CN114253002B - 一种控制光束功率分布的装置、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制光束功率分布的装置、方法及系统，包括光源组件、滤光组件、光筒和处理器；滤光组件安装在光筒中空内部，滤光组件包括第一透镜和平板玻璃，第一透镜与平板玻璃在光筒内并行排列，且具有间隙，平板玻璃包括圆心区域和外环区域，圆心区域的透光率小于外环区域的透光率；光源组件用于提供预设功率的初始光束，初始光束在光筒内传播，分别透过第一透镜和平板玻璃，输出调整功率分布后的使用光束；处理器与光源组件通信连接，用于实时监测初始光束的功率参数数据，对光源组件进行控制。本发明通过调整光束横截面不同部分的功率，以实现对相应区域照射强度的增强或者减弱。

Description

一种控制光束功率分布的装置、方法及系统

技术领域

本发明属于激光处理技术领域，具体涉及一种控制光束功率分布的装置、方法及系统。

背景技术

当前，近视防控用的哺光仪多使用激光二极管作为光源。激光光源用于近视防控时，激光光束经由瞳孔直射进入患者眼睛，直达眼底视网膜。光源发出的激光光束均没有进行精细化控制，光束横截面范围内的光功率呈均匀分布，没有对黄斑中心凹采取专门保护措施。

激光束是高能量光，直接使用激光照射眼底，对视网膜黄斑区的视锥细胞来说，存在巨大的致病风险。一旦激光光束对黄斑区造成实质性损害，就会造成视力不可逆的损失。

如CN214252772U提供了一种用于半导体激光器的光学整形系统，包括：激光模块，沿光路依次设置的整形透镜组、单缝遮光板、标定有光斑标准刻度的指示板，以及用于设置指示板位置的位置标定装置、空间位置可调的检测装置和固化装置，实现多种光斑需求的定制，能够满足各种光斑需求的光学整形。

如CN113208805A给出了一种弱视近视综合治疗仪及异常保护方法，治疗仪包括异常监测系统，可以对光源组的性能参数进行实时监测。在判断出性能参数异常的情况下，可以通过处理器直接关闭对应光源，或者，通过处理器控制挡板挡住对应光源组的光路，从而切断激光对用户眼睛的照射路径，从而避免对用户的眼睛造成伤害。

但是，以上方案无法在治疗过程中对光束横截面的功率分布进行预先设置、调整，不能满足不同治疗模式的需求。

因此，如何设计一种安全可靠、简便易操作的控制光束功率分布的装置、方法及系统是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于给出一种控制光束功率分布的装置、方法及系统，通过在光源照射路径上设置滤光组件，通过降低光束中心区域的光透过率，实现调节光束横截面不同区域功率的效果，以实现对相应区域的加强照射或者减弱照射。

第一方面， 本发明给出一种控制光束功率分布的装置，包括光源组件、滤光组件、光筒和处理器；

所述滤光组件安装在所述光筒中空内部，所述滤光组件包括第一透镜和平板玻璃，所述第一透镜与所述平板玻璃在所述光筒内并行排列，且具有间隙，所述平板玻璃包括圆心区域和外环区域，所述圆心区域的透光率小于所述外环区域的透光率；

所述光源组件用于提供预设功率的初始光束，所述初始光束在所述光筒内传播，分别透过所述第一透镜和所述平板玻璃，输出调整功率分布后的使用光束；

所述处理器与所述光源组件通信连接，用于实时监测所述初始光束的功率参数数据，对所述光源组件进行控制。

进一步的，所述圆心区域表面涂覆遮光薄膜，用于遮挡所述初始光束的部分区域，使所述初始光束穿过所述平板玻璃时，所述圆心区域和所述外环区域提供不同的透光率，且使得所述使用光束产生预定的光斑形状。

进一步的，所述光源组件为激光光源器件，所述激光光源器件采用激光二极管，所述管芯发射的激光为初始光束；

所述光筒包括光源近端和光源远端，所述激光二极管安装在所述光源近端，所述滤光组件安装在靠近所述光源远端的光筒中空内部，所述平板玻璃与所述光源远端无间隙贴合，所述初始光束自所述光源近端向所述光源远端方向发射，所述激光二极管与所述第一透镜之间采用可拆卸且可调整水平距离的支撑件进行限位固定。

