CN102343125A - 便携式眼用光治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式眼用光治疗装置，包括：基板；表面贴装在所述基板上的发光二极管阵列，其中所述发光二极管具有60-130°的发光角度；位于所述发光二极管阵列上方的菲涅耳透镜阵列，其中所述菲涅耳透镜与所述发光二极管在空间上相匹配；以及壳体，所述壳体设有供光线从其中射出的开口。本发明的便携式眼用光治疗装置具有厚度薄、效率高、成本低、重量轻等优点。

Description

便携式眼用光治疗装置

技术领域

本发明涉及一种光治疗装置，更具体地涉及一种用于治疗因光缺陷而造成的疾病和症状的便携式眼用光治疗装置。

背景技术

据估计，在北美及西欧，有高达30％的人患有季节性情绪失调症(Seasonal Affective Disorder，SAD，一种主要的抑郁症)或在冬季出现轻度忧郁；在中国，受SAD影响的人口比例也很高。同时，中国以及世界各地有数以百万计的人经受着体内生理节律(或称“生物钟”)紊乱的困扰。造成生物钟紊乱的因素有很多，其中包括工作换班、旅行时差以及各种睡眠失调。此外，在中国及世界各地，众多儿童和青少年存在着诸如认知能力和学习能力下降以及近视等严重的健康问题，同时数百万的成年人还遭受着包括化疗相关的疲劳、产前和产后抑郁、外伤后心理压力障碍(PTSD)、注意力缺陷多动障碍(ADHD)、焦虑症以及肥胖症在内的一系列疾病，而造成这些健康问题、医学疾病以及其它这里未列出的状况的全部或部分原因被认为是因现代生活方式造成在日常生活中受到日光照射不足而导致人们体内生物钟紊乱。

研究表明，延长光照时间和/或充分暴露于明亮光线特定时间是治疗上述疾病和病症的重要手段。因此，已经开发出相应的光治疗装置。例如，美国专利US6875225公开了一种用于治疗因光缺陷而引起的疾病和病症及其它状况的装置，该装置体积小、重量轻、易于携带，特别适用于通过眼睛进行光治疗，即通过进入眼睛的亮光来施加生理和/或心理上的治疗。在US6875225中，光治疗装置采用多个发光二极管(LED)作为光源。在实际应用中，为了提供均匀、更舒适(不眩目)的光照效果，大多数LED眼用光治疗装置还包括菲涅耳透镜(Fresnel lens)阵列和散光板，其中LED发射出的光线通过设置在LED上方的菲涅耳透镜进行准直，然后经由菲涅耳透镜上方的散光板散射形成均匀分布的光线。

此光治疗装置的一个缺点是，尽管其厚度可以控制在40mm以内，但仍然无法满足对这类装置日益增长的小巧轻薄的要求。通常，情绪性或精神性疾病的患者往往不愿意被别人知晓其患病事实，这使其对在公共场合使用光治疗装置有所顾忌。只有把该装置制造得更加轻薄便携并且将其外观设计成不像医疗器械，即使在使用过程中也不易被别人察觉，才能消除用户的顾忌。因此，目前对此光治疗装置的尺寸存在更高的要求，特别是期望其总体厚度不超过20mm。

现有装置的另一个缺点是，除了作为光源的LED阵列以及用于校准光线的菲涅耳透镜阵列之外，该装置还包括散光板。散光板的作用是调节照射在用户面部的光线区域(“光治疗窗口”)的尺寸，并提高光均匀性。然而，由于这种设置方式利用了额外的光学元件，对光线造成了进一步的损耗，从而导致该装置的总体光学效率不高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种便携式眼用光治疗装置，该装置具有更小的尺寸，特别地，其厚度不超过20mm。

本发明的另一个目的是提供一种便携式眼用光治疗装置，该装置具有更高的光学效率。

为了克服现有技术中的光治疗装置的前述缺陷而实现本发明的上述目的，本发明人经过研究发现，可以通过以下技术手段来减小光疗装置的厚度：

1)采用本身高度更小的表面封装LED作为光源；

2)增大LED的发光角度，从而减小LED与菲涅耳透镜间的距离；

3)通过恰当地选择LED发光面积和菲涅耳透镜的焦距来优化“光治疗窗口”，从而省略其它光学元件，例如散光板。

基于此，在本发明的一个方面，提供了一种便携式眼用光治疗装置，包括：基板；表面贴装在所述基板上的发光二极管阵列，其中所述发光二极管具有60-130°、优选100-130°的发光角度；位于所述发光二极管阵列上方的菲涅耳透镜阵列，其中所述菲涅耳透镜与所述发光二极管在空间上相匹配；以及壳体，所述壳体设有供光线从其中射出的开口。

尽管从减小装置厚度的角度来说，可以省略散光板，但为了进一步优化光学性能，本发明的装置也可以包括附加光学元件，例如散光板或弱透镜。因此，在一种实施方式中，本发明的便携式眼用光治疗装置还包括设置在菲涅耳透镜阵列上方的散光板。在另一种实施方式中，本发明的便携式眼用光治疗装置还包括设置在菲涅耳透镜阵列上方的弱透镜。

