一种导光装置、照明组件及内窥镜系统

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种导光装置、一种照明组件以及一种内窥镜系统。

背景技术

内窥镜是医疗领域广泛应用的检查设备，内窥镜可以经孔道或者经手术做的小切口进入腔体内，可直接窥视体内相关部位的情况，医生借助内窥镜可以观察腔体内病变情况以及进行疾病诊断。

请参考图1，图1为现有内窥镜系统的结构示意图，内窥镜系统至少包括光源10和镜体。其中，光源10可以为多波长光源，用于输出多色照明光，以满足各种成像模式的照明要求。镜体用于执行内窥镜检查，包括依次连接的导光部11、操作部14和插入部13，导光部11、操作部14和插入部13内贯穿设置有导光光纤12。导光部11与光源10连接之后，光源10输出的照明光耦合入导光光纤12，通过导光光纤12传输至插入部13的远端并射出，以照射到腔体内，从而通过内窥镜可以窥视腔体内情况。

在实际应用中，由于设置于镜体内的导光光纤12较长，在传导光过程中光能量损耗较多，因此为了保证镜体的出光量，光源10通常需选用大功率的发光芯片，而这导致光源10整体体积大，需开发单独使用的光源，成本较高；此外，光源10输出的光通量大，与镜体连接的部位产生的耦合损耗相应增大，会导致导光部11温度较高，可能会对人体造成烫伤。

针对内窥镜存在的上述问题，提出了将光源内置到镜体的方案，比如将光源设置在镜体的操作部上。其中，受限于光源的安装/收容空间，只能选择体积小、发光面积小的发光芯片来提供各波段的照明光束。

然而，在开发过程中，本申请发明人发现：当采用体积小、发光面积小的多波长光源时，镜体出射的照明光斑容易出现偏色的问题，进而导致成像效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种导光装置，能够免除照明光束的入射光斑的影响，始终出射与出射端的形状和大小相对应的出射光斑，进而，即便入射到导光装置的各色入射光斑不完全重叠，亦可输出混色均匀的照明光斑，纠正偏色的问题。本发明还提供一种照明组件和一种内窥镜系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种导光装置，用于导出光源出射的照明光束，所述导光装置具有入射端和出射端，所述入射端用于与所述光源耦合，以接收所述照明光束，所述照明光束经所述导光装置传输后从所述出射端出射；

其中，所述导光装置还用于改变所述照明光束中的至少部分光线的传输方向，使所述至少部分光线在所述出射端重新分布，以在所述照明光束的入射光斑小于所述入射端的端面时，所述照明光束的出射光斑的形态与所述出射端的形态相对应。

可选地，所述导光装置包括：

光纤束，其用于传输所述照明光束；

混光部件，其与所述光纤束连接，用于改变所述照明光束的至少部分光线的传输方向。

可选地，所述混光部件包括内部为空腔的匀光棒，用于使所述照明光束发生多次反射。

可选地，所述混光部件包括双折射匀光棒，用于使所述照明光束发生多次全反射。

可选地，所述混光部件包括透光镜片，用于使所述照明光束发生散射。

可选地，所述混光部件设置于所述光源和所述光纤束之间光路上，或/和，所述混光部件设置于所述光纤束的出光光路上。

可选地，所述光纤束为混编光纤束，所述混编光纤束包括多根光纤，所述多根光纤中的至少部分光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。

可选地，所述导光装置包括混编光纤束，所述混编光纤束包括多根光纤，所述多根光纤中的至少部分光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。

可选地，所述至少部分光纤为位于所述混编光纤束的外周的光纤。

可选地，所述混编光纤束中的每一光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。

一种照明组件，包括光源和如上所述的导光装置。

可选地，所述光源为多波长光源，用于向所述导光装置出射至少两种颜色的照明光束，每种颜色的照明光束入射至所述导光装置的入射光斑不完全重叠。

一种内窥镜系统，包括：镜体和如上所述的照明组件，其中，所述光源设置于所述镜体，所述导光装置贯穿设置于所述镜体内并延伸至所述镜体的远端。

可选地，所述光源设置于所述镜体的操作部。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供的导光装置通过使照明光束的至少部分光线的传输方向发生改变，使照明光束的至少部分光线在出射端重新分布，以在照明光束的入射光斑小于导光装置的入射端的端面时，照明光束的出射光斑的形态与导光装置的出射端的形态相对应，能够免除照明光束的入射光斑的形态的影响，始终出射与出射端的形状和大小相对应的出射光斑。进而，当本发明提供的导光装置用于传输多色照明光束时，即便入射到导光装置的入射端的各色光斑不完全重叠，亦可输出混色均匀的照明光斑，从而可以纠正偏色的问题。

