CN2497809Y - 脉冲式发光多波长照射装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲式发光多波长照射装置是由脉冲调控电源与脉冲发光装置及光传导装置组成。脉冲发光与传导装置主要由高亮度脉冲氙灯、全反射凹面镜、谱线滤光器、柱面透镜、光纤耦合器及带活动可调手柄的光纤等构成。具有光纤与照射头两种输出方式,谱线选取范围宽、结构简单、小巧灵活、操作方便、价格低廉、适应性强及更有实用价值的特点。

Description

说明节 脉冲式发光多波长照射装置

本实用新型涉及一种脉冲式发光多波长照射装置。尤其是采用了脉冲强光源及各种泸光器选择多种谱线输出的医学实验研究照射装置。

在医学基础实验对皮肤内含有不同色素组织细胞的“光选择性吸收”规律研究中，其作用可分为“曝破效应”及“热凝效应”。由于“标的”情况一般都较为复杂，尤其是分布于皮层内深浅与直径不同血管的血管壁及含氧及去氧血红蛋白细胞等，对照射波长的吸收影响与热凝效应的大小要求不尽相同。因此，对“标的”的“曝破效应”或“热凝效应”的作用效果与照射光源的输出波长谱线宽度，照射强度(单次脉冲能量值)、脉冲宽度(曝光时间)、照射次数(脉冲重复频率)、脉冲间隔时间、脉冲占空比及照射斑大小等因素密切相关。由此可知，因研究照射的“标的”情况不同，对实验照射光源的各种参数条件的要求也各不相同。当“标的”对照射光源的单色性、光亮度、方向性等要求很严格，且不同“标的”组织细胞要具有“曝破效应”与“热凝效应”，脉冲宽度调节范围为ns、μs、ms级时，必选用可处于静动态工作模式的激光技术装置。而“标的”对照射光源的单色性无严格要求，且“标的”不同组织细胞以“热凝效应”为主，并希望谱线宽度较宽且谱线调节范围较大、脉冲宽度在μs、ms级时，可不必选用激光光源装置。

本技术方案针对“标的”对照射光源要求谱线宽度较大且调节范围较宽，脉冲宽度在μs、ms等条件，可考虑选用高亮度的自发辐射发光技术装置。其原因如下：在“光选择性吸收”规律的初步研究中发现，对某些较复杂的含有各种色素及血红蛋白的组织细胞的作用(以“热凝效应”为主)，选用相应的多谱线比单色谱线效果要好。其很有价值的谱线为：488nm、514nm、532nm、570nm、585nm、595nm、630nm、694nm、755nm、800nm、850nm、905nm、980nm、1064nm、1200nm、1340nm等，这些单谱线只能从Ar⁺、倍频Nd：YAG、红宝石、翠绿宝石、闪光灯泵浦染料、半导体、Nd：YAG等多台激光器中输出，如何从一台光源中获得多条输出波长，具有结构简单方便、价格低廉且由光导纤维传输到“标的”装置，在现有的国内外资料中未见报导。另外，从已初步得到的各种色素及血红蛋白细胞等光选择性吸收曲线综合分析说明，选用高峰区最佳中心谱线照射效果好，而用高峰区中心谱线附近的多条谱线包括中心谱线，进行照射可取得更好效果。并发现上述组织细胞的光选择性吸收曲线与脉冲氙灯等发射光谱曲线有基本相似的特点。因此，从对“标的”组织细胞以“热凝效应”为主考虑，照射装置可不用单色性好的激光光源。亦用非受激辐射的脉宽为μs及ms级的自发辐射脉冲氙灯等强光源，并采用谱线泸光技术可解决。它与激光光源各具特点，其优点互相补充可形成各种照射光源以满足实验要求。

