照明裝置、方法與醫(yī)療成像系統(tǒng)與流程
本申請(qǐng)要求于2014年5月30日提交的日本在先專利申請(qǐng)JP2014-111994以及于2014年5月30日提交的日本在先專利申請(qǐng)JP2014-111995的利益，各申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
本公開涉及照明設(shè)備、照明方法以及內(nèi)窺鏡。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡的光學(xué)系統(tǒng)包括光源、聚光光學(xué)系統(tǒng)、光導(dǎo)以及照明光學(xué)系統(tǒng)，其中光導(dǎo)是將光纖捆扎的束光纖。通常，諸如氙氣燈或者鹵素?zé)舻臒艄庠赐ǔＳ米鲀?nèi)窺鏡用的光源。通過將來自這種燈光源的光與光導(dǎo)耦合并且將光導(dǎo)連接至將被插入到物體中的內(nèi)窺鏡插入部位的末端，光從光導(dǎo)的末端射出至觀察部位。
然而，具體地，諸如氙氣燈的燈光源的功耗或者熱值是相當(dāng)大的。由于燈光源的配光角度非常寬，光效率很差。因此，作為內(nèi)窺鏡用的光源，最近已使用激光器，代替燈光源。
使用激光器作為光源獲得的優(yōu)勢的實(shí)例是：(1)例如，由于光源的電光轉(zhuǎn)換效率高并且對(duì)光導(dǎo)的光耦合效率高，所以可以預(yù)期照明設(shè)備的功耗低，(2)因?yàn)榧す獾闹赶蛐蕴岣?，所以可以?shí)現(xiàn)具有小直徑的內(nèi)窺鏡插入部位并且對(duì)于具有小直徑的光導(dǎo)的光耦合效率高，以及(3)因?yàn)椴ㄩL寬度窄，與諸如血管的組織諸的光吸收特性組合，易于重點(diǎn)觀察特定組織。
然而，當(dāng)利用從使用激光器作為光源的照明設(shè)備射出的光照明物體以觀察照射野時(shí)，由于激光在一些情況下的相干性提高的原因而出現(xiàn)明暗斑點(diǎn)。該現(xiàn)象的出現(xiàn)是因?yàn)樵谖矬w的粗糙面上出現(xiàn)隨機(jī)光干涉并且出現(xiàn)具有隨機(jī)強(qiáng)度分布的干涉圖案。這種斑點(diǎn)稱為斑點(diǎn)噪聲并且會(huì)干擾照射野的觀察。
因此，為了獲得較少斑點(diǎn)噪聲出現(xiàn)的觀察圖像，以下的PTL1至PTL5中已經(jīng)提出了示例性的各種技術(shù)。
例如，以下的PTL1公開了一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其使用具有的光路差長等于或者大于相干長度的多個(gè)光纖被捆扎的束光纖作為噪聲減少設(shè)備。
例如，以下的PTL2公開了一種內(nèi)窺鏡用的光源設(shè)備，其中使用輸出具有被光纖調(diào)制的強(qiáng)度的激光的多個(gè)輸出模塊來捆扎光纖，并且進(jìn)一步執(zhí)行到單個(gè)光纖的光耦合。
例如，以下的PTL3公開了一種包括高頻疊加單元的照明設(shè)備，該高頻疊加單元通過在供應(yīng)給用作光源的半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流上疊加高頻信號(hào)來使半導(dǎo)體層進(jìn)行多模式震蕩。
例如，以下的PTL4公開了一種內(nèi)窺鏡，其中使光纖振動(dòng)的加振單元布置在內(nèi)窺鏡插入部位內(nèi)。
例如，以下的PTL5公開了一種對(duì)獲得的捕捉圖像進(jìn)行圖像處理并且輸出該圖像作為觀察圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
引用列表
專利文獻(xiàn)
PTL1：JP 2008-043493A
PTL2：JP 2009-240560A
PTL3：JP 2010-042153A
PTL4：JP 2010-172651A
PTL5：JP 2012-005785A
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問題
然而，除了在以上PTL1中配線長度大于或等于相干長度的束光纖設(shè)備、在以上PTL2中的多個(gè)光纖光源設(shè)備和多個(gè)強(qiáng)度調(diào)制設(shè)備、在以上PTL3中的高頻疊加電路、在以上PTL4中的機(jī)械振動(dòng)施加單元以及在PTL5中的圖像處理設(shè)備之外，還使用了設(shè)備以及用于實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的功能的配置。因此，整個(gè)設(shè)備的尺寸會(huì)增加并且可能必須額外增加成本以減小斑點(diǎn)噪聲。
期望提供能夠根據(jù)更簡單的方法減小斑點(diǎn)噪聲的照明設(shè)備、照明方法以及內(nèi)窺鏡。
問題的解決方案
一些實(shí)施方式涉及照明裝置，包括：被配置為光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光的光學(xué)裝置，光學(xué)裝置包括：被配置為對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直的至少一個(gè)準(zhǔn)直器；以及被配置為擴(kuò)散激光的擴(kuò)散器(diffuser，漫射器)。
一些實(shí)施方式涉及醫(yī)療成像系統(tǒng)，包括：被配置為射出激光的至少一個(gè)激光源；照明裝置，包括：被配置為光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光的光學(xué)裝置，光學(xué)裝置包括被配置為對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直的至少一個(gè)準(zhǔn)直器以及被配置為使激光進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散器；以及被配置為接收照明光的醫(yī)療成像設(shè)備。
一些實(shí)施方式涉及照明方法，包括：至少部分通過：A)對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直；以及B)使激光擴(kuò)散而光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光。
本發(fā)明的有益效果
根據(jù)以上描述的本公開的實(shí)施方式，能夠根據(jù)更簡單的方法減小斑點(diǎn)噪聲。
應(yīng)當(dāng)注意，以上描述的效果不必是限制性的，并且與以上效果一起或代替以上效果，可以表現(xiàn)出期望被引入本說明書中的任何效果或者從本說明書中可以預(yù)期的其他效果。
附圖說明
[圖1A]圖1A是示意性地示出根據(jù)本公開的第一實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖1B]圖1B是示意性地示出光導(dǎo)的入射端的說明性示圖。
[圖2]圖2是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖3]圖3是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖4]圖4是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖5]圖5是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖6]圖6是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖7]圖7是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖8]圖8是示出斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的圖表。
[圖9A]圖9A是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖9B]圖9B是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖10]圖10是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
[圖11]圖11是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的透鏡數(shù)據(jù)的說明性示圖。
[圖12A]圖12A是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的透鏡配置實(shí)例的說明性示圖。
[圖12B]圖12B是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的透鏡配置實(shí)例的說明性示圖。
[圖12C]圖12C是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的透鏡配置實(shí)例的說明性示圖。
[圖13A]圖13A是示意性地示出根據(jù)本公開的第二實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖13B]圖13B是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖14A]圖14A是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖14B]圖14B是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖14C]圖14C是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖15]圖15是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖16]圖16是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖17]圖17是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖18A]圖18A是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖18B]圖18B是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
[圖19]圖19是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖20]圖20是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
[圖21]圖21是示意性地示出用于驗(yàn)證斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的設(shè)備配置的說明性示圖。
[圖22]圖22是示出斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的圖表。
[圖23]圖23是示意性地示出用于驗(yàn)證斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的設(shè)備配置的說明性示圖。
[圖24]圖24是示出斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的圖表。
[圖25]圖25是示意性地示出根據(jù)本公開的第三實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
[圖26]圖26是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，在本說明書和附圖中，具有基本上相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件以相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并且省略對(duì)這些結(jié)構(gòu)元件的重復(fù)性解釋。
將按以下順序進(jìn)行描述。
1.斑點(diǎn)噪聲
2.第一實(shí)施方式(降低整個(gè)照明設(shè)備的斑點(diǎn)噪聲的實(shí)例)
2.1.照明設(shè)備的配置
2.2.內(nèi)窺鏡的配置
2.3聚光器的具體實(shí)例
3.第二實(shí)施方式(通過減小各光源的斑點(diǎn)噪聲，在各光源中觀察到的與斑點(diǎn)噪聲的空間相干性相關(guān)的部分幾乎相等的實(shí)例)
3.1.照明設(shè)備的配置
3.2.內(nèi)窺鏡的配置
3.3.驗(yàn)證實(shí)例
4.第三實(shí)施方式(第一實(shí)施方式與第二實(shí)施方式的組合實(shí)例)
斑點(diǎn)噪聲
在描述根據(jù)本公開的實(shí)施方式的照明設(shè)備、照明方法以及內(nèi)窺鏡之前，將簡要描述本公開的實(shí)施方式將要聚焦的斑點(diǎn)噪聲(在下文中也簡稱為“斑點(diǎn)”)。
