CN116518330A - 一种光学透镜、照明装置及手术灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学透镜、照明装置及手术灯，光学透镜用于整形光源的出射光，包括入射槽、第一光学界面和第二光学界面，光源的出射光线通过入射槽入射进入光学透镜，第一光学界面设置于光学透镜与入射槽相对的一端，使进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内；第二光学界面设置于光学透镜的侧部，使进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线入射至第二光学界面且该光线在第二光学界面发生全反射，反射光线进一步折射出光学透镜而出射至预设照明区域内，本光学透镜使两部分光线都出射至预设照明区域，避免形成散光，因此能够提高光能利用率。

Description

一种光学透镜、照明装置及手术灯

技术领域

本发明涉及照明技术领域，特别是涉及一种光学透镜。本发明还涉及一种照明装置以及一种手术灯。

背景技术

手术灯应用于手术室照明，其要求具有良好的无影效果、适宜尺寸的均匀光斑以及较高的照明深度(光柱深度)等。为了满足以上要求，手术灯的发光组件通常采用以下两种方式：1、利用光的折射原理，如透镜；2、利用光的反射原理，如反光杯、反光碗。

但是现有采用透镜的方式中，光源的出射光通过透镜发生折射，光线自透镜入射端射入并自出射端射出，但是对光源出射光中的部分光线不能起到整形作用，这部分光线经过透镜折射后偏折成为散光，导致光能利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学透镜，用于整形光源的出射光，能够提高光能利用率。本发明还提供一种照明装置以及一种手术灯。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光学透镜，用于整形光源的出射光，所述光学透镜包括入射槽、第一光学界面和第二光学界面，所述光源的出射光线通过所述入射槽入射进入所述光学透镜；

所述第一光学界面设置于所述光学透镜与所述入射槽相对的一端，使得进入所述光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过所述第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内；

所述第二光学界面设置于所述光学透镜的侧部，使得进入所述光学透镜的光线中角度大于所述预设角度的光线入射至所述第二光学界面且该光线在所述第二光学界面发生全反射，反射光线进一步折射出所述光学透镜而出射至所述预设照明区域内。

可选地，所述第一光学界面使得进入所述光学透镜的光线中角度小于等于所述预设角度的光线通过所述第一光学界面折射出，出射光线为会聚形式或者准直形式。

可选地，所述第二光学界面使得进入所述光学透镜的光线中角度大于所述预设角度的光线在所述第二光学界面发生全反射并折射出所述光学透镜后，出射光线为会聚形式、发散形式或者准直形式。

可选地，所述光学透镜还包括设置于所述光学透镜与所述入射槽相对一端的出射槽，所述第一光学界面作为所述出射槽的底面。

可选地，所述光学透镜还包括设置于所述光学透镜与所述入射槽相对一端的第三光学界面，所述第二光学界面远离所述光源的端边与所述第三光学界面连接，所述出射槽与所述第三光学界面连接，在所述第二光学界面发生全反射的反射光线通过所述第三光学界面折射出。

可选地，所述出射槽槽口大于所述出射槽底部的横截面。

可选地，所述第一光学界面为半球面或者半椭球面，或/和所述第二光学界面为由半抛物线以中轴旋转形成的曲面。

可选地，所述光学透镜靠近所述光源的一端设置有第一凸部，所述第一凸部用于与搭载所述光源的电路板连接，或/和在所述光学透镜远离所述光源的一端端边设置有第二凸部，以通过所述第二凸部将所述光学透镜安装。

一种照明装置，包括光源和光学透镜，所述光源处于所述光学透镜的入射槽内，所述光学透镜为以上任一项所述的光学透镜。

一种手术灯，包括多个依次排列的以上所述的照明装置，各个所述照明装置以所述手术灯主光轴为中心呈中心对称分布或者以垂直于所述手术灯主光轴的平面上任一条直线为对称轴呈对称分布。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种光学透镜，用于整形光源的出射光，光学透镜包括入射槽、第一光学界面和第二光学界面，光源的出射光线通过入射槽入射进入光学透镜，第一光学界面设置于光学透镜与入射槽相对的一端，使得进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内；第二光学界面设置于光学透镜的侧部，使得进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线入射至第二光学界面且该光线在第二光学界面发生全反射，反射光线进一步折射出光学透镜而出射至预设照明区域内。本发明的光学透镜设置有第一光学界面和第二光学界面，通过第一光学界面使进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线折射出，出射至预设照明区域内，通过第二光学界面将进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线反射并使反射光线进一步折射出光学透镜而出射至预设照明区域内，使得两部分光线都出射至预设照明区域，避免形成散光，因此，本发明光学透镜能够提高光能利用率。

