可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统技术方案

本发明专利技术公开了可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统，包括准直系统，光束变倍压缩输出系统；变倍压缩输出系统包括移动组、固定组以及补偿组，当平行光经移动组出射后到达固定组，光线的反向延长线与光轴交于P点，P点为移动组的虚像点，同时也是固定组的虚物点；固定组出射光的延长线交光轴于Q点，Q点是固定组的虚像点，同时也是补偿组的虚物点；当补偿组的虚焦点与Q点重合时，光线平行于光轴出射；当移动移动组时，为使Q点与F点重合，需移动补偿组，只要保证固定组的虚像点时刻保持与补偿组的需焦点重合，即可实现变倍准直输出。出。出。

【技术实现步骤摘要】
可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统


[0001]本专利技术涉及光源输出耦合系统，更具体来讲涉及可变倍压缩输出准直光束 的医用冷光源输出耦合系统。
技术背景
[0002]医用冷光源是高端内窥镜系统医疗装备的重要组成部分，具有寿命长、成 本低、光谱灵活定制等优点，已成为行业主流。医用冷光源的光源输出直接耦 合于内窥镜的照明输入端，
[0003]然而在临床应用中，存在光源利用率不高的问题。这是因为光源需要配合 多个科室多种内窥镜使用，包括电子内镜、光学内镜等。由于耳鼻喉、关节 镜、腹腔镜等应用场景不同，内镜与光源耦合的照明输入端的直径相差较大， 如直径1
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4mm范围，耦合面积相差16倍。传统固定输出光斑大小的耦合方式， 造成光源效率浪费，尤其是遮挡调光方式更降低了光源利用率。具体因为固定 直径大小的光束，将导致光能耦合效率低(光斑大于光纤束直径)或者光纤束 的利用率不高且端面热积累严重(光斑小于光纤束直径)。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有传统的医用内窥镜冷源光固定光斑直径输出光路的不足， 提出了可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统，本专利技术的创新点 在于可实现变直径压缩光束输出，其实施优势在于适用于不同内窥镜使用场景 下，适用于不同直径的光纤束与光源进行耦合；避免了遮挡方式光源利用率不 足的缺点，可更高效率的利用光源发出的光；并且具有平行光入射方式的高效 率光纤耦合。
[0005]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统，其包括：
[0007]准直系统，其接收从光源并射出平行光束；所述准直系统为具有汇聚功能 的透镜或透镜组；
[0008]光束变倍压缩输出系统；
[0009]所述变倍压缩输出系统包括移动组、固定组以及补偿组，所述固定组与所 述准直系统相隔预设距离且为具有汇聚功能的透镜或透镜组，所述固定组直径 比所述平行光束的直径大；
[0010]所述平行光经所述移动组出射后到达所述固定组，光线的反向延长线与光 轴交于P点，所述P点为移动组的虚像点，同时也是所述固定组的虚物点；所 述固定组出射光的延长线交光轴于Q点，所述Q点是固定组的虚像点，同时也 是所述补偿组的虚物点；当所述补偿组的虚焦点与Q点重合时，光线平行于光 轴出射；当移动所述移动组时，为使Q点与F点重合，需移动补偿组，只要保 证固定组的虚像点时刻保持与补偿组的需焦点重合，即可实现变倍准直输出；
[0011]所述准直系统和所述变倍压缩输出系统设置在同一光轴上。
[0012]所述移动组以及所述补偿组均为具有发散功能的透镜或透镜组，所述移动 组以及所述补偿组在调节时做同向运动；所述移动组移动范围0～29mm，所述补 偿组移动范围0～57mm,保持光源与固定组之间的距离不变，同时调整所述移动 组与所述补偿组之间的距离，使补偿组出射的压缩光束与光纤耦合。
[0013]其中，当移动组相对其初始位置移动Δd1时，其与所述固定组的放大率满 足如下关系：
[0014][0015]其中，f2',f3',e1,分别表示移动组，固定组的焦距以及初始位置时移动组与 固定组的间隔；
[0016]由于移动组的移动使固定组的放大率发生变化，故固定组的虚像点位置也 发生移动，为使补偿组的虚焦点与固定组虚像点保持重合，补偿组所需的移动 量满足如下关系：
[0017][0018]其中，f4',e2,分别表示补偿组的焦距以及固定组与补偿组的间隔；
[0019]当固定组的像方有效F数因移动组的移动而不断变化时，补偿组的F数也 在不断变化，所以出射光束的直径也随之变化，经移动组的入射光束半径为 h1，补偿组出射光束半径为h2，则压缩倍率M满足如下关系：