己知斑點(diǎn)噪聲取決于：(a)照亮觀察部位的光源的波長寬度，(b)照亮觀察部位的光源的亮度分布，以及(c)觀察部位的表面粗糙度。在三個(gè)因素中，(a)與光源的時(shí)間相干性相關(guān)并且(b)與光源的空間相干性相關(guān)。相應(yīng)地，本文中視為問題的斑點(diǎn)與光源的空間相干性相關(guān)。
己知通過具有亮度分布S(xi)的光源照明的物體面的相干性遵從如以下表達(dá)式1表達(dá)的Van Cittert Zernike定理。
[數(shù)學(xué)式1]
在此，在以上的表達(dá)式1中，
x是物體面上的位置，
mu是復(fù)數(shù)相干度(表示位置x與(x+x的變量)之間的空間相干性的參數(shù))，
S(xi)是光源的亮度分布，
i是虛數(shù)單位，以及
lambda是波長。
如從以上表達(dá)式1的形式很明顯，通過光源的亮度分布S(xi)的傅里葉變換給出物體面的空間相干性。就是說，光源的亮度分布的空間頻譜是相干程度。因此，當(dāng)光源是點(diǎn)光源時(shí)，亮度分布S(xi)可以視為delta函數(shù)。在物體面上的所有點(diǎn)互相干涉，并且相干性增加。這種光源(點(diǎn)光源)稱為相干光源。另一方面，當(dāng)光源是尺寸無限大的均勻光源時(shí)，亮度分布S(xi)等于1。因此，傅里葉變換變成delta函數(shù)。干涉僅出現(xiàn)在物體面上的同一位置并且相干性降低。無限大尺寸的光源稱為非相干光源。在照明設(shè)備中實(shí)際使用的光源是介于空間相干光源和非相干光源之間的部分相干光源。因此，當(dāng)光源的尺寸明顯更大并且光源的亮度分布更加均勻時(shí)，相干性降低。
近幾年，對(duì)于用作光源的激光器，由于它的發(fā)光原理的原因，波長寬度更窄并且發(fā)光部的尺寸小于燈光源的發(fā)光部的尺寸。因此，光的空間相干性和時(shí)間相干性高。結(jié)果，當(dāng)激光器用作光源時(shí)，斑點(diǎn)噪聲趨于能顯著觀察到。
在此，為了使用激光獲得白光，可以考慮使用射出作為光的三原色的R(紅光)、G(綠光)以及B(藍(lán)光)的激光設(shè)備，或者可以考慮添加由B激光設(shè)備射出的光和藍(lán)光激發(fā)用的熒光物質(zhì)。然而，由于每一個(gè)顏色的激光設(shè)備的近視野圖案(NFP，near-field pattern)或者遠(yuǎn)視野圖案(FFP)不同，出現(xiàn)顏色不均勻并且出現(xiàn)源于波束形狀的空間相干性中的差異。結(jié)果，在每一個(gè)顏色中觀察到的斑點(diǎn)噪聲的尺寸會(huì)不同。
對(duì)于在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中保持的一個(gè)不變量，有通過下面表達(dá)式2所表達(dá)的拉格朗日不變量。
[數(shù)學(xué)式2]
L1：拉格朗日不變量
光源的尺寸
NA1：光源的數(shù)值孔徑(＝nxsinΘ1)
n：折射率
Θ1：光源的發(fā)散角
在此，在使用激光器的光學(xué)系統(tǒng)中，由于上述拉格朗日不變量較小，難以使大的發(fā)散角和光導(dǎo)的耦合所需的激光源的尺寸兼容。
因此，當(dāng)使用激光實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡用的照明光源時(shí)，必須充分考慮上述幾點(diǎn)。
當(dāng)使用相干光源諸如激光，并且通過僅聚焦于提高到光導(dǎo)的光耦合效率而在光導(dǎo)的入射端處束直徑被設(shè)為較小時(shí)，如從上述描述中很明顯相干性增加并且更容易出現(xiàn)斑點(diǎn)噪聲。作為減少斑點(diǎn)的防范措施，如在以上PTL1至PTL5中所公開，在現(xiàn)有技術(shù)中嘗試通過進(jìn)一步向照明設(shè)備添加機(jī)構(gòu)來減少斑點(diǎn)噪聲。
本發(fā)明人通過密集的調(diào)查，提出通過著眼于激光的亮度分布和光束直徑而更簡單地減少斑點(diǎn)噪聲的構(gòu)思，并且因此，已完成以下描述的根據(jù)本公開的實(shí)施方式的照明設(shè)備和照明方法。以下將詳細(xì)描述根據(jù)本公開的實(shí)施方式的照明設(shè)備和照明方法以及使用該照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡。
第一實(shí)施方式
在下文中，將詳細(xì)描述能夠通過減少整個(gè)照明設(shè)備中的相干性降低斑點(diǎn)噪聲的照明設(shè)備和照明方法以及包括該照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡。
照明設(shè)備的配置
首先，將參考圖1A至圖9B描述根據(jù)本公開第一實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。圖1A是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。圖1B是示意性地示出光導(dǎo)的入射端的說明性示圖。圖2和圖3是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。圖4至圖7以及圖9A至圖9B是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。圖8是示出斑點(diǎn)與分色鏡的光軸上的偏移量之間的關(guān)系的圖表。
如圖1A中示意性地示出，根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1包括：激光源100、耦合光學(xué)系統(tǒng)110、光纖120、準(zhǔn)直器130、擴(kuò)散器140以及聚光器150。
在照明設(shè)備1中安裝有至少一個(gè)激光源100并且激光源100射出具有預(yù)定波長的激光。在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1中，各種半導(dǎo)體激光器或者固態(tài)激光器可以用作激光源100，并且還可以使用激光器與波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組合。根據(jù)在照明對(duì)象中觀察到的物體或者現(xiàn)象，可以適當(dāng)?shù)剡x擇從激光源100射出的激光的波長。波長的實(shí)例包括從約400nm至約700nm的波長的可見光波段或者用于ICG(Indocyanine green)熒光成像的近紅外波段。當(dāng)激光用作熒光激發(fā)用的激發(fā)光時(shí)，觀察到的熒光可以包括利用激發(fā)光照射的部位的自發(fā)熒光或者源自于向照射部位導(dǎo)入的各種熒光試劑的化學(xué)劑熒光。
耦合光學(xué)系統(tǒng)110是將從激光源100射出的激光與安裝在后級(jí)的光纖120進(jìn)行光學(xué)地耦合的光學(xué)系統(tǒng)。耦合光學(xué)系統(tǒng)110的配置不具體限制。耦合光學(xué)系統(tǒng)110可以與現(xiàn)有技術(shù)的各種光學(xué)元件適當(dāng)組合以將激光與光纖120光學(xué)地耦合，并且耦合光學(xué)系統(tǒng)110包括將激光與光纖120光學(xué)地耦合的至少一個(gè)集光透鏡(集光器透鏡)。
當(dāng)多個(gè)激光源100組合以實(shí)現(xiàn)白色照明光時(shí)，耦合光學(xué)系統(tǒng)110中除了集光透鏡之外，還進(jìn)一步安裝有至少一個(gè)分色鏡或者分色棱鏡。從多個(gè)激光源100射出的多束激光被分色鏡或者分色棱鏡多路復(fù)用(multiplexed)，以生成白光。多路復(fù)用光通過集光透鏡聚光以耦合至光纖120。
當(dāng)多個(gè)激光源100組合使用時(shí)，優(yōu)選地調(diào)準(zhǔn)(align，使…一致)激光入射到光纖120上的數(shù)值孔徑。然而，因?yàn)槊恳粋€(gè)激光的FFP不同，實(shí)際上難以調(diào)準(zhǔn)入射的數(shù)值孔徑。因此，在這種情況下，在耦合光學(xué)系統(tǒng)110中，安裝有數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元，調(diào)準(zhǔn)從激光源100射出的激光之間的入射的數(shù)值孔徑。稍后將再次詳細(xì)描述數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元。
光纖120將通過耦合光學(xué)系統(tǒng)110引導(dǎo)的激光引導(dǎo)至安裝在后級(jí)處的準(zhǔn)直器130。從光纖120射出的光變成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光束，其有助于亮度分布的均勻性。光纖120不具體限制，而是可以使用現(xiàn)有技術(shù)的多模光纖(例如階躍折射率型多模光纖)。光纖120的芯直徑也不具體限制。例如，可以使用具有約1mm芯直徑的光纖。
在根據(jù)實(shí)施方式的光纖120中，光引導(dǎo)至光纖120的入射端使得在光纖的入射端處多個(gè)光源之間的數(shù)值孔徑盡可能地一致。這時(shí)，例如，通過優(yōu)化使從激光源射出的激光準(zhǔn)直的透鏡的焦距，從光纖120的射出端射出的激光優(yōu)選地變成實(shí)心光束而不是具有空心形式的光束，對(duì)于實(shí)心光束在光纖的中心光軸附近的光量等于在光纖的周邊部的光量，在空心形式的光束中，在光纖的中心光軸附近的光量小于周邊部的光量。
準(zhǔn)直器130安裝在光纖120的出射端的下游并且將從光纖120出射的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量。通過由準(zhǔn)直器130將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量，在安裝在后級(jí)處的擴(kuò)散器140中，通過擴(kuò)散器140的擴(kuò)散角度可以容易地控制激光的擴(kuò)散狀態(tài)。準(zhǔn)直器130的配置不具體限制，而是可以適當(dāng)組合現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)元件，使得現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)被配置為將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量。
擴(kuò)散器140安裝在準(zhǔn)直器130的后側(cè)焦點(diǎn)位置附近，并且使從準(zhǔn)直器130出射的平行光通量擴(kuò)散以生成二次光源。即擴(kuò)散器140中的光的出射端用作二次光源。
可以通過準(zhǔn)直器130的焦距控制由擴(kuò)散器140生成的二次光源的尺寸?？梢酝ㄟ^擴(kuò)散板的擴(kuò)散角度控制出射光的NA。通過兩構(gòu)成要件的作用，可以放大以上表達(dá)式2表示的拉格朗日不變量，并且因此，期望的光源尺寸和期望的照明范圍可以兼容。
當(dāng)期望調(diào)節(jié)二次光源的尺寸時(shí)，可以通過來自光纖的出射NA和準(zhǔn)直器的焦距優(yōu)化二次光源的尺寸。后側(cè)焦點(diǎn)位置附近落入的實(shí)際范圍不具體限制。例如，優(yōu)選的是焦距加上或者減去約10％的后側(cè)焦點(diǎn)位置起的上游和下游(包含后側(cè)焦點(diǎn)位置)的范圍。
通過擴(kuò)散器140的擴(kuò)散角度控制從擴(kuò)散器140射出的光的發(fā)散角。進(jìn)一步，當(dāng)視角omega(度)的平行光通量透過擴(kuò)散器(例如擴(kuò)散板)傳輸時(shí)，出射角度近似為以下表達(dá)式101。
[數(shù)學(xué)式3]
在此，在以上表達(dá)式101中，
theta是擴(kuò)散器的出射角，
thetaw是入射光的視角，以及
thetad是擴(kuò)散器的擴(kuò)散角。
假設(shè)擴(kuò)散器的擴(kuò)散角thetad等于23度并且假設(shè)光纖120(多模光纖)的芯直徑w等于1mm。當(dāng)fcol是準(zhǔn)直器130的焦距時(shí)，給出入射光的視角thetaw為thetaw＝atan{(w/2)/fcol}。因此，例如，當(dāng)參考準(zhǔn)直器的焦距設(shè)定fcol＝7.9mm時(shí)，thetaw等于3.6度。當(dāng)thetad和thetaw代入以上表達(dá)式101中時(shí)，擴(kuò)散器的出射角theta等于23.27度。本結(jié)果表示當(dāng)多模光纖的芯直徑在擴(kuò)散器的出射角theta下約為上述直徑時(shí)，視角thetaw的影響很少呈現(xiàn)并且軸上光和軸外光都控制在擴(kuò)散器140中所設(shè)定的擴(kuò)散角下。
