CN114711700A - 内窥镜照明装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种内窥镜照明装置及其方法。该内窥镜照明装置包括一光源组件、一光缆组件以及一平面光学元件。该光源组件用于发射照明光。该光缆组件具有一入射端和一出射端，并且该光缆组件的该入射端对应于该光源组件，用于将经由该光源组件发射的该照明光从该入射端传输至该出射端。该平面光学元件被对应地设置于该光缆组件的该出射端，并且该平面光学元件包括一衬底层和至少一超构表面层，其中该至少一超构表面层被叠置地形成于该衬底层，并且每该超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成，用于调控从该光缆组件的该出射端射出的该照明光，以实现大视场范围内的匀光照明效果。

Description

内窥镜照明装置及其方法

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，特别是涉及一种内窥镜照明装置及其方法。

背景技术

内窥镜指的是一种包含图像传感器、光学镜头、照明结构以及机械装置等的检测装置，其能够深入消化道或者其他管道内观察内部的环境并传出图像，以便医生或专业人士做出诊断。医疗内窥镜的图像质量要求很高，这是因为清晰的图像能够让医生和专业人士对患者进行更准确的判断和操作。由于利用内窥镜观测体内腔体或组织时，需要将足够的外部光辐射能量导入体内，否则将难以清晰成像，进而给医生和专业人士的诊断带来困扰，因此大部分内窥镜通常使用由多个光纤组成的光缆进行光辐射能的传输，以提供照明光。此外，为了提升成像效果，内窥镜所提供的照明光需要在照明区域形成均匀的光照效果，并且在大视场角照明的情况下，也能够保证足够的照度。

如图1所示，传统的内窥镜系统通常包括照明光源1P、准直耦合组件2P以及光缆3P，这样该照明光源1P所发射的照明光先通过该准直耦合组件2P被耦合进该光缆3P，并在该光缆3P内通过全反射以传输至该光缆3P的末端后，再照亮所需观察的照明区域(如人体组织或结构)。与此同时，为了满足照明区域的照明均匀、视场角较大等需求，需要在该光缆3P的末端设置匀光照明系统4P，而对于该光缆3P末端的该匀光照明系统4P如何设计，就显得十分关键。

目前，如图2所示，现有的匀光照明系统4P通常是将由多片光学透镜组成的透镜组41P设置于光缆3P末端，使得从该光缆3P末端射出的照明光线通过该透镜组41P进行先汇聚后发散，以在起到匀光效果的同时，也能够扩散照明光的发散角，以扩大光照范围。

然而，该现有的匀光照明系统4P被设置于该光缆3P末端存在诸多问题：一方面，多片光学透镜的组装难度较大，不仅是因为光学透镜的尺寸较小、表面弯曲而难以在装配时保证较高的同轴度，而且还因为该光学透镜的中心难以与该光缆3P的中心对准而存在装配偏差以造成匀光效果不佳；另一方面，由于内窥镜在使用前，往往需对该内窥镜的头部进行高温消毒处理，因此该现有的匀光照明系统4P中的光学透镜之间的配合容易失位，造成该透镜组41P的结构不稳定，大幅地降低照明系统的稳定性。此外，由于该现有的匀光照明系统4P包括了多片光学透镜并被设置于内窥镜的头部，因此该内窥镜的头部重量和体积都比较大，这将给内窥镜的操作带来极大的不便。

发明内容

本发明的一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其能够在对照明光进行匀光处理的同时，还能够对照明光的角度进行调控，以实现大视场范围内的匀光照明效果。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述内窥镜照明装置能够降低内窥镜的组装难度，减小内窥镜的头部尺寸，有助于满足内窥镜的头部小型化、集成化的设计需求。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述内窥镜照明装置能够降低装配工艺的难度，有助于增加结构的稳定性和光学特性的稳定性。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述内窥镜照明装置能够大幅地减少内窥镜的头部重量和尺寸，便于精准地操作内窥镜、减少患者痛苦。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述内窥镜照明装置能够利用超表面结构来调控照明光的角度分布和照明分布，以便在设计上提供了更多维度的参量和极高的灵活性。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述内窥镜照明装置能够实现任意角度范围内的宽视场且均匀的照明，有助于为医生和专业人士提供质量更好的内窥图像，以便对患者进行更准确的判断和操作。

本发明的另一优势在于提供一内窥镜照明装置及其方法，其中，为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的内窥镜照明装置及其方法，同时还增加了所述内窥镜照明装置及其方法的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一内窥镜照明装置，包括：

一光源组件，其中所述光源组件用于发射照明光；

一光缆组件，其中所述光缆组件具有一入射端和一出射端，并且所述光缆组件的所述入射端对应于所述光源组件，用于将经由所述光源组件发射的该照明光从所述入射端传输至所述出射端；以及

一平面光学元件，其中所述平面光学元件被对应地设置于所述光缆组件的所述出射端，并且所述平面光学元件包括一衬底层和至少一超构表面层，其中所述至少一超构表面层被叠置地形成于所述衬底层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成，用于调控从所述光缆组件的所述出射端射出的该照明光。

根据本申请的一实施例，所述光缆组件包括多根光纤，以通过所述光纤的全内反射用于将该照明光从所述入射端传输至所述出射端。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件的所述超构表面层具有与所述光纤一一对应的超表面结构，其中所述超表面结构被设计，用于调控从对应的所述光纤出射的该照明光，以使被调控后的该照明光均覆盖整个照明区域。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件的所述超构表面层中所有的所述超表面结构对该照明光的透射率在整个该照明区域上各处叠加之和保持一致。

