具有可调目标的固定式光学系统制作方法

A·M·哈恩, A·M·奥利维拉, M·J·帕帕克, M·M·马丁, R·T·斯密斯

2012年7月11日

2010年8月20日

2009年8月21日

爱尔康研究有限公司

A61B18/18GK102573688SQ201080043123

光学系统 固定式 可调 目标 具有

1.一种光学系统，包括 多个固定式光学元件；光学台，所述多个固定式光学元件安装在相对于所述光学台的固定位置； 至少一个光学目标，所述光学目标 可调整以使沿至少一个轴平移；并且可调整以使绕所述至少一个轴旋转2.根据权利要求1的光学系统，所述多个固定式光学元件从由如下各项组成的组中选出光源； 准直透镜； 像反射器； 冷镜；以及会聚透镜3.根据权利要求1的光学系统，所述光学台包括 基板；以及至少一个光学元件支架，所述至少一个光学元件支架固定至所述基板4.根据权利要求1的光学系统，所述光学台包括 基板；至少一个光学元件支架，所述至少一个光学元件支架固定至所述基板；以及至少一个光学块，所述至少一个光学块固定至所述基板5.根据权利要求1的光学系统，所述光学台包括 基板；以及至少一个光学元件支架，所述基板和所述至少一个光学元件支架由单块材料整体制造6.根据权利要求1的光学系统，所述光学台包括 基板；至少一个光学元件支架；以及至少一个光学块，所述基板、所述至少一个光学元件支架和所述至少一个光学块由单块材料整体制造7.根据权利要求1的光学系统，所述至少一个光学目标，所述光学目标 可调整以使沿多个轴平移；并且可调整以使绕所述多个轴旋转8.一种光纤照明器，包括 多个固定式光学元件；光学台，所述多个固定式光学元件安装在相对于所述光学台的固定位置； 至少一个光学目标，所述至少一个光学目标包括可用于接受光纤的端口，所述至少一个光学目标可调整以使沿至少一个轴平移；并且可调整以使绕所述至少一个轴旋转9.根据权利要求8的光纤照明器，所述多个固定式光学元件从由如下各项组成的组中选出光源； 准直透镜； 像反射器； 冷镜；以及会聚透镜10.根据权利要求8的光纤照明器，所述光学台包括 基板；以及至少一个光学元件支架，所述至少一个光学元件支架固定至所述基板11.根据权利要求8的光纤照明器，所述光学台包括 基板；至少一个光学元件支架，所述至少一个光学元件支架固定至所述基板；以及至少一个光学块，所述至少一个光学块固定至所述基板12.根据权利要求8的光纤照明器，所述光学台包括 基板；至少一个光学元件支架；以及至少一个光学块，所述基板、所述至少一个光学元件支架和所述至少一个光学块由单块材料整体制造13.根据权利要求8的光纤照明器，所述至少一个光学目标 可调整以使沿多个轴平移；以及可调整以使绕所述多个轴旋转14.一种光纤照明器，包括 光学台；光源，所述光源安装在相对于所述光学台的固定位置，所述光源可用于产生光输出； 准直透镜，所述准直透镜安装在相对于所述光学台的固定位置，所述准直透镜可用于准直所述光输出；以及会聚透镜，所述会聚透镜可用于接收经准直的光输出并将经准直的光输出聚焦至光纤端口，所述会聚透镜用可调底座可调整地安装至所述光学台，所述可调底座可用于 沿至少一个轴平移所述会聚透镜；并且绕所述至少一个轴旋转所述会聚透镜15.根据权利要求14的光纤照明器，还包括可用于指导所述可调底座的调整的控制系统16.根据权利要求15的光纤照明器，还包括耦合到所述光学台的热敏电阻，所述热敏电阻可用于向控制系统提供输入，所述控制系统可用于基于来自所述热敏电阻的输入指导所述可调底座的调整17.根据权利要求14的光纤照明器，所述光学台包括 基板；以及多个光学元件支架，所述基板和至少一个光学元件支架由单块材料整体制造；所述光源安装在一个单独的光学元件支架内；以及所述准直透镜安装在一个单独的光学元件支架内18.根据权利要求14的光纤照明器，还包括 像反射器；以及冷镜，所述像反射器和所述冷镜安装在相对于所述光学台的固定位置19.一种方法，包括由光源生成光，所述光源固定到光学台；用准直透镜基本准直所述光，所述准直透镜固定至所述光学台；以及用会聚透镜将经基本准直的光聚焦到可用于接收光纤的光学端口，所述会聚透镜可调整地安装至所述光学台，用可调底座可调整地安装至所述光学台，所述可调底座可用于 沿至少一个轴平移所述会聚透镜；并且绕所述至少一个轴旋转所述会聚透镜20.根据权利要求19的方法，还包括用控制系统指导所述可调底座的调整21.根据权利要求20的方法，其中，热敏电阻耦合到所述光学台，所述热敏电阻可用于向所述控制系统提供输入，所述控制系统可用于基于来自所述热敏电阻的输入指导所述可调底座的调整22.根据权利要求19的方法，所述光学台包括 基板；以及多个光学元件支架，所述基板和至少一个光学元件支架由单块材料整体制造； 所述光源安装在一个单独的光学元件支架内；以及所述准直透镜安装在一个单独的光学元件支架内

