CN217467339U - 光纤照明装置及内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光纤照明装置及内窥镜系统，属于内窥镜技术领域。本申请的光纤照明装置包括激发光源、导光元件、透光元件以及波长转换元件；所述激发光源用于出射激发光；所述导光元件用于将所述激发光传导至所述波长转换元件；所述波长转换元件用于将所述激发光转换为波长不同于所述激发光的受激光，其中，所述波长转换元件具有第一出光面与第二出光面，所述第一出光面面向所述导光元件，所述第一出光面与所述第二出光面分别出射部分所述受激光；所述透光元件设置于所述导光元件与所述波长转换元件之间，用于透射所述激发光并将至少部分所述受激光反射至所述光纤照明装置的侧向区域。本申请的光纤照明装置提高照明区域范围，结构简单，成本低。

Description

光纤照明装置及内窥镜系统

【技术领域】

本申请涉及内窥镜技术领域，尤其是涉及一种光纤照明装置及内窥镜系统。

【背景技术】

内窥镜通常具有柔性的或硬质的狭长筒体，通过操作该筒体沿狭长通道伸入到操作者无法直接通过肉眼观察到的区域。其中，所述筒体内通常配置有照明装置和摄像装置，照明装置用于向待观察的区域投射照明光，摄像装置用于采集从待观察的区域内的物体上反射回来的照明光，从而获取待观察的区域的图像，并且通常以图像、视频等形式展示出来，帮助相关人员观察到待观察的区域的情况。

内窥镜的照明装置主要是采用前向照明的方式，即照明装置照亮前方的区域。这种方式能够观察到的区域有限，通常只能局限在内窥镜的前方的有限区域范围内。

相关技术中主要是通过额外增加光源照射其他区域，来提高内窥镜的观察区域范围。但是这种方式在一定程度上会导致结构更加复杂，并且成本明显增加。

【发明内容】

本申请实施例的目的在于提供一种光纤照明装置，用于提高照明的区域范围。

为达到上述目的，在一方面，本申请实施例提供一种光纤照明装置，包括激发光源、导光元件、透光元件以及波长转换元件；

所述激发光源用于出射激发光；

所述导光元件用于将所述激发光传导至所述波长转换元件；

所述波长转换元件用于将所述激发光转换为波长不同于所述激发光的受激光，其中，所述波长转换元件具有第一出光面与第二出光面，所述第一出光面面向所述导光元件，所述第一出光面与所述第二出光面分别出射部分所述受激光；

所述透光元件设置于所述导光元件与所述波长转换元件之间，用于将所述激发光透射至所述波长转换元件，并且将至少部分从所述波长转换元件的第一出光面出射的所述受激光反射至所述光纤照明装置的侧向区域。

在某些可能的实施方式中，所述透光元件包括：二向色性层，用于透过所述激发光，并且将至少部分从所述波长转换元件的第一出光面出射的所述受激光反射至所述光纤照明装置的侧向区域。

在某些可能的实施方式中，所述二向色性层设置于所述透光元件面向所述导光元件一端的端面上。

在某些可能的实施方式中，所述透光元件面向所述波长转换元件一端的端面与所述波长转换元件的第一出光面面接触。

在某些可能的实施方式中，所述导光元件的出光口位于所述透光元件的上部区域。

在某些可能的实施方式中，还包括：

扩散片，设置于所述波长转换元件的第二出光面的出光光路上，用于均匀化所述第二出光面的出光。

在某些可能的实施方式中，还包括：

耦合光学系统，设置于所述激发光源与所述导光元件之间的光路上，用于将所述激发光耦合入所述导光元件内。

在某些可能的实施方式中，所述耦合光学系统包括：

准直透镜，用于准直所述激发光源出射的激发光；和

聚光透镜，用于将准直后的所述激发光聚焦到所述导光元件的入光口。

在某些可能的实施方式中，所述导光元件包括光导纤维。

在另一方面，本申请实施例还提供一种内窥镜系统，其特征在于，包括如上所述的光纤照明装置。

本申请的有益效果：

本申请实施例提供一种光纤照明装置，利用激发光远程激发波长转换元件产生受激光来形成照明光，其中，经过波长转换元件的第二出光面出射的受激光用于照明光纤照明装置的前向区域，经过波长转换元件的第一出光面出射的受激光中，部分直接照明光纤照明装置的侧向区域，部分经过透光元件反射而照明光纤照明装置的侧向区域，从而能够同时照明光纤照明装置的前向区域和侧向区域，提高了照明区域范围。本申请实施例的光纤照明装置，充分利用了波长转换元件激发产生的各个方向的出光，进而来提高照明区域范围，结构简单，成本低。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：

图1为本申请实施例的光纤照明装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的光纤照明装置的出光端的局部结构示意图。

