(3.230.143.40) 您好!臺灣時間:2021/04/23 16:33
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:林欣諭
研究生(外文):Hsin-Yu Lin
論文名稱:微型內視鏡光源之探討
論文名稱(外文):The miniature endoscopic light source
指導教授:高甫仁
指導教授(外文):Fu-Jen Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立陽明大學
系所名稱:生醫光電研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:超連續能譜雷射紅綠藍雷射模組光束角可攜式內視鏡微型CMOS攝影機
外文關鍵詞:supercontinuum laserRGB laser modulethe angle of illuminationportable endoscopyminiature CMOS camera
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:215
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:23
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
在這項研究中,我們將一條多模光纖與微型CMOS攝影機 (焦距小於1.4 mm) 結合成新型超細內視鏡系統。重要的是,我們利用單條多模光纖耦合同調白光作為其系統光源,以減少內視鏡系統之大小。
由於光纖本身之數值孔徑過小,限制光源之光束角,因此我們將擴散介質附著於光纖出光端,使光束角從10°變成80°以上,甚至出光端形成點光源。本實驗利用兩種雷射作為內視鏡光源,分別是超連續能譜雷射和紅綠藍模組雷射,為了使我們所測試之光源特性滿足醫療照明規格,我們分別將此兩種光源做調整,並且與醫用白光LED光源(顯色指數=76%、色溫=6500K)進行比較,可見此兩種之光源系統不亞於醫用白光LED。
超連續能譜雷射昂貴且笨重,相較於較具有優勢的紅綠藍模組雷射便宜又輕巧,可將其配合CMOS製作成可攜式超細內視鏡系統。
在人耳實驗結果亦顯示此三種光源之可行性,之後再與微型CMOS攝影機結合,即可以製出極細之內視鏡系統(外徑小於5mm)。

In this work, we have successfully integrated a single fiber and a miniature CMOS camera (f<1.4 mm) into an endoscopic system. Critically, illumination is realized through a multimode fiber with three different lasers as the light source to minimize the footprint of the light source.
To overcome the limited angle of illumination (due to the small NA of the fiber), a miniature diffuser is attached to the distal end of the fiber to broaden the angle of illumination, and even become to a point light source ( from 10° to more than 80°). There are three kinds of laser sources: supercontinuum laser and RGB laser module. We adjust the illumination spectrum of the lasers to meet the medical illumination specs. Accordingly, we have compared and characterized the illuminance, optical power, spectral profile, intensity distribution, and image quality with the medical LED light source.
However, the cost of supercontinuum laser is very expensive and the weight of supercontinuum laser is very heavy. Those disadvantage of supercontinuum laser cause them can’t be portable endoscopic system, but the RBG laser with a multimode fiber and CMOS camera could be portable endoscopy.
In vivo animal experiment is also conducted to demonstrate the feasibility of laser light sources based illumination. In this way, highly compact endoscopic systems is realized.

目錄
誌謝 i
中文摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 x
第一章 前言 1
第二章 理論基礎與工作原理 4
2.1 白光雷射 4
2.1.1. 超連續能譜雷射(Supercontinuum laser) 4
2.1.2. 紅綠藍雷射模組(RGB Laser Modular) 8
2.2 光纖(Optical Fiber)傳輸原理 9
2.2.1. 全反射(Total Internal Reflection) 10
2.2.2. 數值孔徑(Numerical Aperture) 11
2.3 照明度量與術語 12
2.3.1. 光通量(Luminous Flux) 13
2.3.2. 光強度(Intensity) 13
2.3.3. 照度(Illumination) 13
2.3.4. 輻照度(Irradiance) 14
2.3.5. 亮度(Luminance) 14
2.3.6. 色溫(color temperature) 14
2.4 CIE 1931色度座標圖 15
2.4.1. 觀察者配色函數(Color-matching function) 15
2.4.2. CIE 1931色度座標圖 17
2.5 演色性(Color rendering) 18
2.5.1. 演色指數計算 18
2.6 光束角 24
第三章 實驗方法與材料 25
3.1 微型CMOS攝影機 25
3.2 光源系統硬體架設 26
3.2.1. 超連續能譜雷射 26
3.2.2. 紅綠藍雷射模組 28
3.3 擴散介質製作 30
3.4 樣品製作與來源 32
3.4.1. 色彩還原測試卡 32
3.4.2. 小鼠的來源 33
第四章 實驗結果與討論 34
4.1 內視鏡光源之超連續能譜雷射 34
4.2.1. 顏色還原能力測試 34
4.2.2. 動物實驗測試 35
4.2.3. 體內實驗測試 37
4.2 內視鏡光源之紅綠藍雷射模組 38
4.3.1. 顏色還原能力測試 38
4.3.2. 體內實驗測試 38
4.3 光束角之量測 39
4.4 內視鏡光源之比較 40
第五章 結論與未來展望 42
5.1 結論 42
5.2 未來展望 43
REFERENCE 46
附錄一、 觀察者配色函數分佈數值 49
附錄二、 顯測測試之波長分佈數值 51
附錄三、 超連續能譜雷射驅動功率之選定實驗 53