本发明提供的一种照明装置以及一种手术灯，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明一实施例提供的一种光学透镜出射光形成的光斑示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种光学透镜的光线传播示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种照明装置的结构示意图；

图4为图3所示的照明装置从入射槽观察的正视图；

图5为图3所示的照明装置从出射槽观察的正视图；

图6为本发明一实施例提供的一种手术灯的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

10-光学透镜，11-光源，100-照明装置，101-第一光学界面，102-第二光学界面，103-第三光学界面，104-入射槽，105-出射槽，106-第一凸部，107-第二凸部，201-光斑的中间部分，202-光斑的外圈部分。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种光学透镜，用于整形光源的出射光，所述光学透镜包括入射槽、第一光学界面和第二光学界面，所述光源的出射光线通过所述入射槽入射进入所述光学透镜；

所述第一光学界面设置于所述光学透镜与所述入射槽相对的一端，使得进入所述光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过所述第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内；

所述第二光学界面设置于所述光学透镜的侧部，使得进入所述光学透镜的光线中角度大于所述预设角度的光线入射至所述第二光学界面且该光线在所述第二光学界面发生全反射，反射光线进一步折射出所述光学透镜而出射至所述预设照明区域内。

光线的角度是指光线相对于光源的主光轴的角度。预设照明区域可以认为是在接收面上划定的一区域，接收面对着光源。

光源的出射光线通过入射槽入射进入光学透镜，进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线入射至第一光学界面，通过第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内。进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线入射至第二光学界面，该光线在第二光学界面发生全反射，形成的反射光线进一步折射出光学透镜，出射至预设照明区域内。

本实施例光学透镜设置有第一光学界面和第二光学界面，通过第一光学界面使进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线折射出，出射至预设照明区域内，通过第二光学界面将进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线反射并使反射光线进一步折射出光学透镜而出射至预设照明区域内，使得两部分光线都出射至预设照明区域，避免形成散光，因此，本实施例的光学透镜能够提高光能利用率。

光学透镜整形光源的出射光是指光源的出射光通过光学透镜，光学透镜可以调整光线的角度，使光线通过光学透镜后能够照射至预设照明区域。若光线通过光学透镜后照射至预设照明区域，在预设照明区域形成照明光斑。若光线出射至预设照明区域之外则成为散光。光源的出射光通过本实施例光学透镜后，出射光分为两部分，出射光束的中间部分是光经过光学透镜贴近主光轴的第一光学界面形成的，出射光束的外圈部分是光经过光学透镜较远离主光轴的第二光学界面形成的，示例性地可参考图1所示，图1为一实施例提供的一种光学透镜出射光形成的光斑示意图，光斑的中间部分201是经过光学透镜贴近主光轴的第一光学界面的光线形成的，外圈部分202是经过光学透镜较远离主光轴的第二光学界面的光线形成的。

第一光学界面相对于入射槽的位置、第一光学界面的面形及大小、第二光学界面相对于入射槽的位置、第二光学界面的面形及大小以及入射槽的形状需要满足使进入光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过第一光学界面折射出并出射至预设照明区域内，以及进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线在第二光学界面发生全反射并且反射光线折射出光学透镜后出射至预设照明区域内，在实际应用中可通过进行光学设计以满足上述要求。本实施例中，对预设角度的大小不做限定，可以在对光学透镜进行光学设计时相应确定出。

本实施例中，对第一光学界面的面形不做限定，第一光学界面优选为曲面。可选地，第一光学界面可以使得进入光学透镜的光线中角度小于等于所述预设角度的光线通过第一光学界面折射出，出射光线为会聚形式或者准直形式。第一光学界面可以为向光学透镜出光一侧凸出的凸面，使得光线通过第一光学界面折射出后为会聚形式或者准直形式，从第一光学界面出射的会聚形式的光线经过远距离传输后，在远距离的接收面上表现为发散形式。第一光学界面可以为但不限于半球面或者半椭球面。

本实施例中，对第二光学界面的面形不做限定，第二光学界面优选为曲面。可选地，第二光学界面可以使得进入光学透镜的光线中角度大于预设角度的光线在第二光学界面发生全反射并折射出光学透镜后，出射光线为会聚形式、发散形式或者准直形式，在实际应用中可以根据光学透镜对光源出射光的整形要求进行设计。第二光学界面可以是但不限于由半抛物线以中轴旋转形成的曲面，可以为由半抛物线旋转形成的连续曲面。