【具体实施方式】

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或排列顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的技术特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述技术特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接或相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件之间的相互作用关系。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申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或示例用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文仅对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复使用参考数字和/或参考字母，这种重复使用是为了简化和清楚地表述本申请，其本身不指示所讨论的各种实施例和/或设定之间的特定关系。此外，本申请在下文描述中所提供的各种特定的工艺和材料仅为实现本申请技术方案的示例，但是本领域普通技术人员应该意识到本申请的技术方案也可以通过下文未描述的其他工艺和/或其他材料来实现。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施例。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

本申请中“前向区域”是指位于光纤照明装置的前方的物体所在的区域，“侧向区域”是指位于光纤照明装置的侧翻的物体所在的区域，尤其是光纤照明装置的出光部分(例如下文的波长转换元件和透光元件)的侧方的区域。

请一并参照图1和图2，本申请实施例提供一种光纤照明装置，包括激发光源1、导光元件4、透光元件51以及波长转换元件52。

激发光源1用于出射激发光；导光元件4用于传导激发光源1出射的激发光，并将该激发光传导至波长转换元件52；波长转换元件52用于将接收到的激发光转换为波长不同于所述激发光的受激光，波长转换元件52具有相对的第一出光面520和第二出光面521，所述第一出光面520面向导光元件4，第一出光面520与第二出光面521分别出射部分所述受激光。

如图2，从导光元件4出射的激发光(未示意)经过透光元件51后入射至波长转换元件52，并激发波长转换元件52。波长转换元件52受激发光的激发而产生波长不同于激发光的受激光，并且波长转换元件52产生的受激光是全角度出射，即部分受激光从波长转换元件52的第一出光面520出射，部分受激光从波长转换元件52的第二出光面521出射。从波长转换元件52的第一出光面520出射的受激光具有180度的出光角度，因而部分受激光朝向光纤照明装置的侧向区域，另一部分经过透光元件51反射，并最终朝向光纤照明装置的侧向区域出射；从波长转换元件52的第二出光面521出射的受激光也具有180度的出光角度，其朝向光纤照明装置的前向区域范围出射。

光纤照明装置可以同时照明前方区域和侧方区域，在不额外增加光源并且不提高功率的情况下，能够照亮更加广泛的区域。其中，所述侧向区域可以是光纤照明装置的整个外周的侧向方向的区域，即从光纤照明装置的整个外周均向侧向出射受激光，或者可以是光纤照明装置的部分外周的侧向方向的区域，例如上半周的侧向方向的区域，此时，可以在光纤照明装置周向方向上的其他区域设置吸光或挡光结构，以防止受激光出射，或者可以设置光引导装置，以将受激光引导至光纤照明装置的上半周朝向侧向出射，光引导装置例如包括反射光学元件、折射光学元件、光导等。

继续参照图2，波长转换元件52的第一出光面520出射的受激光中，部分受激光不经过反射直接朝向光纤照明装置的侧向出射，这部分受激光最终主要被投射到波长转换元件52的上侧和左侧(以图2中所示出的方位)的侧向区域范围内；而部分受激光入射到透光元件51，并且经过透光元件51反射而朝向光纤照明装置的侧向区域出射，这部分受激光最终主要被投射到透光元件51的上侧和右侧(以图2中所示出的方位)的侧向区域范围内。这两部分的受激光叠加，最终在光纤照明装置的侧向区域范围形成大角度范围的光分布。

在本申请的一些实施例中，透光元件51对受激光的反射可以通过透光元件51与空气介质之间的交界面来实现。当受激光入射到透光元件51与空气介质的交界面时，部分的受激光被透射而经过交界面，部分的受激光会被反射，受激光在交界面处发生透射和反射的比例受透光元件51的透反率影响。在一些示例中，透光元件51可以选择为玻璃、石英、塑料等与空气具有不同的折射率的透光介质。

当采用透光元件51与空气介质的交界面来反射受激光，在一定程度上导致了较多的受激光被浪费，使得侧向区域范围的光亮度较低，获得图像的成像质量差。为此，在本申请的一些实施例中，透光元件51包括二向色性层510，二向色性层510用于透过激发光，并且反射从波长转换元件52的第一出光面520出射的受激光。采用二向色性层510能够大幅度地提高对激发光的透光率和对受激光的反射率，从而提高光利用率，增加侧向照明光的亮度。

二向色性层510具有使一波长范围的光束透射，而使另一波长范围的光束反射的性能。经过导光元件4出射的激发光经过二向色性层510时被透射而入射至波长转换元件52，并激发波长转换元件52而产生受激光，产生的受激光的波长范围与激发光的波长范围不同，一般而言，产生的受激光的中心波长大于激发光的中心波长，从而经过第一出光面521出射的受激光在入射到二向色性层510时被反射。

