圖27圖示了纖維以正方形圖案的填裝。
[0054] 圖28圖示了近似為圓形的纖維束。
[0055] 圖29A-圖29B圖示了纖維束的另一示例性實(shí)施方式。
[0056] 圖30A-圖30B進(jìn)一步圖示了 29A-圖29B的實(shí)施方式。
[0057] 圖31圖示了扁平纖維束。
[0058] 圖32圖示了另一扁平纖維束。
[0059] 圖33圖示了示例性耦合器。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 許多照明裝置和系統(tǒng)對(duì)輸出的光提供很少的控制。例如，光纖線(xiàn)纜通常僅以固定 角度從遠(yuǎn)端纖維尖端徑向地輸出光。一些光波導(dǎo)更高效地遞送光并且可以更有效地控制光 的提取和遞送，諸如在圖示從光波導(dǎo)10提取光16的圖1中的實(shí)施方式。通常用光纖輸入 12將光輸入到光波導(dǎo)10中，所述光纖輸入12可以耦合至外部光源。所述波導(dǎo)在波導(dǎo)的外 表面上包括棱柱狀表面特征14。棱柱狀表面特征14從波導(dǎo)10提取光16,并將光16導(dǎo)向工 作區(qū)域，諸如術(shù)野或其他目標(biāo)區(qū)域。在美國(guó)專(zhuān)利第2009/0112068號(hào)、第2009/0036744號(hào)、 第 2008/0002426 號(hào)、第 2007/0270653 號(hào)、第 2007/0208226 號(hào)和第 2006/0268570 號(hào)中更詳 細(xì)地描述了棱柱狀表面特征；上述文獻(xiàn)均通過(guò)引用而全文并入于此。通過(guò)控制棱柱狀結(jié)構(gòu) 14的角度和節(jié)距，可以控制從光波導(dǎo)提取的光量相對(duì)于從波導(dǎo)的遠(yuǎn)端尖端出射的光量的比 例。此外，棱柱狀結(jié)構(gòu)的角度和節(jié)距還控制從波導(dǎo)提取的光的方向。圖IB圖示了所提取的 光相對(duì)于波導(dǎo)10的縱軸IOa所成的角度α。因此，相對(duì)于波導(dǎo)的縱軸垂直地提取和控制 光。離開(kāi)圖IA中的棱柱狀結(jié)構(gòu)14的光將會(huì)在橫向或側(cè)向方向上自然發(fā)散。相對(duì)于波導(dǎo)的 縱軸10a，該方向可被稱(chēng)為是水平的，或者稱(chēng)為橫向發(fā)散，并且如在圖IB中所見(jiàn)，為角度β。 盡管這些光波導(dǎo)是有前景的，但它們目前僅沿著一個(gè)方向從光波導(dǎo)提取光和將其導(dǎo)向工作 區(qū)域。光在其他方向上自然發(fā)散。通過(guò)在兩個(gè)方向上提取光和對(duì)其進(jìn)行引導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)工 作區(qū)域的更有效照明。優(yōu)選地，可以相對(duì)于光波導(dǎo)的縱軸垂直地和水平地控制光，并且甚至 更優(yōu)選地，在兩個(gè)方向上彼此獨(dú)立地控制光。圖IB圖示了離開(kāi)波導(dǎo)10的光16,并且突出顯 示了光的垂直方向或角度α以及水平或橫向發(fā)散角β。這兩個(gè)方向或角度均可由波導(dǎo)上 的表面特征來(lái)控制，以提供對(duì)工作視野的更好的光照。
[0061] 提供具有棱柱狀結(jié)構(gòu)的波紋狀光波導(dǎo)允許在兩個(gè)方向上控制光的提取和方向。例 如，圖3Α圖不了具有凹形內(nèi)表面34和凸形外表面36的光波導(dǎo)32。如圖1中那樣的水平 定向的棱鏡在第一方向上提取和控制光，該第一方向橫向于波導(dǎo)的縱軸（也稱(chēng)為相對(duì)于縱 軸垂直）。還可以調(diào)整光波導(dǎo)的內(nèi)表面和外表面的曲率半徑，從而控制從波導(dǎo)提取的光的 橫向或側(cè)向發(fā)散（也稱(chēng)為相對(duì)于縱軸的水平方向或發(fā)散）。