圖目錄
圖1–1 光纖內視鏡影像處理圖 2
圖2–1 脈衝雷射輸出功率與時間關係圖 4
圖2–2 超連續能譜雷射之基本架構 5
圖2–3 法拉第隔離器之內部元件 5
圖2–4 光波進行展平和壓縮示意圖 6
圖2–5 晶體光纖橫截面圖 6
圖2–6 超連續能譜雷射頻譜圖 7
圖2–7 光的三原色 8
圖2–8 三單色光在CIE1931座標所圍成之三角形圖形 8
圖2–9 半導體雷射原理 9
圖2–10 光在介面上的反射與折射路徑 10
圖2–11 光的臨界角 10
圖2–12 光在光纖中全反射傳輸 11
圖2–13 光進入光纖傳播示意圖 11
圖2–14 比視感度曲線 12
圖2–15 色溫與色光之關係圖 15
圖2–16 配色函數圖 16
圖2–17 CIE1931 色度座標圖 17
圖2–18 光束角 24
圖3–1 微型內視鏡光源之超連續能譜雷射基本架設 27
圖3–2 超連續能譜雷射之頻譜圖:(a)無外加630奈米低通濾鏡(b)有外加630奈米低通濾鏡 28
圖3–3 微型內視鏡光源之紅綠藍雷射模組基本架設 29
圖3–4 紅綠藍雷射模組之光譜圖 30
圖3–5 測量光束角之架構圖 31
圖3–6 光束角測試結果: (a)光纖出光無外加擴散劑 (b)光纖出光有外加擴散劑 31
圖3–7 色卡顏色於CIE1931顏色分布圖 32
圖3–8 色彩還原測試卡 32
圖3–9 半導體 33
圖4–1 光纖出光後無外加擴散劑之光束角大小 40
圖4–2 光纖出光後有外加擴散劑之光束角大小 40

表目錄
表 2-1 照明單位定義 13
表 2-2 主要光源之平均演色指數 18
表 2-3 功率為75%的超連續能譜之三原色光配色函數值及K值 18
表 2-4 三原色光之配色函數值及K值 19
表 2-5 超連續能譜與黑體輻射F3光源之顯色測試顏色的反射光譜 20
表 2-6 連續能譜與黑體輻射F3光源之顯色測試顏色的反射光譜 20
表 2-7 修正過後之反射光譜在CIE1960的座標值 21
表 2-8 反射光譜之CIE1964色度值(W*,U*,V*) 22
表 2-9 顯色測試顏色的反射光譜之演色指數 23
表 3-1 微型內視鏡之目標 25
表 3-2 CMOS攝影機規格及廠牌 26
表 3-3 超連續能譜雷射之光源特性 28
表 3-4 紅綠藍雷射模組之光源特性 29
表 3-5 擴散材料-氧化鋁粉之規格 31
表 4-1 超連續能譜雷射之顏色還原能力測試結果 34
表 4-2 超連續能譜雷射之動物實驗測試結果 36
表 4-3 超連續能譜雷射之人體體內實驗測試結果 37
表 4-4 紅綠藍雷射模組之顏色還原能力測試結果 38
表 4-5 紅綠藍雷射模組之人體體內測試結果 39
表 4-6 紅綠藍雷射模組之體內窄頻成像 39
表 4-7 兩種光源之比較 41