根据本发明的便携式眼用光治疗装置，其中使用的表面封装LED的发光面积的直径为1-3mm；使用的菲涅耳透镜的焦距为4-8mm，直径为10-30mm。在一种实施方式中，菲涅耳透镜为六角形。

本发明的便携式眼用光治疗装置，具有厚度薄、体积小的优点。而且，由于LED发光经过菲涅耳透镜后直接照射用户，提高了光利用效率。此外，由于省略了诸如散光板之类的附加光学元件，降低了制造成本并减轻了装置的重量。

附图说明

图1为现有技术的便携式眼用光治疗装置的光学组件示意图；

图2为根据本发明的一种实施方式的便携式眼用光治疗装置的光学组件示意图；

图3为根据图2所示实施方式的便携式眼用光治疗装置的光路示意图；

图4为根据本发明的一种实施方式的便携式眼用光治疗装置的LED阵列和菲涅耳透镜阵列的排列方式；

图5为根据本发明的一种实施方式的便携式眼用光治疗装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。应当说明的是，附图和详细描述被认为是示例性的而不是限制性的。

图1为现有技术中的便携式眼用光治疗装置的光学组件示意图。如图1所示，光学组件包括基板11、安装在基板11的LED阵列12、位于LED阵列12上方的菲涅耳透镜阵列13以及位于菲涅耳透镜阵列上方的散光板14。其中，LED阵列12可由24个LED组成(图中仅示出两个LED)，每个LED具有约50°的发光角度，例如可以使用日本Nichia公司的NSPW510BS型LED。与LED阵列12相对应，菲涅耳透镜阵列13由24个菲涅耳透镜组成。菲涅耳透镜阵列13对LED阵列12所发出的光线进行准直，经过准直的光线通过散光板14均匀地照射在用户面部的特定区域(“光治疗窗口”)。

采用图1所示配置方式的光学组件具有大约25mm的厚度，该厚度是指从基板11底部到散光板14顶部的距离(见图1)。如果加上必要的外壳，该装置的总厚度将会达到30-40mm。

图2为根据本发明的一种实施方式的便携式眼用光治疗装置的光学组件示意图。如图2所示，在这种实施方式中，使用表面封装LED阵列22(图中仅示出两个)作为光源，这种LED本身的高度较小并且直接表面封装在基板21上，这在一定程度上对减小装置厚度具有贡献。

另外，增大LED的发光角度可以进一步压缩LED阵列22与菲涅耳透镜阵列23之间的距离，原因在于照明面积保持一致的前提下，LED的发光角度越大，所需的菲涅耳透镜到LED的相距空间越小。

从LED阵列22发射出的光线经过菲涅耳透镜阵列23准直后直接投射到用户面部，而无需在菲涅耳透镜阵列23上方再设置散光板。通过恰当地选择LED发光面积以及菲涅耳透镜的焦距，以使从LED阵列22发出的光线中有相当大的一部分被高效率地传递到明确定义的“光治疗窗口”。

图3为根据图2所示实施方式的便携式眼用光治疗装置的光路示意图。为了便于说明，图3仅以一个表面封装LED为例，实际上“光治疗窗口”是多个LED所形成图像的叠加合成效果。在图3中，表面封装在基板31上的LED 32所发出的光通过菲涅耳透镜33校准后投射形成光治疗窗口34。

在本实施方式中，所使用的LED是日本Nichia公司制造的NSSW0664型LED，其发光角度为120°，发光面积的直径为2.4mm；菲涅耳透镜的直径约为24mm，焦距约为6mm。用户面部与光治疗装置之间的距离约为600mm，所形成的光治疗窗口的直径约为240mm。

根据本实施方式，由于光线被高效地集中到所定义的“光治疗窗口”，因此当用户的眼睛处于“光治疗窗口”内部时，可以看到透镜阵列23的每个菲涅耳透镜均被对应的LED的虚像所填充，LED的虚像如同发光面积更大的次级光源，故具有足够的亮度；而当用户的眼睛移出“光治疗窗口”时，用户能感受到所见光线的亮度立即降至较低水平。

本发明的便携式眼用光治疗装置具有如下优点。首先，从基板21底部到菲涅耳透镜23顶部的距离约为10mm，如图2所示，因此可以制成更薄的光治疗装置。其次，由于光线汇集效率高并且所汇集的光线几乎全部投射到所定义的光治疗窗口，因此所需的LED输出功率被降至最低，从而提高了整个装置的总体效率。再次，诸如散光板之类的其它光学元件的省略导致制造成本的降低以及装置重量的减轻。最后，因为菲涅耳透镜被光线充满且分布均匀，故可以最大程度地消弱眩光，使用户眼睛免受伤害。

