CN115153401B

CN115153401B - 内窥镜用照明装置及内窥镜

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Publication number: CN115153401B
Application number: CN202211102084.0A
Authority: CN
Inventors: 翟学锋; 潘耀华; 邱立强; 翟文国
Original assignee: Beijing Hotwire Medical Tech Development Co ltd
Current assignee: Beijing Hotwire Medical Tech Development Co ltd
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2042-09-09
Also published as: CN115153401A

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种内窥镜用照明装置及内窥镜。照明装置包括依次排列的光源、光耦合器、导光降温管和光纤簇，导光降温管具有能够传导可见光且同时吸收不可见光热辐射的导光降温通道。导光降温通道的进光端在光源经光耦合器形成光源实像面的位置，由此提高耦合效率，满足光通量要求。同时，导光降温通道在传导可见光的同时吸收不可见光热辐射，将降温后的光传导至光纤簇，不会出现灼伤光纤簇进光端的情况，进而也不会出现出光端超过人体内组织可允许照射温度的情况。本发明通过一个简单的导光降温管解决了照度需求与防止灼伤光纤簇表面甚至出光端照明温度超过人体内组织可允许温度之间的矛盾，结构改进简单，成本可控。

Description

内窥镜用照明装置及内窥镜

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种内窥镜用照明装置及内窥镜。

背景技术

现有内窥镜的照明装置主要包括依次排列的LED光源、光耦合器和光纤簇。LED光源的出光经过光耦合器聚焦传至光纤簇，为了提高耦合效率，让光纤簇获得的尽可能高的光通量，光耦合器的聚焦点与光纤簇进光端的间隙几乎为零。

高功率LED光源的辐射光谱中，富有不可忽视的热辐射，这些热辐射属于非可见光，对光源的光通量没有贡献。在上述光耦合器的聚焦点与光纤簇的进光端的间隙几乎为零的情况下，光纤簇进光端接收到的进光热量很高，可能灼伤光纤簇进光端，这反而会降低耦合效率，同时还导致传递至光纤簇出光端的出光的温度高于规定许可温度，存在可能会超过人体内组织可允许照射温度问题，如超温则可能对人体内组织造成一定的灼伤。

面对上述问题：

一种参考解决方式是：降低LED光源的功率进而同步降低LED光源出光所携带的热辐射，但同时光纤簇出光端的出口光通量也会随之降低，导致内窥镜的照度不满足人体内的照明需求。因此，此解决方式实际不可行。

另一种参考解决方式，也是现有内窥镜中使用的方式，是：对LED光源配置散热器，该散热器一般位于LED光源的背后，并带有风扇进行散热。但这种散热器仅仅是针对于LED光源本身进行散热，并不能解决上述因光耦合器的聚焦点与光纤簇进光端的间隙几乎为零而导致的光纤簇进光端的热量很高的问题。因此，此解决方式实际无法解决上述问题。

综上，现有技术面临照度需求与可能灼伤光纤簇表面（甚至出光端照明超过人体内组织可允许温度）之间的矛盾，存在二者较难兼顾的技术问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种内窥镜用照明装置及内窥镜，其解决了照度需求与防止灼伤光纤簇及控制人体内照明温度之间较难兼顾的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明一方面提供一种内窥镜用照明装置，包括光源、光耦合器和光纤簇，光耦合器具有进光端和出光端，光耦合器的进光端与光源对齐，还包括导光降温管；光源、光耦合器、导光降温管和光纤簇依次排列；导光降温管具有能够传导可见光且同时吸收不可见光的热辐射的导光降温通道；导光降温通道的进光端与光耦合器的出光端对齐，并且导光降温通道的进光端位于光源经光耦合器形成光源实像面的位置；导光降温通道的出光端与光纤簇的进光端相连。