在實(shí)施方式中，擴(kuò)散器140的擴(kuò)散角不具體限制，而是可以根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的照明設(shè)備1的尺寸、可應(yīng)用于照明設(shè)備1的擴(kuò)散器的特征值等適當(dāng)決定。例如，擴(kuò)散角thetad可被設(shè)為約23度。
具體的擴(kuò)散器140的種類不具體限制，而是可以使用現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散元件。例如，擴(kuò)散器的實(shí)例包括蒙砂(frost)型毛玻璃、通過將光學(xué)擴(kuò)散材料擴(kuò)散到玻璃中使用擴(kuò)散特性的乳白色型擴(kuò)散板以及全息擴(kuò)散板。全息擴(kuò)散板是特別優(yōu)選的，因?yàn)槿D案應(yīng)用于預(yù)定的基板并且任意角度設(shè)為出射光的擴(kuò)散角。
從擴(kuò)散器140出射的光引導(dǎo)至聚光器150。聚光器150以預(yù)定的近軸橫向放大倍率形成至照明對(duì)象的由擴(kuò)散器140形成的二次光源的像。照明對(duì)象的的實(shí)例包括位于聚光器150下游并且安裝在內(nèi)窺鏡單元中的光導(dǎo)的入射端。如圖1B中示意性地示出，包括光纖芯部和光纖包層部的多個(gè)光纖被構(gòu)造為在光導(dǎo)的入射端捆扎成束。在此，根據(jù)實(shí)施方式的聚光器150與現(xiàn)有技術(shù)的聚光器不同，并且聚光器150形成二次光源的像使得照明對(duì)象(例如，安裝在內(nèi)窺鏡單元中的光導(dǎo)的入射端)的面積盡可能地填滿。因此，總的來說，照明設(shè)備1可以減小斑點(diǎn)噪聲。
聚光器150的像形成放大倍率(近軸橫向放大倍率)beta通過聚光器的焦距f以及焦點(diǎn)位置F與物體面之間的距離X，由以下表達(dá)式102表達(dá)。
[數(shù)學(xué)式4]
β＝f/X ...(表達(dá)式102)
在此，當(dāng)聚光器150為等光程時(shí)，聚光器150的像形成放大倍率beta以及聚光器150的入射數(shù)值孔徑和出射數(shù)值孔徑滿足如以下表達(dá)式103表達(dá)的關(guān)系表達(dá)式。
[數(shù)學(xué)式5]
β＝Y(jié)/Y＝NAcond/NAcond′ ...(表達(dá)式103)
Y：二次光源的尺寸
Y'：二次光源的像的尺寸
NAcond：聚光光學(xué)系統(tǒng)的入射數(shù)值孔徑
NAcond'：聚光光學(xué)系統(tǒng)的出射數(shù)值孔徑
另一方面，當(dāng)NAL是作為將光纖捆扎的束光纖的光導(dǎo)的可允許的數(shù)值孔徑、n1是光纖的芯部的折射率、并且n2是包層部的折射率時(shí)，給出以下表達(dá)式104。普通光導(dǎo)的可允許的數(shù)值孔徑NAL處于大于或等于0.56并且小于或等于0.88的范圍內(nèi)。
[數(shù)學(xué)式6]
優(yōu)選地滿足以下表達(dá)式105的關(guān)系以便使聚光器150將來自光源的光聚光并且以便促使光有效地入射到安裝在聚光器150的后級(jí)處的光導(dǎo)上。
[數(shù)學(xué)式7]
NAcond′≤NAL
...(表達(dá)式105)
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1中，優(yōu)選地控制二次光源的像的尺寸使得當(dāng)phiLG是透射穿過聚光器150的二次光源入射到其上的光導(dǎo)的入射端的直徑并且Y'是二次光源的像的尺寸時(shí)，建立由以下表達(dá)式106表達(dá)的關(guān)系。就是說，二次光源的像優(yōu)選地填滿光導(dǎo)的入射端。通過滿足如以下表達(dá)式106表達(dá)的關(guān)系表達(dá)式，能夠在滿足如以上表達(dá)式105表達(dá)的關(guān)系表達(dá)式的同時(shí)設(shè)計(jì)減少斑點(diǎn)噪聲。二次光源的像的尺寸通過多模光纖的射出NA和準(zhǔn)直器的焦距限定。
[數(shù)學(xué)式8]
當(dāng)Y'/phiLG小于0.8時(shí)，二次光源的像變得小于光導(dǎo)的入射端的直徑。光導(dǎo)的入射端和射出端通常是共軛的。因此，當(dāng)利用從光導(dǎo)射出的光照亮被照射面時(shí)，光源的尺寸從被照射面觀察時(shí)明顯變小并且斑點(diǎn)可能劣化。當(dāng)控制二次光源以便就光耦合效率而言充分小于芯直徑時(shí)，當(dāng)光斑尺寸小時(shí)斑點(diǎn)劣化的概率很高。當(dāng)內(nèi)窺鏡配置為使得光導(dǎo)在中途分支并且在多個(gè)出射端進(jìn)行照明時(shí)，在分支出射端之間的亮度分布可能不同并且存在斑點(diǎn)可能劣化的問題。
相反，當(dāng)Y'/phiLG大于1.2時(shí)，二次光源或者二次光源的像變得大于光導(dǎo)的入射端的直徑。在這種情況下，在光導(dǎo)的入射端面上出現(xiàn)激光的光暈并且光耦合效率可能降低。
更優(yōu)選地在二次光源的像的尺寸Y'與光導(dǎo)的入射端的直徑phiLG之間成立Y'＝phiLG的關(guān)系，其中在光導(dǎo)的入射端處形成通過聚光器形成的二次光源的像。
可以適當(dāng)?shù)貨Q定聚光器150的近軸橫向放大倍率beta，使得二次光源的像的尺寸Y'滿足以上表達(dá)式106的范圍并且更優(yōu)選地大于或等于0.4且小于或等于2.3。
當(dāng)近軸橫向放大倍率beta小于0.4時(shí)，擴(kuò)散器140的有效直徑變得太大并且存在設(shè)備尺寸增加的可能性。因此，不希望近軸橫向放大倍率beta小于0.4。相反，當(dāng)近軸橫向放大倍率beta大于2.3時(shí)，對(duì)于擴(kuò)散器140必須有大擴(kuò)散角并且存在透射率劣化的可能性。對(duì)于擴(kuò)散器140必須單獨(dú)具有特殊結(jié)構(gòu)，并且因此，存在成本增加的可能性。當(dāng)聚光器150的近軸橫向放大倍率beta處于上述范圍內(nèi)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的最小化同時(shí)抑制照明設(shè)備的制造成本。作為調(diào)節(jié)二次光源的像的尺寸Y'使得滿足表達(dá)式106的方法，可以安裝能夠調(diào)節(jié)集光透鏡與光導(dǎo)的入射端面之間的間隔的機(jī)構(gòu)。
以上已參考圖1A和圖1B詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1的配置。
照明設(shè)備的具體實(shí)例
接下來，將參考圖2至圖9B具體描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。
圖2示意性地示出當(dāng)射出紅光、綠光以及藍(lán)光的激光源用作激光源100并且全息擴(kuò)散板141用作擴(kuò)散器140時(shí)的照明設(shè)備1的配置。圖3示意性地示出當(dāng)使用射出紅光、綠光以及藍(lán)光的激光源并且微透鏡陣列143用作擴(kuò)散器140時(shí)的照明設(shè)備1的配置。
如圖2和圖3所示，從RGB激光源射出的激光束通過反射鏡M或者分色鏡DM多路復(fù)用以引導(dǎo)至集光透鏡L。如圖2和圖3所示，當(dāng)多個(gè)激光器用作光源時(shí)，例如，如圖4中示意性地示出，在集光透鏡L的瞳孔位置處出現(xiàn)每一個(gè)顏色的光束直徑的差異。
如上所述，當(dāng)RGB顏色通過集光透鏡L耦合至光纖120時(shí)，優(yōu)選地校準(zhǔn)(align)入射至各個(gè)顏色光纖的數(shù)值孔徑。這是由于以下原因。通常，由于透鏡的功率位置(power placement)根據(jù)入射的數(shù)值孔徑最大的激光來決定，入射的數(shù)值孔徑小的激光的光束直徑在擴(kuò)散板的位置處可以變得小。即在光導(dǎo)的入射端的亮度分布可以變得非均勻。例如，為了調(diào)準(zhǔn)各個(gè)顏色的入射的數(shù)值孔徑，存在匹配在集光透鏡L的瞳孔位置處的各顏色的光束視直徑的方法。例如，在該方法中，如圖5中示意性地示出，具有最小光束直徑的激光的端部可以位于入射數(shù)值孔徑最大所處的位置(即具有最大光束直徑的激光的端部)處。通過這樣做，具有最大光束直徑的激光和具有最小光束直徑的激光在某點(diǎn)彼此接觸。在圖5中，兩束激光的的端部在xi軸的正方向上彼此接觸，但是位置不限于圖5中示出的情況。端部可以在xi軸的負(fù)方向上彼此接觸。
當(dāng)為了保證輸出、減小時(shí)間相干性等而將具有相同波長或者相近波長的多個(gè)激光多路復(fù)用時(shí)，如圖6中示意性地示出，具有最小光束直徑的光束可以至少布置在瞳孔的中心處以及入射的數(shù)值孔徑最大所在的位置處。
如圖5和圖6中示意性地示出，通過使數(shù)值孔徑相等，在擴(kuò)散器140的位置處形成的二次光源的光量分布變得均勻，并且因此，能夠減小由于顏色而出現(xiàn)的斑點(diǎn)的量的差異。換言之，通過擴(kuò)散器140形成的顏色的二次光源的最大光束直徑基本上相等，并且因此，能夠減小由于顏色而出現(xiàn)的斑點(diǎn)的量的差異。
為了實(shí)現(xiàn)圖5中示出的情況，可以使用安裝為耦合光學(xué)系統(tǒng)110的一個(gè)組成要件的分色鏡DM，作為數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)激光入射在集光透鏡L上的位置。
具體地，如圖7所示，當(dāng)存在射出具有更大光束直徑的激光的激光源A和射出具有更小光束直徑的激光的激光源B時(shí)，通過在分色鏡DM的布置位置的光軸方向上相對(duì)于耦合光學(xué)系統(tǒng)110的中心光軸移動(dòng)分色鏡DM，可以偏移光束位置，如圖5所示。因此，如圖5所示，可以匹配相互的光束位置。
實(shí)際上，圖8中示出通過移動(dòng)具有以上配置的分色鏡獲得的結(jié)果。圖8的橫軸表示分色鏡DM相對(duì)于耦合光學(xué)系統(tǒng)110的中心光軸的偏移量，并且圖8的縱軸表示對(duì)應(yīng)于斑點(diǎn)的量的斑點(diǎn)對(duì)比率(SCR)。如從圖8中很明顯，可以理解的是，通過偏移，在光導(dǎo)的入射端的亮度分布接近均勻并且因此減小斑點(diǎn)對(duì)比度。
為了實(shí)現(xiàn)圖6中示出的情況，例如，可以使用反射鏡M或者lambda/2-波長板或者偏振分束器PBS作為數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元，進(jìn)一步調(diào)節(jié)激光入射在分色鏡DM上的位置，如圖9A和圖9B所示。
還可以通過設(shè)定聚光器150的近軸橫向放大倍率而不設(shè)置數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元，實(shí)現(xiàn)射出具有大光束直徑的激光的激光源，從而滿足以上表達(dá)式106。還可以通過使用數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)數(shù)值孔徑，實(shí)現(xiàn)射出具有小光束直徑的激光的激光源，從而滿足以上表達(dá)式106。
以上已參考圖2至圖9B具體描述了根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。
內(nèi)窺鏡的配置
接下來，將參考圖10簡要描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1用作照明光源的內(nèi)窺鏡10的配置。圖10是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
通過使用上述照明設(shè)備1作為光源，通過聚光器在包括于任意內(nèi)窺鏡單元900內(nèi)的光導(dǎo)901中形成光源的像，使得可以獲得具有減小的斑點(diǎn)噪聲的照明光。引導(dǎo)至光導(dǎo)901的照明光通過光導(dǎo)901引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡體903，以引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡的末端部(distal end portion)。
在此，其上安裝有照明設(shè)備1的內(nèi)窺鏡單元900不具體限制，而是可以使用任意內(nèi)窺鏡單元，只要內(nèi)窺鏡單元900包括普通光導(dǎo)901即可。相反，當(dāng)期望使用包括特定光導(dǎo)901的內(nèi)窺鏡單元900時(shí)，可以根據(jù)光導(dǎo)901的可允許的入射數(shù)值孔徑NAL，設(shè)定根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1的二次光源的像的尺寸Y'或者聚光器150的近軸橫向放大倍率beta。
以上已參考圖10簡要描述了包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1的內(nèi)窺鏡10。
