一种调光光源装置及电子内窥镜

技术领域

本发明涉及光源领域，特别是涉及一种调光光源装置。本发明还涉及一种电子内窥镜。

背景技术

传统的电子内窥镜中，使用的冷光源亮度固定，比如使用氙灯作为发光体。为了调节冷光源的输出光通量，通常使用多层遮光转轮组合的结构，参考图1所示，该套遮光转轮通过改变遮光转轮1通光区的夹角，调节通光口径大小，最终实现输出光通量的控制。该套遮光转轮高速旋转，保证输出光束的完整性，使其焦点能够均匀覆盖接入的光缆头端，避免末端分支光缆光通量差异过大。但是，该结构存在体积庞大、工作过程噪音较大、可靠性差等问题，同时在最大通光状态时也对光束有明显遮挡，影响最大输出光通量。

随着电子内窥镜的冷光源逐渐使用LED作为发光体，其输出光通量的调节更多依赖于LED工作电流的调节实现。虽然，该方案有着结构简单、响应迅速、故障率低等优点，但同样存在很多问题。首先，LED输出光通量与工作电流为非线性关系，电流较大时表现尤为明显；其次，LED光谱的主波长会随着电流的改变而改变；最后，大范围的光通量调节需要大范围的电流调节，驱动设计难度高，低电流稳定性差。最终造成光源输出光通量调节不准确，不同光通量时光谱不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种调光光源装置，可用于电子内窥镜，结构简单，体积小巧，可以提高对输出光通量调节的准确性并且光谱稳定。本发明还提供一种电子内窥镜。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种调光光源装置，包括发光体、光束整形组件以及调光机构，所述光束整形组件设置于所述发光体的出光一侧，用于将所述发光体的出射光变换为平行光束，使所述平行光束通过所述调光机构，以及使通过所述调光机构后的光束会聚而发射出；

所述调光机构包括栅条阵列，所述栅条阵列包括多个依次并列布置的栅条，使所述平行光束可透过所述栅条之间空隙，所述栅条阵列可旋转，使得所述栅条阵列的所述栅条之间空隙对所述平行光束的透过面积可改变。

优选地，任一所述栅条与所述栅条阵列的方向的夹角大于0度小于等于90度，所述栅条阵列的方向是指所述栅条阵列的栅条排列方向。

优选地，任一所述栅条的宽度大于等于该栅条与相邻栅条之间的中心间距。

优选地，所述栅条阵列的各个所述栅条相互平行。

优选地，各个所述栅条的宽度均相等，相邻所述栅条之间的中心间距均相等。

优选地，所述调光机构还包括可旋转的底座，所述栅条阵列设置于所述底座上，通过所述底座带动所述栅条阵列旋转。

优选地，所述调光机构还包括基座，所述栅条阵列的任一所述栅条固定于所述基座上。

优选地，所述调光光源装置的光通量输出函数表示为：

其中：

其中，α表示所述栅条相对于所述栅条阵列的方向沿逆时针的夹角，β表示所述栅条阵列的方向相对于入射至所述栅条阵列的平行光束沿逆时针的夹角，γ表示将所述栅条阵列沿逆时针旋转的角度，L

优选地，α＝-β＝π/8。

一种电子内窥镜，包括调光光源装置以及光缆，所述调光光源装置用于输出光并使光会聚至所述光缆的进光端，使光进入所述光缆，所述调光光源装置采用以上所述的调光光源装置。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种光源装置，包括发光体、光束整形组件以及调光机构，光束整形组件设置于发光体的出光一侧，用于将发光体的出射光变换为平行光束，使平行光束通过调光机构，以及使通过调光机构后的光束会聚而发射出。调光机构包括栅条阵列，栅条阵列包括多个依次并列布置的栅条，使平行光束可透过栅条之间空隙，栅条阵列可旋转，使得栅条阵列的栅条之间空隙对平行光束的透过面积可改变。光束入射至调光机构时，入射至栅条阵列的栅条上的光线会被遮挡而不能通过栅条阵列，入射至栅条之间空隙的光线能够透过，通过转动栅条阵列，可以改变栅条阵列的各个栅条相对于入射至栅条阵列的平行光束的角度，改变栅条阵列的栅条之间空隙对平行光束的透过面积，相应会改变平行光束透过栅条阵列的光通量大小，如此本调光光源装置通过转动栅条阵列实现调节输出光通量。与现有依赖于LED工作电流的调节实现控制输出光通量相比，本发明的调光光源装置可以提高对输出光通量调节的准确性并且光谱稳定，本调光光源装置可用于电子内窥镜，结构简单，体积小巧。