本实用新型技术措施：

从国内外现有技术可知，一台激光器不可能产生多条谱线输出以满足实验研究技术条件的要求，必须由多台激光器组成，价格昂贵、体积大、操作复杂，使用非常不便。由现代科学技术已公知的电光源技术具有很高的水平与广泛的应用，如照相机闪光灯、电子内镜冷光源等，尤其是在固体激光技术中采用的亮度非常高、谱线很丰富的连续或脉冲氙灯与氪灯等，可在连续或单次脉冲及重复频率脉冲状态下发射出多谱线的强光，特别是脉冲氙灯在一定条件下可发出高亮度的以连续光谱为主的“白光”辐射，脉宽为μs及ms级，在500nm-1300nm之间(也可扩展到3000nm近红外波段)包含许多非常有用的谱线，且电光转换效率≥60％。因此要获取某一脉冲单色光或由数条单色光组成的宽谱线光，可选用单色或复色(宽带)泸光器，即可得到所需要的各种照射光谱线。把获得的照射脉冲光谱线经几何光学技术处理，再由光导纤维或照射头输出到“标的”上。因此，本装置中的发光灯体可采用高亮度的脉冲氙灯或脉冲氪光等强光源，对其自发辐射的脉冲强光，可用几何光学中凹面镜会聚的技术方法，其凹面镜具有适当的曲率半径，它由金属材料抛光或优质玻璃材料镀上对红外线、可见光、紫外线高反射率的硬质膜(冷光源所用的凹面反光镜对热效应很强的红外线有过泸作用，使照明光中不包含热辐射强的红外谱线)。其形状根据选用的脉冲发光灯的形状确定，可为圆形、椭圆形、条形等。本实用新型可有两种方案，其一是脉冲发光灯体在凹面镜前的光轴线上的位置可以类同闪光灯、冷光源或新闻摄影灯那样固定不动，在凹面镜的会聚光束光路上设置单色或复色(宽带)谱线泸光器，使所需要的光谱线在凹面镜的焦点处直接与光纤耦合输出或与照射头配合作用于“标的”；其二是为了适应对照射光斑大小的选择及获得更好的输出光斑，在上述方案的基础上进行改进可采取另一技术方案：脉冲发光灯体在凹面镜前的位置上不固定，即可在焦点附近沿光轴线前后可调节移动，以达到使凹面镜反射回的光束，可以呈平行光或有一定角度的会聚光束。还可在反射光路上再设置一个凸透镜组及位置可调的柱面透镜(柱面透镜的垂直方向具有像散作用，能将通过它的光束由最初呈纵向椭圆形然后变为接近圆形，最后为横向椭圆形)，以共同调控照射光斑的形状及大小，再与光纤耦合器配合，由各种直径的光纤输出或不用光纤耦合传导的方式，而采用直接与各种大小面积的照射头耦合输出。本实用新型为了获得多条单色或复色谱线的脉冲输出，在柱面透镜的前方光轴线上，设置由镀膜技术制成的各种泸光器，根据照射的需要，随时可很灵活方便准确的调节更换不同谱线的泸光器，其更换的方法可采用插入置换法或电控自动旋转切换等。另外，由于在相同照射条件下，照射光斑的大小与光波穿透组织的深度成正比关系。所以，在光纤末端可装照射活动手柄，该手柄可调节其伸缩的长度来选择被照面上输出的光斑大小，以调控光波的穿透深度。当选择不用光纤输出而直接耦合输出时，根据被照面所需要的光斑大小及形状，卸掉光纤耦合器，调节柱面透镜的位置(电控调节以选取光斑的形状及大小)，配置相应的照射头，可使脉冲光斑以正方形或长方形等形状输出于“标的”。输出波长谱线选择、光脉冲的强度大小、脉冲宽度、脉冲间隔时间及选择单次、二次或三次连发脉冲如脉冲宽度为1-100ms，脉冲间隔时间＞10ms等工作状态，均由属公知的激光脉冲电源并用触摸开关微电脑控制调节技术来实现(简称为脉冲调控电源)。由于实验照射使用时，多为单次脉冲及低重复频率。所以发光灯体可不用激光器的强迫水冷系统，仅采用风冷散热即可，使照射装置小巧灵活轻便。本技术方案的光强度、脉宽、重复频率、泸光器等调节及可移动部件，均由触摸开关微电脑电路系统调控。另外，为了选择输出光斑的大小，也可选用锥形等多种形状的光导纤维。