在一些实施方式中，光学透镜还可包括设置于所述光学透镜与所述入射槽相对一端的出射槽，所述第一光学界面作为所述出射槽的底面。示例性地可参考图2，图2为一实施例提供的一种光学透镜的光线传播示意图，如图所示，光学透镜10包括入射槽104和出射槽105，第一光学界面101为出射槽105的底面，第二光学界面102设置于光学透镜10的侧部。光线通过入射槽104入射进入光学透镜10，进入光学透镜10的光线中角度小于等于预设角度的光线入射至第一光学界面101，通过第一光学界面101折射出。进入光学透镜10的光线中角度大于预设角度的光线入射至第二光学界面102且该光线在第二光学界面102发生全反射，反射光线进一步折射出光学透镜10。

优选地，出射槽105的槽口大于出射槽105底部的横截面，这样出射槽105沿着向槽口的方向为发散状，有利于从出射槽105底面折射出的光线出射。入射槽104的中轴与出射槽105的中轴重合，入射槽104的中轴、出射槽105的中轴可分别与光学透镜10的主光轴重合，使得本光学透镜对光源出射光的整形作用均匀。

本实施例中，对入射槽104的形状不做限定，可以对光学透镜10进行光学设计时结合第一光学界面101、第二光学界面102来设置。可选地可参考图2所示，入射槽104可包括底面和侧面，光源的出射光通过入射槽104的底面或者侧面折射进入光学透镜10。本实施例中对入射槽104的底面面形、侧面面形不做限定，在实际应用中可以相应设计。

在一些实施方式中，光学透镜10还可包括设置于所述光学透镜10与所述入射槽104相对一端的第三光学界面，所述第二光学界面102远离所述光源的端边与所述第三光学界面连接，所述出射槽105与所述第三光学界面连接，在第二光学界面102发生全反射的反射光线通过所述第三光学界面折射出。进入光学透镜10的光线中角度大于预设角度的光线入射至第二光学界面102，在第二光学界面102发生全反射，形成的反射光线通过第三光学界面折射出光学透镜10。本实施例中，对第三光学界面的面形不做限定，在实际应用中对光学透镜10进行光学设计时可结合第一光学界面101、第二光学界面102以及出射槽105进行设置，以达到本光学透镜10对光源出射光的整形要求。第三光学界面可以是平面或者曲面。示例性地可参考图3、图4和图5，图3为一实施例提供的一种照明装置的结构示意图，图4为图3所示的照明装置从入射槽观察的正视图，图5为图3所示的照明装置从出射槽观察的正视图，图3至图5所示的照明装置采用以上实施方式所述的光学透镜。如图所示，光学透镜10还包括设置于光学透镜10与入射槽104相对一端的第三光学界面103，第二光学界面102远离光源11的端边与第三光学界面103的外侧边连接，出射槽105与第三光学界面103的内侧边连接。第三光学界面103为平面。其中，入射槽104的横截面是圆形，出射槽105的横截面是圆形。

优选地，光学透镜10靠近光源11的一端设置有第一凸部，所述第一凸部用于与搭载所述光源11的电路板连接。可参考图2至图5所示，光学透镜10设置的第一凸部106作为光学透镜10的底脚，便于将光学透镜10与搭载光源11的电路板固定，可以是光学透镜10的第一凸部106卡于电路板上对应孔内。

优选地，在光学透镜10远离光源11的一端端边设置有第二凸部，以通过第二凸部将所述光学透镜10安装。可参考图2至图5所示，在光学透镜10远离光源11的一端端边设置有第二凸部107，可通过第二凸部107将光学透镜10与透镜遮板连接，将光学透镜10固定，透镜遮板固定于骨架上。透镜遮板可固定多个光学透镜10即模块化设计，透镜遮板可通过螺钉固定于骨架上。

本实施例的光学透镜可适配任意发散角的光源，可适配任意色温或者任意光通量的光源11。本实施例光学透镜10设置有第一光学界面101和第二光学界面102，通过第一光学界面101使进入光学透镜10的光线中角度小于等于预设角度的光线折射出，出射至预设照明区域内，通过第二光学界面102将进入光学透镜10的光线中角度大于预设角度的光线反射并使反射光线进一步折射出光学透镜10而出射至预设照明区域内，使得两部分光线都出射至预设照明区域，避免形成散光，应用本光学透镜对光源的出射光整形，光能利用率能够达到100％。并且通过优化设计第一光学界面101和第二光学界面102，保证经第一光学界面101折射出的光线与经第二光学界面102反射出的光线较好地汇合，避免两部分光线之间出现间隔，即避免出射光形成的光斑中间部分201和外圈部分202出现断层，要保证光斑照度均匀。

