专利名称：具有可调目标的固定式光学系统的制作方法
技术领域：
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。
背景技术：
在解剖学上，眼被分为两个不同的部分，S卩，前段和后段。前段包括晶状体并且从角膜的最外层(角膜内皮)延伸到晶状体囊的后部。后段包括在晶状体囊后面的眼部分。 后段从前玻璃体面延伸到视网膜，玻璃体的后玻璃体面与视网膜直接接触。后段远大于前段。后段包括玻璃体，其是一种透明、无色、凝胶状的物质。它组成眼体积的大约三分之二，在出生前赋予它形式和形状。它由的胶原和透明质酸钠以及99%的水组成。玻璃体的前边界是接触晶状体后囊的前玻璃体面，而后玻璃体面形成它的后边界，并且与视网膜接触。玻璃体不类似于房水的自由流动，而是具有正常的解剖附着部位。这些部位之一是玻璃体基底部，其是3-4mm宽的带并且覆盖锯齿缘。视神经乳头、黄斑和血管弓也是附着部位。玻璃体的主要功能是将视网膜保持就位，保持眼球的完整性和形状，吸收由于运动产生的冲击，和在后面支撑晶状体。与房水相反，玻璃体不被持续替换。玻璃体随着年龄在被称为凝缩的过程中变得更有流动性。凝缩导致玻璃体的收缩，这会对它的正常附着部位施加压力或牵引力。如果足够的牵引力被施加，玻璃体可能从它的视网膜附着部拉扯自身并且产生视网膜裂口或裂孔。通常在眼后段中执行被称为玻璃体-视网膜程序的各种外科程序。玻璃体-视网膜程序适合于治疗后段的许多严重状况。玻璃体-视网膜程序治疗诸如年龄相关性黄斑变性(AMD)、糖尿病性视网膜病和糖尿病性玻璃体出血、黄斑裂孔、视网膜脱落、视网膜前膜、 CMV视网膜炎的病况和许多其他眼科病况。外科医生用包括多个光学部件的光学工具执行玻璃体视网膜程序。例如，被设计为提供后段清楚的像的显微镜和特殊透镜可以是这些工具中的一种。外科医生通常使用通过切口插入的若干微型手术器械，例如照明眼内部的光纤光源，在外科手术期间保持眼睛形状的输注管线，以及用于切割和去除玻璃体的器械。在这类外科手术程序期间，眼内部的适当照明是重要的。典型地，细光纤被插入眼中以提供照明。诸如金属卤化物灯、卤素灯、氙灯或汞蒸汽灯的光源常常用于产生由光纤运载到眼中的光。光穿过若干光学元件(典型地，透镜、反射镜和衰减器)并且在光纤处被发射以将光运载到眼中。这样的光的品质取决于若干因素，包括所选择的各光学元件的对准。
发明内容
本发明提供一种基本消除或减少与先前开发的系统相关联的缺点和问题的眼内照明器。更具体地，本发明提供一种与眼内照明器光纤耦合以照明眼内部区域的眼内照明器光源。
在一个实施例中，提供了一种固定式光学系统。该固定式光学系统包括多个固定式光学元件、光学台以及一个或多个光学目标。固定式光学元件安装在相对于光学台的固定位置。通过固定每个光学元件的位置以及允许这些元件仅在它们位置的制造公差内变化，减少整个光学系统的整体潜在未对准。这允许用安装在可调底座上的光学目标来调整上述的整个系统，其中，可调底座允许光学目标沿一个或多个轴平移并且绕所述一个或多个轴旋转。本发明的另一个实施例提供了一种光纤照明器。该光纤照明器包括多个固定式光学元件、光学台以及一个或多个光学目标。光学元件安装在相对于光学台的固定位置，其中，这些位置在光学台上安装的制造公差内被固定。光学目标可以是端口或耦合到接收光纤的光学端口的光学组件。在其上安装端口的可调底座可以沿一个或多个轴平移并且绕所述一个或多个轴旋转。本发明的另一个实施例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。光源安装在相对于光学台的固定位置处。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对经准直的光输出进行聚焦或会聚从而允许上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且将这些元件耦合到光学台，其中，所述变化通过与这些独立元件及其底座相关联的制造公差来确定。此外，光纤照明器可以包括控制系统，其中，伺服或其它机构用于调整可调底座。 控制系统可以指导这些调整。在一个实施例中，物理耦合到光学台的热敏电阻向控制系统提供输入从而允许控制系统基于通过使用热敏电阻检测到的光纤照明器内的变化来指导可调底座的调整。可以由单块材料整体制造光学台。该光学台可以包括各种部件(例如， 基板、光学元件支架和光学块)。其它实施例可以使用被制造成相对紧密公差的各独立部件以小公差物理耦合到基板。另一种实施例提供了一种生成输入以送入光纤的方法。该方法包括首先由光源生成光，其中，光源固定至光学台。同样被固定至光学台的准直透镜基本上准直所述光。光然后被提供给会聚透镜，其中，会聚透镜将基本准直的光会聚或光耦合到可用于接收光纤的光学端口。会聚透镜可调整地安装到光学台上。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以及绕所述一个或多个轴旋转。
为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合其中相同标号指示相似特征的附图对以下的描述做出参考，在附图中图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的基本构造；图2提供了根据本公开实施例的图1可调底座的更详细的等轴视图；图3描绘了根据本公开实施例的固定式光链；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；
图5描绘了根据本发明实施例的光学台的一个实施例；图6描绘了根据本发明实施例的光学台的另一实施例；图7和图8提供了根据本发明实施例的光学台的俯视截面图；图9提供了根据本公开实施例的可安装在光学台上的可调底座的等轴视图；图10描绘了根据本公开实施例的光学端口 ；图11提供了根据本公开实施例的光学系统的仰视图；以及图12提供了根据本公开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。
具体实施例方式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。
权利要求
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。
全文摘要
提供了一种光纤照明器，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。准直透镜安装在相对于光学台的固定位置并且准直来自光源的光的至少一部分。会聚透镜接收经基本准直的光输出并且将经准直的光输出聚焦以光学耦合到光纤。会聚透镜可以安装在可调底座上。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它们耦合到光学台，其中，所述变化由与这些各独立元件及其底座相关联的制造公差确定。
文档编号A61B18/18GK102573688SQ201080043123
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者A·M·哈恩, A·M·奥利维拉, M·J·帕帕克, M·M·马丁, R·T·斯密斯 申请人:爱尔康研究有限公司