进一步的，所述光筒的光源远端为封闭的筒壁，在所述筒壁的垂直中心线位置上开设有窗口，所述窗口、所述激光二极管的管芯与所述圆心区域呈三点一线；

所述窗口的高度数值小于所述外环区域的直径数值，所述初始光束透过所述滤光组件后，穿过所述窗口形成所述使用光束。

进一步的，所述激光二极管与所述第一透镜之间的水平距离为1-50mm，所述第一透镜与所述平板玻璃的水平距离为0.5-50mm，所述窗口的直径为0.5-20mm；

所述平板玻璃的所述圆心区域的半径与所述窗口的半径比值为0.02-0.5。

进一步的，所述装置还包括设置于光筒后端的第二透镜，所述光筒输出的所述使用光束经过所述第二透镜后形成治疗光束；

所述处理器还用于调整所述第一透镜与所述激光二极管之间的距离，以调控所述治疗光束的尺寸；

其中，所述第一透镜与所述激光二极管之间的距离大于所述第一透镜的焦距。

进一步的，所述使用光束经过所述第二透镜时，形成与所述圆心区域和所述外环区域分别对应的第二圆心区域和第二外环区域；

所述第二圆心区域的半径R₁和所述第二外环区域的半径R₂分别为：

；

式中，l ₁为所述光源组件与所述第一透镜之间的水平距离，s ₁为所述第一透镜与所述平板玻璃的水平距离，r ₁为所述平板玻璃的所述圆心区域的半径，s ₂为所述第一透镜与所述窗口的水平距离，r ₂为所述窗口垂直高度的二分之一，l ₂为所述光源组件与所述第二透镜之间的水平距离，f为所述第一透镜的焦距。

第二方面，本发明给出一种采用上述装置的控制光束功率分布的方法，包括如下步骤：

S1：启动光源组件和处理器，光源组件发射预定功率的初始光束，处理器实时监测初始光束的功率参数数据；

S2：初始光束进入滤光组件，透过第一透镜进行聚焦的同时照射到平板玻璃上；

S3：经平板玻璃中不同透光率的圆心区域和外环区域后，输出调整功率分布后的使用光束。

进一步的，在圆心区域涂覆遮光薄膜形成所述不同透光率的圆心区域和外环区域，具体包括：

A）选择设定的镀膜厚度，将平板玻璃整面镀遮光薄膜；

B）对圆心区域进行密封遮挡，之后对外环区域进行腐蚀去膜处理，清除外环区域的遮光膜；

C）清洗平板玻璃，得到圆心区域涂覆遮光薄膜的平板玻璃。

第三方面，本发明给出一种控制激光束功率分布的系统，所述系统用于近视防控，包括上述的装置。该系统实现了调节光束横截面不同区域功率的效果，可使该区域到达眼底视网膜时只有很少的光线，从而起到保护黄斑中心凹的作用。

本发明提供的一种控制光束功率分布的装置、方法及系统，达到如下的技术效果：

1、该装置安全可靠、简便易操作，能有效的控制光源发出光束在横截面上的功率分布。

2、设置的滤光组件能按照需求调整位置关系，能适应各种横截面功率调整模式的要求。

3、通过对平板玻璃的圆心区域和外环区域设置不同的透光率，实现控制光束的功率分布，既能保证控制的精确度，同时也增大该装置的适配度，扩大了应用范围。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明实施例的一种控制光束功率分布的装置示意图；

图2是示出根据本发明实施例的光束沿装置器件传递路径的示意图；

图3是示出根据本发明实施例的一种控制光束功率分布的方法的流程图。

附图标记说明：1-光源组件，11-管芯，2-滤光组件，21-第一透镜，22-平板玻璃，3-光筒，31-窗口，4-支撑件，5-第二透镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。

如图1和图2所示，本实施例提供一种控制光束功率分布的装置，包括光源组件1、滤光组件2、光筒3和处理器；

滤光组件2安装在光筒3中空内部，滤光组件2包括第一透镜21和平板玻璃22，第一透镜21与平板玻璃22在光筒3内并行排列，且具有间隙，平板玻璃22包括圆心区域和外环区域，圆心区域的透光率小于外环区域的透光率；其中，第一透镜21为凸透镜；