本发明提供的一种电子内窥镜，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。

图1为传统的电子内窥镜中光源的遮光转轮的示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种调光光源装置的结构示意图；

图3为图2所示的调光光源装置的调光机构俯视图；

图4为图2所示的调光光源装置的调光机构沿着光路方向的正视图；

图5为本发明一实施例中平行光束入射至栅条阵列的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-遮光转轮，101-发光体，102-栅条阵列，103-栅条，104-基座，105-底座，106-第一光学组件，107-第二光学组件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种调光光源装置，包括发光体、光束整形组件以及调光机构，所述光束整形组件设置于所述发光体的出光一侧，用于将所述发光体的出射光变换为平行光束，使所述平行光束通过所述调光机构，以及使通过所述调光机构后的光束会聚而发射出；

所述调光机构包括栅条阵列，所述栅条阵列包括多个依次并列布置的栅条，使所述平行光束可透过所述栅条之间空隙，所述栅条阵列可旋转，使得所述栅条阵列的所述栅条之间空隙对所述平行光束的透过面积可改变。

发光体的出射光入射至光束整形组件，光束整形组件将发光体的出射光变换为平行光束，使平行光束入射至调光机构，光束整形组件还使通过调光机构后的光束会聚而发射出。

栅条阵列的栅条会遮挡光线，阻挡光线透过，栅条阵列的栅条之间具有空隙。光束入射至调光机构时，入射至栅条阵列的栅条上的光线会被遮挡而不能通过栅条阵列，入射至栅条之间空隙的光线能够透过。栅条阵列的栅条之间空隙对平行光束的透过面积即指平行光束透过栅条阵列的各个栅条之间空隙时栅条阵列的透光面积。栅条阵列可旋转是指栅条阵列整体旋转，通过转动栅条阵列，可以改变栅条阵列的各个栅条相对于入射至栅条阵列的平行光束的角度，改变栅条阵列的栅条之间空隙对平行光束的透过面积，即改变栅条阵列对平行光束的未遮挡面积，相应会改变平行光束透过栅条阵列的光通量大小，如此本调光光源装置通过转动栅条阵列实现调节输出光通量。

本实施例的调光光源装置可用于电子内窥镜，与传统电子内窥镜使用的多层遮光转轮组合进行调光的结构相比，本实施例的调光光源装置结构简单，体积小巧，工作过程中噪音较小。与现有依赖于LED工作电流的调节实现控制输出光通量相比，本实施例的调光光源装置可以提高对输出光通量调节的准确性并且光谱稳定。

示例地可参考图2、图3和图4，图2为一实施例提供的一种调光光源装置的结构示意图，图3为图2所示的调光光源装置的调光机构俯视图，图4为图2所示的调光光源装置的调光机构沿着光路方向的正视图。如图2所示，发光体101的出射光通过光束整形组件变换为平行光束，平行光束入射至栅条阵列102，光束整形组件还使透过栅条阵列102后的光束会聚而发射出。若本调光光源装置应用于电子内窥镜，可通过光束整形组件使光束会聚至光缆100的进光端，由光缆100将光束进一步传输。图1和图2中带箭头的直线表示光线传播方向。

可结合参考图3和图4所示，栅条阵列102包括多个依次并列布置的栅条103，栅条103之间具有空隙，栅条103可遮挡光线而阻挡光线透过，光线可透过栅条103之间空隙而透过栅条阵列102。栅条阵列102包括的栅条103数量应尽可能地多。由于栅条阵列102在对光束透过面积进行调节时，可理解为对整个光束的离散采样，包括的栅条103数量越多，采样密度越高，对光束的能量分布改变越小。当栅条数量趋于无穷时，光束能量分布不变。参考图所示，栅条103可以是长方形的薄片。在一些实施方式中，任一所述栅条103与所述栅条阵列102的方向的夹角大于0度小于等于90度，所述栅条阵列102的方向是指所述栅条阵列102的栅条103排列方向。若任一栅条103与栅条阵列102的方向的夹角为0度即任一栅条103与栅条阵列102的方向平行，显然转动栅条阵列102时不能达到改变栅条阵列102的栅条之间空隙对平行光束的透光面积大小的效果。参考图2至图4所示的栅条阵列102中，栅条103与栅条103排列方向的夹角大于0度小于90度。