[0020][0021]其中，所述准直系统、所述固定组为双凸透镜，所述移动组以及所述补偿 组均为单凹透镜；所述移动组凹面置于平行光束行进方向的反方向一侧，所述 补偿组凹面置于平行光束行进方向一侧。
[0022]所述移动组、补偿组在所述移动范围内连续移动或定点移动。
[0023]本专利技术的工作操作过程如下：
[0024]并且，根据用于达成上述本专利技术的目的的，提供可变倍压缩输出准直光束 的医用冷光源输出耦合系统，由准直系统与光束变倍压缩输出系统组成，将准 直系统、移动组、固定组、补偿组组装到镜筒中，其中准直系统与固定组固定 保持不动，移动组与补偿组通过变焦机构调节相对位置，当需要扩大输出光束 直径时，调节变焦机构使移动组向远离固定组的方向移动，此时准直系统的放 大率发生变化，为使补偿组的虚焦点与固定组虚像点重合，调焦机构在移动移 动组的同时带动补偿组做同向运动。反之，当需要缩小输出光束直径时，调节 变焦机构使移动组向靠近固定组的方向移动，同时带动补偿组同向移动。依据 该实例，可实现2～6X变倍输出不同直径光束，以满足同一光源应用与多种规格 的照明光纤束。该专利技术专利还可应用于激光扫描系统等需要变直径光束输出的 场景，具有电子调光的功能。
[0025]技术效果
[0026]应用本专利技术的技术方案，可实现变直径压缩光束输出，其实施优势在于适 用于不
同内窥镜使用场景下，适用于不同直径的光纤束与光源进行耦合；避免 了遮挡方式光源利用率不足的缺点，可更高效率的利用光源发出的光；并且具 有平行光入射方式的高效率光纤耦合。
附图说明
[0027]图1是显示本专利技术的原理的示意图；
[0028]图2是显示本专利技术的一实施例压缩光束系统图；
[0029]图3是显示本专利技术的另一实施例扩大光束系统图；
具体实施方式
[0030]本专利技术可进行多种变更，可具有多种实施例，以下在附图中例示特定实施 例并在说明书中进行具体说明。但其目的并非使本专利技术限定于特定的实施形 态，因此应理解为包括属于本专利技术的思想及技术范围的所有变更、等同物及替 代物。在说明各附图方面，对类似的构成要素使用了类似的附图标记。其中， 附图中各部件的厚度和形状不反映显示装置的真实比例，目的只是示意说明本
技术实现思路
。
[0031]以下参照附图具体地说明本专利技术的实施例。
[0032]图1是显示本专利技术的原理的示意图。
[0033]其中L2，L3，L4组合为光束变倍压缩输出系统，采用负
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正
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负的组合，L2 移动组，L3为固定组，L4为补偿组。光源发出的具有一定发散角的光束首先经 准直系统L1准直，平行光经移动组出射后到达固定组，光线的反向延长线与光 轴交于P点，该点为L2的虚像点，同时也是L3的虚物点，L3对光线有汇聚作 用，出射光的延长线交光轴于Q点，该点是L3的虚像点，同时也是L4的虚物 点，当L4的虚焦点与Q点重合时，光线平行于光轴出射。当移动L2时，为使 Q点与F点重合，需移动补偿组L4，只要保证L3的虚像点时刻保持与L4的需 焦点重合，即可实现变倍准直输出。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统，其特征在于，包括：准直系统，其接收从光源并射出平行光束；所述准直系统为具有汇聚功能的透镜或透镜组；光束变倍压缩输出系统；所述变倍压缩输出系统包括移动组、固定组以及补偿组，所述固定组与所述准直系统相隔预设距离且为具有汇聚功能的透镜或透镜组，所述固定组直径比所述平行光束的直径大；所述平行光经所述移动组出射后到达所述固定组，光线的反向延长线与光轴交于P点，所述P点为移动组的虚像点，同时也是所述固定组的虚物点；所述固定组出射光的延长线交光轴于Q点，所述Q点是固定组的虚像点，同时也是所述补偿组的虚物点；当所述补偿组的虚焦点与Q点重合时，光线平行于光轴出射；当移动所述移动组时，为使Q点与F点重合，需移动补偿组，只要保证固定组的虚像点时刻保持与补偿组的需焦点重合，即可实现变倍准直输出；所述准直系统和所述变倍压缩输出系统设置在同一光轴上。2.根据权利要求1所述的可变倍压缩输出准直光束的医用冷光源输出耦合系统，其特征在于，所述移动组以及所述补偿组均为具有发散功能的透镜或透镜组，所述移动组以及所述补偿组在调节时做同向运动；所述移动组移动范围0～29mm，所述补偿组移动范围0～57mm,保持光源与固定组之间的距离不变，同时调整所述移动组与所述补偿组之间的距离，使补偿组出射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶学松，张宏，张华辉，王鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：