CN1191021A - 把一光源装在一把光耦合入光导纤维或光导纤维束中的装置中的设备 - Google Patents

把一光源装在一把光耦合入光导纤维或光导纤维束中的装置中的设备 Download PDF

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Abstract

一种用于光耦合装置的可卸下光源。该光源(24)装在一可卸下组件(22)上,该组件可滑动地插入一壳体(18)中或从中抽出,该壳体中装有该光耦合装置。该可卸下组件(22)包括保持该光源(24)与装在该壳体(18)中的光学部件精确对齐的定位件。在一实施例中,用该可卸下组件(22)的一底座(26)的外表面上的六个安装垫(46)实现精确对齐。其中三个安装垫(46)位于第一平面(32)中。两个安装垫(46)位于与第一平面(32)垂直的第二平面(36)中。另一个安装垫(46)位于与第一和第二平面(32、36)都垂直的第三平面(34)中。该光源(24)在该底座(26)上安装成与这些安装垫(46)的相对位置固定不变。该可卸下组件(22)插入在该光耦合装置的壳体(18)的一槽口中。插入时,这些安装垫(46)抵靠该壳体(18)的一插块(28)的互相垂直的内壁。从而这些安装垫(46)确保光源(24)相对插块(28)获得精确定位。壳体(18)中的光学部件安装成与插块(28)的相对位置精确固定不变。因此,插入时,光源(24)保持与插块(28)并从而与这些光学部件精确对齐。

