一种无亮斑投影照明系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及照明系统技术领域，提供了一种无亮斑投影照明系统及其工作方法，该无亮斑投影照明系统包括镜筒支架、间隔设置在镜筒支架上的多个灯珠、分别设置在对应的灯珠上的多个投影镜头以及分别设置在镜筒支架的两端的镀膜高反镜面和光学窗口；该无亮斑投影照明系统利用光束整形定向投射、多方向反射投射照明相结合的技术实现了无亮斑均匀照明，避免了手术监视系统获得的手术人眼图像出现局部亮斑的情况，即避免人眼图像中出现局部亮度过高，从而湮没人眼图像局部信息，造成信息缺失影响人眼特征边界提取精度，影响手术镜头组光轴与人眼光轴的对准精度的情况，提高了手术中医生的观察和手术实施的精准度、安全性和可靠性。安全性和可靠性。安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种无亮斑投影照明系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及照明系统
，特别是涉及一种无亮斑投影照明系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]在飞秒激光眼科手术治疗设备领域，需要对人眼进行实时视频监视以便于手术医生观察手术进程以保证手术安全且顺利进行。为了使成像系统获得的手术人眼的图像清晰明亮，会在手术设备的光学镜筒内部设置照明系统以满足眼科手术照明的需要。目前，照明方案均采用利用LED灯珠在光学镜筒内部均匀排布直接照明的技术方案。具体地，LED灯珠固定在镜筒上，灯珠会从镜筒壁中伸出一部分以实现对手术眼区域的照明，其中不同技术方案中LED灯珠的几何轴线与人眼所在平面的夹角不同。
[0003]现有技术方案中LenSx、LensAR、Catalys、VICTUS等飞秒激光眼科手术设备在光学通路中的照明方案为6颗灯珠呈环状对置均匀分布，灯珠的光轴与光学镜筒中轴呈90
°
或45
°
夹角分布。这样的排布方案对实时视频监控系统成像来说有诸多不利因素：其一，LED灯珠直接照明方案中，LED灯珠发出的光线经过镜筒下端光学窗口反射后，经过光学镜筒内的光学系统进入到视频成像系统中，由光电传感器件成像并显示在设备显示屏幕上。根据光路可逆原理，LED灯珠的像被光电转换器件接收并显示在显示屏幕上，所以会在图像上显示LED灯珠的亮斑。
[0004]其二，LED灯珠发出的光线经过镜筒上端的镜头表面反射，反射后光线入射到镜筒下端的光学窗口，经由光学窗口表面反射后通过光学镜筒内的光学系统进入到视频成像系统中，由光电传感器件成像并显示在设备显示屏幕上。同样地，LED灯珠的像会在显示的图像中呈现高亮状态，造成图像局部高亮形成亮斑。
[0005]其三，由于光学镜筒内有多个光学元件，每个光学元件表面会产生不同程度的反射，造成视频图像采集系统获取的图像存在不同尺度径向分布的LED灯珠的像，从而形成不同明亮程度的多环亮斑，影响手术医生观察质量。
[0006]在飞秒激光眼科手术设备应用的过程中，需要利用实时视频成像系统获取人眼诸如虹膜、瞳孔等图像信息利用图像处理技术实现定位，以指导人眼对接系统光轴与人眼光轴对准。由于上述几种情况照明所产生的图像亮斑会一定程度上湮没获取的图像中部分人眼结构信息，造成局部信息的缺失对人眼结构边界的划分产生不利影响，从而影响设备光轴与人眼光轴的对准，影响人眼对接的精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一目的是，提供一种无亮斑投影照明系统及其工作方法，该系统能够实现无亮斑均匀照明，解决了由LED灯珠的多圈像所造成的图像局部亮斑的问题，有利于提高在飞秒激光手术中医生的观察和手术实施的精准度、安全性和可靠性。
[0008]本专利技术在一方面提供了一种无亮斑投影照明系统，包括：
镜筒支架；多个灯珠，间隔设置在所述镜筒支架上；多个投影镜头，分别设置在对应的灯珠上；镀膜高反镜面，其设置在所述镜筒支架一端并被设置为弧形镜面；光学窗口，其设置在所述镜筒支架的另一端；其中，所述灯珠用于发出光束；所述投影镜头用于对所述灯珠发出的光束进行整形并投射到所述镀膜高反镜面上，所述镀膜高反镜面用于将整形后的光束定向反射至所述光学窗口。
[0009]在本专利技术的一实施例中，所述镀膜高反镜面为通过镀膜工艺将高反射率材料镀在所述镜筒支架内侧壁的半弧面上形成的高反射率介质膜镜面，所述镀膜高反镜面的反射率为80%～100%。
[0010]在本专利技术的一实施例中，所述镀膜高反镜面的截面曲线L的计算方法如下：以光学窗口的中心点作为原点构建二维坐标系，假设所述灯珠的光源位于二维坐标系的点，镀膜高反镜面的截面曲线L的曲线方程为，截面曲线L的起始点坐标分别为和；其中所述灯珠的光轴与所述镜筒支架的中心轴线夹角θ的表达式为：(1)由光源发出入射到截面曲线L上任意一点的这条光线的向量表示为：(2)所述光线经过反射介质发生反射后的光线的方向向量为；设在截面曲线L上任意一点处的法向量为，则有：(3)根据反射定律可得：(4)即，(5)经过整理可得：(6)方程组（6）的解即为所述镀膜高反镜面的截面曲线L满足的特定曲线方程。