本发明提供的一种照明组件和内窥镜系统均包括上述导光装置，因此，同样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为现有内窥镜系统的结构示意图；

图2(a)为本发明一实施例中光源发出的照明光束中各色光斑的位置分布示意图；

图2(b)本发明一实施例中光源发出的照明光束中各色光斑与导光装置的入射端端面的相对位置示意图；

图3为本发明一实施例提供的导光装置与光源的布置示意图；

图4为本发明又一实施例提供的导光装置与光源的布置示意图；

图5(a)为本发明一实施例提供的一种常规光纤束的示意图；

图5(b)为本发明一实施例提供的一种混编光纤束的示意图；

图6为本发明一实施例提供的一种照明组件的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的一种内窥镜系统的示意图。

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。

当前，为了减少光损失，降低内窥镜的使用成本，提出了将光源内置到镜体的相关方案，比如将光源设置在镜体的操作部上。其中，受限于光源的安装/收容空间，只能选择体积小、发光面积小的发光芯片(比如，LED芯片)来提供各波段的照明光束(即，各色照明光束)，然后通过合束的方式调制形成与目标发光光谱对应的照明光束。然而，在开发过程中，本申请发明人发现：当应用如上所述的多波长光源时，镜体出射的照明光斑容易出现偏色的问题，进而导致成像效果不佳。

究其原因，这主要是因为：多波长光源通常是通过预设数量的二向色滤波片将两种或两种以上颜色的照明光合束形成一束合束光后射出。其中，在所出射的合束光中，各种颜色的照明光的光斑实质上很难做到完全重叠。例如，以通过红光、绿光和蓝光合束形成白光为例，如图2(a)所示，为本发明一实施例中光源发出的照明光束中各色光斑的位置分布示意图，红光光斑、绿光光斑和蓝光光斑三者之间在位置上存在偏移，未能完全重叠，只有三者重叠的部分才能混色形成白光光斑。

其中，当光源采用的是发光面积较大的发光芯片时，所出射的光斑面积较大，相对应地，各色光斑的重叠区域较大，因此，在耦合光源和导光装置时，只要入射到导光装置内的光线均为各色光斑的重叠区域对应的光线，即可从导光装置输出混色均匀的照明光。

然而，当光源采用的是发光面积较小的发光芯片时，所出射的光斑面积较小，相对应地，各色光斑的重叠区域较小，又，由于导光装置的入射端的端面面积(孔径)通常是固定的，因此，在该情况下，如图2(b)所示，导光装置的入射端的端面面积通常大于各色光斑的重叠区域，进而，入射到导光装置的入射端的各色光斑是不完全重叠的。

进一步地，由于现有导光装置的入射光斑与出射光斑大致相同，从而，经现有导光装置导出的照明光束中的各色光斑也不完全重叠，因此，所出射的照明光束只有在各色光斑重叠的区域(通常为中心区域)形成白光，在各色光斑不重叠的区域(通常为周边区域)则呈现出其他不期望的颜色，即，出现颜色偏差(偏色)，进而使得成像效果不佳。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种导光装置，以及，包括该导光装置的照明组件和内窥镜系统，以解决上述偏色问题。

具体地，本发明实施例提供的导光装置除了能够传输光源出射的照明光束之外，还可以用于使照明光束的至少部分光线的传输方向发生改变，使照明光束的至少部分光线在出射端重新分布，以在照明光束的入射光斑小于导光装置的入射端的端面时，照明光束的出射光斑(即，从导光装置出射端出射的照明光斑)的形态与出射端的形态相对应，能够免除照明光束的入射光斑的形态的影响，始终出射与出射端的形态(形状和大小)相对应的出射光斑。