光源组件1用于提供预设功率的初始光束，初始光束在光筒3内传播，分别透过第一透镜21和平板玻璃22，输出调整功率分布后的使用光束；

处理器与光源组件1通信连接，用于实时监测初始光束的功率参数数据，对光源组件1进行控制。

本实施例可以对初始光束的功率进行检测，从而有效的控制光源发出的光束在横截面上的功率分布。 并且本实施例通过对平板玻璃22的圆心区域和外环区域设置不同的透光率，实现控制光束的功率分布，既能保证控制的精确度，同时也增大该装置的适配度，扩大了应用范围。另外，本实施例了实现了调节光束横截面不同区域功率的效果，可使中心区域到达眼底视网膜时只有很少或没有光线，从而起到保护黄斑中心凹的作用。

本实施中用于提供初始光束的光源组件1可以根据实际应用的不同而选择不同的种类。在实际应用场景中，本实施例的光源组件1可以为激光光源器件，激光光源器件采用激光二极管，激光二极管的管芯11发射的激光为初始光束。对于采用的激光二极管，本实施例可以选用不同的光筒3结构来完成对光源组件1和滤光组件2的固定和防护。在实际应用场景中，本实施例的光筒3可以包括光源近端和光源远端，激光二极管安装在光源近端，滤光组件2安装在靠近光源远端的光筒3中空内部，初始光束自光源近端向光源远端方向发射。另外，本实施例的激光二极管可以包括LD正极、LD负极、PD正极、PD负极、LD管座及管芯11；LD管座与光筒3固定连接，LD正极、LD负极、PD正极、PD负极置于光筒3外部，管芯11置于光筒3内部，激光二极管通过管芯11发出初始光束。

本实施例为了保证使用时进入通孔的光束分布在黄斑区域，可以对装置的结构进行相应的设置。在实际应用场景中，本实施例光筒3的光源远端为封闭的筒壁，在筒壁的垂直中心线位置上开设有窗口31，窗口31、激光二极管的管芯11与圆心区域的中心点呈三点一线；窗口31的高度数值小于外环区域的直径数值，初始光束透过滤光组件后，穿过窗口31形成使用光束，在使用光束中，与圆心区域对应的光束功率小，与外环区域对应的光束功率大。采用该三点一线的结构，可以在使用者能直视到激光束时，光即分布在黄斑区域，光束中心即为黄斑中心。并且本实施例通过降低圆心区域的光束功率，从而可以达到保护黄斑中心凹的目的。

本实施例为了使得设置的滤光组件2能按照需求调整位置关系，从而适应各种横截面功率调整模式的要求，可以设置相应的结构进行实现。在实际应用场景中，本实施例的激光二极管与第一透镜21之间采用可拆卸且可调整水平距离的支撑件4进行限位固定。通过支撑件4的调节作用，可以改变激光二极管和第一透镜21之间的距离，从而使得初始光束在经过第一透镜21后的相同位置形成不同尺寸的光束。例如，减小激光二极管和第一透镜21之间的距离，可以使得初始光束经过第一透镜21后的相同位置形成的光束尺寸减小；增大激光二极管和第一透镜21之间的距离，可以使得初始光束经过第一透镜21后的相同位置形成的光束尺寸增大。

本实施例为了保证激光二极管发出的光束被最大程度的利用，可以对装置的各参数进行设置，以使得极光尔激光发出的光束尽可能的通过窗口31并作用于使用者的黄斑区域。在一个应用场景中，本实施例的激光二极管的管芯11直径为0.1-0.4mm，激光二极管与第一透镜21之间的水平距离为1-50mm，第一透镜21与平板玻璃22的水平距离为0.5-50mm，窗口31的直径为0.5-20mm；平板玻璃22的圆心区域的半径与窗口31的半径比值为0.02-0.5。

如图2所示，本实施例的装置还可以包括设置于光筒3后端的第二透镜5，光筒3输出的使用光束经过第二透镜5后形成治疗光束。处理器还用于调整第一透镜21与激光二极管之间的距离，以调控治疗光束的尺寸；具体地，处理器控制第一透镜21靠近或远离激光二极管，以使得治疗光束的尺寸（直径）对应增大或减小。其中，第一透镜21与激光二极管之间的距离大于第一透镜21的焦距。本实施例的使用光束经过第二透镜5时，形成与圆心区域和外环区域分别对应的第二圆心区域和第二外环区域。本实施例在进行调节第二圆心区域和第二外环区域的尺寸时，可以进行调节第一透镜21和激光二极管之间的距离。具体地，本实施例通过透镜成像公式以及光束经过第一透镜21后的汇聚点分别到平板玻璃22、窗口、第二透镜的距离，得到第二圆心区域的半径R₁和第二外环区域的半径R₂，其中，透镜成像公式为：