聚光器的具體實(shí)例
接下來，將參考圖11至圖12C描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備1中的聚光器150的具體實(shí)例。圖11是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的透鏡數(shù)據(jù)的說明性示圖。圖12A至圖12C是示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器的配置實(shí)例的說明性示圖。
圖11中示出根據(jù)實(shí)施方式的聚光器150的具體實(shí)例的透鏡數(shù)據(jù)，并且圖12A至圖12C中示出透鏡配置示圖。在圖11示出的表中，f是焦距，S1至H是聚光透鏡系統(tǒng)的第一表面與前側(cè)主點(diǎn)位置之間的距離，beta是近軸橫向放大倍率，OBJ是第一表面與物體面之間的距離，以及X是焦點(diǎn)位置F到物體面之間的距離。在圖11的上側(cè)的表中，列A至列C的透鏡數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)于圖12A至圖12C中示出的透鏡配置示圖。
在圖11至圖12C示出的聚光器150中，假設(shè)使用具有入射在光導(dǎo)上的入射面的直徑phiLG＝2.0并且可允許的數(shù)值孔徑LAL＝0.57的情況下的光導(dǎo)901。以下是照明設(shè)備1的其他設(shè)定值。
多模光纖出射數(shù)值孔徑NAM＝0.22
準(zhǔn)直器焦距fcol＝7.6
二次光源的尺寸Y＝3.34
擴(kuò)散板角度＝23度
如圖12A至圖12C所示，在根據(jù)實(shí)施方式的聚光器150的每一個(gè)具體實(shí)例中，在二次光源側(cè)上的入射面(位于圖12A至圖12C中的圖的右側(cè)的表面)和在第二光源的像側(cè)上的出射面(位于圖12A至圖12C中的圖的左側(cè)的表面)通過平面透鏡系統(tǒng)形成。如從圖11的下側(cè)的表和圖12A至圖12C中很明顯，聚光器150通過透鏡系統(tǒng)形成，該透鏡系統(tǒng)按從擴(kuò)散器140的側(cè)起依次包括具有平面定向?yàn)槌鴶U(kuò)散器的正的平凸透鏡、一個(gè)或多個(gè)正透鏡以及具有平面定向?yàn)槌酃馄?50的后端的正的平凸透鏡。在擴(kuò)散器140的側(cè)上位于離二次光源的像側(cè)最近的平凸透鏡的表面(對(duì)應(yīng)于圖11的下側(cè)示出的透鏡數(shù)據(jù)中的表面編號(hào)S＝7)被設(shè)為非球面。
關(guān)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面通過以下表達(dá)式107表達(dá)。在此，在以下表達(dá)式107中，C是曲率(1/r)，h是從光軸起的高度，以及K是圓錐常數(shù)。表面編號(hào)S＝7的非球面數(shù)據(jù)在圖11的下側(cè)示出。
[數(shù)學(xué)式9]
在根據(jù)實(shí)施方式的聚光器150中，可以通過使用圖11至圖12C中示出的透鏡實(shí)現(xiàn)低成本。
具體地，在圖12B中示出的透鏡配置的情況下，由于beta等于0.6并且Y等于3.34，因此Y'等于2并且滿足表達(dá)式106。進(jìn)一步，NA等于0.57，表達(dá)式105成立，并且因此，照明光可以高效地耦合至光導(dǎo)。即使在具有小拉格朗日不變量的激光器用作光源的照明光學(xué)系統(tǒng)中，光源的大尺寸與在通過光學(xué)系統(tǒng)耦合至光導(dǎo)的時(shí)候所必須的大發(fā)散角也可以兼容。
以上已參考圖1至圖12C詳細(xì)描述根據(jù)本公開的第一實(shí)施方式的照明設(shè)備、照明方法以及內(nèi)窺鏡。
第二實(shí)施方式
在下文中，將詳細(xì)描述能夠減少從光源射出的激光的斑點(diǎn)噪聲的照明設(shè)備和照明方法以及包括該照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡。
例如，當(dāng)獲得白光源時(shí)，使用射出紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光的激光源。然而，由于每一個(gè)顏色(每一個(gè)波長)的各激光源的光束形狀不同，源于光束形狀的空間相干性存在差異。因此，出現(xiàn)在各顏色(波長)中觀察到的的斑點(diǎn)噪聲的尺寸不同的現(xiàn)象。
因此，鑒于以上提及的情況，將在下方提出能夠根據(jù)更簡單的方法使在各顏色(波長)中觀察到的斑點(diǎn)噪聲的尺寸相等以減小斑點(diǎn)噪聲的照明設(shè)備、照明方法以及內(nèi)窺鏡。
照明設(shè)備的配置
首先，將參考圖13A至圖19描述根據(jù)本公開的第二實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。圖13A至圖17以及圖19是示意性地示出根據(jù)本公開的第二實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。圖18A和圖18B是用于描述集光透鏡的瞳孔位置與激光之間的位置關(guān)系的說明性示圖。
如圖13A中示意性地示出，根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2至少包括激光源200、光纖220以及擴(kuò)散器240。如圖13B中示意性地示出，根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2優(yōu)選地進(jìn)一步包括在激光源200與光纖220之間的耦合光學(xué)系統(tǒng)210，并且優(yōu)選地進(jìn)一步包括在光纖220與擴(kuò)散器240之間的準(zhǔn)直器230。
至少一個(gè)激光源200安裝在照明設(shè)備2中并且射出具有預(yù)定波長的激光。在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中，各種半導(dǎo)體激光器或者固態(tài)激光器可以用作激光源200，并且也可以使用激光器與波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組合?？梢愿鶕?jù)在照明對(duì)象中觀察到哪種物體或者現(xiàn)象來適當(dāng)?shù)剡x擇從激光源200射出的激光的波長。波長的實(shí)例包括從約400nm至約700nm的波長的可見光波段或者用于ICG(吲哚菁綠)熒光成像的近紅外波段。當(dāng)激光用作激發(fā)光用于熒光激發(fā)時(shí)，觀察到的熒光可以包括利用激發(fā)光照射的部位的自發(fā)熒光或者來源于導(dǎo)入到照射部位中的各種熒光試劑的化學(xué)劑熒光。
耦合光學(xué)系統(tǒng)210是將從激光源200射出的激光與安裝在后級(jí)處的光纖220光學(xué)地耦合的光學(xué)系統(tǒng)。耦合光學(xué)系統(tǒng)210的配置不具體限制。耦合光學(xué)系統(tǒng)210可以利用現(xiàn)有技術(shù)的各種光學(xué)元件適當(dāng)組合以將激光與光纖220光學(xué)地耦合，并且耦合光學(xué)系統(tǒng)210包括將激光與光纖220光學(xué)地耦合的至少一個(gè)集光透鏡(集光器透鏡)。
耦合光學(xué)系統(tǒng)210優(yōu)選地進(jìn)一步包括使得從激光源200射出的激光在激光源200與集光透鏡之間基本上平行(換言之，將激光轉(zhuǎn)換為大致平行的光通量)的準(zhǔn)直透鏡。在此，“基本上平行”指從準(zhǔn)直透鏡出射的光的輻射角最小的狀態(tài)，并且該狀態(tài)在準(zhǔn)直透鏡的焦距的位置與從激光源200射出的激光的光束腰位置一致時(shí)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)通過組合諸如紅色半導(dǎo)體激光器、射出綠光的半導(dǎo)體激發(fā)固態(tài)激光器以及藍(lán)色反應(yīng)激光器的多個(gè)激光源200實(shí)現(xiàn)白色照明光時(shí)，除了集光透鏡之外，至少一個(gè)分色鏡或者分色棱鏡進(jìn)一步安裝在耦合光學(xué)系統(tǒng)210中。從多個(gè)激光源200射出的多束激光通過分色鏡或者分色棱鏡多路復(fù)用以生成白光。多路復(fù)用光通過集光透鏡聚光以耦合至光纖220。
本文中，在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中，激光在相對(duì)于入射端面的法線以斜方向上入射到光纖220的入射端面上。更具體地，當(dāng)激光(或者多路復(fù)用光)的聚光角或者輻射角小于光纖220的數(shù)值孔徑(即可允許的入射角)時(shí)，在光纖220的數(shù)值孔徑(可允許的入射角)的范圍內(nèi)的角度作用于激光，并且因此，激光在相對(duì)于入射端面的法線的傾斜方向上入射。更優(yōu)選地，在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中，在激光的入射端面上的角度分量包括入射端面的法線方向。因此，能夠減小從激光源200射出的激光的斑點(diǎn)噪聲。在下方將再次詳細(xì)描述促使激光入射到光纖220上的方法。
光纖220將通過耦合光學(xué)系統(tǒng)210引導(dǎo)的激光引導(dǎo)至安裝在圖13A中的后級(jí)處的擴(kuò)散器240或者安裝在圖13B中的后級(jí)處的準(zhǔn)直器230。光纖220不具體限制，而是可以使用現(xiàn)有技術(shù)的多模光纖(例如階躍折射率型多模光纖)。光纖220的芯直徑也不具體限制。例如，可以使用具有約1mm芯直徑的光纖。
在根據(jù)實(shí)施方式的光纖220中，在相對(duì)于入射端面的法線的傾斜方向上引導(dǎo)激光使得入射角在光纖的可允許的數(shù)值孔徑的范圍內(nèi)盡可能地大。因此，從光纖220的射出端射出的激光的輻射角大于在入射端面上的激光的聚光角。
當(dāng)入射在光纖220上的激光的入射角分量不包括入射端面的法線方向時(shí)，從光纖220的射出端射出的激光的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)變成空心形式，在空心形式中在光纖的中心光軸附近的光量小于周邊部的光量。相反，當(dāng)入射在光纖220上的激光的入射角分量包括入射端面的法線方向時(shí)，遠(yuǎn)視野圖案變成實(shí)心形式，在實(shí)心形式中在光纖的中心光軸附近的光量等于周邊部的光量。因此，根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2更優(yōu)選地配置為，使得入射在光纖220上的激光的入射角分量包括入射端面的法線方向并且從光纖220的射出端射出的激光的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)變成實(shí)心形式。
準(zhǔn)直器230安裝在光纖220的出射端的下游并且促使從光纖220射出的激光是基本上平行的。通過準(zhǔn)直器230促使從光纖220射出的激光為基本上平行，可以通過安裝在后級(jí)處的擴(kuò)散器240中的擴(kuò)散器240的擴(kuò)散角容易地控制激光的擴(kuò)散狀態(tài)。準(zhǔn)直器230的配置不具體限制，而是可以適當(dāng)組合現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)元件使得現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)配置為將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量。
擴(kuò)散器240安裝在光纖220的后級(jí)處(當(dāng)安裝了準(zhǔn)直器230時(shí)在準(zhǔn)直器230的后級(jí)處)并且使從光纖220或者準(zhǔn)直器230射出的激光擴(kuò)散以生成二次光源。即擴(kuò)散器240中的光的射出端用作二次光源。
在此，從擴(kuò)散器240射出的光的發(fā)散角通過擴(kuò)散器240的擴(kuò)散角控制，如上述第一實(shí)施方式所描述。
在實(shí)施方式中，擴(kuò)散器240的擴(kuò)散角不具體限制，而是可以根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的照明設(shè)備2的尺寸、可應(yīng)用于照明設(shè)備2的擴(kuò)散器的特征值等適當(dāng)決定。