根据本发明，导光降温通道的垂直于导光降温管的管孔轴线的截面为圆形，在传播方向平面截面为梯形，导光降温通道的长度按如下公式确定：

；

其中，A₁为导光降温通道的进光端的直径，L为导光降温通道的长度。

根据本发明，导光降温通道的直径由其进光端向其出光端逐渐减小，导光降温通道的出光端和光纤簇的进光端对齐且直径相等。

根据本发明，导光降温通道的内壁抛光。

根据本发明，导光降温管为铝管或不锈钢管；或者导光降温管的管孔内壁镀反射铝膜。

根据本发明，导光降温管的外壁设有散热齿或散热槽。

根据本发明，还包括导热件；导光降温管通过导热件连接在内窥镜的光源机箱的机壳上。

根据本发明，光源是功率为70W至130W之间的LED光源。

本发明另一方面提供一种内窥镜，包括上述任一项的内窥镜用照明装置。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的内窥镜用照明装置及内窥镜，在光耦合器和光纤簇之间设置导光降温管，一方面，导光降温管的导光降温通道的进光端位于光源经光耦合器的光源实像面的位置，由此提高耦合效率，满足光通量的要求；另一方面，导光降温管的导光降温通道在传导可见光的同时吸收不可见光的热辐射，将降温后的光传导至光纤簇进光端，不会出现灼伤光纤簇进光端的情况，进而也不会出现在光纤簇出光端照明人体内组织超过一定温度的情况。同时，本发明通过一个简单的导光降温管解决了照度需求与防止灼伤光纤簇及降低人体内组织照射温度的矛盾，结构改进简单，成本变化可控。

附图说明

图1为本发明的具体实施方式中内窥镜用照明装置的结构示意图；

图2为本发明的具体实施方式中内窥镜用照明装置中的导光降温管的结构示意图；

图3为本发明的具体实施方式中内窥镜用照明装置的工作原理示意图。

【附图标记说明】

1：光源；2：光耦合器；21：第一透镜；22：第二透镜；23：透镜壳体；3：导光降温管；31：导光降温通道；4：光纤簇；5：导热件；6：机壳。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例提供一种内窥镜，其包括照明装置以及其他现有技术中具有的完成内窥镜医疗功能的结构。本实施例主要对内窥镜的照明装置进行描述。

参见图1和图2，本实施例的内窥镜用照明装置包括光源1、光耦合器2、导光降温管3、光纤簇4和导热件5。其中，光源1、光耦合器2、导光降温管3和光纤簇4依次排列。

本实施例的光源1为高功率LED光源，在本实施例中，LED光源的功率在70W至130W之间。该光源1能够满足本实施例的内窥镜对于照明的要求。如果在现有技术结构的基础上采用70W至130W的LED光源，那么光纤簇进光端接收到的光的温度将非常高，足以灼伤光纤簇进光端。本实施例之所以可以使用70W至130W如此大功率的光源，依赖于后续详述的导光降温管3。

本实施例的光耦合器2具有进光端和出光端，光耦合器2的进光端与光源1对齐，用于对接光源1的出光。在本实施例中，光耦合器2为透镜组件，具体地，该透镜组件包括第一透镜21、第二透镜22和透镜壳体23。第一透镜21和第二透镜22沿由光源1指向导光降温管3的方向排列并支承在透镜壳体23中，透镜壳体23的靠近光源1的一端构成透镜组件（也即光耦合器2）的进光端，透镜壳体23的远离光源1的一端构成透镜组件（也即光耦合器2）的出光端，透镜壳体23的两端之间形成导光通道，在该导光通道中仅设有第一透镜21和第二透镜22这两个透镜。第一透镜21为玻璃材料，优选耐热玻璃、石英玻璃或K9玻璃，第一透镜21的双面都为非球面。第二透镜22为玻璃材料，优选耐热玻璃、石英玻璃或K9玻璃，第二透镜22的双面都为非球面。此透镜组件经如上设计只使用了两个透镜，比三片或更多透镜的组件具有高的透射率和成本优势，工程中或也有使用单透镜的光源组件，但单透镜使用时候材料往往折射率大，聚焦效果并不好，菲涅耳光损更多，透镜也会更加弯曲。光源1经过透镜组件进行聚焦，从透镜组件的出光端发出。当然，本发明不局限于此，光耦合器2也可以是具有解析式为椭球面的反射器，这时光源1和光耦合器2的出光面分别位于椭球反射面的两个焦点位置。