本发明涉及用于眼科手术的工具，更具体地，涉及眼科手术设备各光学部件的对准

在附图中示出了本发明的优选实施例，相同标号用于指代各个附图的相似或对应部分本发明的实施例基本上解决与照明眼内部相关联的问题更具体地，提供了一种光纤照明器该光纤照明器至少包括光学台、光源、准直透镜和会聚透镜光源相对于光学台安装在固定位置处光源产生光同样被安装在相对于光学台的固定位置处的准直透镜基本上准直光源光输出的至少一部分会聚透镜接收经基本准直的光输出并且聚焦或会聚经准直的光输出，使得所述光输出可以光学耦合到光纤会聚透镜可以安装在可调底座上 该可调底座可以允许准直透镜沿一个或多个轴平移以及绕所述一个或多个轴旋转固定式光学元件(即，光源和准直透镜)的公差允许固定式光学元件以最小变化量定位并且将这些元件耦合到光学台，其中，通过与这些独立元件及其底座相关联的制造公差确定所述变化传统上，光纤照明器光链已被设计为使得每个光学部件至少在一个轴上可调以允许系统对准，由此实现最大输出该方案的问题在于，每个元件必须围绕若干个轴进行顺次对准这导致必须顺序执行多次对准以实现经对准的系统例如，如果如下5个元件(即， 光源、准直透镜、像反射器、冷镜和会聚透镜)都必须在5个轴(Χ、Υ、Ζ、ΘΧ、ΘΥ)上进行调整，则单个光路的对准需要25次调整这些可调系统中的每个系统都需要大量昂贵的机械零件，并且组装这些零件需要花费大量时间另外，未对准或者复合未对准会影响下游对准从而使其超过这些机构的行程限制此外，基于可靠性观点，具有如此多的变量增加了现场中将来未对准的几率在本发明的实施例中，提供了一种用于光纤照明器的光链，其中，通过其标称尺寸导致经对准系统的紧密公差加工零件，重要的光学元件被保持在固定位置通过调整目标的位置可以补偿归因于正常制造变化的部件位置以及所得光束的任何变化在一个实施例中，目标是会聚透镜和接收进入光纤的端口在一个实施例中，该透镜-端口组件可调整以在2个方向上平移并且绕每个平移轴旋转这允许通过在单个位置处仅以4个方向上的调整来对单个组件进行调整就能够实现整个光链的对准图1提供了根据本发明实施例的具有固定式光学系统的光纤照明器100的基本构造该附图示出了具有带可调目标的固定式光学系统的光纤照明器的基本构造在此情况下，该目标是会聚透镜，即，输出端口组件该组件中的被固定的其它部件是光源、准直透镜、反射器和冷镜准直透镜(即，输出端口组件)在水平和垂直平移上以及在绕这两个平移轴的旋转上是可调的每个机构各自具有在到达期望位置时锁定运动的装置光纤照明器100包括多个固定式光学元件、光学台102和可调光学目标这些固定式光学元件可以包括固定式光源104(例如，灯泡)、准直透镜106、冷镜108和反射器110， 上述这些光学元件全部安装在与光学台102具有紧密公差的固定位置另外，光学台102 可以包括基板112、光学元件支架114和116和光学块118光学元件支架可以保持各个独立的固定式光学元件104、106、108和110可调底座122与光学目标/会聚透镜IM和光学端口 1 机械耦合可调底座122允许可调目标/(会聚透镜/光纤端口 120)沿一个或多个轴平移并且绕这些轴旋转图2提供了根据本公开实施例的图1可调底座122的更详细的等轴视图可调底座可以向下锁定到基板112上，于是相对于该锁定，存在可以手动的或者通过使用伺服电机由控制系统做出的调整这里示出的可调底座122包括垂直调整螺钉202和水平调整螺钉204这些螺钉允许光学目标沿垂直和水平轴平移此外，可调底座允许光学目标绕这些轴旋转这可以通过使用旋转调整螺钉206实现旋转调整螺钉允许光学目标绕垂直和水平轴旋转旋转锁定螺帽208允许在调整后固定所述旋转类似地，垂直平移锁定螺钉 210和水平平移锁定螺钉212允许可调底座关于垂直和水平轴锁定图3描绘了根据本公开实施例的固定式光链300图3示出了固定式部件及其能够通过调整目标而被补偿的未对准该光链包括光源302、反射器304、准直透镜306、冷镜 308、光学元件310和312 (例如，滤光片)、准直透镜314、光纤端口 316和光纤318本公开的实施例允许在制造过程期间密切控制固定式元件302、304、306、308、310和312的定位和对准以及相对于光学台的固定于是，具有会聚透镜314、光学端口 316和光纤318的可调目标320可以沿一个或多个光轴平移并且可以绕这些光轴旋转这允许用可调光学目标 