进一步地，任一所述栅条103的宽度大于等于该栅条103与相邻栅条103之间的中心间距。可结合参考图5，图5为一实施例中平行光束入射至栅条阵列的示意图，图中带箭头的直线表示光线传播方向。带箭头的曲线表示栅条阵列102的旋转方向。任一栅条103的宽度w大于等于该栅条103与相邻栅条103之间的中心间距d，即w≥d，这样使得旋转栅条阵列102过程中，存在使透过栅条阵列102的光通量为零的情况。另外w不能过大，由于w大于d之后，w越大则有效的角度调节范围越小，因此在实际工程中w稍微大于d即可。

在一些实施方式中，栅条阵列102的各个栅条103相互平行，即各个栅条103与栅条103排列方向的夹角相同。在其它实施方式中，栅条阵列102的各个栅条103之间可以不平行，也在本发明保护范围内。在一些实施方式中，可参考图3至图5所示，栅条阵列102的各个栅条103相互平行，各个栅条103的宽度均相等，相邻栅条103之间的中心间距均相等，这种结构更容易获得栅条阵列102的旋转角度与透过光通量大小的关系，便于通过旋转栅条阵列102，较准确地控制光束通过栅条阵列102的光通量，进而控制本调光光源装置的输出光通量。并且这种结构栅条阵列102在对光束透过面积进行调节时，实现了对整个光束的等距离散采样，有利于保持光束能量分布不变。

本实施例中，对栅条阵列102的旋转方式不做限定，栅条阵列102可以是顺时针旋转或者逆时针旋转。进一步地，在一些实施方式中，调光机构还可包括可旋转的底座，所述栅条阵列102设置于所述底座上，通过所述底座带动所述栅条阵列旋转。可以驱动底座旋转，进而底座带动栅条阵列102旋转，以实现调节本调光光源装置的输出光通量。进一步地，调光机构还可包括基座，所述栅条阵列102的任一所述栅条103固定于所述基座上，栅条阵列102的各个栅条103固定于基座上依次排列。本实施例中，对底座、基座的具体形状分别不做限定。示例地可参考图2至图5，栅条阵列102的各个栅条103固定于基座104上，栅条阵列102和基座104整体设置在底座105上，其中基座104为长方体以尽量减小占用空间，底座105的横截面为圆形以便于旋转。但不限于此，在其它实施方式中，调光机构除包括栅条阵列外还可以包括其它形式的可实现控制栅条阵列旋转的结构，也都在本发明保护范围内。

下面对本调光光源装置调节输出光通量的具体方法进行说明。

请结合参考图5，定义栅条103与栅条103排列方向(即栅条阵列102的方向)的夹角为α，栅条阵列102的方向与平行光束的初始夹角为β，底座105逆时针旋转角度为γ。其中，栅条103与栅条阵列102的方向的夹角α具体表示栅条103相对于栅条阵列102的方向沿逆时针的夹角，栅条阵列102的方向与平行光束的初始夹角β具体表示栅条阵列102的方向相对于入射至栅条阵列102的平行光束沿逆时针的夹角。另有栅条103中心间距为d，栅条103宽度为w，w大于d。

结合图5所示，当|sin(α+β+γ)|*w≥d时，栅条阵列102完全遮挡光束，本调光光源装置输出光通量为零。当|sin(α+β+γ)|＝0时，栅条阵列102对平行光束的遮挡面积最小，本调光光源装置输出光亮度最大。

由于平行光束的能量不是均匀分布的，因此不能直接使用栅条阵列102对平行光束的未遮挡面积比例计算光通量比例。定义xy平面垂直于平行光束光轴，入射至栅条阵列102的平行光束的能量密度分布函数表示为P(x,y){x,y∈x

