合格信號輸出至I/0單元，輸出數字或模擬信號到顯示設備。
8) 重復步驟5) 7)。
所述的CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，所述的步驟l)，所述運算單元還 包括一自動計數器，并將該計數結果保存至存儲單元；當其首次通電啟動時計為1次，再次 通電啟動時則讀取存儲單元的計數信息并自動+ l;當該計數數據等于N+1時，所述專用控制 軟件中的程序啟動自動刪除模塊，刪除各預存工作程序或其中之一。
本發明的優點在于由于本發明采用的CMOS模組體積小、重量輕，可以靈活的設置在各 種管狀物的前部，構成各種醫療器械，其用于內窺式醫療產品對患者的侵入性更小；由于其 制造成本較低、經濟性好，因此可用于在更多低成本醫療器械的制造；由于其內置了高集成 度的可編程邏輯控制器PLC，可以精確調整LED光源，使CMOS模組可采集到高質量的數據； 由于專用控制軟件中內置了程序自動刪除模塊，其可簡便、可靠的實現一次性使用的目的， 確保其用于一次性醫療產品，避免器械的重復使用，降低交叉感染的機會。 下面結合附圖與實施例，對本發明進一步說明。
圖1是本發明實施例1提供的CMOS模組立體結構示意圖； 圖2是圖1中CMOS模組系統組成及通訊框圖； 圖3是圖1中CMOS模組的電路原理圖；圖4是實施例1采用圖1中CMOS模組制造的一種人流吸引管結構示意圖；圖5是圖4的裝配結構示意圖；圖6是圖5中CMOS模組的放大結構示意圖；圖7是實施例2采用圖1中CMOS模組制造的一種硬性腹腔鏡結構示意圖； 圖8是圖7中A部的放大結構示意圖；圖9是實施例3采用圖1中CMOS模組制造的一種柔性胃鏡結構示意圖； 圖10是圖9中A部的放大結構示意圖。
具體實施方式
實施例1:參見圖1,本發明提供一種CMOS模組，其包括一FPC板、一CMOS模塊、 一鏡頭， 一組LED發光管。其還包括至少一可編程邏輯控制器PLC,該控制器是內置于所述 的CMOS模塊內，或設置在所述FPC板上，且其內置有一專用控制軟件；所述CMOS模組整體 外形尺寸小于或等于4.2X3X3.8mra;其還包括設置在所述FPC板上的LED,并設有一 LED 聚光裝置；所述的專用控制軟件，包含有一程序自動刪除模塊。所述的PLC包括相互連接并交互通訊的運算單元、存儲單元、1/0單元、A/D轉換單元、 圖像陣列接收單元。所述的CMOS模塊前部感光區域封裝有鏡頭,其背面貼片連接在FPC板上； 或者該CMOS模塊上下方向的前部感光區域分別封裝有鏡頭，其中部貼片連接在FPC板上。所述的LED聚光裝置處理后的光束，與所述鏡頭中心線保持5 75°的夾角，使該光束 所覆蓋的區域與鏡頭接收反射光的區域直接重疊。所述的CMOS模組，其包括分別設置在所述鏡頭前、后部的至少各一LED組成的燈組、燈 組控制單元及其聚光裝置，且經過所述的LED聚光裝置處理后的光束，與所述鏡頭中心線分 別保持5 75°的夾角，燈組各LED發出的光束所覆蓋的區域相互重疊，且與鏡頭接收反射 光的區域同時直接重疊。前述CMOS模組在醫學領域內的應用，其包括如下步驟-1) 將其置于一防水密封的管狀物的前部，并分別為LED聚光裝置及鏡頭設置透明 開口，使其提供自行照明并采集數據，構成內窺式局部觀察醫療器械的觀察工 作部；2) 進一步，將內置有該CMOS模組的管狀物，與其他具備局部治療功能的裝置相結 合，構成內窺式局部治療器械的觀察工作部。參見圖2，其為CMOS模組系統的組成和通訊框圖，圖中image array為圖像陣列，row select為排選擇，column sample/hold為列樣,gain control為增益控審!]， analog/digital signal processor為A/D信號轉換器，analog/digital signal control為A/D信號轉換, clock/timing generator and control logic為時鐘發生器，control register bank為存 儲單元，SCCB interface為SCCB接口，結合圖2，圖像陣列單元接受到信號，然后輸入到 A/D轉換器單元，將信號由模擬轉換成數字，再將數字信號輸入到存儲單元內，將數字信號 和存儲單元內的標準信號做比較，根據比較的結果將信號調整并輸送到增益控制單元，直至圖像陣列單元獲得合格的信號，然后由A/D轉換單元輸出。參見圖3， CMOS模塊的編號是0V5920，其B2線腳連接到插頭Jl的9線腳上，作為信號 的輸入；CM0S模塊的A3線腳連接到插頭Jl的6線腳上，作為信號的輸出；插頭HEADER1和 插頭冊ADER2連接到CMOS模塊的C2腳上，指示燈Dl和D2連接到CMOS模塊的C2腳上。