具體的擴(kuò)散器240的種類不具體限制，而是可以使用現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散元件。例如，擴(kuò)散器的實(shí)例包括蒙砂型毛玻璃、通過將光學(xué)擴(kuò)散材料擴(kuò)散到玻璃中的使用擴(kuò)散特性的乳白色型擴(kuò)散板、全息擴(kuò)散板、諸如微透鏡陣列的擴(kuò)散板以及將多個(gè)光纖捆綁的束光纖。特別優(yōu)選的是全息擴(kuò)散板，因?yàn)槿D案應(yīng)用于預(yù)定的基板并且任意角度被設(shè)為出射光的擴(kuò)散角。微透鏡陣列可以將任意角度設(shè)為出射光的擴(kuò)散角。束光纖的擴(kuò)散效果是受制約的。對(duì)于相對(duì)于入射端面的法線成角theta入射的光，射出的光束以相對(duì)于出射端面的法線具有角(角度theta)的圓錐形分散。
以上已參考圖13A和圖13B詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2的配置。
照明設(shè)備的具體實(shí)例
接下來，將參考圖14A至圖19具體描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。
激光源的數(shù)量是1的情況
首先，將參考圖14A至圖15描述使用一個(gè)激光源為激光源200的情況作為實(shí)例。
從一個(gè)激光源200射出的激光引導(dǎo)至安裝為耦合光學(xué)系統(tǒng)210的準(zhǔn)直透鏡CL并且變得基本上平行，以轉(zhuǎn)換為平行光通量。轉(zhuǎn)換為平行光通量的激光被引導(dǎo)至集光透鏡L。集光透鏡L將入射平行光通量光學(xué)地耦合至多模單芯的光纖220。在此，激光源200、準(zhǔn)直透鏡CL以及集光透鏡L的中心光軸相對(duì)于光纖220的光軸(換言之，光纖220的入射端面的法線)以傾斜方向入射在光纖220的入射端面上。在兩個(gè)光軸之間形成的角度的大小是theta。通過促使激光以傾斜方向入射到光纖220的入射端面上，能夠減小來源于激光源200的斑點(diǎn)噪聲。
進(jìn)一步，當(dāng)如圖14B所示thetabeam是在光纖220的入射端面上的激光的聚光角并且如圖14C所示thetafiber是光纖220的可允許的入射角時(shí)，優(yōu)選地滿足由以下表達(dá)式201和表達(dá)式201-2表達(dá)的關(guān)系以減小根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中的斑點(diǎn)。在此，在表達(dá)式中假設(shè)thetabeam小于thetafiber。
[數(shù)學(xué)式10]
(θ+θbeam)≤θfiber ...(表達(dá)式201)
θ≤θbeam ...(表達(dá)式201-2)
當(dāng)滿足以上由表達(dá)式201表達(dá)的關(guān)系時(shí)，激光通過光纖220傳播而沒有損耗。進(jìn)一步，當(dāng)選擇更大的theta時(shí)，從光纖220射出的激光的輻射角進(jìn)一步增加。
當(dāng)滿足由以上表達(dá)式201-2表達(dá)的關(guān)系時(shí)，入射到光纖220上的激光的角分量包括入射端面的法線方向并且從光纖220的射出端射出的激光的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)變成實(shí)心形式而不是空心形式。
在以上表達(dá)式201中，(theta+thetabeam)更優(yōu)選地等于thetafiber。在這種情況下，theta是最大值并且可以獲得對(duì)應(yīng)于光纖220的可允許的入射角的最大輻射角。當(dāng)由(theta+thetabeam)等于thetafiber表達(dá)的關(guān)系與表達(dá)式201-2同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)，從光纖220射出的激光具有最大輻射角和實(shí)心形式的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)。
引導(dǎo)至光纖220的激光從光纖220的出射端射出以引導(dǎo)至擴(kuò)散器240。在擴(kuò)散器240中，將來自光纖220的光束投射在擴(kuò)散器240的擴(kuò)散表面(擴(kuò)散器240的出射端面)上形成二次光源。二次光源的擴(kuò)散表面上的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)與來自光纖220的光在擴(kuò)散表面上形成的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)相同。來自二次光源的光輻射至觀測場使得利用光照亮照明對(duì)象。當(dāng)照明設(shè)備2用作內(nèi)窺鏡用的光源時(shí)，在許多情況下，二次光源的輻射角設(shè)為很大以獲得高視角，并且因此，選擇具有大擴(kuò)散角的擴(kuò)散器。
隨著二次光源的光束尺寸變大并且遠(yuǎn)視野圖案變成實(shí)心形式(均勻強(qiáng)度分布)，在照明對(duì)象中觀察到的斑點(diǎn)減少。因此，通過滿足以上表達(dá)式201并且選擇更大的theta，能夠進(jìn)一步減小斑點(diǎn)噪聲。進(jìn)一步，通過滿足由以上表達(dá)式201-2表達(dá)的關(guān)系，能夠進(jìn)一步減小斑點(diǎn)噪聲。
在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中，如圖14A至14C中，示出激光源200、準(zhǔn)直透鏡CL以及集光透鏡L共同的中心光軸與光纖220的光軸彼此交叉的情況。然而，如圖15所示，激光的平行光通量的中心軸可以與通過集光透鏡L和光纖220形成的光軸平行并且在該光軸的偏離位置處入射到集光透鏡L上。
在這種情況下，如圖15所示，當(dāng)WA是平行光通量的光束寬度、f是集光透鏡L的焦距、thetafiber是光纖220的可允許的入射角以及DA是與通過集光透鏡L和光纖220形成的光軸的中心間的偏移量時(shí)，由以下表達(dá)式202和表達(dá)式202-2表達(dá)的關(guān)系成立。然后，優(yōu)選地減少斑點(diǎn)。在此，在表達(dá)式中假設(shè)(WA/2)小于(fx sin(thetafiber))。
[數(shù)學(xué)式11]
(WA/2)+DA≤(fxsin(θfiber)) ...(表達(dá)式202)
DA≤(WA/2) ...(表達(dá)式202-2)
當(dāng)滿足以上由表達(dá)式202表達(dá)的關(guān)系時(shí)，激光通過光纖220傳播而沒有損耗。進(jìn)一步，當(dāng)選擇更大的DA時(shí)，從光纖220射出的激光的輻射角進(jìn)一步增加。
當(dāng)滿足由以上表達(dá)式202-2表達(dá)的關(guān)系時(shí)，入射到光纖220上的激光的角分量包括入射端面的法線方向并且從光纖220的射出端射出的激光的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)變成實(shí)心形式而不是空心形式。
在以上表達(dá)式202中，(WA/2)+DA更優(yōu)選地等于(fxsin(thetafiber))。在這種情況下，可以獲得對(duì)應(yīng)于光纖220的可允許的入射角的最大輻射角。當(dāng)由(WA/2)+DA＝(fxsin(thetafiber))表達(dá)的關(guān)系與表達(dá)式202-2同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)，從光纖220射出的激光具有最大輻射角和實(shí)心形式的遠(yuǎn)視野圖案(強(qiáng)度分布)。
引導(dǎo)至光纖220的激光從光纖220的出射端射出以引導(dǎo)至擴(kuò)散器240。在擴(kuò)散器240中，投射來自光纖220的光束以在擴(kuò)散器240的擴(kuò)散表面(擴(kuò)散器240的出射端面)上形成二次光源。在二次光源的擴(kuò)散表面上的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)與來自光纖220的光在擴(kuò)散表面上形成的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)相同。來自二次光源的光輻射至觀測場使得利用光照亮照明對(duì)象。當(dāng)照明設(shè)備2用作光源用于內(nèi)窺鏡時(shí)，在許多情況下，二次光源的輻射角設(shè)為很大以獲得高視角，并且因此，選擇具有大擴(kuò)散角的擴(kuò)散器。
當(dāng)二次光源的光束尺寸更大并且遠(yuǎn)視野圖案變成實(shí)心形式(均勻強(qiáng)度分布)時(shí)在照明對(duì)象中觀察到的斑點(diǎn)減少。因此，通過滿足以上表達(dá)式202并且選擇更大的DA，能夠進(jìn)一步減小斑點(diǎn)噪聲。進(jìn)一步，通過滿足以上表達(dá)式202-2表達(dá)的關(guān)系，能夠進(jìn)一步減小斑點(diǎn)噪聲。
如圖16所示，準(zhǔn)直透鏡(即準(zhǔn)直器)230可以布置在光纖220與擴(kuò)散器240之間。圖16示出激光的平行光通量的中心軸平行于通過集光透鏡L和光纖220形成的光軸并且在該光軸的偏離位置處入射到集光透鏡L上的情況。然而，即使在激光以傾斜方向入射到光纖220的入射端面上時(shí)，準(zhǔn)直器230當(dāng)然可以按相同方式布置。
存在多個(gè)激光源的情況
接下來，將參考圖17至圖19描述多個(gè)激光源用作激光源200的情況作為實(shí)例。
在下文中，將描述使用射出紅色激光的紅色激光源(Red)、綠色激光源(Green)以及藍(lán)色激光源(Blue)實(shí)現(xiàn)白光的情況。
如圖17所示，從紅色激光源射出的紅色激光通過準(zhǔn)直透鏡CL轉(zhuǎn)換為平行光通量，隨后通過反射鏡M反射，并且在透射兩個(gè)分色鏡DM的同時(shí)被引導(dǎo)至集光透鏡L。
從綠色激光源射出的綠色激光通過準(zhǔn)直透鏡CL轉(zhuǎn)換為平行光通量，隨后通過分色鏡DM反射，并且在透射用于藍(lán)色激光的分色鏡DM的同時(shí)被引導(dǎo)至集光透鏡L。
從藍(lán)色激光源射出的藍(lán)色激光通過準(zhǔn)直透鏡CL轉(zhuǎn)換為平行光通量，隨后通過分色鏡DM反射，并且被引導(dǎo)至集光透鏡L。
進(jìn)一步，如圖17所示，假設(shè)C1是紅色激光的光軸，假設(shè)C2是綠色激光的光軸，并且假設(shè)C3是藍(lán)色激光的光軸。紅色激光的光軸C1設(shè)置為與反射鏡M、分色鏡DM、集光透鏡L以及光纖220的光軸C0相同。
圖18A示出在圖17的橫截面A-A上的光束布置實(shí)例。在圖18A中，激光源200(主光源)的光束截面形狀是正圓。在此，具有最大光束寬度的光束被設(shè)置為與光束中心軸C1和中心光軸C0一致。在圖18A中，具有最大光束寬度的光束是紅色光束并且假設(shè)W1是最大光束寬度。即在圖18A中，激光的光束寬度滿足W1>W2并且W1>W3。
在圖18A中，紅色光束的光束寬度在透射后級(jí)處的集光透鏡L以及光纖220的范圍內(nèi)選擇。即當(dāng)假設(shè)W0是在集光透鏡L和光纖220中決定的可允許的透射光束寬度時(shí)，滿足W0>W1的關(guān)系。
在圖18A中，由W0表示可允許的光束寬度，并且在由光束寬度W0成形的半徑為R0的可允許的外圓周圓內(nèi)部傳播的光束(激光)可以透射光纖220?？稍试S外圓周圓的的形狀是由集光透鏡L和光纖220決定的形狀。當(dāng)關(guān)于光軸中心C0旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的常規(guī)透鏡用作集光透鏡L時(shí)，W0具有半徑R0＝W0/2的正圓形狀。
在此，如圖17和圖18A所示，寬度比最大光束寬度更窄的綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束的光束中心位置(即C2和C3)與C0不一致。綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束布置在與中心光軸C0平行地移動(dòng)后的位置。
設(shè)定綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束的平行移動(dòng)的范圍使得綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束位于通過紅色主光源光束成形的最大半徑(圖18A中R1＝W1/2)表示的圓(光束的最大外圓周圓)的內(nèi)部。即當(dāng)D2是綠色主光源光束從中心光軸C0平行移動(dòng)的距離時(shí)，D2的范圍是大于0且小于或等于(R1-W2/2)的范圍。當(dāng)D3是藍(lán)色主光源光束的平行移動(dòng)的距離時(shí)，D3的范圍是大于0且小于或等于(R1-W3/2)的范圍。
在此，在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2中，如圖18A所示，(在圖18A中點(diǎn)P和點(diǎn)Q處)剩余的光束優(yōu)選地在圓(光束的最大外圓周圓)中內(nèi)切，其該圓通過最大光束寬度成形并且在相對(duì)于光軸的橫截面上具有中心在C0的最大半徑。