本实用新型技术方案实施：

脉冲式发光多波长照射装置是由脉冲调控电源与脉冲发光传导装置组成。其脉冲发光传导装置其特征为：在照射装置机体(1)内光轴线上装有全反射凹面镜(3)，其凹面镜(3)固定在镜后正中位置的凹面镜底座(7)上，全反凹面镜(3)凹形面的前方光轴线上垂直装有位置沿光轴线可调节的发光灯体(4)，其发光灯体(4)与发光灯体固定杆(5)相连，其固定杆(5)由凹面镜(3)中心孔插入凹面镜底座(7)内，由底座(7)上的垂直锁紧螺栓(6)固定，发光灯体固定杆(5)末端伸出的两个灯电极与发光灯体电极插座(8)紧相连，其电极插座(8)经导线(9)、(10)与脉冲调控电源(2)相连，发光灯体(4)之前方光轴线上装有谱线泸光器(12)，其泸光器(12)之前光轴线上装有光纤耦合器(13)或照射头(14)，其光纤耦合器(13)内插有光导纤维(15)，光导纤维(15)末端装有可调活动手柄(16)。还可在发光灯体(4)与泸光器(12)之间的光轴线上装有凸透镜组(17)，其凸透镜组(17)之前光轴线上装有位置可调的柱面透镜(11)。

本实用新型之目的：为医学基础研究提供一种多波长谱线脉冲宽度为μs、ms级及光脉冲能量、脉冲宽度、重复频率、脉冲间隔时间、照射光斑形状大小均可调控，并由光导纤维及照射头两种方式输出的自发辐射强光源照射装置。

本实用新型的优点：本技术方案是在公知常用的电子内镜冷光源，无影灯、照相机闪光灯、脉冲激光器等原理结构及技术的基础上综合分析改进而成。尤其是充分利用了公知电光源新技术高亮度脉冲氙灯或氪灯发光的技术措施，经几何光学系统及常用的谱线泸光器、光纤传导输出等构成。具有技术难度小、谱线调整范围大、简便易行、灵巧方便、价格低廉、适应性强的特点。在一定应用范围它可取代或弥补激光装置的功能不足，更有实用价值。

以上通过附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型一种实施方案的示意图。

说明书附图1标称说明：

1、照射器机体           2、脉冲调控电源

3、全反射凹面镜         4、位置可调发光灯体

5、发光灯体固定杆       6、发光灯体固定杆锁紧螺栓

7、全反凹面镜底座       8、发光灯电极插座

9、导线                 10、导线

11、位置可调柱面透镜    12、谱线泸光器

13、光纤耦合器          14、照射头

15、光导纤维            16、可调活动手柄

17、辅助凸透镜组

参照图1说明如下：

当需要某一谱线的光输出时，脉冲调控电源(2)开始工作，发光灯体(4)按予设置的波长谱线、脉冲能量值、脉冲宽度、脉宽、脉冲间隔时间及脉冲次数发光，经全反射凹面镜(3)将光源自发辐射脉冲光以一定的角度反射到前方的辅助透镜(17)上，经透镜(17)的会聚作用，脉冲光束经泸光器(12)入射到位置可调的柱面透镜(11)上，经柱面透镜(11)对光束的形状大小调正后，入射到光纤耦合器(13)，再由耦合器(13)内插入的光导纤维(15)输出到“标的”上。当不用光纤传导方式时，可卸掉光纤耦合器，调节柱面透镜(11)的位置，安装上相应规格的照射头(14)即可。

Claims (3)

1、一种脉冲式发光多波长照射装置是由脉冲调控电源与脉冲发光传导装置组成，脉冲发光传导装置其特征为：在照射装置机体(1)内的光轴线上垂直安装全反射凹面镜(3)，其凹面镜(3)固定在凹面镜后正中位置的凹面镜底座(7)上，全反凹面镜(3)凹形面的前方光轴线上垂直装有位置沿光轴线可调的发光灯体(4)，其发光灯体(4)与发光灯体固定杆(5)相连，其固定杆(5)由凹面镜(3)中心孔插入凹面镜底座(7)内，由底座(7)上部的锁紧螺栓(6)固定，发光灯体固定杆(5)末端伸出的两个电极与发光灯体电极插座(8)紧相连，其电极插座(8)经导线(9)、(10)与脉冲调控电源(2)相连，发光灯体(4)之前光轴线上装有谱线泸光器(12)，其泸光器(12)之前光轴线上装有光纤耦合器(13)，其光纤耦合器(13)之中心位置，插有光导纤维(15)，其光导纤维(15)末端装有照射用可调活动手柄(16)。

2、根据权利要求1所述的脉冲式发光多波长照射装置其特征为在发光灯体(4)与泸光器(12)之间光轴线上，可装有辅助凸透镜组(17)，其凸透镜组(17)之前光轴线上装有位置可调的柱面透镜(11)。

3、根据权利要求1或2所述的脉冲式发光多波长照射装置，其特征为在位置可调柱面透镜(11)之前光轴线上，可安装照射头(14)。