CN114838326A - 一种具有多种术野光斑的光学模块 - Google Patents

一种具有多种术野光斑的光学模块 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种具有多种术野光斑的光学模块，包括：第一圆形光斑单元，用于产生第一圆形光斑；第二圆形光斑单元，用于产生第二圆形光斑；椭圆光斑单元，包括透镜和条纹出光部件，条纹出光部件设置在透镜的出光面上，第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元、椭圆光斑单元为一体成型结构。通过设置第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元，以及椭圆光斑单元，在椭圆光斑单元上设置条纹出光面，通过第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆光斑单元共同作用或单独作用形成圆形或椭圆形光斑，并且第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆形光斑单元为一体成型结构，使得本申请的光学模块制造工艺简单，利于批量化生产制造。

Description

一种具有多种术野光斑的光学模块
技术领域
本申请涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种具有多种术野光斑的光学模块。
背景技术
当前通过多个独立的光学元件作为光学单元的手术灯，通过对每个独立的光学单元的定位和偏向角度调整得到整体灯具的光学效果，由于每个独立的光学单元都需要进行偏转，随之而来的与光学元件配合的LED灯珠也需要进行偏转，并且结构上也要做成各种方向的斜面以配合照明目标，至此也使得手术灯的结构复杂，制造工艺繁琐。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的为：提供一种具有多种术野光斑的光学模块。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本申请提供一种具有多种术野光斑的光学模块，包括第一圆形光斑单元，用于产生第一圆形光斑；
第二圆形光斑单元，用于产生第二圆形光斑；
椭圆光斑单元，包括透镜和条纹出光部件，所述条纹出光部件设置在所述透镜的出光面上，所述透镜与所述条纹出光部件共同作用形成椭圆光斑；
其中，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元为一体成型结构。
可选地，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元和所述椭圆光斑单元的出光面位于通一平面。
可选地，所述第一圆形光斑、所述第二圆形光斑和所述椭圆光斑的中心重叠。
可选地，所述第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆光斑单元在1000mm照射面上的光斑中心重合。
可选地，光斑中心照度10％位置的直径为d10，光斑中心照度50％位置的直径为d50，光斑在各个方向分布均满足d50/d10≥0.5。
可选地，所述光学模块还包括具有LED光源的PCB板，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元与所述PCB板上的LED光源对应连接。
可选地，所述第一圆形光斑单元包括第一反射部和第二反射部，所述LED光源包括第一发光区和第二发光区，所述第一发光区与所述PCB板的最大夹角为α，所述第二发光区与所述第一发光区的最大夹角为β，其中α和β均大于0，第一发光区和第二发光区发出的光线经第一反射部和第二反射部反射后形成半径为R的光斑。
可选地，所述第一发光内的光线在第一反射部的外壁上全内反射，使得光线均匀分布在光斑区域内；第二发光区的光线通过第二反射部均匀地分布到圆形光斑直径上。
可选地，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元为透镜或反光杯。
可选地，所述条纹出光部件上均匀分布条纹。
实施本申请实施例，将具有如下有益效果：
通过设置第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元，以及椭圆光斑单元，在椭圆光斑单元上设置条纹出光面，通过第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆光斑单元共同作用或单独作用形成圆形或椭圆形光斑，并且第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆形光斑单元为一体成型结构，使得本申请的光学模块制造工艺简单，利于批量化生产制造。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请具有多种术野光斑的光学模块一种实施方式的示意图；
图2为图1中光学模块另一视角的示意图；
图3为本申请光学模块产生的同心光斑一种实施方式的示意图；
图4为本申请光学模块产生的同心光斑另一种实施方式的示意图；
图5为本申请光学模块产生同心光斑一种实施方式的示意图；