本调光光源装置的光通量输出函数记为L(γ)，L(γ)为分段函数，具体公式如下：

其中：

其中，n表示栅条级数，i表示栅条最大级数，w表示栅条的宽度，d表示相邻栅条的中心间距，x

根据式(1)到式(7)，可以获得本调光光源装置的输出光通量与栅条阵列102旋转角度γ的对应关系，此时即能通过控制旋转角度γ的值来精细调节本调光光源装置最终的输出光通量。需要说明的是，上述推导得出的本调光光源装置的光通量输出函数，实际上是通过栅条阵列102的光通量，也可以认为是本调光光源装置中栅条阵列102之后的光路中没有光损耗的理想情况下本调光光源装置的输出光通量，这种理想情况下，本调光光源装置的最大输出光通量为L

进一步地，要使得调节更为精准，应尽量扩大使得光通量从0到最大区间的γ调节范围。根据式(1)可知当d＝w，即栅条103宽度w等于相邻栅条103的中心间距d时，该调节范围有最大值π/4。更进一步地，此时为了使整套系统空间占用最小，应使得α＝-β＝π/8。

本实施例中，对发光体101的类型、结构不做限定，发光体101可采用但不限于氙灯或者LED。

本实施例中，对光束整形组件的结构不做限定，只要能够实现将发光体101的出射光变换为平行光束，使平行光束通过调光机构以及使通过调光机构后的光束会聚而发射出即可。在一些实施方式中，光束整形组件可包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件设置于所述发光体101和所述调光机构之间光路上，用于将发光体101的出射光变换为平行光束，第二光学组件设置于调光机构的出光光路上，用于使通过所述调光机构后的光束会聚而发射出。第二光学组件要求能够使会聚发射出的光束焦点均匀覆盖光缆的进光端。示例地可参考图2所示，第一光学组件106设置于发光体101和调光机构之间光路上，第二光学组件107设置于调光机构的出光光路上。本实施方式中，对第一光学组件106、第二光学组件107的结构不做限定，第一光学组件106和第二光学组件107分别可包括至少一个镜片。在实际应用中，可根据应用需求分别对第一光学组件106、第二光学组件107进行光学设计。

本实施例的调光光源装置可用于电子内窥镜，本调光光源系统有着以下两个显著优点：1)与传统调光结构相比，体积小巧，结构简单，且不用一直高速旋转，噪声小，可靠性高。2)发光体输出电流恒定，当发光体为LED时避免了光谱漂移以及电流调节不准确带来的输出光通量不准确问题。随着市面不同厂家最新内窥镜冷光源均开始使用多LED发光体，本发明有着更加明显的优势。

另外，本实施例的调光光源装置在工程实现时，栅条阵列包括的栅条级数应尽可能地多。因为此种栅条阵列在对光束透过面积进行调节时，可理解为对整个光束的等距离散采样，采样密度越高(级数越多)，对光束的能量分布改变越小。当级数趋于无穷时，光束能量分布不变。而其余现有的调光方式，比如可调孔径或者窗户式开关，相当于是对光束进行区间采样，采样后的能量分布被改变，影响末端分支光缆的光通量分布。

相应的，本实施例还提供一种电子内窥镜，包括调光光源装置以及光缆，所述调光光源装置用于输出光并使光会聚至所述光缆的进光端，使光进入所述光缆，所述调光光源装置采用以上任一实施方式所述的调光光源装置。

本实施例的电子内窥镜，其包括的调光光源装置包括发光体、光束整形组件以及调光机构，光束入射至调光机构时，入射至栅条阵列的栅条上的光线会被遮挡而不能通过栅条阵列，入射至栅条之间空隙的光线能够透过，通过转动栅条阵列，可以改变栅条阵列的各个栅条相对于入射至栅条阵列的平行光束的角度，改变栅条阵列的栅条之间空隙对平行光束的透过面积，相应会改变平行光束透过栅条阵列的光通量大小，如此调光光源装置通过转动栅条阵列实现调节输出光通量。与现有依赖于LED工作电流的调节实现控制输出光通量相比，本电子内窥镜的调光光源装置可以提高对输出光通量调节的准确性并且光谱稳定，结构简单，体积小巧。

以上对本发明所提供的一种调光光源装置及电子内窥镜进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。