1/l ₁+1/u=1/f

式中，l ₁为光源组件1与第一透镜21之间的水平距离，u为光束经过第一透镜21后的汇聚点到第一透镜21的距离，f为第一透镜21的焦距。则本实施例的第二圆心区域的半径R₁和第二外环区域的半径R₂分别为：

；

式中，s ₁为第一透镜21与平板玻璃22的水平距离，r ₁为平板玻璃22的圆心区域的半径，s ₂为第一透镜21与窗口31的水平距离，r ₂为窗口31垂直高度的二分之一，l ₂为光源组件1与第二透镜5之间的水平距离。

本实施例通过对第一透镜21和激光二极管之间距离的调节，可以使得使用光束进入使用者通孔的尺寸不同，从而可以满足不同使用者的使用和辅助治疗。

在实际应用场景中，本实施例的第二透镜5可以为平板玻璃或凸面镜。当第二透镜5为凸面镜时，为了充分利用凸面镜的聚焦效果，可以使得光筒3输出的使用光束聚焦于第二透镜5的焦点后，经过第二透镜5以形成平行光束。通过对第二透镜5的设置，可以使得使用者的眼部位于第二透镜5不同位置时，具有相同尺寸的光束。本实施例在通过处理器调节治疗光束的尺寸时，可以调整第一透镜21与激光二极管之间的距离，来改变治疗光束的尺寸。在此基础上，本实施例为了保证使用光束经过第二透镜5（凸面镜）时仍为平行光束，可以在调整第一透镜21与激光二极管之间的距离同时，调整光筒3与第二透镜5之间的距离；例如，处理器控制第一透镜21靠近或远离激光二极管时，同时调节光筒3靠近或远离第二透镜5，从而使得本实施例在调节治疗光束的尺寸时，还可以保证治疗光束为平行光束。

本实施例在调节圆心区域和外环区域的透光率时，可以根据实际需求选择不同结构。在一个应用场景中，本实施例可以在平板玻璃22的圆心区域表面涂覆遮光薄膜，用于遮挡初始光束的部分区域，使初始光束穿过平板玻璃22时，圆心区域和外环区域提供不同的透光率，且使得使用光束产生预定的光斑形状。在另一个应用场景中，本实施例可以在平板玻璃22的圆心区域进行磨砂处理，使得圆心区域变的粗糙，从而降低其透光率。另外，本实施例的圆心区域可以根据不同场景设置不同的形状，以使得本实施例的装置可以满足不同场景的需求，例如，本实施例的圆心区域可以设置圆形、多边形或其他不规则形状。

其中，本实施例的处理器在进行实时监测初始光束的功率参数数据时，可以设置相应的结构进行检测。在一个应用场景中，本实施例通过实时监测激光二极管对应激光电路中的电压和电流数值，即可得到实时功率。通过设置合理的功率阈值，超过阈值时处理器即发出断开电路指令，装置停止工作。

如图3所示，本实施例在给出装置的基础上，可以根据该装置进行控制光束功率的分布，该控制方法可以包括如下步骤：

S1：启动光源组件1和处理器，光源组件1发射预定功率的初始光束，处理器实时监测初始光束的功率参数数据；

S2：初始光束进入滤光组件2，透过第一透镜21进行聚焦的同时照射到平板玻璃22上；

S3：经平板玻璃22中不同透光率的圆心区域和外环区域后，输出调整功率分布后的使用光束。

本实施例在进行圆心区域和外环区域的不同透光率处理时，可以在圆心区域涂覆遮光薄膜形成不同透光率的圆心区域和外环区域，其具体包括：

A）选择设定的镀膜厚度，将平板玻璃22整面镀遮光薄膜；

B）对圆心区域进行密封遮挡，之后对外环区域进行腐蚀去膜处理，清除外环区域的遮光膜；

C）清洗平板玻璃22，得到圆心区域涂覆遮光薄膜的平板玻璃22。

本实施例在进行圆心区域和外环区域的不同透光率处理时，还可以在圆心区域进行磨砂处理，将其原本光滑的表面变得不光滑，使得光束照射在表面形成漫反射，而降低其透光率。

本实施例还给出一种控制激光束功率分布的系统，系统用于近视防控，包括两个上述的装置。在实际应用场景中，为了满足不同使用者的使用，可以设置调节机构进行调节两个装置之间的距离，从而与不同使用者的瞳距匹配。