图6为第一圆形光斑模块或第二圆形光斑模块光线传播的示意图；
图7为本申请椭圆光斑模块光线传播一种实施方式的示意图；
图8为图7中圆形光斑和椭圆形光斑的示意图；
图9为图7中条纹出光部件三种实施方式的示意图；
图10为圆形光斑中心照度10％位置和50％位置的示意图；
图11为椭圆形光斑中心照度10％位置和50％位置的示意图；
图12为本申请光学模块在1000mm处形成光斑的光路示意图；
图13为本申请光学模块轮廓面的示意图；
图14为1000mm处的圆形光斑效果图；
图15为图14中圆形光斑照度分布曲线图；
图16为图14中圆形光斑的配光曲线图；
图17为1000mm处的椭圆形光斑效果图；
图18为图17中椭圆形光斑照度分布曲线图；
图19为17中椭圆形光斑的配光曲线图；
图中：10-第一圆形光斑单元；10a-第一圆形光斑；11-第一反射部；12-第二反射部；a-第一发光区；b-第二发光区；20-第二圆形光斑单元；20a-第二圆形光斑；30-椭圆光斑单元；30a-椭圆光斑；31-透镜；32-条纹出光部件；40-PCB板；s-光线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如根据上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(根据附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本申请具有多种术野光斑的光学模块，设置一体成型的第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元以及具有条纹出光部件的椭圆光斑单元，形成一种既能够实现圆形光斑又能够实现椭圆光斑的，制造工艺简单，利于批量化生产的具有多种术野光斑的光学模块。
参考图1，在一种实施方式中光学模块包括第一圆形光斑单元10，用于产生第一圆形光斑10a，第二圆形光斑单元20，用于产生第二圆形光斑20a，椭圆光斑单元30，用于产生椭圆光斑30a，第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30为一体成型结构，使得光学模块的制造工艺简单，便于工业化批量生产。其中，椭圆光斑单元30包括透镜31和条纹出光部件32，条纹出光部件32设置在透镜31的出光面上，通过条纹出光部件32改变出射光线的传播方向从而形成椭圆光斑。在进一步的实施方式中，条纹出光部件32可以与透镜31为一体成型结构，使得光学模块的生产制造更加便利。可选地，第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30均匀分布，形成圆角三角形结构。在一些实施方式中，第一圆形光斑单元10形成的圆形光斑面积小于第二圆形光斑单元20形成的圆形光斑的面积。
更多地，本申请不限制光斑单元的数量，根据使用场景的需要可以增加或减少圆形光斑单元、椭圆光斑单元的数量，以满足使用要求。
可选地，第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30的出光面位于同一平面，便于光学模块的安装，同时光学模块一体化设计使得光学参数更加精准，结构更加简洁，安装更方便，线束更少，后期维护也更加便捷。
参考图2-4，在一个实施方式中，光学模块还包括具有LED光源的PCB板40，第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30分别与PCB板40上的LED光源对应连接。LED光源发出的光线通过第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30共同作用形成圆形光斑、椭圆形光斑，并且圆形光斑和椭圆形光斑的中心重叠，使得通过同一个透镜模块就可以实现三种光斑，分别调控这三种光斑的强度比例就可实现光斑大小调节和形状调节，为整体手术灯做好单元便利设计。更多地，利用透镜的三合一整体成型，光斑目标偏向在透镜实现，使得后面装配的结构件不需要再做偏向设计、对应的三颗灯珠只需贴在同一个PCB板上，实现结构简化，美化外观效果。
在一些实施方式中，也可使得圆形光斑和椭圆形光斑的中心不重叠，具体可以是通过调整第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30的照射角度，使得光学模块形成的圆形光斑或椭圆形光斑的中心位于不同的照射区域。更为具体地如何设置可根据使用场景要求进行调整。
参考图5，在一个实施方式中，光学模块在1000mm的照射面上形成中心重叠的光斑，第一圆形光斑单元10、第二圆形光斑单元20和椭圆光斑单元30共同作用在照射面上形成中心重叠的椭圆光斑，使得操作者有合适的操作空间，便于实施操作。
参考图6-8，椭圆光斑单元30上在未设置条纹出光部件32时，光线s如图6中直线传播，在设置条纹出光部件32后，条纹结构使得光线s的传播路径发生改变如图7中所示，从而在照射面上形成如图8中所示的从原本圆形变换成椭圆光斑。
在一些实施方式中，如图9中所示，条纹出光部件32的端面为3种波纹起伏幅度不一的条纹出光部件的端面示意图，波纹起伏的幅度可根据具体的使用要求进行调整，以满足使用要求。