所述的觀察工作部，其包括如下工作步驟1) 通電，并自動記錄通電次數；運算單元啟動，讀取各單元預存數據；所述運算單元還包括一自動計數器，并將該計數 結果保存至存儲單元；當其首次通電啟動時計為1次，再次通電啟動時則讀取存儲單元的計 數信息并自動+1;當該計數數據等于N+l時，所述專用控制軟件中的程序啟動自動刪除模塊， 刪除各預存工作程序或其中之一。N的取值可以是l，當CMOS模組第二次加電導通時，自動 刪除模塊即刪除全部預存工作程序或其中之一，導致CMOS模組失效，且不能自動恢復。2) 啟動I/0單元；3) 啟動LED照明控制單元；4) 啟動圖像陣列接收單元，并將其接收數據輸入A/D轉換單元5) 比較其采集的信號與存儲單元內的標準信號，根據比較結果輸出調整信號至LED 照明控制單元，調整LED輸出，直至圖像陣列接收單元獲得合格信號；6) A/D轉換單元將合格信號輸出至I/0單元，輸出數字或模擬信號到顯示設備7) 重復步驟5) 7)。具體地，參見圖4、圖5及圖6，本實施例提供了所述CMOS模組在一種一次性可視人 流吸引管上作為觀察工作部的應用構造一種一次性可視人流吸引管，其包括一塑膠手柄2 及后端連接該手柄2的一圓形塑膠雙腔吸引管1，該手柄2上還設有一分叉形的負壓吸出口 5;所述的雙腔吸引管l，包括兩個完全隔離的腔道其中用于胚胎負壓吸引的主腔道，還包 括一用來容置電源線及數據線的副腔遙所述雙腔吸引管1前部封堵有一半球形頭部組件7， 該組件7下部設有一橢圓形負壓吸入口8;該雙腔吸引管1前部及半球形頭部組件7內，密 封防水設有一CM0S模組3;該CMOS模組3包括一 FPC板10、 一CMOS模塊ll、 一鏡頭12， 該CM0S模塊11前部感光區域封裝有鏡頭12，其背面貼片連接在所述FPC板10上；所述的 半球形頭部組件7，其前端為半圓球形，其由相互扣合的上半體71、下半體72構成；其下半 體72為一透明構件；其下體72上設有一用來通過光線至CMOS模塊11前部感光區域的開孔 73;在該開孔73的開口處，還設有一密封透鏡14。所述的CM0S模組3還包括一組LED燈組 13，該燈組13連接在所述FPC板10上；其前部朝向所述半球形頭部組件7的下半體72;該 LED燈組13與所述CMOS模塊11前部感光區域同側。所述可視人流吸引管其還包括一信號輸 出接口 4，所述FPC板10經過雙腔吸引管1內的空腔與該信號輸出接口 4電性連接，將CMOS 模組3獲取的信號傳輸至顯示裝置或其連接的其他控制設備。所述的CMOS模組3還包括一可 編程邏輯控制器PLG該控制器是內置于所述的CMOS模塊11內，或設置在所述FPC板10 _b 且其內置有一專用控制軟件；該軟件內置有一運算器、 一自動計數器及一自刪除程序。所述 自動計數器在所述當CM0S模塊11首次通電啟動時計為1次，再次通電啟動時則自動+ l;當 該計數數據等于N+1時，所述專用控制軟件中的程序啟動自動刪除模塊，刪除各預存工作程 序或其中之一。N的取值可以是l，當CM0S模組3第二次加電導通時，自動刪除模塊即刪除 全部預存工作程序或其中之一，導致CM0S模組3失效，且不能自動恢復。本實施例中CMOS模組整體外形尺寸等于4. 2 X 3 X 3. 8mm。實施例2:參見圖8、圖7，本實施例提供的CM0S模組與實施例1結構相同，其不 同之處在于，本實施例中CMOS模組整體外形尺寸等于3X3X3. 8ram，并提供了所述CMOS模 組在一種柔性胃鏡上作為觀察工作部的應用。一種硬性腹腔鏡，其包括一由上殼2及下殼3扣合而成的手柄，及后端設置在該手柄內 的一不銹鋼管4，該不銹鋼管4的前端防水密封，在其內設置有一CM0S模組5，在該模組5 的前端部置有兩個LED冷光源6，其位于鏡頭下方，在模組5的下部設有一定位套8;該CMOS 模組5前部、該鋼管4前部開口處設有一透明密封玻璃7;所述CMOS模組5的FPC板9經過 該鋼管4內部空腔，與設置在鋼管4尾端的信號輸出接口1相連接。實施例3:參見圖10、圖9，本實施例提供的CM0S模組與實施例2相同，其不同之 處在于，提供了所述CMOS模組在一種柔性胃鏡上作為觀察工作部的應用。一種柔性胃鏡，其包括一由上殼2及下殼3扣合而成的手柄，及后端設置在該手柄內 的一外包膠管5，該外包膠管5內置有一內不銹鋼軟管4，該外包膠管5及內不銹鋼軟管4 的前端防水密封內置有一 CMOS模組7，該模組7內置有二 LED冷光源9，其下部設有一定位 套10;該CMOS模組9前部、外包膠管5及內不銹鋼軟管4前部開口處設有一透明密封玻璃8; 該CM0S模組9外部還套設有一熱縮管6，該熱縮管6外又套設一不銹鋼管ll;所述CMOS模 組5的FPC板12經過該鋼管4內部空腔，與設置在鋼管4尾端的信號輸出接口 l相連接。本發明不局限于以上公開的技術方案，采用與其結構或應用類似的其他技術方案，均是 本發明所保護的技術范圍。
