用于控制光的光學(xué)性質(zhì)的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于控制光的光學(xué)性質(zhì)的方法和設(shè)備 奪叉引用
[0001] 本申請(qǐng)是提交于2012年9月24日的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/705,027號(hào)（代理 人案號(hào)40556-726. 101)的非臨時(shí)申請(qǐng)并要求其權(quán)益；上述申請(qǐng)通過引用而全文并入于此。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)目標(biāo)區(qū)域照明以允許操作者更清晰地觀察目標(biāo)區(qū)域可能是具有挑戰(zhàn)性的。由頭 燈或壁掛式燈提供的外部光照需要不斷的調(diào)整，并且仍然可能在目標(biāo)區(qū)域中投下不需要的 陰影。此外，這些照明方法可能無法照明深居于表面之下的目標(biāo)區(qū)域。可以將光纖耦合至工 具以幫助照明目標(biāo)區(qū)域，但光纖系統(tǒng)在傳輸光方面可能效率較低，并且由此造成的光損失 顯著減少了遞送到目標(biāo)區(qū)域的光量。通過提供強(qiáng)大的光源可以做出克服光傳輸?shù)牡托实?嘗試，但這可能導(dǎo)致過度發(fā)熱，并且在一些情況下這會(huì)導(dǎo)致起火。除了與提供對(duì)工作區(qū)域的 充足照明相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)之外，照明系統(tǒng)必須能夠進(jìn)入狹小的空間而不占據(jù)很大的體積一一 該體積本來是工具或操作者的手所需要的，或者除此之外是查看工作區(qū)域所需要的。照明 裝置和系統(tǒng)還必須能夠與所使用的工具協(xié)同地相互作用并符合于在其中使用它們的空間。
[0003] 因此，仍然需要高效地遞送光并提供優(yōu)質(zhì)光以照明工作區(qū)域的改進(jìn)的光照裝置和 系統(tǒng)。這樣的光照裝置和系統(tǒng)優(yōu)選地具有小的輪廓，從而使它們可以容易地定位在工作區(qū) 域中并符合于該區(qū)域，而不占據(jù)過多的空間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，光照裝置和系統(tǒng)可以用 于外科手術(shù)應(yīng)用以照明術(shù)野（surgical field)，并且它們可以與其他外科手術(shù)器械協(xié)同使 用，所述外科手術(shù)器械諸如是保持組織遠(yuǎn)離工作區(qū)域的牽開器，或者是從術(shù)野移除不需要 的流體和碎片的吸棒。本文所描述的示例性實(shí)施方式將會(huì)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)中的至少一些目 標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明總體上涉及用于照明區(qū)域的器械，并且優(yōu)選地可以涉及用于照明術(shù)野的器 械。
[0005] 在本發(fā)明的第一方面，一種用于照明術(shù)野的外科手術(shù)器械包括光波導(dǎo)，該光波導(dǎo) 用于通過全內(nèi)反射從所述光波導(dǎo)的近端向所述光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端傳輸光。所述光波導(dǎo)具有前表 面和后表面。所述外科手術(shù)器械還具有安置于所述前表面和/或所述后表面上的一個(gè)或多 個(gè)控制元件，所述一個(gè)或多個(gè)控制元件從所述光波導(dǎo)提取光并且獨(dú)立地控制所提取的光的 兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)性質(zhì)。所述控制元件可以是所述波導(dǎo)上的表面特征，并且因此在本說明 書中還可以稱為表面特征。然而，這并不旨在限制，并且因此所述控制元件并不一定是表面 特征。
