CN106308751A - 一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法 - Google Patents

一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法，包括宽带光源、近红外光源，窄带光源，在所述窄带光源发出的光路通道上设有第一合光装置，然后第一合光装置将窄带光源发出的光束汇聚成一束光路；在所述宽带光源和第一合光装置的合光通道上的交汇处设有切换光装置；在所述切换光装置发出的光路通道上依次设有第二合光装置、耦合输出装置和光纤；或在所述切换光装置发出的光路通道上依次设有耦合输出装置、第二合光装置和光纤；所述近红外光源的光路通道与切换光装置发出的光路通道在第二合光装置或耦合输出装置处交汇。本发明提供多种不同照明方式，解决原有的窄带照明低效，不灵活，无法满足窄带、宽带照明灵活切换要求的问题。

Description

一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法
技术领域
本发明具体涉及一种适用于医疗领域中能够实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法，属于光学技术领域。
背景技术
窄带光波穿透器官黏膜的深度是不同的，例如，短波的穿透深度较浅，长波的穿透深度较深，可达黏膜下层。由于黏膜内血液的光学特性对不同波长的光吸收不同，因此使用难以扩散并能被血液吸收的光波，能够增加黏膜上皮和黏膜下血管的对比度和清晰度。窄带成像采用窄带光波照明，能够精确观察上皮形态，更好地帮助内镜医生区分不同位置的正常和病变组织，从而提高内镜诊断的准确率，用于诊断各种疾病。传统窄带成像采用氙灯宽光谱光源，配以多个窄带滤光片。同时大多数常规医学诊断仍然需要采用宽带白光照明成像。近红外光照明则对某些病变表现出特异性，可提高诊断准确率。随着近几年半导体固体光源的飞速发展，半导体LED光源以其节能，环保，光亮及色温可控等优点，已在各行各业上已广泛应用，大有取代传统光源的优势。而近红外波段的LD光源效率较高。
传统的窄带照明，宽带照明，近红外照明需要切换不同的光源，或在一个光源中滤去不需要的光谱，造成使用不便或能量浪费。
目前市场上已有多种窄带基色光的商用LED（如红光，橙光，红光，琥珀色，绿色，青色，兰色，深蓝色及UV光），峰值光谱比较固定，波形也比较恒定，因此可采用多基色LED光源、白光LED光源或其它组成的照明光源，通过光机结构设计与电路控制设计，使其实现不同的窄带或宽带照明功能组合，在单一光源装置中提供多功能照明便成为了需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种提供多种不同照明方式的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置及其方法，解决原有的窄带照明低效，不灵活，无法满足窄带、宽带照明灵活切换要求的问题，以克服现有技术的不足。
为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，包括一个宽带光源、一个近红外光源和至少一个窄带光源；
在所述窄带光源发出的光路通道上设有第一合光装置；
在所述宽带光源的光路通道上以及窄带光源经第一合光装置形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置，并由所述切换光装置选择发出窄带光源光路和/或宽带光源的光路；
在所述切换光装置发出的光路通道上依次设有第二合光装置、耦合输出装置和光纤；或在所述切换光装置发出的光路通道上依次设有耦合输出装置、第二合光装置和光纤；
所述近红外光源的光路通道与切换光装置发出的光路通道在第二合光装置或耦合输出装置处交汇。
优选的，所述第一合光装置和第二合光装置均为二向色镜或者是X合光棱镜；或者所述第一合光装置为二向色镜，第二合光装置为X合光棱镜；或者所述第一合光装置为X合光棱镜，第二合光装置为二向色镜。
优选的，所述窄带光源的光谱宽度为不大于30nm的LED光源，所述近红外光源为激光光源或LD光源，所述宽带光源为400nm~700nm的白光LED光源。
优选的，所述窄带光源、近红外光源和宽带光源均设有独立控制开关。
优选的，所述切换光装置包括步进电机、电机支架、反射镜和反射镜固定架，所述步进电机固定在电机支架上，且步进电机的输出轴上设有反射镜固定架，所述反射镜安装在反射镜固定架上。
优选的，所述耦合输出装置为透镜。
本发明的第二个技术方案是：一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于使用上述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置将窄带光源发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源和宽带光源发出的光束分别送至切换光装置内，并由所述切换光装置选择发出窄带光源发出的光束或者宽带光源发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置发出的光束和近红外光源发出的光束送至第二合光装置内，且由第二合光装置将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源光路或者是宽带光源光路与近红外光源光路通过第二合光装置进行合成；
步骤d、将窄带光源光路与近红外光源光路合成的光路或者宽带光源光路与近红外光源光路合成的光路通过耦合输出装置进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤，以完成不同的照明要求。