權利要求
1.一種CMOS模組，其包括一FPC板、一CMOS模塊、一鏡頭，一組LED發光管，其特征在于，其還包括至少一可編程邏輯控制器PLC，該控制器是內置于所述的CMOS模塊內，或設置在所述FPC板上，且其內置有一專用控制軟件；所述CMOS模組整體外形尺寸小于或等于4.2×3×3.8mm。
2. 根據權利要求1所述的CMOS模組，其特征在于，其還包括設置在所述FPC板上 的LED，并設有一 LED聚光裝置。
3. 根據權利要求1或2所述的CMOS模組，其特征在于，所述的CMOS模塊前部感光 區域封裝有鏡頭，其背面貼片連接在FPC板上；或者該CMOS模塊上下方向的前部感光區 域分別封裝有鏡頭，其中部貼片連接在FPC板上。
4. 根據權利要求1或2所述的CMOS模組，其特征在于，所述的PLC包括相互連接并 交互通訊的運算單元、存儲單元、1/0單元、A/D轉換單元、圖像陣列接收單元。
5. 根據權利要求1或2所述的CMOS模組，其特征在于，所述的專用控制軟件，包含有 一程序自動刪除模塊。
6. 根據權利要求1或2所述的CMOS模組，其特征在于，所述的LED聚光裝置處理后 的光束，與所述鏡頭中心線保持5 75°的夾角，使該光束所覆蓋的區域與鏡頭接收反射光 的區域直接重疊。
7. 根據權利要求6所述的CMOS模組，其特征在于，其包括分別設置在所述鏡頭前、后 部的至少各一 LED組成的燈組、燈組控制單元及其聚光裝置，且經過所述的LED聚光裝置 處理后的光束，與所述鏡頭中心線分別保持5 75。的夾角，燈組各LED發出的光束所覆蓋 的區域相互重疊，且與鏡頭接收反射光的區域同時直接重疊。
8. 根據權利要求1所述CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，其包括如下步驟1) 將其置于一防水密封的管狀物的前部，并分別為LED聚光裝置及鏡頭設置透明 開口，使其提供自行照明并采集數據，構成內窺式局部觀察醫療器械的觀察工 作部；2) 進一步，將內置有該CMOS模組的管狀物，與其他具備局部治療功能的裝置相 結合，構成內窺式局部治療器械的觀察工作部。
9. 根據權利要求8所述的CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，所述的觀察工作部，其包括如下工作步驟-1) 通電，并自動記錄通電次數；2) 運算單元啟動，讀取各單元預存數據；3) 啟動l/0單元；4) 啟動LED照明控制單元；5) 啟動圖像陣列接收單元，并將其接收數據輸入A/D轉換單元；6) 比較其采集的信號與存儲單元內的標準信號，根據比較結果輸出調整信號至 LED照明控制單元，調整LED輸出，直至圖像陣列接收單元獲得合格信號；7) A/D轉換單元將合格信號瑜出至l/0單元，輸出數字或模擬信號到顯示設備；8) 重復步驟5) 7)。 10.根據權利要求9所述的CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，所述的步驟1)，所述運算單元還包括一自動計數器，并將該計數結果保存至存儲單元；當其首次通電啟 動時計為1次，再次通電啟動時則讀取存儲單元的計數信息并自動+ 1;當該計數數據等于 N+1時，所述專用控制軟件中的程序啟動自動刪除模塊，刪除各預存工作程序或其中之一。
全文摘要
本發明公開了一種CMOS模組，其包括一FPC板、一CMOS模塊、一鏡頭、一組LED發光管，其特征在于，其還包括至少一可編程邏輯控制器PLC，該控制器是內置于所述的CMOS模塊內，或設置在所述FPC板上，且其內置有一專用控制軟件；所述CMOS模組整體外形尺寸小于或等于4.2×3×3.8mm。本發明還公開了所述CMOS模組在醫學領域內的應用，其特征在于，其包括如下步驟1.將其置于一管狀物的前部，并分別為LED聚光裝置及鏡頭設置開口，使其提供自行照明并采集數據，構成內窺式局部觀察醫療器械的觀察工作部；2.進一步，將內置有該CMOS模組的管狀物，與其他具備局部治療功能的裝置相結合，構成內窺式局部治療器械的觀察工作部。
文檔編號A61B1/05GK101313871SQ20081008420
公開日2008年12月3日 申請日期2008年3月26日 優先權日2008年3月26日
發明者曹后平, 沈振勤, 沈振權, 舒偉平 申請人:東莞光陣顯示器制品有限公司