通常，曲率半徑越小，光的發(fā)散 就越少，并且類(lèi)似地，曲率半徑越大，光的發(fā)散就越多。在圖3Α中，光將會(huì)比圖1更多地橫 向發(fā)散，這是由于其上安置了棱柱狀結(jié)構(gòu)38的凸形外表面而造成的。圖4圖示了波紋狀波 導(dǎo)42的相似實(shí)施方式，不同之處在于棱柱狀結(jié)構(gòu)48安置于凹形表面上而不是凸形表面44 上。因此在圖4中，所提取的光將會(huì)比圖1的實(shí)施方式更為會(huì)聚。調(diào)整波導(dǎo)的形狀或半徑 以便創(chuàng)造出凸形或凹形的波導(dǎo)，從而允許在兩個(gè)方向上對(duì)光的控制。圖3Β圖示了備選實(shí)施 方式，其中波導(dǎo)32b為D形，并且水平棱鏡38b優(yōu)選地安置于波導(dǎo)的彎曲的D形部分33上。 因此，棱鏡垂直地控制所提取的光，并且D形形狀控制水平發(fā)散。在其他實(shí)施方式中，可以 將水平棱鏡安置于D形形狀的平坦部分上。
[0062] 調(diào)整波導(dǎo)的輪廓可以導(dǎo)致形成單一柱鏡，諸如通過(guò)圖3B中的D形波導(dǎo)所看到的那 樣。多個(gè)柱鏡進(jìn)一步允許對(duì)光的控制。因此，除了調(diào)整波導(dǎo)的輪廓以控制光之外，可以使用 諸如垂直棱鏡或柱鏡等垂直定向的表面特征來(lái)控制光的側(cè)向發(fā)散。因此，將水平結(jié)構(gòu)與垂 直結(jié)構(gòu)相結(jié)合允許在兩個(gè)方向上提取和控制光?？梢詫⑺浇Y(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)結(jié)合于波導(dǎo)的 一個(gè)面上，但這對(duì)側(cè)向發(fā)散僅具有有限的作用。因此，使水平結(jié)構(gòu)位于波導(dǎo)的一個(gè)表面上并 使垂直結(jié)構(gòu)位于波導(dǎo)的相對(duì)表面上是更有效的。
[0063] 圖5A-圖5C圖示了光波導(dǎo)52的示例性實(shí)施方式，其具有位于波導(dǎo)的前面和后面 上的光提取和控制特征。圖5A突出顯示了波導(dǎo)的后表面上的垂直柱鏡特征。水平棱柱狀結(jié) 構(gòu)56安置于前表面上。因此，棱柱狀結(jié)構(gòu)56相對(duì)于波導(dǎo)的縱軸垂直地提取光并控制光的 方向，而垂直柱鏡54控制光的側(cè)向或水平發(fā)散。垂直柱鏡可以是凸形或凹形的。優(yōu)選地， 垂直柱鏡是凹形的，這是因?yàn)樗鼈儗?duì)于控制光的側(cè)向發(fā)散具有最大的作用。圖5B更清楚地 圖示了位于波導(dǎo)52的前表面上的水平棱鏡56,并且圖5C更清楚地圖示了位于波導(dǎo)52的后 表面上的柱鏡54。
[0064] 圖6圖示了用于在兩個(gè)方向上控制光的提取和方向的波導(dǎo)的另一示例性實(shí)施方 式。波導(dǎo)62包括優(yōu)選地安置于波導(dǎo)的后表面上的水平定向的和垂直定向的柱鏡64 (或者， 它們可以安置于波導(dǎo)的前表面上）。水平和垂直柱鏡形成用于控制所提取的光的枕狀凸起。 所述枕狀物可以是凸形或凹形的。
[0065] 表而特征構(gòu)塑
[0066] 本文所公開(kāi)的任何波導(dǎo)均可具有光提取特征，所述光提取特征具有與以下的示例 性實(shí)施方式相似或相同的幾何結(jié)構(gòu)和/或尺寸。
[0067] A.棱柱狀結(jié)構(gòu)。棱柱狀結(jié)構(gòu)的厚度、升起物角度和提取角度有無(wú)限種組合，并且一 個(gè)大小并不一定適合于所有。正確的提取面大小可能取決于多個(gè)因素，包括波導(dǎo)的厚度、提 取角度和升起物表面角度，以及可允許的因散射造成的光損失。