[0011]在本专利技术的一实施例中，所述灯珠为LED灯珠，数量为六个；所述镜筒支架的内壁倾斜设置有六个用于安装所述LED灯珠的安装孔，其中相邻的两个安装孔的水平投影夹角均为60
°
。
[0012]在本专利技术的一实施例中，相邻的两个LED灯珠的光轴在水平方向投影的夹角均为60
°
，所述LED灯珠的光轴与所述镜筒支架的中心轴线有交点且所述LED灯珠的光轴与所述镜筒支架的中心轴线呈θ角，所述θ角由所述镀膜高反镜面的截面曲线L满足的特定曲线方程计算得到。
[0013]在本专利技术的一实施例中，所述θ角的范围为15
°
～ 45
°
。
[0014]在本专利技术的一实施例中，所述投影镜头为连接于所述LED灯珠的平凸透镜；所述光学窗口为窗口镜。
[0015]在本专利技术的一实施例中，所述无亮斑投影照明系统还包括安装在所述镜筒支架外部的支撑件、安装在所述支撑件上的PCB板和电连接于所述PCB板的单片机，其中所述灯珠焊接在所述PCB板上并与所述单片机电路连接，所述单片机用于调控所述灯珠的亮度。
[0016]在本专利技术的一实施例中，所述单片机包括光强控制单元、光学系统控制单元和系统电源，所述光学系统控制单元用于根据所述单片机外部输入端口输入的灯珠流明照度要求，向所述光强控制单元发出电信号，以执行对所述灯珠的光强控制；所述光强控制单元用于接收所述光学系统控制单元发出的电信号并控制所述灯珠的流明照度；所述系统电源用于为所述无亮斑投影照明系统提供稳压电源。
[0017]本专利技术在另一方面还提供了一种无亮斑投影照明系统的工作方法，包括步骤：所述单片机向所述系统电源给出指令为所述无亮斑投影照明系统提供电源；所述光学系统控制单元根据所述单片机外部输入端口输入的灯珠流明照度要求向所述光强控制单元发出电信号；所述光强控制单元根据接收到的所述电信号向所述灯珠提供对应电流，用于调整所述灯珠的流明照度；所述灯珠接收所述光强控制单元的电流后发出光束传输至所述投影镜头；所述投影镜头对所述灯珠所发出的光束进行定向指定区域投影，将所述灯珠所发出的无序放射状光线收集并投射到所述镀膜高反镜面；所述镀膜高反镜面将整形后的光束定向反射至所述光学窗口上。
[0018]本专利技术提供的所述无亮斑投影照明系统利用光束整形定向投射、多方向反射投射照明相结合的技术实现了无亮斑均匀照明。本专利技术的所述无亮斑投影照明系统避免了手术监视系统获得的手术人眼图像出现局部亮斑的情况，即避免人眼图像中出现局部亮度过高，从而湮没人眼图像局部信息，造成信息缺失影响人眼特征边界提取精度，影响手术镜头组光轴与人眼光轴的对准精度，从而能够提高在飞秒激光手术中医生的观察和手术实施的精准度、安全性和可靠性。
[0019]通过对随后的描述和附图的理解，本专利技术进一步的目的和优势将得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无亮斑投影照明系统，其特征在于，包括：镜筒支架；多个灯珠，间隔设置在所述镜筒支架上；多个投影镜头，分别设置在对应的灯珠上；镀膜高反镜面，其设置在所述镜筒支架一端并被设置为弧形镜面；光学窗口，其设置在所述镜筒支架的另一端；其中，所述灯珠与所述投影镜头组成了光束整形定向投射系统，用于将所述灯珠发的无序放射状光线收集并定向投射到所述镀膜高反镜面上，并经由所述镀膜高反镜面将光线再次扩束并均匀照射在所述光学窗口处。2.根据权利要求1所述的无亮斑投影照明系统，其特征在于，所述镀膜高反镜面为通过镀膜工艺将高反射率材料镀在所述镜筒支架内侧壁的半弧面上形成的高反射率介质膜镜面，所述镀膜高反镜面的反射率为80%～100%。3.根据权利要求2所述的无亮斑投影照明系统，其特征在于，所述镀膜高反镜面的截面曲线L的计算方法如下：以光学窗口的中心点作为原点构建二维坐标系，假设所述灯珠的光源位于二维坐标系的点，镀膜高反镜面的截面曲线L的曲线方程为，截面曲线L的起始点坐标分别为和；其中所述灯珠的光轴与所述镜筒支架的中心轴线夹角θ的表达式为：(1)由光源发出入射到截面曲线L上任意一点的这条光线的向量表示为：(2)所述光线经过反射介质发生反射后的光线的方向向量为；设在截面曲线L上任意一点处的法向量为，则有：(3)根据反射定律可得：(4)即，(5)经过整理可得：(6)方程组（6）的解即为所述镀膜高反镜面的截面曲线L满足的特定曲线方程。
4.根据权利要求3所述的无亮斑投影照明系统，其特征在于，所述灯珠为LED灯珠，数量为六个；所述镜筒支架的内壁倾斜设置有六个用于安装所述LED灯珠的安装孔，其中相邻的两个安装孔的水平投影夹角均为60
°
。5.根据权利要求4所述的无亮斑投影照明系统，其特征在于，相邻的两个LED灯珠的光轴在水平方向投影的夹角均为60
°
，所述LED灯珠的光轴与所述镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，王月虹，曹海峰，张道森，
申请(专利权)人：广东麦特维逊医学研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：