在圖17A示出的實(shí)例中，綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束優(yōu)選地設(shè)置為在由R1表示的光束的最大外圓周圓中內(nèi)切。即綠色主光源光束的平行移動(dòng)的距離D2是D2＝(R1-W2/2)并且藍(lán)色主光源光束的平行移動(dòng)的距離D3是D3＝(R1-W3/2)。
在圖18A中，可以優(yōu)選地布置具有窄光束寬度的綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束，使得綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束存在于從半徑R0延伸至半徑R1并且中心在C0上的范圍內(nèi)。即紅色主光源光束、綠色主光源光束以及藍(lán)色主光源光束中的每一個(gè)包含在W2大于或等于(W1/2)并且W3大于或等于(W1/2)的關(guān)系下的光軸中心C0。
這是因?yàn)榉乐乖趶墓饫w220的出射端輻射的光的遠(yuǎn)視圖像中(即圖17中的光學(xué)系統(tǒng)的擴(kuò)散器240的光學(xué)強(qiáng)度分布中)的中心位置處的亮度劣化并且實(shí)現(xiàn)實(shí)心形式。
被光纖220引導(dǎo)的激光從光纖220的出射端射出以引導(dǎo)至擴(kuò)散器240。在擴(kuò)散器240中，投射來自光纖220的光束以在擴(kuò)散器240的擴(kuò)散表面(擴(kuò)散器240的出射端面)上形成二次光源。二次光源的擴(kuò)散表面上的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)與通過來自光纖220的光在擴(kuò)散表面上形成的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)相同。
通過上述操作，紅色主光源光束、綠色主光源光束以及藍(lán)色主光源光束在二次光源的擴(kuò)散表面上具有基本上相同的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)。因此，在具有每一個(gè)顏色(波長)的情況下，照明對(duì)象中觀察到的斑點(diǎn)噪聲的幅度可幾乎相等。
圖18B示出在圖17的橫截面A-A上的另一光束布置實(shí)例。在圖18B示出的實(shí)例中，每一個(gè)主光源光束的截面形狀是橢圓的。
即使在圖18B示出的實(shí)例中，寬度比最大光束寬度更窄的綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束的光束中心位置(即C2和C3)也與C0不一致。綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束布置在沿中心光軸C0平行移動(dòng)后的位置。
即使在這種情況下，設(shè)置綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束的平行移動(dòng)的范圍，使得綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束位于通過紅色主光源光束成形的最大半徑(R1＝W1/2)并且中心在C0上表示的光束的最大外圓周圓的內(nèi)部。如圖17B所示，各主光源光束優(yōu)選地布置為使得綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束在中心在C0上的最大外圓周圓中內(nèi)切。
更優(yōu)選地，可以布置具有窄光束寬度的綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束，使得綠色主光源光束和藍(lán)色主光源光束存在于從半徑R0延伸至半徑R1并且中心在C0上的范圍內(nèi)。即紅色主光源光束、綠色主光源光束以及藍(lán)色主光源光束中的每一個(gè)包含光軸中心C0。這是因?yàn)榉乐乖趶墓饫w220的出射端輻射的光的遠(yuǎn)視圖像中(即圖17中的光學(xué)系統(tǒng)的擴(kuò)散器240的光學(xué)強(qiáng)度分布中)的中心位置處的亮度劣化并且實(shí)現(xiàn)實(shí)心形式。
通過上述操作，紅色主光源光束、綠色主光源光束以及藍(lán)色主光源光束在二次光源的擴(kuò)散表面上具有基本上相同的強(qiáng)度分布(或者光束尺寸)。因此，在具有每一個(gè)顏色(波長)情況下，照明對(duì)象中觀察到的斑點(diǎn)噪聲的幅度可幾乎相等。
如第一實(shí)施方式中所描述，以上描述的圖17至圖18B中示出的光束的平行移動(dòng)可以通過移動(dòng)分色鏡DM來調(diào)節(jié)。
如圖19所示，準(zhǔn)直透鏡(即準(zhǔn)直器)230可以布置在光纖220與擴(kuò)散器240之間。
以上已參考圖17至圖19具體描述了根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。
內(nèi)窺鏡的配置
接下來，將參考圖20簡要描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2用作照明光源的內(nèi)窺鏡10的配置。圖20是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
通過將使用上述照明設(shè)備2作為光源射出的二次光源耦合至被包括在任意內(nèi)窺鏡單元900中的光導(dǎo)901，可以獲得具有減小的斑點(diǎn)噪聲的拍攝的圖像。從二次光源引導(dǎo)至光導(dǎo)901的照明光通過光導(dǎo)901引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡體903，以引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡的末端部。
在此，其上安裝有照明設(shè)備2的內(nèi)窺鏡單元900不具體限制，而是可以使用任意內(nèi)窺鏡單元，只要內(nèi)窺鏡單元900包括普通光導(dǎo)901即可。
通過將照明設(shè)備2的光纖220延伸直至內(nèi)窺鏡的末端部并且安裝擴(kuò)散器240，可以利用來自二次光源的照明光照亮觀測場。
以上已參考圖20簡要描述了包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備2的內(nèi)窺鏡10。
驗(yàn)證實(shí)例
在下文中，參照?qǐng)D21至圖24，將描述在通過與光軸平行地移動(dòng)激光源200(主光源)的軸而減小斑點(diǎn)噪聲的情況下，具體驗(yàn)證斑點(diǎn)噪聲的減小程度的實(shí)例。
在圖21示出的實(shí)例中，用于綠色射出的半導(dǎo)體激發(fā)固態(tài)激光器用作激光源200。該激光器是輻射準(zhǔn)直光束的激光源。在圖21中，通過使用具有1mm寬度的狹縫形成具有1mm光束寬度的主光源光束。通過使用具有1mm芯直徑的階躍折射率型多模光纖作為光纖220以及具有30mm焦距的集光透鏡L而使主光源光束聚光在光纖220的入射端面上。
照亮照射野的二次光源通過在距光纖220的出射端面5mm的位置處放置全息擴(kuò)散板作為擴(kuò)散器240而形成。通過在距二次光源的位置300mm的位置處放置測試圖并且利用CCD照相機(jī)對(duì)測試圖成像來測量斑點(diǎn)。
在圖21示出的實(shí)例中，通過在光軸方向上移動(dòng)分色鏡DM以移動(dòng)入射在集光透鏡L上的光的光軸中心，在每一個(gè)移動(dòng)位置處測量斑點(diǎn)的量。圖22中示出獲得的測量結(jié)果。圖22的橫軸表示與光纖220的中心光軸C0的偏離量并且圖22的縱軸表示對(duì)應(yīng)于斑點(diǎn)的量的斑點(diǎn)對(duì)比率(SCR)。
如從圖22中示出的結(jié)果很明顯，可以理解斑點(diǎn)的量隨著偏移量增加而減少。
在圖23示出的實(shí)例中，束光纖用作擴(kuò)散器240。進(jìn)一步，用于輻射準(zhǔn)直光束的綠色射出用的半導(dǎo)體激發(fā)固態(tài)激光器用作激光源200。該激光器是輻射準(zhǔn)直光束的激光源。在圖23示出的實(shí)例中，通過使用具有1mm寬度的狹縫形成具有1mm光束寬度的主光源光束。通過使用具有1mm芯直徑的階躍折射率型多模光纖作為光纖220以及具有30mm焦距的集光透鏡L而使主光源光束聚光在光纖220的入射端面上。
通過在距光纖220的出射端面10mm的位置處放置具有5mm束直徑的束光纖作為擴(kuò)散器240而在束光纖的出射端面上形成照亮照射野的二次光源。通過在距二次光源的位置300mm的位置處放置測試圖并且利用CCD照相機(jī)對(duì)測試圖成像來測量斑點(diǎn)。
在圖23示出的實(shí)例中，通過在光軸方向上移動(dòng)分色鏡DM以移動(dòng)入射在集光透鏡L上的光的光軸中心，在每一個(gè)移動(dòng)位置處測量斑點(diǎn)的量。圖24中示出獲得的測量結(jié)果。圖24的橫軸表示從光纖220的中心光軸C0的偏離量并且圖24的縱軸表示對(duì)應(yīng)于斑點(diǎn)的量的斑點(diǎn)對(duì)比率(SCR)。
如從圖24中示出的結(jié)果很明顯，可以理解斑點(diǎn)的量隨著偏移量增加而減少。
第三實(shí)施方式
在下文中，將根據(jù)第三實(shí)施方式簡要描述如第一實(shí)施方式中描述的減小整個(gè)照明設(shè)備的斑點(diǎn)噪聲的方法以及如第二實(shí)施方式中描述的減少從光源射出的激光的斑點(diǎn)噪聲的方法的組合實(shí)例。
照明設(shè)備的配置
首先，將參考圖25描述根據(jù)本公開的第三實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置。圖25是示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的配置的說明性示圖。
如圖25中示意性地示出，根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3包括激光源300、耦合光學(xué)系統(tǒng)310、光纖320、準(zhǔn)直器330、擴(kuò)散器340以及聚光器350。
至少一個(gè)激光源300安裝在照明設(shè)備3中并且射出具有預(yù)定波長的激光。在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3中，各種半導(dǎo)體激光器或者固態(tài)激光器可以用作激光源300，并且還可以使用激光器與波長轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組合?？梢愿鶕?jù)在照明對(duì)象中觀察到的物體或者現(xiàn)象適當(dāng)?shù)剡x擇從激光源300射出的激光的波長。波長的實(shí)例包括從約400nm至約700nm的波長的可見光波段或者用于ICG(吲哚菁綠)熒光成像的近紅外波段。當(dāng)假設(shè)激光是用于熒光激發(fā)的激發(fā)光時(shí)，觀察到的熒光可以包括利用激發(fā)光輻射的部位的自發(fā)熒光或者來源于導(dǎo)入到輻射部位中的各種熒光試劑的化學(xué)劑熒光。
耦合光學(xué)系統(tǒng)310是將從激光源300射出的激光與安裝在后級(jí)處的光纖320光學(xué)地耦合的光學(xué)系統(tǒng)。耦合光學(xué)系統(tǒng)310的配置不具體限制。耦合光學(xué)系統(tǒng)310可以與現(xiàn)有技術(shù)的各種光學(xué)元件適當(dāng)組合以將激光與光纖320光學(xué)地耦合，并且耦合光學(xué)系統(tǒng)310包括將激光與光纖320光學(xué)地耦合的至少一個(gè)集光透鏡(集光器透鏡)。
當(dāng)多個(gè)激光源300組合以實(shí)現(xiàn)白色照明光時(shí)，除了耦合光學(xué)系統(tǒng)310中的集光透鏡之外，還進(jìn)一步安裝有至少一個(gè)分色鏡或者分色棱鏡。通過分色鏡或者分色棱鏡多路復(fù)用從多個(gè)激光源300射出的多個(gè)激光的光束，以生成白光。多路復(fù)用光通過集光透鏡聚光以耦合至光纖320。
當(dāng)組合使用多個(gè)激光源300時(shí)，優(yōu)選地調(diào)準(zhǔn)激光入射到的光纖320上的數(shù)值孔徑。然而，因?yàn)槊恳粋€(gè)激光的FFP不同，實(shí)際上難以調(diào)準(zhǔn)入射的數(shù)值孔徑。因此，在這種情況下，在耦合光學(xué)系統(tǒng)310中，使用與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中描述的相同的方法安裝數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元。