优选的，本发明还提供了另一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于使用上述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置将窄带光源发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源和宽带光源发出的光束分别送至切换光装置内，并由所述切换光装置选择发出窄带光源发出的光束和宽带光源发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置发出的光束送至第二合光装置内，且由第二合光装置将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源光路和宽带光源光路通过第二合光装置进行合成；
步骤d、将窄带光源光路和宽带光源光路的合成光与近红外光源发出的光路通过耦合输出装置进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤，以完成不同的照明要求。
优选的，本发明还提供了再一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于上述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置将窄带光源发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源和宽带光源发出的光束分别送至切换光装置内，并由所述切换光装置选择发出窄带光源发出的光束和/或宽带光源发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置发出的光束与近红外光源发出的光路通过耦合输出装置进行耦合；
步骤d、将窄带光源光路和/或宽带光源光路以及近红外光源发出的光路经耦合输出装置进行耦合后合成的光源经第二合光装置进行合成，最后将合成的复合光源送入光纤，以完成不同的照明要求。
本发明所具有的积极效果是：采用本发明的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置后，在所述窄带光源发出的光路通道上设有第一合光装置；在所述宽带光源的光路通道上以及窄带光源经第一合光装置形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置；在所述切换光装置发出的光路通道上以及近红外光源的光路通道上的交汇处设有第二合光装置；在所述第二合光装置发出的光路通道上设有耦合输出装置，所述耦合输出装置发出的光路通道上设有光纤；采用本发明的装置后，能够将窄带光源或宽带光源与近红外光源进行合成得到复合照明光源，取代了已有技术中窄带照明，宽带照明，近红外照明需要切换不同的光源，或在一个光源中滤去不需要的光谱的技术方案，不仅使用方便，而且也不会造成能量浪费，而其复合照明的具体步骤是，步骤a、所述第一合光装置将窄带光源发出的光束汇聚成一束光路；步骤b、所述窄带光源和宽带光源发出的光束分别送至切换光装置内，并由所述切换光装置选择发出窄带光源发出的光束或者宽带光源发出的光束；步骤c、将所述切换光装置发出的光束和近红外光源发出的光束送至第二合光装置内，且由第二合光装置将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源光路或者是宽带光源光路与近红外光源光路通过第二合光装置进行合成；步骤d、将窄带光源光路与近红外光源光路合成的光路或者宽带光源光路与近红外光源光路合成的光路通过耦合输出装置进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤，以完成不同的照明要求；采用本发明的复合照明方法后，对光谱进行窄带、宽带或组合选择，能够最大限度的提高光源选择的灵活性与方便性，以解决原有的窄带照明低效，不灵活，无法满足窄带、宽带照明灵活切换要求的问题。本发明将窄带光源或宽带光源与近红外光源合成后照明后，不仅可对组织表层成像，还可探查表皮下数毫米深度的内层组织图像。
附图说明
图1是本发明实现窄带或宽带光谱复合照明装置的具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明第一种实现窄带或宽带光谱复合照明装置的具体实施方式的光路示意图；
图3是本发明第二种实现窄带或宽带光谱复合照明装置的具体实施方式的光路示意图；
图4是本发明第三种实现窄带或宽带光谱复合照明装置的具体实施方式的光路示意图；
图5是本发明的切换光装置的具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
如图1所示，一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，包括一个宽带光源2、一个近红外光源3，以及至少一个窄带光源1，
在所述窄带光源1发出的光路通道上设有第一合光装置4；
在所述宽带光源2的光路通道上以及窄带光源1经第一合光装置4形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置5；
在所述切换光装置5发出的光路通道上以及近红外光源3的光路通道上的交汇处设有第二合光装置6；
所述第一合光装置4和第二合光装置6均为二向色镜或者是X合光棱镜；或者所述第一合光装置4为二向色镜，第二合光装置6为X合光棱镜；或者所述第一合光装置4为X合光棱镜，第二合光装置6为二向色镜，若选用二向色镜作为合光装置，所述二向色镜为一片二向色镜或者是两个或两个以上组合而成的二向色镜。
在所述第二合光装置6发出的光路通道上设有耦合输出装置7，所述耦合输出装置7发出的光路通道上设有光纤8；
其复合照明的具体步骤是，