Description

把一光源装在一把光耦合入光导纤维或光导纤维束中 的装置中的设备
                     发明背景
发明领域
本发明一般涉及把光耦合入单根光导纤维或光导纤维束中的光学装置。
现有技术
把弧光灯之类的高强度光源的光耦合入一单根光导纤维或光导纤维束中的现有光源装置有多种。耦合入单根光导纤维或光导纤维束的光比方说可用于医疗照明，例如手术照明、前灯、内窥镜或管道镜。特别对于医疗场合来说，必须把尽可能多的光线耦合入光导纤维束或单根光导纤维，以便在使用手术照明、前灯等时获得充足的照明。因此，要求光源与光耦合器的光学部件精确对齐，以确保充足数量的光线耦合入光导纤维或光导纤维束。这在把光耦合入入射孔比光导纤维束小得多的单根光导纤维时显得特别重要。为确保精确对齐，光源紧固在一组件上，该组件内还包括该耦合装置的所有或大部分光学部件。例如，该光源可装配到一组件上，该组件还包括一个或多个主镜和副镜，这些镜子布置成可把光源发出的光反射入单根光导纤维或光导纤维束。整体式组件用来防止光源与光学部件之间发生位移，该位移可导致耦合入单根光导纤维或光导纤维束中的光线量不足。这类位移产生的原因包括医务人员碰撞或振动光耦合器、紧固光源和光学部件的各装配部件受热不均等等。
尽管使用整体式组件有利于确保光源与光学部件充分对齐，但光源的更换既不方便，成本又高。光源失灵时必须更换。光源一般在使用预定的小时数后也得更换。由于是整体式，因此必须同时更换光源和光学部件。此时，一般情况是用户把该整体式组件拆下后返回给销售商由销售商装配并对齐一新光源。而用户由于无法确保光源的精确对齐而无法更换光源。光源对得不准会损坏光耦合器的内部，特别是在光线集中照射到一与单根光导纤维或光导纤维束的入射孔稍稍偏离的位置上从而造成过热之时。这一过热可烧坏光导纤维或整个光耦合装置。
更换整个整体式组件的成本很高。而且，在光源烧坏时，用户得等一、二天更换新组件后才能用上该光学装置。
本发明的目的在于提供一种改进的光耦合装置，它只须更换光源而不必更换光学部件，同时更换后仍然可以确保光源与光学部件的对齐。
                     本发明概述
在本发明提出的一种可用于一光耦合装置的可卸下光源中，该光耦合装置把该光源的光经一光学装置耦合入单根光导纤维或光导纤维束之类光导纤维元件中。这类光源例如可以是弧光灯并且可以装在一可卸下组件上，该组件可滑动地插入其中装有光学装置的一壳体中，或从上卸下。该可卸下组件包括定位件，从而在该组件定位在该壳体中时确保光源与光学部件的精确对齐。
在一实施例中，用该可卸下组件的一底座的外表面上的六个安装垫实现精确对齐。其中三个安装垫位于第一平面中。两个安装垫位于与第一平面垂直的第二平面中。另一安装垫位于与第一和第二平面都垂直的第三平面中。光源在该底座上安装成与这些安装垫的相对位置精确固定。
使用时，该可卸下组件插入该壳体中的一槽口中。该槽口形成在该壳体的供光学部件装配其上的一底座部中。该槽口包括各内侧壁，这些内侧壁与光学部件的相对位置精确固定。该组件一旦插入该槽口中，该组件的各安装垫紧抵该槽口的顶壁和各侧壁。该槽口形成在一底座上，该底座上装有光学部件。插入时，这些安装垫确保光源与槽口精确对齐，从而确保光源与光学部件精确对齐。可使用施力装置使这些安装垫紧抵该槽口的各内侧壁。在一实施例中，三个弹簧施力装置布置成提供各与三个平面垂直的力。
因此，如上所述布置的六个安装垫与这些施力装置相结合而使光源无法在上下、左右、前后所有六个方向上移动，从而实现光源的精确定位。
若要更换光源，用户只须卸下装有光源的组件，然后用其上装有一与六个安装垫精确对齐的光源的一新组件更换之。用户只须把该新组件滑入该壳体的槽口中即可恢复该光耦合器的工作。按照可卸下组件的总成本，用户可扔掉旧组件。在其他情况下，用户可把该组件返回给销售商，由销售商把一新光源装到该组件的底座上并使该新光源与该底座上的安装垫精确对齐。这样可把旧底座仍用于新光源。同时，由于光源与安装垫精确对齐并且在插入壳体后安装垫又与该光耦合器的光学部件对齐，因此可确保精确对齐。
从而实现上述本发明的总目的。从结合附图的下述说明中可清楚看出本发明的其他目的、特征和优点。
                     附图的简要说明
图1为一医疗照明系统的方框图，该照明系统包括一把一光耦合装置的光耦合入一医疗照明装置中的单根光导纤维。
图2为图1光耦合器的简化图，特别示出一可卸下光源组件和一不可卸下光学组件。
图3为图2光耦合器的壳体的一部分以及图2可卸下光源组件的局部立体图。
图4为图3插块的另一实施例的侧视剖面图，该插块上有三个互相垂直的施力机构。
图5-7分别为图2-3的光源组件的底座的一例示性实施例的俯视图、侧视图和后视图。
           对本发明例示性实施例的详述
下面结合附图说明本发明例示性实施例。
图1示出一医疗照明系统，包括一把一光耦合器14的光耦合到一医疗装置16的单根光导纤维12。该医疗装置可以是手术前灯、照明、内窥镜、管道镜等。光耦合器14中有把一光源(图1中未示出)发出的光反射入该单根光导纤维以便传到该医疗照明装置的光学部件(也未示出)。该光源可以是氙弧光灯等。这些光学部件比方说可包括呈电学、复曲面或反射面的镜子。合适的光耦合器的例子可见美国专利No.5,430,630和美国专利No.4,757,431。