[0068] 溝槽深度（在此為升起物的頂部與出射面的底部之間的距離）優(yōu)選地不超過(guò)部件 厚度的1/3到1/5。如果溝槽過(guò)深，超過(guò)部件的總厚度的1/3,則塑性流動(dòng)可能受到限制， 并且可能由于高內(nèi)部應(yīng)力、翹曲以及部件可能過(guò)脆而難以注塑成型該部件。例如，對(duì)于1_ 厚的部件，溝槽深度優(yōu)選地不深于0. 33mm。對(duì)于2. 5mm厚的波導(dǎo)，溝槽深度優(yōu)選地不深于 0.83_。圖18-圖19圖示了在棱柱狀光提取結(jié)構(gòu)中形成階梯狀臺(tái)階的升起物（riser)和 出射面。每個(gè)臺(tái)階具有升起物和出射面?？梢允褂酶鞣N基準(zhǔn)線(xiàn)或基準(zhǔn)面來(lái)測(cè)量升起物和出 射面角度。例如，可以使用平行于部件的后表面的平面來(lái)測(cè)量升起物角度，并且可以使用垂 直于部件的頂面的另一平面來(lái)測(cè)量出射面角度。
[0069] 溝槽深度可以是任何深度，但至少由于以下原因而優(yōu)選地為部件厚度的1/3到 1/5。每個(gè)溝槽具有凸峰和凹谷，所述凸峰和凹谷各自具有半徑。凸峰的半徑和凹谷的半徑 是基于用于制造部件的工具或用于切割部件或模具的工具以及/或基于在部件的模塑期 間半徑的填充特性而確定的。因此，在溝槽的基部和凸峰處，表面是圓潤(rùn)的。在部件的制造 期間，諸如在注塑成型期間，如果半徑過(guò)小，則聚合物可能難以流入并完全填充溝槽。大約 5微米或6微米或者更大的曲率半徑對(duì)于凸峰半徑和凹谷半徑都是合理的。由于凸峰半徑 和凹谷半徑無(wú)論提取特征的尺寸大小都保持固定，因此對(duì)于非常小的溝槽，凸峰半徑和凹 谷半徑占據(jù)溝槽的較大部分，并且因而溝槽可能不會(huì)得到適當(dāng)填充。例如，假定凸峰和凹谷 上的5微米或6微米的半徑以及20微米的溝槽，則10微米到12微米被半徑所占用。然 而，對(duì)于較大的溝槽，溝槽被半徑占用的百分比可忽略不計(jì)，并且因此溝槽的更多部分將會(huì) 得到適當(dāng)填充。例如，如果溝槽為1_，則溝槽的少得多的部分被半徑占用。
[0070] 為了確定最小溝槽寬度，選擇可接受的散射百分比，并繼而計(jì)算可接受的最小溝 槽寬度。溝槽深度應(yīng)當(dāng)足夠深以使得在優(yōu)選實(shí)施方式中，不超過(guò)5%到10%的表面積被溝 槽的凸峰半徑和凹谷半徑所占用。實(shí)際上，占用更少是優(yōu)選的。在下面的示例中，使用5% 的可接受散射，并且優(yōu)選的溝槽寬度估計(jì)為〇. 〇64mm作為溝槽寬度?？山邮苌⑸涞姆秶鷥?yōu) 選地從約1%到約5%，并且可以量化為總共的升起物半徑和凹谷半徑與總溝槽寬度之比。 以下的計(jì)算基于5%的散射，但亦可使用任何散射值并且優(yōu)選地使用1 %與5%之間的任何 值而重復(fù)該計(jì)算。
[0071] 以下示例說(shuō)明了有關(guān)棱柱狀結(jié)構(gòu)的尺寸的各種計(jì)算。考慮具有固定的15度的升 起物角度和90度的提取角度（垂直）的簡(jiǎn)單溝槽。假定溝槽具有在其基部處的凹谷半徑， 正確形成的溝槽的長(zhǎng)度，以及在尖端處的凸峰半徑，以及以下各項(xiàng)： A =升起物角度 Rv =凹谷半徑=0. 006mm Rp =凸峰半徑=〇· 006mm W =總溝槽寬度 H =溝槽高度 L =可允許損失=5% T =波導(dǎo)厚度=Imm
[0072] 等式（1)、（2)和（3)允許對(duì)每個(gè)溝槽的最小推薦長(zhǎng)度和高度的計(jì)算。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于照明術(shù)野的外科手術(shù)器械，所述器械包括： 光波導(dǎo)，其用于通過(guò)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，其中 所述光波導(dǎo)具有前表面和后表面；以及 一個(gè)或多個(gè)控制元件，其安置于所述前表面和/或所述后表面上，其中所述一個(gè)或多 個(gè)控制元