本实施例的导光降温管3的外形为圆柱体，当然也可以为长方体。导光降温管3的管孔的横截面（即垂直于管孔的轴线的截面）为圆形，管孔整体可以是等直径圆柱形；管孔整体也可以是圆锥台形，即纵截面（即在传播方向平面截面）为梯形。参见图1和图2，当管孔整体是圆锥台形时，管孔的直径由进光端向其出光端逐渐减小。

导光降温管3具有能够传导可见光且同时吸收不可见光的热辐射的导光降温通道31，该导光降温通道31的可见光反射率大于等于95%。导光降温通道31的内壁抛光，以更好地反射可见光。

具体地，提供两种使得导光降温通道31同时具有传导可见光和吸收不可见光的热辐射这两种功能的结构：

第一种结构：导光降温管3整体由具有传导可见光和吸收不可见光的热辐射这两种功能的材料制成，比如导光降温管3为铝管或不锈钢管，同时管孔内壁抛光，进而导光降温管3的管孔所形成的导光降温通道31也具有上述两种功能；

第二种结构：不限定导光降温管3的材料具备上述两种功能，而是导光降温管3的管孔内壁抛光并镀具有上述两种功能的材料，形成具有以反射方式传导可见光和吸收不可见光热辐射这两种功能的镀膜，该镀膜构成上述导光降温通道31，比如镀铝膜或其他对可见光反射率高（可见光反射率大于等于95%），对不可见光（主要为红外光）反射率低的金属膜。

其中，上述两种结构使用铝和不锈钢尤其能够满足导光降温通道31的光反射率大于等于95%的要求，同时成本较低，且导热能力好。

其中，导光降温管3的管孔的形状基本决定了导光降温通道31的形状，因此，导光降温通道31可以是等直径圆柱形，也可以是圆锥台形。当导光降温通道31为圆锥台形时，导光降温通道31的直径由进光端向其出光端逐渐减小。

导光降温通道31的进光端与光耦合器2的出光端对齐，以接收光耦合器2的出光，并且导光降温通道31的进光端位于光源1经光耦合器2形成光源实像面的位置（应理解为导光降温通道31的进光端的端面与上述光源实像面重合），由此提高耦合效率，尽量降低可见光的损失。

导光降温通道31的出光端与光纤簇4的进光端相连，例如采用插接方式，以将降温后的出光传递至光纤簇4，光纤簇4的进光端接收光后继续传导至光纤簇4的出光端，后续结构和原理与现有技术相同，不进行叙述。本实施例中，导光降温通道31的出光端和光纤簇4的进光端对齐，且导光降温通道31的出光端的直径A₂与光纤簇4的进光端的直径相等，由此提高耦合效率，以尽量降低可见光的损失。

由此，通过导光降温通道31的进光端的位置、导光降温通道31的材料以及导光降温通道31的出光端与光纤簇4的进光端的上述相接方式，提高耦合效率，尽量降低可见光的损失，满足光通量的要求。

而光在导光降温通道31中反射过程中所吸收的热辐射，依靠导光降温管3传导出去，由此，无论是上述第一种结构还是第二种结构，导光降温管3都应具有好的热传导效率，优选采用金属。

同时，本实施例中，导光降温通道31的长度，在本实施例中也即导光降温管3的长度，按如下公式确定：

；

其中，A₁为导光降温通道31的进光端的直径，L为导光降温通道31的长度。L大于3A₁保证导光降温通道31对于热辐射有足够的吸热长度，L小于5A₁是为了适度限制导光降温通道31的长度，以进而适度限制照明装置的长度。

如上，通过导光降温管3的材料和长度，来提高导光降温管3的导热、散热性能。除此之外，本实施例中，导光降温管3通过导热件5连接在光源机箱的机壳6上，以将吸收的热量通过导热件5传导至机壳6，迅速散热。

优选地，导热件5的材质为金属，更加优选地为铜或铝，具有良好的吸热性能和传热性能。导热件5的形状优选为具有立方体外形和立方体形状的内孔的块体，导光降温管3放置在导热件5的内孔中，该内孔的形状和尺寸与导光降温管3的外形和尺寸配合，二者紧密接触，以有效导热和迅速散热。同时，导热件5的外壁与光源机箱的机壳6紧密接触，以有效导热和迅速散热。