以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制光束功率分布的装置，其特征在于，包括光源组件、滤光组件、光筒和处理器；

所述滤光组件安装在所述光筒中空内部，所述滤光组件包括第一透镜和平板玻璃，所述第一透镜与所述平板玻璃在所述光筒内并行排列，且具有间隙，所述平板玻璃包括圆心区域和外环区域，所述圆心区域的透光率小于所述外环区域的透光率；

所述光源组件用于提供预设功率的初始光束，所述初始光束在所述光筒内传播，分别透过所述第一透镜和所述平板玻璃，输出调整功率分布后的使用光束；

所述处理器与所述光源组件通信连接，用于实时监测所述初始光束的功率参数数据，对所述光源组件进行控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆心区域表面涂覆遮光薄膜，用于遮挡所述初始光束的部分区域，使所述初始光束穿过所述平板玻璃时，所述圆心区域和所述外环区域提供不同的透光率，且使得所述使用光束产生预定的光斑形状。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源组件为激光光源器件，所述激光光源器件采用激光二极管，所述激光二极管的管芯直径为0.1-0.4mm，所述管芯发射的激光为初始光束；

所述光筒包括光源近端和光源远端，所述激光二极管安装在所述光源近端，所述滤光组件安装在靠近所述光源远端的光筒中空内部，所述初始光束自所述光源近端向所述光源远端方向发射，所述激光二极管与所述第一透镜之间采用可拆卸且可调整水平距离的支撑件进行限位固定。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光筒的光源远端为封闭的筒壁，在所述筒壁的垂直中心线位置上开设有窗口，所述窗口、所述激光二极管的管芯与所述圆心区域呈三点一线；

所述窗口的高度数值小于所述外环区域的直径数值，所述初始光束透过所述滤光组件后，穿过所述窗口形成所述使用光束。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光二极管与所述第一透镜之间的水平距离为1-50mm，所述第一透镜与所述平板玻璃的水平距离为0.5-50mm，所述窗口的直径为0.5-20mm；

所述平板玻璃的所述圆心区域的半径与所述窗口的半径比值为0.02-0.5。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置于光筒后端的第二透镜，所述光筒输出的所述使用光束经过所述第二透镜后形成治疗光束；

所述处理器还用于调整所述第一透镜与所述激光二极管之间的距离，以调控所述治疗光束的尺寸；

其中，所述第一透镜与所述激光二极管之间的距离大于所述第一透镜的焦距。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述使用光束经过所述第二透镜时，形成与所述圆心区域和所述外环区域分别对应的第二圆心区域和第二外环区域；

所述第二圆心区域的半径R₁和所述第二外环区域的半径R₂分别为：

；

式中，l ₁为所述光源组件与所述第一透镜之间的水平距离，s ₁为所述第一透镜与所述平板玻璃的水平距离，r ₁为所述平板玻璃的所述圆心区域的半径，s ₂为所述第一透镜与所述窗口的水平距离，r ₂为所述窗口垂直高度的二分之一，l ₂为所述光源组件与所述第二透镜之间的水平距离，f为所述第一透镜的焦距。

8.一种采用如权利要求1-7任一所述装置的控制光束功率分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：启动光源组件和处理器，光源组件发射预定功率的初始光束，处理器实时监测初始光束的功率参数数据；

S2：初始光束进入滤光组件，透过第一透镜进行聚焦的同时照射到平板玻璃上；

S3：经平板玻璃中不同透光率的圆心区域和外环区域后，输出调整功率分布后的使用光束。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在圆心区域涂覆遮光薄膜形成所述不同透光率的圆心区域和外环区域，具体包括：

A）选择设定的镀膜厚度，将平板玻璃整面镀遮光薄膜；

B）对圆心区域进行密封遮挡，之后对外环区域进行腐蚀去膜处理，清除外环区域的遮光膜；

C）清洗平板玻璃，得到圆心区域涂覆遮光薄膜的平板玻璃。

10.一种控制激光束功率分布的系统，其特征在于，所述系统用于近视防控，包括如权利要求1-7任一所述的装置。

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