如此，当将本发明实施例提供的导光装置用于传输多色照明光束时，由于导光装置出射的各色光斑的形态与对应的各色入射光斑的形态无关，始终与出射端的形态相对应，所以，导光装置所出射的各色光斑形态一致，是完全重叠的，由此而形成的混合光斑的颜色是均匀的，因而，即便入射到导光装置的入射端的各色光斑不完全重叠，亦可输出混色均匀的照明光斑，可以纠正偏色的问题。

下面结合附图，对本发明实施例提供的导光装置、照明组件和内窥镜系统进行详细说明。

本实施例提供一种导光装置，用于导出光源出射的照明光束，可参考图3，图3为一实施例提供的导光装置与光源的布置示意图，如图所示，所述导光装置101具有入射端102和出射端103，所述入射端102用于与所述光源100耦合，以接收光源100出射的照明光束，所述照明光束经所述导光装置101传输后从所述出射端103出射；其中，所述导光装置101还用于改变所述照明光束中的至少部分光线的传输方向，使所述至少部分光线在所述出射端103重新分布，以在所述照明光束的入射光斑小于所述入射端103的端面时，所述照明光束的出射光斑的形态与所述出射端103的形态相对应。

其中，光线的传输方向发生改变具体是指光线相对于导光装置101的轴线方向发生偏转，导致光线在导光装置101中的入射位置与出射位置在径向上产生偏移。

照明光束的入射光斑是指照明光束入射到导光装置101的入射端102并进入导光装置101内部的光斑。照明光束的出射光斑是指照明光束从导光装置101的出射端103出射时形成的光斑。

照明光束的出射光斑的形态与出射端103的形态相对应至少包括照明光束的出射光斑的形状与出射端103的端面形状相同。具体的，照明光束的出射光斑的形态与出射端103的形态相对应可以是照明光束的出射光斑的形状和大小，分别与出射端103的端面形状和大小相同。或者，照明光束的出射光斑的形态与出射端103的形态相对应可以是照明光束的出射光斑的形状与出射端103的端面形状相同，但照明光束的出射光斑是放大光斑或者缩小光斑，这取决于出射端103所限定的光斑形态。

导光装置101用于改变照明光束中的至少部分光线的传输方向，使至少部分光线在出射端103重新分布，基于此，通过导光装置101亦能够控制导光装置101出射的照明光斑的光量分布。例如，在实际应用中，还可以通过对导光装置101进行相应的光学设计，使得在照明光束的入射光斑小于导光装置101的入射端的端面时，无论照明光束的入射光斑在导光装置101的输入端102的哪个位置，均可通过改变照明光束的部分光线或者全部光线的传输方向，使得导光装置101出射的照明光斑满足预设的光量分布要求。如此，通过本发明的导光装置既可改善出射的照明光束的偏色问题，也能提升所出射的照明光束的照明均匀性。本实施例中，对预设的光量分布要求不做限定，比如为高斯分布；或者，满足实际应用中的光量均匀分布要求。

可选的作为一种可选实施方式，导光装置101可包括：光纤束，其用于传输所述照明光束；混光部件，其与所述光纤束连接，用于改变所述照明光束的至少部分光线的传输方向。本实施例中，对混光部件的结构或者实现改变照明光束的至少部分光线的传输方向的光学原理不做限定，只要能够实现改变照明光束的至少部分光线的传输方向即可。

可选的，混光部件可包括内部为空腔的匀光棒，用于使所述照明光束发生多次反射。照明光束在匀光棒的空腔内发生多次反射，使得改变照明光束的至少部分光线的传输方向，每次反射会形成虚拟光源像，经过多次反射形成二维的虚拟光源像矩阵，使得通过匀光棒后照明光束的至少部分光线重新分布。可选的，匀光棒的空腔可以是多边形，使得照明光束在空腔内能够发生多次反射。

可选的，混光部件可包括双折射匀光棒，用于使所述照明光束发生多次全反射。双折射匀光棒包括第一折射层和第二折射层，第一折射层和第二折射层的折射率不同，照明光束入射至第一折射层和第二折射层的界面时会发生全反射，照明光束通过双折射匀光棒时发生多次全反射，使照明光束的至少部分光线重新分布。

可选的，混光部件可包括透光镜片，用于使所述照明光束发生散射，从而使得照明光束通过透光镜片后其至少部分光线重新分布。可选的，透光镜片可以是至少一个光学面经过磨砂处理的光学介质镜片，但不限于此，透光镜片也可以是其它形式，都在本发明保护范围内。