REFERENCE
[1] Niwa, Hirohumi. "The history of digestive endoscopy." New Challenges in Gastrointestinal Endoscopy. Springer Japan, 3-28. (2008)
[2] S. Ono et al., “Ultrathin endoscope flexibility can predict discomfort associated with unsedated transnasal esophagogastroduodenoscopy”, World journal of gastrointestinal endoscopy 5(7), 346-351 (2013).
[3] Icasio-Hernández, Octavio, et al. "3D reconstruction of hollow parts analyzing images acquired by a fiberscope." Measurement Science and Technology 25(7) 075402. (2014):
[4] R. C. Gonzalez, R. E. Woods, Digital Image Processing second edition, Prentice Hall, (2002).
[5] C. G. Son et al., “Improvement of color and luminance uniformity of the
edge-lit backlight using the RGB LEDs,” J. Opt. Soc. Korea 15(3) , 272-277
(2011).
[6] Devine, Adam, and Anatoly Grudinin. "Supercontinuum sources: An even brighter future awaits supercontinuum fiber lasers." Laser Focus World 49.6 (2013).
[7] https://www.thorlabs.de/images/TabImages/Supercontinuum%20%20General%20Application%20Note%20-%20Thorlabs.pdf
[8] https://www.rp-photonics.com/supercontinuum_generation.html
[9] http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-49/issue-06/features/supercontinuum-sources--an-even-brighter-future-awaits-supercont.html
[10] http://www.eotech.com
[11] http://www.leica-microsystems.com/science-lab/white-light-laser/
[12] Dudley, John M., Goëry Genty, and Stéphane Coen. "Supercontinuum generation in photonic crystal fiber." Reviews of modern physics 78.4 (2006): 1135.
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/Primary_color
[14] Neumann et al., “Four-color laser white illuminant demonstrating high color-rendering quality,” Optics express 19(104), A982-A990 (2011).
[15] M. Peter et al., “High Power, High Efficiency Laser Diodes at JDSU,” High-Power Diode Laser Technology and Applications V, edited by Zediker, Proc. of SPIE 6456-64560G (2007).
[16] T. Kozaki et al., “Recent progress of high-power GaN-based laser diodes,” Proc. SPIE 6485(648503), 648503–648508 (2007).,
[17] A. Michiue et al., “High-power pure blue InGaN laser diodes,” IEICE Trans. Electronics, E92(C), 194–197 (2009).
[18] D. Hondros and P. Debye, ‘Electromagnetic waves along long cylinders of dielectric’, Ann. Phys., 32(3), pp. 465–476, (1910).
[19] Gerd Keiser et al., “Review of diverse optical fibers used in biomedical research and clinical practice”, J. Biomed. Opt. 19(8), 080902-1-080902-29 (2014).
[20] A. C. S. van Heel, ‘A new method of transporting optical images without aberrations’, Nature,173, p. 39, (1954).
[21] Optical fiber communications (2nd ed.): principles and practice Prentice Hall International (UK) Ltd. Hertfordshire, UK, UK ©1992 ISBN:0-13-635426-2
[22] https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E8%A6%96%E6%84%9F%E5%BA%A6
[23] 許招墉編譯,『照明設計』 全華科技圖書,Nov. 1999.
[24] 李碩重,照明設計學,全華科技圖書股份有限公司
[25] http://solutions.borderstates.com/how-do-you-measure-the-color-rendering-index-cri
[26] http://munsell.com/color-blog/color-light-perception/
[27] http://www.cie.co.at/
[28] L. James, “A Laser Light Source for Endoscopy,” Versatile Power 3, (2010).
[29] http://ocic.nthu.edu.tw/ocic/data/20110304-1.pdf
[30] http://www.opcomgroup.com/en/p03_m-endocam_q7.html
[31] https://www.ptgrey.com/cameras
[32] Vesselov L.M. et al., “Performance evaluation of cylindrical fiber optic light diffusers for biomedical applications,” Lasers Surg Med., 34(4) 348-351 (2004).
[33] N.T. Clancy et al., “Light Sources for Single Access Surgery,” SURG INNOV 19(2), 134-144 (2011)
[34] Apetz, Rolf, and Michel PB Bruggen. "Transparent Alumina: A Light‐Scattering Model." Journal of the American Ceramic Society 86.3: 480-486. (2003)
[35] Hensler, D. H. "Light scattering from fused polycrystalline aluminum oxide surfaces."Applied optics 11.11: 2522-2528. (1972)
[36] http://www.olino.org/us/articles/2009/11/30/a-close-look-at-the-color-rendering-index-cri-or-ra
[37] http://xritephoto.com/ph_product_overview.aspx?id=1192
[38] http://www.nlac.org.tw/n2/n2-2-1-7.asp
[39] http://blog.teledynedalsa.com/2012/11/spectral-cognisance-3-when-black-turns-red/

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關論文
 
無相關期刊
 
無相關點閱論文
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