本实施例还提供一种照明装置，包括光源11和光学透镜10，所述光源11处于所述光学透镜10的入射槽104内，所述光学透镜为以上任一项实施方式所述的光学透镜10。

本实施例的照明装置，其采用的光学透镜10设置有第一光学界面101和第二光学界面102，通过第一光学界面101使进入光学透镜10的光线中角度小于等于预设角度的光线折射出，出射至预设照明区域内，通过第二光学界面102将进入光学透镜10的光线中角度大于预设角度的光线反射并使反射光线进一步折射出光学透镜10而出射至预设照明区域内，使得两部分光线都出射至预设照明区域，避免形成散光，因此本照明装置能够提高光能利用率。

本实施例中，对光源11的类型、结构不做限定，光源11可以采用具有任意发散角的光源。优选光源11的发射角为120°，对应图3至图5所示的照明装置，在距该照明装置正前方1m处可接收到圆润饱满的光斑。光源11可采用但不限于LED。

本实施例还提供一种手术灯，包括多个依次排列的以上任一项实施方式所述的照明装置，各个所述照明装置以所述手术灯主光轴为中心呈中心对称分布或者以垂直于所述手术灯主光轴的平面上任一条直线为对称轴呈对称分布。本实施例的手术灯采用的照明装置能够提高光能利用率。

本实施例中，对手术灯包括的照明装置数量不做限定。在实际应用中可以根据应用需求相应设置。示例性地可参考图6所示，图6为一实施例提供的一种手术灯的示意图，该手术灯包括66个照明装置100，由66个照明装置100依照无影效果、光斑尺寸及光柱深度最优设计方案排列组成，且所有照明装置100以手术灯主光轴为中心呈旋转对称分布。本实施例的手术灯是多源折反射式手术无影灯，其主要光学元件为多个光源和光学透镜，采用光的折射和反射原理，用于手术室的照明，最大程度地减少由手术者的局部遮挡而造成的工作区域阴影。

以上通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，仅用于说明性目的，不会限制本发明的范围。本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是连接式固定，也可以是相对固定，可以是线路连接，也可以是内部接通，对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明所提供的一种光学透镜、照明装置及手术灯进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学透镜，用于整形光源的出射光，其特征在于，所述光学透镜包括入射槽、第一光学界面和第二光学界面，所述光源的出射光线通过所述入射槽入射进入所述光学透镜；

所述第一光学界面设置于所述光学透镜与所述入射槽相对的一端，使得进入所述光学透镜的光线中角度小于等于预设角度的光线通过所述第一光学界面折射出，出射至预设照明区域内；

所述第二光学界面设置于所述光学透镜的侧部，使得进入所述光学透镜的光线中角度大于所述预设角度的光线入射至所述第二光学界面且该光线在所述第二光学界面发生全反射，反射光线进一步折射出所述光学透镜而出射至所述预设照明区域内。

2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述第一光学界面使得进入所述光学透镜的光线中角度小于等于所述预设角度的光线通过所述第一光学界面折射出，出射光线为会聚形式或者准直形式。

3.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述第二光学界面使得进入所述光学透镜的光线中角度大于所述预设角度的光线在所述第二光学界面发生全反射并折射出所述光学透镜后，出射光线为会聚形式、发散形式或者准直形式。

4.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述光学透镜还包括设置于所述光学透镜与所述入射槽相对一端的出射槽，所述第一光学界面作为所述出射槽的底面。

5.根据权利要求4所述的光学透镜，其特征在于，所述光学透镜还包括设置于所述光学透镜与所述入射槽相对一端的第三光学界面，所述第二光学界面远离所述光源的端边与所述第三光学界面连接，所述出射槽与所述第三光学界面连接，在所述第二光学界面发生全反射的反射光线通过所述第三光学界面折射出。

6.根据权利要求4所述的光学透镜，其特征在于，所述出射槽槽口大于所述出射槽底部的横截面。

7.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述第一光学界面为半球面或者半椭球面，或/和所述第二光学界面为由半抛物线以中轴旋转形成的曲面。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光学透镜，其特征在于，所述光学透镜靠近所述光源的一端设置有第一凸部，所述第一凸部用于与搭载所述光源的电路板连接，或/和在所述光学透镜远离所述光源的一端端边设置有第二凸部，以通过所述第二凸部将所述光学透镜安装。

9.一种照明装置，其特征在于，包括光源和光学透镜，所述光源处于所述光学透镜的入射槽内，所述光学透镜为权利要求1至8任一项所述的光学透镜。

10.一种手术灯，其特征在于，包括多个依次排列的权利要求9所述的照明装置，各个所述照明装置以所述手术灯主光轴为中心呈中心对称分布或者以垂直于所述手术灯主光轴的平面上任一条直线为对称轴呈对称分布。