下面结合其他附图详述该光耦合器的内部部件。图2简示出光耦合器14。该光耦合器包括一壳体18，一光学装置20紧固在该壳体中，最好是与该壳体装配成一体。光耦合器14还包括一可卸下光源组件22，该光源组件包括一装在一底座26上的灯24。壳体18包括一插块28，其上有一可供光源组件22插入的槽口。在图2中，虚线表示该光源组件插入在该插块的该槽口中。在可卸下光源组件插入该插块中时用下文交代的机构确保该光源与该光学装置的对齐。光源在光学装置中的精确对齐是为了确保有足量的光线耦合入单根光导纤维中。使用可卸下光源组件并确保该组件插入时精确对齐即可方便地更换光源。
下面结合其他附图说明确保精确对齐的该机构。图3为可卸下组件22以及该光耦合器的插块28和一部分底壁30的立体图。可卸下组件22的底座26呈长方体，包括互相垂直的侧壁32、34和36。插块相应包括互相垂直的面向里的壁38、40和42。插入时，可卸下组件的各侧壁平行地抵靠在插块的相应内侧壁之上。
插块28的顶部有一开口44可供光源24插入，从而把该光源置于该光耦合器中而为该光学装置提供光线。
为确保光源的精确对齐，使用总共六个安装垫46。三个安装垫形成在顶壁32上，两个在侧壁36上，一个在侧壁34上。侧壁32的三个安装垫形成第一平面。侧壁36的两个安装垫位于与第一平面垂直的第二平面中。侧壁34的单个安装垫位于与第一平面和第二平面都垂直的第三平面中。因此，这六个安装垫有效地界定三个互相垂直或正交的平面。
可卸下组件插入插块28中时，侧壁32的三个安装垫紧抵插块的内壁38。同样，可卸下组件的侧壁36的两个安装垫紧抵插块的内壁42。最后，侧壁34的单个安装垫紧抵插块的内壁40。由于这六个安装垫紧抵插块的三个互相垂直的内壁，因此该可卸下组件的底座相对插块获得精确定位。此外，光源装配成与可卸下组件的底座26的六个安装垫的相对位置精确固定。因此，插入时，光源也相对插块获得精确定位。
尽管图3中未示出，但该光学装置20的各部件也装配成与插块的内壁的相对位置精确固定。这样，当光源相对这些光学部件获得精确定位后，就可实现光源与该光学装置的精确对齐。当然，仅当该光学装置与插块的相对位置以及光源与安装垫的相对位置固定不变时，光源才与光学装置精确对齐。这可通过高精度地加工和装配各部件予以实现。此外，须小心确保光耦合器内部的发热不造成任何部件的位移或翘曲。
使用数量不多也不少的六个安装垫即可使可卸下组件的底座相对插块获得精确定位。若侧壁上的安装垫少于此数，底座在插块中就会倾斜或滑动。如安装垫过多，底座的位置就“约束过度”。例如，如在顶壁上有四个安装垫，这四个安装垫就未必在同一平面内，从而这些安装垫无法同时抵靠插块的相应内壁。因此，安装垫的3∶2∶1安排可获得“精确约束”。当然，这六个安装垫的相对位置可变动。例如，三个共平面的安装垫不必在顶壁上，而可在侧壁之一上。
从而，这六个安装垫在紧抵插块的相应各内壁时可使光源相对插块并从而相对光学装置精确定位。为了确保安装垫紧抵相应内壁，可使用图4所示三个互相垂直的施力机构。确切说，各包括一弹簧装置的施力机构50、52和54的位置设置成可垂直地把力作用到可卸下组件的底座的该三个侧壁上。施力机构50布置成把侧壁36的安装垫紧压到插块的内壁42上。施力机构52布置成把侧壁34的单个安装垫紧压到插块的内壁40上。而施力机构54装在一可滑动的板56(其他附图中未示出)上而把顶壁32的三个安装垫紧压到插块的相应内壁38上。因此，这些施力机构与板56一起在把这六个安装垫紧压到插块的相应内壁上的同时使可卸下组件紧固在插块中，从而保持光源与插块并从而与光学装置的精确对齐。
如上所述，确保了光源与光学装置的精确对齐。但这需要光源与可卸下组件的底座的精确对齐以及光学装置与插块精确对齐。因此须高精度地加工装有插块和各光学部件的该光耦合器以确保各光学部件相对插块的位置精确固定。为使光源与可卸下底座的安装垫对齐，可比方说首先把该底座插入一光耦合器中，该光耦合器可在销售商处。然后把弧光灯之类的光源放到该底座上后调节成与光学装置对齐。可使用种种传感器检测是否正确对齐。然后用高质量环氧树脂等把光源牢牢粘合在底座上。然后从该光耦合器上取出其上装有光源的底座作为可用于同一光耦合器(例如先前售给一用户的光耦合器)的新光源出售。也可使用其他技术对齐该灯与安装垫。
使用时，如用户的光耦合器中的灯或其他光源烧坏，用户只须卸下原来的组件而插入一(如上所述预先对齐的)新组件就能更换烧坏的灯。用户无需进行对齐就能确保新灯的对齐。
用户可把其上有烧坏的灯的组件返回给销售商，由销售商把一新光源装到底座上并对齐。这样，销售商可只安装并对齐一新灯而循环或反复使用组件的底座。应该看到，销售商也可用一大小和形状不同的光源更换旧光源。但是，只要大小的变化不大，可(使用上述步骤)安装一新灯或其他光源后与该底座对齐，从而该新光源使用于这些光耦合器中。用户甚至无需知道已使用一完全不同的新光源。
如上所述，与卸下和更换现有光源和光学装置的总成本比较，卸下和更换本发明的可卸下组件的总成本较低。事实上，由于本发明可卸下组件的成本足够低，因此私人开业医生等用户可一次购买数个更换组件。然后，如灯烧坏，医生只须用另一灯(与其可卸下组件)换上即可立刻恢复使用该医疗照明装置而减少修理时间。
可卸下组件成本减少的原因之一是该组件的底座无需作高精度加工。该组件的底座可按照精度较低的现有工艺模制或压铸。由于光源与底座的安装垫对齐，因此底座无需作高精度加工。换句话说，底座形状的任何偏差都因光源与底座的安装垫的对齐而得到补偿。
图5、6和7示出可用于一可卸下光源组件中的另一例示性底座100。底座100包括向上伸出件102和104保护装在其间的一弧光灯(未示出)。这些向上伸出件还可防止用户不小心碰到高温弧光灯。底座也可使用其他种种形状。
上面说明了一用于一光耦合器中的可卸下光源组件。尽管结合所示实施例作了说明，但本发明的原理也可应用于其他装置和场合。