根据本申请的一些具体示例，激发光可以选择为蓝色激发光，波长转换元件52可以选择为诸如包含黄色荧光材料的波长转换元件，当激发光入射到波长转换元件52时，激发波长转换元件52上黄色荧光材料而产生黄色的受激光。二向色性层510可以选择为透射蓝光而反射黄光。在一些示例中，激发光可以选择为其他颜色的激发光，波长转换元件52也可以选择为将激发光转换为红色或其他颜色的受激光，与之相应的，二向色性层510例如可以选取不同的材料来改变透射的波段和反射的波段。

在本申请的一些实施例中，二向色性层510可以设置于透光元件51的内部，也可以设置于透光元件51的左右两端。如图2，在本申请一个具体的示例中，二向色性层510设置于透光元件51面向导光元件4的一端的端面上。应理解，当二向色性层510设置在此位置时，能够确保二向色性层510与波长转换元件52之间具有足够的间距，避免经过二向色性层510反射的受激光被遮挡，以提高受激光的分布范围。二向色性层510可以选择在透光元件51面向导光元件4的一端的端面上镀膜形成，或者，二向色性层510也可以选择为设置于导光元件与透光元件51之间的二向色镜。

在本申请的一些实施例中，透光元件51面向波长转换元件52的一端的端面与波长转换元件52的第一出光面520面接触。波长转换元件52是主要的发热元件之一，在激发光激发波长转换元件52而产生受激光同时，伴随着热量的产生，如何提高散热的效率、避免热量的积累关系到照明装置能够长时间正常工作。本申请实施例中，透光元件51还起到了散热的作用，透光元件51面向波长转换元件52的一端的端面与波长转换元件52的第一出光面520面接触，使得两者之间具备足够的导热面积，透光元件51经过接触的端面均匀地吸收波长转换元件52产生的热量，并通过透光元件51的其他面将吸收到的热量散发出去。例如，可以在透光元件51的至少部分侧面安装散热器，或者设置空气对流，将透光元件51中吸收的热量散发。在本申请实施例中，为了确保经过二向色性层510反射的受激光不被遮挡，透光元件51需要具有足够的长度，在考虑散热时，由于透光元件51的长度比较长，因而透光元件51的侧面的表面积大，有助于透光元件51快速散发热量。

在本申请的一些实施例中，导光元件4的出光口设置在透光元件51的上部区域。其中，透光元件51位于导光元件4的出光口的下部区域的面积大于透光元件51位于导光元件4的出光口的上部区域的面积，其有利于提高透光元件51的散热效率。可以理解，透光元件51位于导光元件4的出光口的下部区域可以用于照明装置的安装的固定，所述下部区域通过与内窥镜的散热壳体或其他散热结构相连，当该下部区域的面积更大时，可以提高透光元件51的散热效率。

在本申请一些具体的示例中，透光元件51例如选择为蓝宝石玻璃，其兼具良好的导热性能和导光性能。当然，本领域技术人员在本申请的构思下，可以采用其他类似的材料来替换，这些属于本领域的常规替换，应在本申请的保护范围之内。

波长转换元件52例如可以是在透光元件51的端面上涂覆荧光材料而形成，所述荧光材料例如为荧光粉。在激发光为蓝光的情况下，荧光粉例如为为Ce:YAG、Ce:LuAG等，能够吸收蓝光并出射黄光、绿光，或者能够出射红光的氮化物荧光粉。波长转换元件52中还可以包括散射结构，例如气孔、白色散射颗粒(如微米级的氧化物、氮化物)，以加长激发光在波长转换元件52中的光程，提高发光效率和出光均匀性。波长转换元件52还可以是荧光树脂、荧光硅胶、荧光玻璃、荧光陶瓷或荧光单晶等。

在本申请的一些实施例中，光纤照明装置还包括扩散片6，扩散片6设置于所述波长转换元件的第二出光面的出光光路上，用于均匀化所述第二出光面的出光。扩散片6用于扩散经过第二出光面521出射的受激光的出光角度，使得原本集中在前方的中心区域的光能量被均匀地分布到前方的边缘区域，整体光分布更加均匀，并且适当降低了前方的中心区域的光亮度，有利于图像信息的捕捉质量。扩散片6可以与波长转换元件52的第二出光面521结合在一起，可选的，透光元件51、波长转换元件52和扩散片6结合形成一个整体，以方便安装和拆卸；扩散片6也可以与波长转换元件52之间设置间隙。

需要注意的是，在一些示例中，波长转换元件52可能将经过的激发光全部转换为受激光，因此由第二出光面521出射的受激光构成朝向第二方向的全部照明光；在一些示例中，波长转换元件52只是将部分经过的激发光转换为受激光，还存在部分激发光未被波长转换元件52转换，这部分激发光透射过波长转换元件52，并且随着受激光一同由第二出光面521出射，被出射的受激光与未被转换的激发光混合而形成照明光，此时照明光为白光，并且扩散片6同时扩散受激光与未被转换的激发光的发散角度，使得混合得到的照明光的光分布更加均匀，有利于图像信息的捕捉质量。