可选地，条纹出光部件上均匀分布条纹，通过条纹将圆形光斑转换成椭圆光斑。
参考图10和图11，圆形光斑和椭圆形光斑，光斑中心照度10％位置的直径为d10，光斑中心照度50％位置的直径为d50，光斑在各个方向分布均满足d50/d10≥0.5，从而使得本申请的光学模块满足术野光斑的使用要求。
LED光源为面光源，光源本身具有一定的尺寸，则需考虑边界效应，至少需要对左、中、右三个点光源位置进行光路搭建，则会产生3个透镜轮廓面，之后对三个轮廓面进行拟合，得到这种的轮廓面，如图12和13中所示，经过拟合后，轮廓面对于LED光源上每个位置点都可实现d50/d10≥0.5，使得形成的光斑具有良好的照射效果。具体地，第一圆形光斑单元10包括第一反射部11和第二反射部12，LED光源包括第一发光区a和第二发光区b，第一发光区a与PCB板40的最大夹角为α，第二发光区b与第一发光区a的最大夹角为β，其中α和β均大于0，第一发光区a和第二发光区b发出的光线经第一反射部11和第二反射部12反射后形成半径为R的光斑。更为具体地，夹角α内的光线在第一反射部11内全反射，经过几何光路将该角度内的光线均匀地分布在圆形光斑直径上，每条光线在不同介质的临界面发生反射或折射，通过几何光路找到反射或折射的发现，从而得到与发现垂直的切线及切点，有N根光线光路就会有N个切点，切点相连接起来形成透镜的反射面或透射面，再通过计算把夹角β内的光线均匀地分布到圆形光斑直径上，计算出第二反射部12的面型。基于点光源的前提下，通过上述方式得到理想的均匀光斑，具体参考图14-16中本申请光学模块圆形光斑模块的仿真效果、光斑中照度分布曲线以及圆形光斑的配光曲线，参考图17-19中本申请光学模块椭圆光斑的仿真效果、光斑中照度分布曲线以及光斑的配光曲线。
可选地，第一发光区内的光线在第一反射部的外壁上发生全内反射，使得光线均匀分布在光斑区域内，第二发光区的光线通过第二反射部均匀地分布到圆形光斑直径上，使得光学模块的照射区域照度均匀分布，同时对光学模块发出的光线能够充分运用。
在一些实施方式中，第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元、椭圆光斑单元为透镜或反光杯。
以上所述实施例的各个技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，包括：
第一圆形光斑单元，用于产生第一圆形光斑；
第二圆形光斑单元，用于产生第二圆形光斑；
椭圆光斑单元，包括透镜和条纹出光部件，所述条纹出光部件设置在所述透镜的出光面上，所述透镜与所述条纹出光部件共同作用形成椭圆光斑；
其中，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元为一体成型结构。
2.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元和所述椭圆光斑单元的出光面位于同一平面。
3.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一圆形光斑、所述第二圆形光斑和所述椭圆光斑的中心重叠。
4.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一圆形光斑单元、第二圆形光斑单元和椭圆光斑单元在1000mm照射面上的光斑中心重合。
5.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，光斑中心照度10％位置的直径为d10，光斑中心照度50％位置的直径为d50，光斑在各个方向分布均满足
Figure FDA0003586723230000011
6.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述光学模块还包括具有LED光源的PCB板，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元与所述PCB板上的LED光源对应连接。
7.根据权利要求6所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一圆形光斑单元包括第一反射部和第二反射部，所述LED光源包括第一发光区和第二发光区，所述第一发光区与所述PCB板的最大夹角为α，所述第二发光区与所述第一发光区的最大夹角为β，其中α和β均大于0，所述第一发光区和所述第二发光区发出的光线经第一反射部和第二反射部反射后形成半径为R的光斑。
8.根据权利要求7所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一发光区内的光线在第一反射部的外壁上全内反射，使得光线均匀分布在光斑区域内；第二发光区的光线通过第二反射部均匀地分布到圆形光斑直径上。
9.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述第一圆形光斑单元、所述第二圆形光斑单元、所述椭圆光斑单元为透镜或反光杯。
10.根据权利要求1所述的具有多种术野光斑的光学模块，其特征在于，所述条纹出光部件上均匀分布条纹。
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