Claims (10)

1，在一种把一光源发出的光经一光学装置耦合入一输出光导纤维元件的装置中，该光源和该光学装置装在一壳体中，为正常工作，该光源必须放置成与该光学装置对齐，其改进之处包括：
把该光源装在一可卸下组件上，该可卸下组件可滑动插入该壳体中或从上卸下，所述组件包括在该光源和组件插入该壳体中时保持该光源与该光学装置精确对齐的元件。
2，按权利要求1所述的改进，其特征在于，保持精确对齐的这些元件包括位于第一平面中的三个安装垫，位于与第一平面垂直的第二平面中的两个安装垫以及位于与第一和第二平面都垂直的第三平面中的一安装垫；所述安装垫与所述光源的相对位置固定不变。
3，按权利要求2所述的改进，其特征在于，所述安装组件包括一长方体底座；所述安装垫安装在所述底座的互相垂直的侧壁上。
4，按权利要求2所述的改进，其特征在于，进一步包括施力给所述安装垫而使它们紧抵所述壳体中的一槽口的各内侧壁的装置。
5，一种把一光源装在一壳体中的安装组件，该壳体中装有一把该光源发出的光耦合入一输出光导纤维元件中的光学装置，所述安装组件包括：
一底座；
把该光源紧固成与所述底座的相对位置固定不变的装置；
装在所述底座的第一侧壁上的三个安装垫；
装在所述底座的第二侧壁上的两个安装垫，所述第二侧壁与所述第一侧壁垂直；以及
装在所述底座的第三侧壁上的单个安装垫，所述第三侧壁与所述第一和第二侧壁都垂直。
6，按权利要求5所述的安装组件，其特征在于，这些安装垫与所述底座制成一体。
7，一种把光耦合入一光导纤维元件中的光耦合装置，所述装置包括：
一壳体；
一装在所述壳体中的光学装置；
把该光导纤维元件的入射孔固定在所述壳体中的装置；
一光源；以及
把所述光源可卸下地装在所述壳体中而与所述光学装置对齐、从而把该光源射向该光学装置的光耦合入该光导纤维元件的入射孔中的装置；
其中，把所述光源可卸下地装在所述壳体中的该装置包括：
一固定该光源的底座；
装在所述底座的第一侧壁上的三个安装垫；
装在所述底座的第二侧壁上的一对安装垫；以及
装在所述底座的第三侧壁上的单个安装垫，所述第一、第二和第三侧壁互相垂直。
8，按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述壳体包括一供所述底座插入的槽口，所述槽口有三个互相垂直的内壁；所述装置进一步包括：
施力给所述安装垫而使它们紧抵所述壳体中的所述槽口的所述各内壁的装置。
9，按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源为一弧光灯。
10，按权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括一光导纤维元件，该光导纤维元件把耦合入该光导纤维入射孔的光传到一医疗照明装置。
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