光纖320將通過耦合光學(xué)系統(tǒng)310引導(dǎo)的激光引導(dǎo)至安裝在后級(jí)處的準(zhǔn)直器330。從光纖320射出的光變成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光束，其有助于亮度分布的均勻性。光纖320不具體限制，而是可以使用現(xiàn)有技術(shù)的多模光纖(例如階躍折射率型多模光纖)。光纖320的芯直徑也不具體限制。例如，可以使用具有約1mm芯直徑的光纖。
在根據(jù)實(shí)施方式的光纖320中，光引導(dǎo)至光纖320的入射端使得在光纖的入射端處多個(gè)光源之間的數(shù)值孔徑盡可能地一致。這時(shí)，例如，通過優(yōu)化對(duì)從激光源射出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直的透鏡的焦距，從光纖320的射出端射出的激光優(yōu)選地變成實(shí)心光束而不是具有空心形式的光束，其中實(shí)心光束中在光纖的中心光軸附近的光量等于在光纖的周邊部的光量，空心形式光束中在光纖的中心光軸附近的光量小于周邊部的光量。
準(zhǔn)直器330安裝在光纖320的出射端的下游并且將從光纖320射出的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量。通過由準(zhǔn)直器330將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量，通過安裝在后級(jí)處的擴(kuò)散器340中的擴(kuò)散器340的擴(kuò)散角可以容易地控制激光的擴(kuò)散狀態(tài)。準(zhǔn)直器330的配置不具體限制，而是可以適當(dāng)組合現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)元件，使得現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)被配置為將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量。
擴(kuò)散器340安裝在準(zhǔn)直器330的后側(cè)焦點(diǎn)位置附近，并且使從準(zhǔn)直器330射出的平行光通量擴(kuò)散以生成二次光源。即擴(kuò)散器340中的光的射出端用作二次光源。
可以通過準(zhǔn)直器330的焦距控制由擴(kuò)散器340生成的二次光源的大小。可以通過擴(kuò)散板的擴(kuò)散角控制出射光的NA。通過兩個(gè)組成要件的效果，可以放大以上表達(dá)式2表示的拉格朗日不變量，并且因此，期望的光源大小和期望的照明范圍可以兼容。
當(dāng)期望調(diào)節(jié)二次光源的尺寸時(shí)，可以通過來自光纖的出射NA和準(zhǔn)直器的焦距優(yōu)化二次光源的尺寸。
從擴(kuò)散器340射出的光引導(dǎo)至聚光器350。聚光器350以預(yù)定的近軸橫向放大倍率形成至照明對(duì)象的通過擴(kuò)散器340形成的二次光源的像。照明對(duì)象的的實(shí)例包括位于聚光器350下游并且安裝在內(nèi)窺鏡單元中的光導(dǎo)的入射端。在此，根據(jù)實(shí)施方式的聚光器350與現(xiàn)有技術(shù)的聚光器不同，并且形成二次光源的像使得照明對(duì)象(例如，安裝在內(nèi)窺鏡單元中的光導(dǎo)的入射端)的面積盡可能地填滿。因此，總的來說，照明設(shè)備3可以減小斑點(diǎn)噪聲。
聚光器350的像形成放大倍率(橫向放大倍率)beta通過聚光器的焦距f以及焦點(diǎn)位置F與物體面之間的距離X由以上表達(dá)式102表達(dá)。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3中，優(yōu)選地控制二次光源的像的尺寸使得當(dāng)phiLG是透射過聚光器350的二次光源入射到的光導(dǎo)的入射端的直徑并且Y'是二次光源的像的尺寸時(shí)，以上表達(dá)式106表達(dá)的關(guān)系成立。
可以適當(dāng)?shù)貨Q定聚光器350的近軸橫向放大倍率beta，使得二次光源的像的大小Y'滿足以上表達(dá)式106的范圍并且更優(yōu)選地滿足大于或等于0.4且小于或等于2.3。
以上已參考圖25詳細(xì)描述了根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3的配置。
內(nèi)窺鏡的配置
接下來，將參考圖26簡要描述根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3用作照明光源的內(nèi)窺鏡10的配置。圖26是示意性地示出包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備的內(nèi)窺鏡的配置的說明性示圖。
通過使用上述照明設(shè)備3作為光源，通過聚光器在被包括于任意內(nèi)窺鏡單元900內(nèi)的光導(dǎo)901中形成光源的像，使得可以獲得具有減小的斑點(diǎn)噪聲的照明光。引導(dǎo)至光導(dǎo)901的照明光，通過光導(dǎo)901引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡體903，以引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡的末端部。
在此，其上安裝有照明設(shè)備3的內(nèi)窺鏡單元900不具體限制，而是只要內(nèi)窺鏡單元900包括普通光導(dǎo)901，就可以使用任意內(nèi)窺鏡單元。相反，當(dāng)期望使用包括具體的光導(dǎo)901的內(nèi)窺鏡單元900時(shí)，可以根據(jù)光導(dǎo)901的可允許的入射的數(shù)值孔徑NAL，設(shè)定根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3的二次光源的像的尺寸Y'或者聚光器350的近軸橫向放大倍率beta。
以上已參考圖26簡要描述了包括根據(jù)實(shí)施方式的照明設(shè)備3的內(nèi)窺鏡10。
應(yīng)當(dāng)理解，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，通過本領(lǐng)域中的技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素可以出現(xiàn)各種修改、組合、子組合以及變更。
例如，除了上述第三實(shí)施方式中描述的技術(shù)精神之外，在第一實(shí)施方式中描述的各種技術(shù)精神可以應(yīng)用于第二實(shí)施方式并且在第二實(shí)施方式中描述的各種技術(shù)精神可以應(yīng)用于第二實(shí)施方式也可以應(yīng)用于第一實(shí)施方式。
本說明書中描述的效果僅是說明性的和示范性的，并非限制性的。換言之，伴隨或者代替基于本說明書的效果，根據(jù)本公開的技術(shù)可以表現(xiàn)出對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很明顯的其他效果。
另外，本技術(shù)也可以如下配置。
(1)一種照明設(shè)備，包括：
被配置為射出激光的至少一個(gè)激光源；
耦合光學(xué)系統(tǒng)，被配置為將從激光源射出的激光耦合至光纖；
準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，被配置為將從光纖射出的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量；
擴(kuò)散構(gòu)件，布置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的后側(cè)焦點(diǎn)位置附近并且被配置為通過擴(kuò)散平行光通量生成二次光源；以及
聚光光學(xué)系統(tǒng)，被配置為在光導(dǎo)的入射端處以預(yù)定的近軸橫向放大倍率形成二次光源的像。
(2)根據(jù)(1)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)Y'是通過聚光光學(xué)系統(tǒng)在光導(dǎo)的入射端處形成的二次光源的像的尺寸并且phiLG是光導(dǎo)的入射端的直徑時(shí)，以下表達(dá)式1表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式12]
(3)根據(jù)(1)或(2)的照明設(shè)備，其中，聚光光學(xué)系統(tǒng)的近軸橫向放大倍率處于0.4至2.3的范圍內(nèi)。
(4)根據(jù)(2)或(3)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)Y'是通過聚光光學(xué)系統(tǒng)在光導(dǎo)的入射端處形成的二次光源的像的尺寸并且phiLG是光導(dǎo)的入射端的直徑時(shí)，Y'＝phiLG的關(guān)系成立。
(5)根據(jù)(1)至(4)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，
其中，安裝有多個(gè)激光源，并且
其中，耦合光學(xué)系統(tǒng)包括被配置為調(diào)準(zhǔn)從激光源射出的激光的光束之間的在光纖上的入射的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元。
(6)根據(jù)(5)的照明設(shè)備，
其中，數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元至少包括分色鏡或分色棱鏡，并且根據(jù)激光入射在分色鏡或分色棱鏡上的位置或者根據(jù)分色鏡或分色棱鏡相對(duì)于耦合光學(xué)系統(tǒng)的中心光軸的定位位置調(diào)節(jié)入射的數(shù)值孔徑。
(7)根據(jù)(1)至(6)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，透射耦合光學(xué)系統(tǒng)的激光的光束中的至少一個(gè)，以相對(duì)于入射端面的法線的傾斜方向入射到光纖的入射端面上。
(8)根據(jù)(1)至(7)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，
其中，安裝有多個(gè)激光源，
其中，當(dāng)Y'是通過聚光光學(xué)系統(tǒng)在光導(dǎo)的入射端處形成的二次光源的像的尺寸并且phiLG是光導(dǎo)的入射端的直徑時(shí)，在激光源中的至少一個(gè)內(nèi)，以下表達(dá)式1表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式13]
以及
其中，在除了激光源中的該至少一個(gè)以外的激光源內(nèi)，耦合光學(xué)系統(tǒng)包括被配置為調(diào)準(zhǔn)從激光源射出的激光的光束之間的在光纖上的入射的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)單元。
(9)根據(jù)(1)至(8)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，聚光光學(xué)系統(tǒng)通過透鏡系統(tǒng)形成，在透鏡系統(tǒng)中，在形成二次光源側(cè)上的表面是平面并且形成二次光源的像的表面是平面。
(10)根據(jù)(9)的照明設(shè)備，其中，聚光光學(xué)系統(tǒng)通過透鏡系統(tǒng)形成，透鏡系統(tǒng)從擴(kuò)散構(gòu)件的一側(cè)起依次包括具有平面定向朝著擴(kuò)散構(gòu)件的正的平凸透鏡、一個(gè)或多個(gè)正透鏡、以及具有平面定向?yàn)槌酃夤鈱W(xué)系統(tǒng)的后端的正的平凸透鏡。
(11)根據(jù)(9)的照明設(shè)備，其中，在擴(kuò)散構(gòu)件的側(cè)上的位于離形成聚光光學(xué)系統(tǒng)中的二次光源的側(cè)最近的平凸透鏡的表面是非球面表面。
(12)根據(jù)(1)至(11)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，激光源是半導(dǎo)體激光器和固態(tài)激光器中的至少一個(gè)。
(13)根據(jù)(1)至(12)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，擴(kuò)散構(gòu)件是應(yīng)用全息圖案的全息擴(kuò)散板或者微透鏡陣列。
(14)一種照明方法，包括：
將通過至少一個(gè)激光源射出的激光經(jīng)由耦合光學(xué)系統(tǒng)耦合至光纖；
通過準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)將從光纖射出的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量；
通過布置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的后側(cè)焦點(diǎn)位置附近的擴(kuò)散構(gòu)件擴(kuò)散平行光通量以生成二次光源；以及