320补偿各种固定式元件的未对准这消除了现有系统中正常发生的要对固定式元件执行的大量潜在校正图4再次示出了根据本公开实施例的具有可调光学目标的固定式部件的固定式光学元件和光链在此情况下，示出了会聚透镜314绕垂直和水平轴的旋转相较之下，图 3示出了沿可调光学目标的多个轴的平移图5描绘了根据本发明实施例的光学台500的实施例光学台500包括基板502、 各种支架504和光学块506光学块506、螺孔508可用于接收可调底座以及用于诸如电子镇流器或控制系统的电子器件的区域这里示出的光学台500由单片材料整体制造这消除了与能够导致生成的光路发生畸变的热膨胀的各个系数相关联的潜在问题灯可以安置在光学块506中，并且准直透镜和反射器分别被安置在灯的前后从准直透镜出射的准直光可以由潜在安置在支架504内的冷镜反射并且被引导为正好朝向可调底座图6描绘了根据本发明实施例的光学台600的另一实施例与图5所示的光学台类似，光学台600包括基板602、安装支架604和光学块606与图5所示的光学台不同之处在于，图6的光学台不是由单片材料加工或制造而成的这于是要求与光学块606、安装支架604和床602相关联的紧密公差这些项必须被可靠安装以防止由光学台与各个光学元件之间的位移引起的递送光的未对准图7和图8分别是光学台500和600的俯视截面图图9提供了根据本发明实施例的可安装在光学台上的可调底座900的等轴视图可调底座900可用于接收光学目标902这些光学目标可以包括可用于聚焦生成的光的会聚透镜，以使得光可以被提供给用光学端口耦合至所述会聚透镜的光纤如上所述，可调底座900接收光学目标，由此可调底座允许光学目标在一个或多个轴(例如，水平轴、垂直轴或纵轴)上平移以及绕所述水平和垂直轴旋转图10描绘了光学端口 1000，其中会聚透镜可被安装在近端1002而远端1004可用于接收光纤，该光纤于是可与会聚透镜光学耦合调整螺钉1006允许相对于光学台调整光学端口 1000图11提供了根据本发明实施例的光学系统1100的仰视图光学系统1100的该仰视图示出了基板1102、光学端口 1004，但没有描绘从顶视图或侧视图更容易看见的光学元件相反地，该视图另外描绘了光学系统内电子器件1106和传感器1108的使用电子器件可以包括控制系统和各种传感器这可以采用电子镇流器1106的形式，从而可以向某些光学部件提供控制以及向光学台内的光源或灯提供调节电力热敏电阻或其它传感器 1108可以被并入并且物理耦合到光学台1100这允许从热敏电阻向电子镇流器内的控制系统提供输入，以使得可调底座可以响应于光学台所暴露于的环境的改变而自动平移和旋转光学目标这进一步增强了系统在条件变化期间使用光学台保持对准的能力图12提供了根据本发明实施例的与生成输入以送入光纤的方法相关联的逻辑流程图操作1200在框1202开始，其中首先由光源生成光，光源则固定至光学台在框1204， 同样被固定至光学台的准直透镜基本上准直所述光在框1206，光随后被提供给会聚透镜 在框1208，会聚透镜将基本准直的光聚焦或光学耦合到可用于接收光纤的光学端口会聚透镜被可调整地安装至光学台这可以通过可调底座实现，其中该底座允许会聚透镜沿一个或多个轴平移或者绕这些轴旋转总之，实施例提供了光纤照明器该光纤照明器至少包括光学台、光源、准直透镜和会聚透镜光源安装在相对于光学台的固定位置处光源产生光同样相对于光学台被安装在固定位置处的准直透镜基本上准直光源光输出的至少一部分会聚透镜接收基本准直的光输出并且聚焦或会聚准直的光输出，以使得所述光输出可被光学耦合到光纤会聚透镜可以安装在可调底座上该可调底座可以允许准直透镜沿一个或多个轴平移并且绕所述一个或多个轴旋转固定式光学元件(即，光源和准直透镜)的公差允许固定式光学元件以最小变化量定位并将其耦合到光学台，其中，所述变化由与这些独立元件及其底座相关联的制造公差确定具有可调目标的固定式光学系统的优点在于大幅降低对准光学系统所需的调整次数如上所述，简单光链会需要25次调整以正确对准系统通过固定每个光学元件的位置以允许它们仅仅根据其安置部件的制造公差变化并且调整目标部件的位置和角度，这25 次调整能被减少为4次这是多个方面的改善(1)对准系统所需的时间的缩短；(2)组件中使用的零件数目的减少，这是因为与25次可调阶段相比仅需要针对4 次可调阶段的零件；(3)归因于需要调整机构的减少的可靠性增加；(4)归因于可调阶段的减少的整体包装尺寸减小本文举例示出了本公开，并且本领域普通技术人员可以做出各种变型尽管详细描述了本公开，但是应该理解，可以对此做出各种改变、替代和改动而不脱离所述本公开的精神和范围