步骤a、所述第一合光装置4将窄带光源1发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源1和宽带光源2发出的光束分别送至切换光装置5内，并由所述切换光装置5选择发出窄带光源1发出的光束或者宽带光源2发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置5发出的光束和近红外光源3发出的光束送至第二合光装置6内，且由第二合光装置6将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源1光路或者是宽带光源2光路与近红外光源3光路通过第二合光装置6进行合成；
步骤d、将窄带光源1光路与近红外光源3光路合成的光路或者宽带光源光路2与近红外光源3光路合成的光路通过耦合输出装置7进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤8，以完成不同的照明要求。
本发明的现窄带或宽带光谱复合照明的方法中，所述窄带光源1的光谱宽度为不大于30nm的LED光源，所述近红外光源2为激光光源或LD光源，所述宽带光源2为400nm~700nm的白光LED光源；且所述窄带光源1、近红外光源3和宽带光源2均设有独立控制开关。
如图1所示，一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，包括一个宽带光源2、一个近红外光源3和至少一个窄带光源1，
在所述窄带光源1发出的光路通道上设有第一合光装置4；
在所述宽带光源2的光路通道上以及窄带光源1经第一合光装置4形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置5，并由所述切换光装置5选择发出窄带光源光路或宽带光源的光路；
在所述切换光装置5发出的光路通道上以及近红外光源3的光路通道上的交汇处设有第二合光装置6，所述第二合光装置6将切换光装置5发出的光路和近红外光源的光路合成后汇聚成一束光路；
在所述第二合光装置6发出的光路通道上设有耦合输出装置7，所述耦合输出装置7将第二合光装置6发出的光路进入光纤8。
本发明的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置中，所述第一合光装置4和第二合光装置6均为二向色镜或者是X合光棱镜；或者所述第一合光装置4为二向色镜，第二合光装置6为X合光棱镜；或者所述第一合光装置4为X合光棱镜，第二合光装置6为二向色镜。
为了使得本发明结构更加合理，所述窄带光源1的光谱宽度为不大于30nm的LED光源，所述近红外光源3为激光光源或LD光源，所述宽带光源2为400nm~700nm的白光LED光源。所述窄带光源1、近红外光源3和宽带光源2均设有独立控制开关。这样，本发明也可以实现窄带光源1、近红外光源3和宽带光源2能够独立照明。
如图5所示，所述切换光装置5包括步进电机5-1、电机支架5-2、反射镜5-3和反射镜固定架5-4，所述步进电机5-1固定在电机支架5-2上，且步进电机5-1的输出轴上设有反射镜固定架5-4，所述反射镜5-3安装在反射镜固定架5-4上。所述切换光装置5的反射镜5-3具有两个工作位置，由步进电机5-1驱动反射镜固定架5-4，调整反射镜5-3的不同工作位置，可切换选择窄带光源或宽带光源。即所述反射镜5-3位于其中一个工作位置时，窄带光源1通过切换光装置5进入耦合输出装置7，位于另一个工作位置时，宽带光源2通过切换光装置5进入耦合输出装置7。切换光装置5能够切换输出窄带光源和/或宽带光源，也能够将窄带光源和/或宽带光源切换不同颜色以与近红外光源3配合完成不同的照明要求。
本发明所述耦合输出装置7为透镜。
本发明所述窄带光源1可以是由一个窄带光源单独照明，也可以多个窄带光源1组合照明，还可以一个或多个窄带光源与近红外光源组合照明。所述宽带光源2可以单独照明或与近红外光源3组合照明。
如图2所示为本发明实现窄带或宽带光谱复合照明的装置的一种实施方式，包含两个窄带光源1、一个宽带光源2，一个近红外光源3，在所述两个窄带光源1发出的光路通道上设有以二向色镜作为的第一合光装置4，将窄带光源1发出的光束汇聚成一束窄带光源合成光路91，在所述宽带光源2的光路通道上以及窄带光源1经第一合光装置4形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置5，并由所述切换光装置5选择发出窄带光源光路和/或宽带光源的光路，在所述切换光装置5发出的光路通道上设有以二向色镜作为的第二合光装置6，将通过切换光装置5的光路汇聚成一束光路92，在光路92上设有耦合输出装置7，耦合输出装置7将光路92与近红外光源3的光路进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤8，以完成不同的照明要求。
如图3所示为本发明实现窄带或宽带光谱复合照明的装置的一种实施方式，与图2的不同之处在于，包含三个窄带光源1，所述第一合光装置4选用的X型合光棱镜，而其余结构与图2相同。
如图4所示为本发明实现窄带或宽带光谱复合照明的装置的一种实施方式，与图2的不同之处在于，图4中近红外光源3与耦合输出装置7放置在第二合光装置6之前，而其余结构与图2相同。
采用本发明的装置后，能够将窄带光源或宽带光源与近红外光源进行合成得到复合照明光源，取代了已有技术中窄带照明，宽带照明，近红外照明需要切换不同的光源，或在一个光源中滤去不需要的光谱的技术方案，不仅使用方便，而且也不会造成能量浪费。采用本发明的复合照明方法后，对光谱进行窄带、宽带或组合选择，能够最大限度的提高光源选择的灵活性与方便性，以解决原有的窄带照明低效，不灵活，无法满足窄带、宽带照明灵活切换要求的问题。本发明将窄带光源或宽带光源与近红外光源合成后照明后，不仅可对组织表层成像，还可探查表皮下数毫米深度的内层组织图像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，包括一个宽带光源（2）、一个近红外光源（3）和至少一个窄带光源（1），其特征在于：