需要说明的是，以上所述的混光部件的几种实施方式仅用于举例说明混光部件改变照明光束的至少部分光线的传输方向的方式，不用于限定本申请中的混光部件，在其他实施例中混光部件还可以采用其它结构或者基于其他光学原理实现改变照明光束中至少部分光线的传输方向以使得照明光束的至少部分光线在出射端重新分布，也都在本发明保护范围内。

可选的，混光部件可以设置于所述光源和所述光纤束之间的光路上，使照明光束在进入光纤束之前通过混光部件。或者，所述混光部件可以设置于所述光纤束的出光光路上。使照明光束从光纤束出射之后通过混光部件。或者，可以在光源和光纤束之间的光路上设置混光部件，以及在光纤束的出光光路上也设置混光部件，使得照明光束在进入光纤束之前通过混光部件以及在照明光束从光纤束出射之后通过混光部件。其中，在光源和光纤束之间光路上设置的混光部件和在光纤束的出光光路上设置的混光部件可以相同，也可以不同。示例性的可参考图4，图4为又一实施例提供的导光装置与光源的布置示意图，如图所示，导光装置101包括光纤束104和混光部件105，混光部件105设置在光源100和光纤束104之间，光源100发出的照明光束通过混光部件105后入射至光纤束104的与混光部件105耦合的端面上。

进一步优选的，光纤束为混编光纤束，所述混编光纤束包括多根光纤，所述多根光纤中的至少部分光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。那么，照明光束从光纤束的入射端进入光纤束，各部分光线沿着光纤束传输，由于光纤束的至少部分光纤的出射端在光纤束的出射端的排列位置与本光纤的入射端在光纤束的入射端的排列位置不同，使得从光纤束出射端出射的照明光束与照明光束进入光纤束之前相比至少部分光线的分布改变，这样能够进一步免除照明光束的入射光斑的形态的影响，使得导光装置101的出射光斑和入射光斑不同。

可选的作为又一种可选实施方式，导光装置101包括混编光纤束，所述混编光纤束包括多根光纤，所述多根光纤中的至少部分光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。那么，照明光束从混编光纤束的入射端进入光纤束，各部分光线沿着光纤束传输，由于混编光纤束的至少部分光纤的出射端在混编光纤束的出射端的排列位置与本光纤的入射端在混编光纤束的入射端的排列位置不同，使得从混编光纤束出射端出射的照明光束与照明光束进入光纤束之前相比至少部分光线的分布改变，使照明光束的至少部分光线在导光装置101的出射端重新分布。

本实施例中，对混编光纤束各光纤在出射端和入射端的排列位置的改变方式不做限定，对混编光纤束在出射端和入射端的排列位置改变的光纤数量不做限定，在实际应用中，可以根据照明光束进入光纤束之前的入射光斑情况以及对导光装置101输出的照明光斑的要求进行设置。比如，针对图2(a)所示的光源发出的照明光束中各色光斑的情况，红光光斑、绿光光斑和蓝光光斑三者之间未能完全重叠，各色光斑重叠的区域为中心区域，在周边区域各色光斑不重叠。针对该种光斑情况，可以至少将混编光纤束的外周的光纤，设置该部分光纤的出射端的排布位置与其入射端的排布位置不同，以使得照明光束通过混编光纤束传输后，至少使得照明光束周边区域的光线重新分布，从而使能够输出混色均匀的照明光斑，从而可以纠正偏色的问题。

示例性的可参考图5(a)和图5(b)，图5(a)为一实施例提供的一种常规光纤束的示意图，图5(b)为一实施例提供的一种混编光纤束的示意图，如图5(a)所示光纤束的各光纤两端的排列位置相同，在图5(b)所示的混编光纤束中，处于光纤束外围的光纤出射端和入射端的排列位置发生改变。

优选的，为了提升出射光斑的照明均匀性，可以使混编光纤束中的每一光纤的出射端在所述混编光纤束的出射端的排列位置，与本光纤的入射端在所述混编光纤束的入射端的排列位置不同。即，混编光纤束的每一光纤出射端的排列位置和入射端的排列位置不同，光纤束采用完全混编的方式，以使得照明光束通过混编光纤束传输后各部分光线重新分布。