同时，导光降温管3的外壁还可设置散热齿或散热槽，散热齿和散热槽可以是直线形、弧形等形状。

参照图3，描述本实施例的照明装置的工作原理：

光源1的出光经过光耦合器2耦合，在光耦合器2形成光源的实像面处进入导光降温管3的导光降温通道31反射传导，在反射传导过程中，可见光绝大部分被反射，不可见光的大部分热辐射随着光的多次反射被导光降温通道31吸收，降温后的可见光和残余热辐射继续从导光降温通道31的出光端耦合进入光纤簇4。

综上，本实施例的内窥镜用照明装置及内窥镜，在光耦合器2和光纤簇4之间设置导光降温管3，一方面，导光降温通道31的进光端位于光源1经光耦合器2的光源实像面的位置，由此提高耦合效率，满足光通量的要求，通过导光降温通道31的材料以及导光降温通道31的出光端与光纤簇4的进光端的相接方式也进一步提高了耦合效率；另一方面，导光降温管3的导光降温通道31在传导可见光的同时吸收不可见光的热辐射，将降温后的光传导至光纤簇4，不会出现灼伤光纤簇4的进光端的情况，进而也降低进入人体内的光照射产生的温度，通过对导光降温通道31和导光降温管3的材料、长度的选择，导光降温管3自身散热结构以及导热件5的设置，也进一步提高了散热效率。同时，本实施例通过一个简单的导光降温管3解决了照度需求与防止灼伤光纤簇4（甚至光纤簇4的出光端照明温度超过人体内组织可允许温度）之间的矛盾，结构改进简单，成本变化可控。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims

1.一种内窥镜用照明装置，包括光源（1）、光耦合器（2）和光纤簇（4），所述光耦合器（2）具有进光端和出光端，所述光耦合器（2）的进光端与所述光源（1）对齐，其特征在于，还包括导光降温管（3）；

所述光源（1）、所述光耦合器（2）、所述导光降温管（3）和所述光纤簇（4）依次排列；

所述导光降温管（3）具有能够传导可见光且同时吸收不可见光的热辐射的导光降温通道（31），光在所述导光降温通道（31）中多次反射过程中所吸收的热辐射，依靠所述导光降温管（3）传导出去；

所述光耦合器（2）为透镜组件；

所述导光降温通道（31）的进光端与所述光耦合器（2）的出光端对齐，并且所述导光降温通道（31）的进光端位于所述光源（1）经所述光耦合器（2）形成光源实像面的位置，光在所述光耦合器（2）形成所述光源的实像面处进入所述导光降温管（3）的所述导光降温通道（31）多次反射传导；

所述导光降温通道（31）的出光端与所述光纤簇（4）的进光端相连；

所述导光降温管（3）整体由具有传导可见光和吸收不可见光的热辐射这两种功能的材料制成，所述导光降温管（3）的管孔形成所述导光降温通道（31）；或者

所述导光降温管（3）的管孔内壁镀具有传导可见光和吸收不可见光的热辐射这两种功能的材料，形成具有以反射方式传导可见光和吸收不可见光热辐射这两种功能的镀膜，该镀膜构成所述导光降温通道（31）；

所述导光降温通道（31）的垂直于所述导光降温管（3）的管孔轴线的截面为圆形，所述导光降温通道（31）的长度按如下公式确定：

；

其中，A₁为所述导光降温通道（31）的进光端的直径，L为所述导光降温通道（31）的长度。

2.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述导光降温通道（31）在传播方向平面截面为梯形。

3.根据权利要求2所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述导光降温通道（31）的直径由其进光端向其出光端逐渐减小，所述导光降温通道（31）的出光端和所述光纤簇（4）的进光端对齐且直径相等。

4.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述导光降温通道（31）的内壁抛光。

5.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述导光降温管（3）为铝管或不锈钢管；或者

所述导光降温管（3）的管孔内壁镀反射铝膜。

6.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述导光降温管（3）的外壁设有散热齿或散热槽。

7.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，还包括导热件（5）；

所述导光降温管（3）通过所述导热件（5）连接在所述内窥镜的光源机箱的机壳（6）上。

8.根据权利要求1所述的内窥镜用照明装置，其特征在于，

所述光源（1）是功率为70W至130W之间的LED光源。

9.一种内窥镜，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的内窥镜用照明装置。