在所述窄带光源（1）发出的光路通道上设有第一合光装置（4）；
在所述宽带光源（2）的光路通道上以及窄带光源（1）经第一合光装置（4）形成的合光通道上的交汇处设有切换光装置（5），并由所述切换光装置（5）选择发出窄带光源光路和/或宽带光源的光路；
在所述切换光装置（5）发出的光路通道上依次设有第二合光装置（6）、耦合输出装置（7）和光纤（8）；或在所述切换光装置（5）发出的光路通道上依次设有耦合输出装置（7）、第二合光装置（6）和光纤（8）；
所述近红外光源（3）的光路通道与切换光装置（5）发出的光路通道在第二合光装置（6）或耦合输出装置（7）处交汇。
2.根据权利要求1所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其特征在于：所述第一合光装置（4）和第二合光装置（6）均为二向色镜或者是X合光棱镜；或者所述第一合光装置（4）为二向色镜，第二合光装置（6）为X合光棱镜；或者所述第一合光装置（4）为X合光棱镜，第二合光装置（6）为二向色镜。
3.根据权利要求1所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其特征在于：所述窄带光源（1）的光谱宽度为不大于30nm的LED光源，所述近红外光源（3）为激光光源或LD光源，所述宽带光源（2）为400nm~700nm的白光LED光源。
4.根据权利要求4所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其特征在于：所述窄带光源（1）、近红外光源（3）和宽带光源（2）均设有独立控制开关。
5.据权利要求1所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其特征在于：所述切换光装置（5）包括步进电机（5-1）、电机支架（5-2）、反射镜（5-3）和反射镜固定架（5-4），所述步进电机（5-1）固定在电机支架（5-2）上，且步进电机（5-1）的输出轴上设有反射镜固定架（5-4），所述反射镜（5-3）安装在反射镜固定架（5-4）上。
6.根据权利要求1所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其特征在于：所述耦合输出装置（7）为透镜。
7.一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于使用权利要求1~6任一项所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置（4）将窄带光源（1）发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源（1）和宽带光源（2）发出的光束分别送至切换光装置（5）内，并由所述切换光装置（5）选择发出窄带光源（1）发出的光束或者宽带光源（2）发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置（5）发出的光束和近红外光源发出的光束送至第二合光装置（6）内，且由第二合光装置（6）将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源（1）光路或者是宽带光源（2）光路与近红外光源（3）光路通过第二合光装置（6）进行合成；
步骤d、将窄带光源（1）光路与近红外光源（3）光路合成的光路或者宽带光源（2）光路与近红外光源（3）光路合成的光路通过耦合输出装置（7）进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤（8），以完成不同的照明要求。
8.一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于使用权利要求1~6任一项所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置（4）将窄带光源（1）发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源（1）和宽带光源（2）发出的光束分别送至切换光装置（5）内，并由所述切换光装置（5）选择发出窄带光源（1）发出的光束和宽带光源（2）发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置（5）发出的光束送至第二合光装置（6）内，且由第二合光装置（6）将两束光束汇聚成一束光路，使得窄带光源（1）光路和宽带光源（2）光路通过第二合光装置（6）进行合成；
步骤d、将窄带光源（1）光路和宽带光源（2）光路的合成光与近红外光源（3）发出的光路通过耦合输出装置（7）进行耦合，最后将合成的复合光源送入光纤（8），以完成不同的照明要求。
9.一种实现窄带或宽带光谱复合照明的方法，其特征在于使用权利要求1~6任一项所述的实现窄带或宽带光谱复合照明的装置，其复合照明的具体步骤如下：
步骤a、所述第一合光装置（4）将窄带光源（1）发出的光束汇聚成一束光路；
步骤b、所述窄带光源（1）和宽带光源（2）发出的光束分别送至切换光装置（5）内，并由所述切换光装置（5）选择发出窄带光源（1）发出的光束和/或宽带光源（2）发出的光束；
步骤c、将所述切换光装置（5）发出的光束与近红外光源（3）发出的光路通过耦合输出装置（7）进行耦合；
步骤d、将窄带光源（1）光路和/或宽带光源（2）光路以及近红外光源（3）发出的光路经耦合输出装置（7）进行耦合后合成的光源经第二合光装置（6）进行合成，最后将合成的复合光源送入光纤（8），以完成不同的照明要求。
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