在本申请的一些实施例中，导光元件4可以选择为光导纤维。光导纤维的直径尺寸小，在将光纤照明装置用于内窥镜时，可以减小内窥镜的整体尺寸，并且光导纤维具有良好的柔性，当被配置在内窥镜的狭长筒体内时，可以在操作者操作内窥镜的狭长筒体进行弯曲的时候，同步进行弯曲而不影响对激发光的传导。

导光元件4的出光口可以与透光元件51的端面之间具有间隙，这样导光元件4与透光元件51的耦合十分简单。导光元件4的出光口也可以与透光元件51的端面之间无缝隙配合，以增加导光元件4与透光元件51之间的耦合效率。当导光元件4的出光口与透光元件51的端面无缝隙配合时，例如可以将导光元件4与透光元件51进行熔接处理。

激发光源1可以包括激光二极管，激发二极管用于出射激光，即该激光为所述激发光。激发二极管例如可以发出不同颜色的激光，例如蓝色激光、绿色激光、红色激光等。激光的方向性好、光斑直径小，因此可以使导光元件4的直径做到很小，例如可以采用单根光导纤维来传导激光，从而使得整体的尺寸得到大幅度的降低。

激发光源1与导光元件4之间还设置有耦合光学系统，所述耦合光学系统用于将激发光源1出射的激发光耦合入导光元件4内。

在本申请的一些实施例中，耦合光学系统包括准直透镜2与聚光透镜3。其中，准直透镜2与聚光透镜3沿着出射的激发光的光路上依次设置，所述准直透镜2用于将激发光源1出射的激发光准直，聚光透镜3接收被准直后的激发光，并将所述激发光聚焦到导光元件4的入光口。

本申请实施例的光纤照明装置采用激发光远程激发波长转换元件的方式来产生受激光，并且利用波长转换元件全角度出光的特点，部分朝向波长转换元件的后方出射的受激光被利用，并且将这部分受激光引导至光纤照明装置的侧向区域，从而明显地提高了照明的区域范围。并且本申请实施例的光纤照明装置，大幅度提高了激发光的利用效率，整体结构简单、成本低。

本申请实施例还提供一种内窥镜系统，包括如上所述的光纤照明装置。

本申请实施例的内窥镜系统可以同时照明前方和侧向的区域，获得照明更加广泛的空间，进而获得更加更多区域的图像。

应理解，本申请实施例的内窥镜系统，可以应用于医疗内窥镜系统、工业内窥镜系统，或者其他具备主动照明功能以用于采集被照明物体图像的系统。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤照明装置，其特征在于，包括激发光源、导光元件、透光元件以及波长转换元件；

所述激发光源用于出射激发光；

所述导光元件用于将所述激发光传导至所述波长转换元件；

所述波长转换元件用于将所述激发光转换为波长不同于所述激发光的受激光，其中，所述波长转换元件具有第一出光面与第二出光面，所述第一出光面面向所述导光元件，所述第一出光面与所述第二出光面分别出射部分所述受激光；

所述透光元件设置于所述导光元件与所述波长转换元件之间，用于将所述激发光透射至所述波长转换元件，并且将至少部分从所述波长转换元件的第一出光面出射的所述受激光反射至所述光纤照明装置的侧向区域。

2.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，所述透光元件包括：二向色性层，用于透过所述激发光，并且将至少部分从所述波长转换元件的第一出光面出射的所述受激光反射至所述光纤照明装置的侧向区域。

3.根据权利要求2所述的光纤照明装置，其特征在于，所述二向色性层设置于所述透光元件面向所述导光元件一端的端面上。

4.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，所述透光元件面向所述波长转换元件一端的端面与所述波长转换元件的第一出光面面接触。

5.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，所述导光元件的出光口位于所述透光元件的上部区域。

6.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，还包括：

扩散片，设置于所述波长转换元件的第二出光面的出光光路上，用于均匀化所述第二出光面的出光。

7.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，还包括：

耦合光学系统，设置于所述激发光源与所述导光元件之间的光路上，用于将所述激发光耦合入所述导光元件内。

8.根据权利要求7所述的光纤照明装置，其特征在于，所述耦合光学系统包括：

准直透镜，用于准直所述激发光源出射的激发光；和

聚光透镜，用于将准直后的所述激发光聚焦到所述导光元件的入光口。

9.根据权利要求1所述的光纤照明装置，其特征在于，所述导光元件包括光导纤维。

10.一种内窥镜系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的光纤照明装置。

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