在光導(dǎo)的入射端處以預(yù)定的近軸橫向放大倍率形成二次光源的像。
(15)一種內(nèi)窺鏡，包括：
照明設(shè)備，包括：射出激光的至少一個(gè)激光源、將從激光源射出的激光耦合至光纖的耦合光學(xué)系統(tǒng)、將從光纖射出的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、布置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的后側(cè)焦點(diǎn)位置附近并且通過擴(kuò)散平行光通量生成二次光源的擴(kuò)散構(gòu)件，以及在光導(dǎo)的入射端處以預(yù)定的近軸橫向放大倍率形成二次光源的像的聚光光學(xué)系統(tǒng)；以及
光導(dǎo)，從照明設(shè)備射出的激光入射到光導(dǎo)上。
(16)一種照明設(shè)備，包括：
被配置為射出激光的至少一個(gè)激光源；
光纖，從激光源射出的激光入射到光纖上；以及
擴(kuò)散構(gòu)件，被配置為通過擴(kuò)散從光纖射出的激光生成二次光源，
其中，激光以相對(duì)于入射端面的法線傾斜的方向入射到光纖的入射端面上。
(17)根據(jù)(16)的照明設(shè)備，其中，激光經(jīng)由至少包括聚光透鏡的耦合光學(xué)系統(tǒng)入射到光纖上，并且激光平行于通過聚光透鏡和光纖形成的光軸且在偏離光軸的中心的位置處入射到聚光透鏡上。
(18)根據(jù)(16)的照明設(shè)備，其中，激光經(jīng)由將激光轉(zhuǎn)換為平行光通量的準(zhǔn)直透鏡以及至少包括安裝在準(zhǔn)直透鏡的后端處的聚光透鏡的耦合光學(xué)系統(tǒng)入射到光纖上，并且平行于通過聚光透鏡和光纖形成的光軸且在偏離光軸的中心的位置處入射到聚光透鏡上。
(19)根據(jù)(18)的照明設(shè)備，
其中，安裝有多個(gè)激光源，并且
其中，至少平行光通量的光束寬度窄的激光平行于通過聚光透鏡和光纖形成的光軸并且在偏離光軸的中心的位置處入射。
(20)根據(jù)(16)至(19)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，將從光纖射出的激光轉(zhuǎn)換為平行光通量的準(zhǔn)直透鏡布置在光纖與擴(kuò)散構(gòu)件之間。
(21)根據(jù)(16)至(20)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)thetafiber是光纖的可允許的入射角、thetabeam是在光纖的入射端面上的激光的聚光角以及theta是在光纖的入射端面上的光纖的光軸與激光的中心光軸之間形成的角度時(shí)，以下表達(dá)式2表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式14]
(θ+θbeam)≤θfiber ...(表達(dá)式2)。
(22)根據(jù)(16)至(21)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)thetabeam是在光纖的入射端面上的激光的聚光角并且theta是在光纖的入射端面上的光纖的光軸與激光的中心光軸之間形成的角度時(shí)，以下表達(dá)式2-2表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式15]
θ≤θbeam ...(表達(dá)式2-2)。
(23)根據(jù)(18)至(20)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)WA是平行光通量的光束寬度、f是聚光透鏡的焦距、thetafiber是光纖的可允許的入射角以及DA是距光軸的中心的偏移量時(shí)，以下表達(dá)式3表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式16]
(WA/2)+DA≤(fxsin(θfiber)) ...(表達(dá)式3)。
(24)根據(jù)(18)至(20)以及(23)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，當(dāng)WA是平行光通量的光束寬度并且DA是距光軸的中心的偏移量時(shí)，以下表達(dá)式3-2表達(dá)的關(guān)系成立：
[數(shù)學(xué)式17]
(25)根據(jù)(19)、(20)以及(23)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，在垂直于光軸的橫截面上，平行光通量中的每一個(gè)在中心在光軸上的圓中內(nèi)切。
(26)根據(jù)(19)、(20)以及(24)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，在垂直于光軸的橫截面上，平行光通量中的每一個(gè)包括光軸。
(27)根據(jù)(19)、(20)、(25)以及(26)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，從多個(gè)激光源射出的激光的波長至少形成白光。
(28)根據(jù)(16)至(27)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，擴(kuò)散構(gòu)件是擴(kuò)散板或者束光纖。
(29)根據(jù)(16)至(28)中任一項(xiàng)的照明設(shè)備，其中，激光源是半導(dǎo)體激光器和固態(tài)激光器中的一個(gè)。
(30)一種照明方法，包括：
將從至少一個(gè)激光源射出的激光引導(dǎo)至光纖；以及
通過擴(kuò)散元件擴(kuò)散從光纖射出的激光生成二次光源，
其中，激光以相對(duì)于入射端面的法線傾斜的方向入射到光纖的入射端面上。
(31)一種內(nèi)窺鏡，包括：
照明設(shè)備，包括被配置為射出激光的至少一個(gè)激光源、從激光源射出的激光入射到的光纖、以及被配置為通過擴(kuò)散從光纖射出的激光生成二次光源的擴(kuò)散元件，
其中，激光以相對(duì)于入射端面的法線傾斜的方向入射到光纖的入射端面上。
(32)一種照明裝置，包括：
被配置為光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光的光學(xué)裝置，光學(xué)裝置包括：
被配置為對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直的至少一個(gè)準(zhǔn)直器；以及
被配置為擴(kuò)散激光的擴(kuò)散器。
(33)根據(jù)(32)的照明裝置，其中，光學(xué)裝置進(jìn)一步包括：
光纖；以及
被配置為將激光提供至光纖的至少一個(gè)集光器。
(34)根據(jù)(33)的照明裝置，其中，擴(kuò)散器被配置為從光纖直接或者間接地接收激光。
(35)根據(jù)(32)至(34)中任一項(xiàng)的照明裝置，進(jìn)一步包括：
多個(gè)激光源，包括：
第一激光源，被配置為射出第一波長的第一激光；以及
第二激光源，被配置為射出第二波長的第二激光，
其中，光學(xué)裝置被配置為組合第一激光和第二激光以產(chǎn)生照明光。
(36)根據(jù)(35)的照明裝置，其中，多個(gè)激光源進(jìn)一步包括被配置為射出第三波長的第三激光的第三激光源，其中，光學(xué)裝置被配置為組合第一激光、第二激光以及第三激光以產(chǎn)生照明光，其中，照明光包括白光。
(37)根據(jù)(32)至(36)中任一項(xiàng)的照明裝置，其中，光學(xué)裝置被配置為處理激光使得減小照明光中的斑點(diǎn)噪聲。
(38)根據(jù)(32)至(37)中任一項(xiàng)的照明裝置進(jìn)一步包括被配置為接收激光的聚光器。
(39)根據(jù)(38)的照明裝置，其中，聚光器被配置為從擴(kuò)散器接收光。
(40)根據(jù)(38)或者(39)的照明裝置，其中，聚光器被配置為將激光提供至光導(dǎo)。
(41)根據(jù)(32)的照明裝置，其中，光學(xué)裝置進(jìn)一步包括：
光纖；
被配置為將激光提供至光纖的至少一個(gè)集光器；以及
聚光器；
其中，至少一個(gè)準(zhǔn)直器被配置為從光纖接收激光。
(42)根據(jù)(41)的照明裝置，其中，聚光器被配置為將激光提供至光導(dǎo)。
(43)根據(jù)(32)的照明裝置，其中，光學(xué)裝置進(jìn)一步包括：
光纖；以及
至少一個(gè)集光器，被配置為從至少一個(gè)準(zhǔn)直器接收激光并且將激光提供至光纖，
其中，擴(kuò)散器被配置為從光纖接收激光。
(44)根據(jù)(43)的照明裝置，其中，光纖被配置為以相對(duì)于光纖的入射端面的法線傾斜的角接收激光。
(45)根據(jù)(44)的照明裝置，其中，至少一個(gè)準(zhǔn)直器包括準(zhǔn)直透鏡，并且其中，來自準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸與至少一個(gè)集光器的光軸成一直線。
(46)根據(jù)(42)中任一項(xiàng)的照明裝置，其中，至少一個(gè)準(zhǔn)直器包括至少一個(gè)準(zhǔn)直透鏡，并且其中，來自至少一個(gè)準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸相對(duì)于至少一個(gè)集光器的光軸在位置上偏移。
(47)根據(jù)(46)的照明裝置，其中，至少一個(gè)準(zhǔn)直透鏡包括被配置為對(duì)第一波長的第一激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第一準(zhǔn)直透鏡和被配置為對(duì)第二波長的第二激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二準(zhǔn)直透鏡，其中，在來自第一準(zhǔn)直透鏡和第二準(zhǔn)直透鏡的第一激光和第二激光到達(dá)至少一個(gè)集光器的位置處，來自第一準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸相對(duì)于來自第二準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸在位置上偏移。
(48)根據(jù)(32)的照明裝置，其中，至少一個(gè)準(zhǔn)直器是至少一個(gè)第一準(zhǔn)直器，并且照明裝置進(jìn)一步包括：
光纖；
至少一個(gè)集光器，被配置為將激光提供至光纖；以及
至少一個(gè)第二準(zhǔn)直器，被配置為從光纖接收激光，
其中，至少一個(gè)第一準(zhǔn)直器包括被配置為對(duì)第一波長的第一激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第一準(zhǔn)直透鏡和被配置為對(duì)第二波長的第二激光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二準(zhǔn)直透鏡，
其中，在來自第一準(zhǔn)直透鏡和第二準(zhǔn)直透鏡的第一激光和第二激光到達(dá)至少一個(gè)集光器的位置處，來自第一準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸相對(duì)于來自第二準(zhǔn)直透鏡的平行光通量的中心軸在位置上偏移。
其中，擴(kuò)散器被配置為從至少一個(gè)第二準(zhǔn)直器接收激光。
(49)一種醫(yī)療成像系統(tǒng)，包括：
被配置為射出激光的至少一個(gè)激光源；
照明裝置，包括：
光學(xué)裝置，被配置為光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光，光學(xué)裝置包括：
被配置為對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直的至少一個(gè)準(zhǔn)直器；以及
被配置為擴(kuò)散激光的擴(kuò)散器；以及
被配置為接收照明光的醫(yī)療成像設(shè)備。
(50)根據(jù)(49)的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，醫(yī)療成像設(shè)備是內(nèi)窺鏡。
(51)一種照明方法，包括：
光學(xué)地處理激光以產(chǎn)生照明光，至少部分通過：
A)對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直；以及
B)擴(kuò)散激光。
參考符號(hào)列表
1，2，3 照明設(shè)備
100，200，300 激光源
110，210，310 耦合光學(xué)系統(tǒng)
120，220，320 光纖
130，230，330 準(zhǔn)直器
140，240，340 擴(kuò)散器
150，250，350 聚光器
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