本实施例还提供一种照明组件，包括光源和如上所述的导光装置。

本实施例的照明组件，所应用的导光装置通过使照明光束的至少部分光线的传输方向发生改变，使照明光束的至少部分光线在出射端重新分布，以在照明光束的入射光斑小于导光装置的入射端的端面时，照明光束的出射光斑的形态与导光装置的出射端的形态相对应，能够免除照明光束的入射光斑的形态的影响，始终出射与出射端的形状和大小相对应的出射光斑。进而，即便光源出射的各色光斑不完全重叠，亦可输出混色均匀的照明光斑，从而可以纠正偏色的问题。

优选的，光源为多波长光源，用于向所述导光装置出射至少两种颜色的照明光束，由该至少两种颜色的照明光束汇合成光源的出射光束。优选的，所述至少两种颜色的照明光束的各照明光束的出光量可调节。通过调节所述至少两种颜色的照明光束的各照明光束的出光量，并结合照明组件中的导光装置对照明光束的光线分布的调整作用，可以实现调节本照明组件出射的照明光束的色温、显色指数、色坐标等光学参数。在实际应用中，可以通过调节各种颜色的照明光束对应的发光芯片的驱动电流或者驱动电压大小，来调节各种颜色光束的出光量。其中每种颜色的照明光束入射至所述导光装置的入射光斑可以不完全重叠。

本实施例中，对光源的结构不做限定，能够发出所要求的照明光束即可。光源可包括至少两种发光芯片，由各种发光芯片的出射光束汇合成光源的出射光束。示例性的可参考图6，图6为一实施例提供的一种照明组件的结构示意图，如图所示，光源100包括第一发光芯片106、第二发光芯片107、第三发光芯片108、第一合光元件109和第二合光元件110。第一发光芯片106的出射光和第二发光芯片107的出射光分别入射到第一合光元件109，第一合光元件109用于将第一发光芯片106的出射光和第二发光芯片107的出射光汇合而出射。第一合光元件109的出射光和第三发光芯片108的出射光分别入射到第二合光元件110，第二合光元件110用于将第一合光元件109的出射光和第三发光芯片108的出射光汇合而出射。

优选的参考图6所示，光源还可包括设置于第一发光芯片106出光光路上的第一透镜组111，用于将第一发光芯片106的出射光进行准直。还包括设置于第二发光芯片107出光光路上的第二透镜组112，用于将第二发光芯片107的出射光进行准直。还包括设置于第三发光芯片108出光光路上的第三透镜组113，用于将第三发光芯片108的出射光进行准直。还包括设置于第二合光元件110出光光路上的第四透镜组114，用于将第二合光元件110的出射光进行会聚。

可以理解的是，图6所示的光源结构只是一种可选实施方式，并不用于限定本发明中光源的结构，在本发明的其它实施例中光源可以采用其它结构，都在本发明保护范围内。

本实施例还提供一种内窥镜系统，包括：镜体和如上所述的照明组件，其中，所述光源设置于所述镜体，所述导光装置贯穿设置于所述镜体内并延伸至所述镜体的远端。

本实施例的内窥镜系统所应用的照明组件中，导光装置通过使照明光束的至少部分光线的传输方向发生改变，使照明光束的至少部分光线在出射端重新分布，以在照明光束的入射光斑小于导光装置的入射端的端面时，照明光束的出射光斑的形态与导光装置的出射端的形态相对应，能够免除照明光束的入射光斑的形态的影响，始终出射与出射端的形状和大小相对应的出射光斑。进而，即便光源出射的各色光斑不完全重叠，亦可输出混色均匀的照明光斑，从而可以纠正偏色的问题。

本实施例的内窥镜系统将光源设置在镜体，可以减少光源出射光的传播距离，减少光损耗。可选的，所述光源可设置于所述镜体的操作部。本实施例中，对光源设置于镜体的具体形式不做限定。示例性的可参考图7，图7为一实施例提供的一种内窥镜系统的示意图，如图所示，内窥镜系统包括光源200、导光装置201和镜体，镜体包括操作部202和插入部203，光源200设置在操作部202上。导光装置201的一端与光源200连接，并且导光装置201沿着镜体延伸至插入部203的远端，光源200的出射光通过导光装置束201传播，从插入部203的远端发射出。

以上对本发明所提供的一种导光装置、照明组件和内窥镜系统进行了详细介绍。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。