[0006] 所述光波導(dǎo)可以是非光纖光波導(dǎo)，并且可以由單一均質(zhì)材料形成。所述一個(gè)或多 個(gè)控制元件可以包括安置于所述前表面上的第一表面特征和安置于所述后表面上的第二 表面特征。所述兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)性質(zhì)可以包括第一光學(xué)性質(zhì)和第二光學(xué)性質(zhì)。所述第一 光學(xué)性質(zhì)可以包括第一方向或第一發(fā)散角（divergence angle)，并且所述第二光學(xué)性質(zhì)可 以包括第二方向或第二發(fā)散角，并且所述第一表面特征在所述第一方向或所述第一發(fā)散角 上控制所提取的光，并且所述第二表面特征在所述第二方向或所述第二發(fā)散角上控制所提 取的光。所述一個(gè)或多個(gè)控制元件可以包括安置于所述前表面上的一個(gè)或多個(gè)前面控制元 件，以及安置于所述后表面上的一個(gè)或多個(gè)后面控制元件。所述前面控制元件可以獨(dú)立于 控制所述第二光學(xué)性質(zhì)的所述一個(gè)或多個(gè)后面控制元件而控制所述第一光學(xué)性質(zhì)。所述一 個(gè)或多個(gè)控制元件中的至少一些控制元件可以同時(shí)控制所述第一光學(xué)性質(zhì)和所述第二光 學(xué)性質(zhì)，并且它們可以安置于所述前表面上或后表面上或全部?jī)蓚€(gè)表面上。所述第一控制 元件可以不同于所述第二控制元件。所述一個(gè)或多個(gè)控制元件可以包括棱柱狀圖案、多個(gè) 刻面（facet)，或者柱狀透鏡（lenticular lens)。
[0007] 所述棱柱狀圖案可以包括厚度、升起物和出射面，以及具有從所述升起物頂部延 伸至所述出射面底部的深度的溝槽。溝槽深度可以小于所述光波導(dǎo)的厚度的1/3。所述溝 槽深度沿著所述棱柱狀圖案可以是恒定的。所述光波導(dǎo)可以包括多個(gè)溝槽，并且所述多個(gè) 溝槽可以符合于非球面等式。所述棱柱狀圖案可以具有小于Imm的節(jié)距，并且所述升起物 可以具有〇度到25度的升起物角度。所述出射面可以具有0度到25度的出射面角度。所 述棱柱狀圖案可以正交于所述光波導(dǎo)的縱軸。
[0008] 所述控制元件可以包括安置于所述前表面或所述后表面上的多個(gè)刻面。一個(gè)或多 個(gè)控制元件可以包括柱狀透鏡，所述柱狀透鏡可以平行于所述光波導(dǎo)的所述縱軸。所述光 波導(dǎo)的所述前表面可以基本上是平面的，并且所述后表面可以包括具有節(jié)距和半徑的凹形 或凸形柱狀透鏡。所述節(jié)距和半徑可以控制通過透鏡并相對(duì)于所述光波導(dǎo)的所述縱軸提取 的光的橫向發(fā)散。
[0009] 所述光波導(dǎo)可以包括縱軸，并且所述第一方向可以橫向于所述縱軸。所述第一光 學(xué)性質(zhì)可以包括第一方向或第一發(fā)散角，并且所述第一方向或所述第一發(fā)散角可以橫向于 所述縱軸。所述第一方向或第一發(fā)散角可以相對(duì)于所述縱軸形成角度。所述第二光學(xué)性質(zhì) 可以包括第二方向或第二發(fā)散角，并且所述第二方向或第二發(fā)散角可以橫向于所述第一方 向。所述第二方向或所述第二發(fā)散角可以相對(duì)于所述縱軸形成發(fā)散角。
[0010] 所述一個(gè)或多個(gè)控制元件可以包括平行于所述光波導(dǎo)的所述縱軸定向的第一組 表面特征和橫向于所述縱軸定向的第二組表面特征，所述第一組表面特征用于控制在橫向 于所述縱軸的方向上的光提取，而所述第二組表面特征用于控制在相對(duì)于所述縱軸形成角 度的方向上的光提取。所述第一組表面特征和所述第二組表面特征可以彼此一起安置于所 述光波導(dǎo)的同一表面上。所述一個(gè)或多個(gè)控制元件可以包括由在第一方向和與所述第一方 向相反的第二方向上定向的特征的組合所形成的表面特征。所述控制元件可以形成安置于 所述前表面或所述后表面上的一個(gè)或多個(gè)凸起或枕狀物。所述一個(gè)或多個(gè)凸起控制在兩個(gè) 方向上或者在兩個(gè)發(fā)散角上提取的光。所述光波導(dǎo)的所述前表面或所述后表面可以包括用 于控制從所述光波導(dǎo)提取的光的發(fā)散角的凸形區(qū)或凹形區(qū)，并且所述前表面或所述后表面 中的另一個(gè)可以基本上是平面的。