一般而言，光治疗装置中所使用的发光元件的数量可为10-15个或者更多，其中每个发光元件产生相似的LED图像，从而对整个光治疗窗口作出贡献，本领域技术人员可以根据需要进行选择。LED阵列存在多种排列方式，例如六角形排列。菲涅耳透镜阵列的排列方式可以在空间上与LED阵列匹配对应。图4示出了根据本发明的一种实施方式的LED阵列和菲涅耳透镜阵列的排列方式示意图。根据图4，LED阵列由13个表面封装LED构成，每个LED位于每个六角形的中心区域，菲涅耳透镜阵列也相应地包括13个菲涅耳透镜，每个菲涅耳透镜形状为六角形，如同图4所示，在空间上位于LED阵列上方并与其相互匹配。

在另一种实施方式中，为了对“光治疗窗口”进一步优化，可以在菲涅耳透镜阵列上方设置额外的光学元件，但引入附近光学元件的代价是造成装置厚度增大以及总体效率下降。本领域技术人员可以根据具体需求权衡考虑，适当选择。例如，可在菲涅耳透镜阵列上方设置弱透镜，以消除各个LED因位置不同而在形成光治疗窗口时所产生的微小移位。或者，可在菲涅耳透镜阵列上方设置散光板，从而消除光治疗窗口光亮度的非均匀性。

图5为根据本发明的一种实施方式的便携式眼用光治疗装置的结构示意图。如图5所示，便携式眼用光治疗装置50包括基板51、LED阵列52、菲涅耳透镜阵列(未示出)、壳体53和54。其中，基板51、LED阵列52、菲涅耳透镜(未示出)的配置方式与图2所示实施方式相同。壳体包括两部分，分别为前部53和后部54，前部53和后部54例如可由塑料模制或由金属材料制成。壳体前部53上设置有开口55，以使LED阵列52所发出的光线从开口55射出。开口55也可由透明材料代替，例如透明塑料或玻璃。

LED阵列52所发出的光可为400-800nm范围内的任何颜色的可见光。在一种实施方式中，LED所发出的光为白光，其中有很大成分是位于440-480nm光谱区域的蓝光，原因在于包含波长峰值接近460nm的蓝光的白光被证实具有更佳的治疗效果。在一种实施方式中，LED发出的光为小于400nm的UV光。

在一种实施方式中，便携式眼用光治疗装置50还可以包括底座(dockingstation)58，底座58包括用于支撑光治疗装置50的支架，并能够对光治疗装置50的朝向角度进行调节。底座58与壳体之间连接通过销接、铰接、安装螺钉或其它能够实现相应功能的方式连接。

在底座58上或者壳体的正面、侧面或背面可以设置操作按钮56，操作按钮56可以提供开/关操作或其它定制操作。底座58可包括一小型LCD显示器以便于实现程序定制、时钟、闹钟、日出模拟以及其它功能。基板51可以是印刷电路板(PCB)，其中包括能够实现特定功能的电路。在一种实施方式中，通过PCB的电路和相应的操作按钮，可以实现将LED的亮度在预定时间内逐渐地从零升至预定值，从而模拟日出的效果。壳体后部54上设置有电池盖57，电池盖57内容纳电池，电池可以是类似于手机中使用的电池。装置50还可包括集成部件以提供USB和蓝牙连接。

根据图5所示的实施方式，便携式眼用光治疗装置50的尺寸为：厚度不超过13mm，长度不超过130mm，宽度不超过80mm。这种轻薄小巧型光治疗装置易于携带，可以在许多场合下方便地使用，例如在家中、在办公室或教室中、在旅途中(在飞机、火车、汽车上)，等等。

以上所揭露的仅为供本领域技术人员实施本发明的具体实施例，不能以此来限定本发明的权利范围。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，基于权利要求所做出的非实质性等同变化或改进，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

1.一种便携式眼用光治疗装置，包括：

基板；

表面贴装在所述基板上的发光二极管阵列，其中所述发光二极管具有60-130°的发光角度；

位于所述发光二极管阵列上方的菲涅耳透镜阵列，其中所述菲涅耳透镜与所述发光二极管在空间上相匹配；以及

壳体，所述壳体设有供光线从其中射出的开口。

2.根据权利要求1所述的便携式眼用光治疗装置，其中发光二极管具有100-130°的发光角度。

3.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述基板是印刷电路板。

4.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述发光二极管发出的光的波长在400-800nm之间。

5.根据权利要求4所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述发光二极管发出的光的波长在440-480nm之间。

6.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述发光二极管发出的光的波长小于400nm。

7.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述发光二极管的发光面积的直径为1-3mm。

8.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述菲涅耳透镜的焦距为4-8mm。

9.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述菲涅耳透镜的形状为六角形，直径为10-30mm。

10.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，还包括位于所述菲涅耳透镜阵列上方的散光板。

11.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，还包括位于所述菲涅耳透镜阵列上方的弱透镜。

12.根据权利要求1或2所述的便携式眼用光治疗装置，还包括与所述壳体相连接的底座。

13.根据权利要求3所述的便携式眼用光治疗装置，其中所述发光二极管的发光亮度被设定成在预定时间内从零升至预定值。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的便携式眼用光治疗装置，所述装置的厚度小于20mm。

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