所述光波導(dǎo)可以包括成角度的遠(yuǎn)端尖端，該遠(yuǎn)端尖端用 于捕獲未被所述一個(gè)或多個(gè)表面特征提取的剩余的光。所述尖端可以是成角度的、平坦的， 或者具有其他構(gòu)型。此外，所述尖端可以具有諸如微特征等表面特征，所述微特征包括棱 鏡、微透鏡、刻面，或者用于控制離開所述光波導(dǎo)的遠(yuǎn)端尖端的光的其他構(gòu)型。所述一個(gè)或 多個(gè)表面特征可以包括安置于所述前表面上的表面特征和安置于所述后表面上的表面特 征。位于所述前表面上的表面特征可以控制所述第一光學(xué)性質(zhì)，并且位于所述后表面上的 表面特征可以控制所述第二光學(xué)性質(zhì)?？梢栽谒銮氨砻婊蚝蟊砻嫔习仓猛繉踊虬鼘?。所 述涂層或包層可以具有比所述波導(dǎo)的折射率更低的折射率。
[0011] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于照明術(shù)野的方法包括提供具有前表面和后表面 的光波導(dǎo)，向所述光波導(dǎo)中輸入光，以及通過全內(nèi)反射經(jīng)所述光波導(dǎo)傳輸光。所述方法還包 括經(jīng)由安置于所述光波導(dǎo)的所述前表面或后表面上的一個(gè)或多個(gè)控制元件從所述光波導(dǎo) 提取光，并且控制從所述光波導(dǎo)提取的光用所述一個(gè)或多個(gè)表面特征來控制所提取的光的 至少兩種光學(xué)性質(zhì)。所述兩種光學(xué)性質(zhì)可以包括兩個(gè)方向或兩個(gè)發(fā)散角，以便使光照明所 述術(shù)野。
[0012] 輸入光可以包括將所述光波導(dǎo)與光源光學(xué)地親合起來。光學(xué)地親合可以包括將所 述光波導(dǎo)與光纖耦合起來。所述一個(gè)或多個(gè)控制元件可以僅安置于所述光波導(dǎo)的所述前表 面上或者僅安置于所述后表面上?？刂扑崛〉墓饪梢园刂扑崛〉墓庀鄬?duì)于所述光 波導(dǎo)的縱軸的水平發(fā)散和垂直發(fā)散。
[0013] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于照明術(shù)野的外科手術(shù)器械包括第一光波導(dǎo)和第 二光波導(dǎo)。所述波導(dǎo)被配置用于通過全內(nèi)反射從光源向所述術(shù)野傳輸光，并且所述光波導(dǎo) 具有面向所述術(shù)野的前表面和與之相反的后表面。所述外科手術(shù)器械還包括耦合元件，該 耦合元件同時(shí)附接至所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)。所述耦合元件具有縱軸，并且所 述第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)可相對(duì)于彼此移動(dòng)并且可繞所述縱軸樞轉(zhuǎn)。
[0014] 所述耦合元件可以允許所述第一光波導(dǎo)相對(duì)于所述第二光波導(dǎo)的定位，以便使這 兩個(gè)光波導(dǎo)之間的角度或曲率半徑是可調(diào)整的。所述第一光波導(dǎo)或所述第二光波導(dǎo)可以包 括安置于所述前表面或所述后表面中的任一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)控制元件，并且所述一個(gè)或 多個(gè)控制元件從所述光波導(dǎo)提取光并控制所提取的光的第一光學(xué)性質(zhì)。所述一個(gè)或多個(gè)控 制元件還可以從所述光波導(dǎo)提取光并控制所提取的光的第二光學(xué)性質(zhì)。
[0015] 所述外科手術(shù)器械可以進(jìn)一步包括牽開器刀片，該牽開器刀片具有內(nèi)表面和外表 面，并且耦合至所述第一光波導(dǎo)或所述第二光波導(dǎo)。所述第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)可以符 合于所述牽開器刀片的所述內(nèi)表面或所述外表面，或者符合于任何其他襯底，諸如可塑背 襯。所述牽開器刀片可以包括管狀套管，并且所述第一光波導(dǎo)或所述第二光波導(dǎo)可以包括 平