根据本申请的一实施例，所述超构表面层中各个所述超表面结构对从对应的所述光纤出射的该照明光的透射率呈错峰状分布。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件与所述光缆组件的所述出射端的端面被间隔地设置。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件被紧密地贴合于所述光缆组件的所述出射端的端面。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件的所述至少一超构表面层包括多个所述超构表面层，其中多个所述超构表面层被叠置于所述衬底层，并且多个所述超构表面层分别被设计用于对不同波长的照明光进行相位补偿。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件进一步包括至少一间隙透光层，其中所述间隙透光层在包覆于一个所述超构表面层的同时，作为相邻的另一个所述超构表面层的衬底。

根据本申请的一实施例，所述光源组件为一白光光源。

根据本申请的一实施例，所述光缆组件进一步包括一准直耦合元件，其中所述准直耦合元件被对应地设置于所述光源组件和所述光缆组件的所述入射端之间的光路中，用于准直经由所述光源组件发射的照明光，并将该照明光耦入该光缆组件。

根据本申请的一实施例，所述平面光学元件的所述超构表面层中的所述微纳天线为纳米柱或纳米鳍。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一内窥镜照明方法，包括步骤：

发射照明光；

传输该照明光至一平面光学元件；以及

经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光照亮照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成。

根据本申请的一实施例，所述传输该照明光至一平面光学元件的步骤，包括步骤：

经由光缆组件的多根光纤，全内反射地传输该照明光。

根据本申请的一实施例，在所述经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光均匀地照亮整个照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成的步骤中：

经由该超构表面层上与该光纤一一对应的超表面结构，调控从对应的该光纤出射的该照明光，以使被调控后的照明光均覆盖整个照明区域。

根据本申请的一实施例，所述经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光均匀地照亮整个照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成的步骤，包括步骤：

经由该平面光学元件中的第一超构表面层对具有第一波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第一波长的照明光覆盖整个照明区域；和

经由该平面光学元件中的第二超构表面层对具有第二波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第二波长的照明光覆盖整个照明区域，其中该第一超构表面层和该第二超构表面层被依次叠置于该衬底层，并且该第一波长不等于该第二波长。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了现有的内窥镜系统的示意图。

图2示出了上述现有的内窥镜系统中匀光照明系统的结构示意图。

图3是根据本发明的一实施例的一内窥镜照明装置的系统示意图。

图4示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置的平面光学元件的结构示意图。

图5示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置中未设置所述平面光学元件的光路示意图。

图6示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置中未设置所述平面光学元件时的光强分布示意图。

图7A示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置中设置所述平面光学元件时的一个示例。

图7B示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置中设置所述平面光学元件时的光强分布示意图。

图8示出了根据本发明的上述实施例的所述平面光学元件的原理示意图。

图9示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明装置中设置所述平面光学元件时的另一个示例。

图10示出了根据本发明的上述实施例的所述平面光学元件的微纳天线为纳米柱的结构示意图。

图11示出了根据本发明的上述实施例的所述平面光学元件的微纳天线为纳米鳍的结构示意图。

图12示出了根据本发明的上述实施例的所述平面光学元件的一个变形实施方式。

图13A是根据本发明的一实施例的一内窥镜照明方法的流程示意图。

图13B示出了根据本发明的上述实施例的所述内窥镜照明方法中步骤之一的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

目前，如图1和图2所示，现有的匀光照明系统4P通常是将由多片光学透镜组成的透镜组41P设置于光缆3P末端，使得从该光缆3P末端射出的照明光线通过该透镜组41P进行先汇聚后发散，以在起到匀光效果的同时，也能够扩散照明光的发散角，以扩大光照范围。然而，该现有的匀光照明系统4P被设置于该光缆3P末端存在诸多问题：一方面，多片光学透镜的组装难度较大，不仅是因为光学透镜的尺寸较小、表面弯曲而难以在装配时保证较高的同轴度，而且还因为该光学透镜的中心难以与该光缆3P的中心对准而存在装配偏差以造成匀光效果不佳；另一方面，由于内窥镜在使用前，往往需对该内窥镜的头部进行高温消毒处理，因此该现有的匀光照明系统4P中的光学透镜之间的配合容易失位，造成该透镜组41P的结构不稳定，大幅地降低照明系统的稳定性。此外，由于该现有的匀光照明系统4P包括了多片光学透镜41P并被设置于内窥镜的头部，因此该内窥镜的头部重量和体积都比较大，这将给内窥镜的操作带来极大的不便。

为了解决上述问题，参考说明书附图之图3至图12所示，根据本发明的一实施例的一种内窥镜照明装置被阐明。具体地，如图3和图4所示，所述内窥镜照明装置1可以包括用于发射照明光的一光源组件10、一光缆组件20以及一平面光学元件30。所述光缆组件20具有一入射端201和一出射端202，其中所述光缆组件20的所述入射端201对应于所述光源组件10，用于将经由所述光源组件10发射的该照明光从所述入射端201传输至所述出射端202。所述平面光学元件30被对应地设置于所述光缆组件20的所述出射端202，并且所述平面光学元件30包括一衬底层31和至少一超构表面层32，其中所述至少一超构表面层 32被叠置地形成于所述衬底层31，并且每所述超构表面层32由亚波长尺度的微纳天线321排列组合而成，用于调控从所述光缆组件20的所述出射端202射出的该照明光，使得该照明光能够在大视场范围内均匀地照明整个照明区域。

值得注意的是，由于本申请的所述内窥镜照明装置1所采用的所述平面光学元件30被实施为由在所述衬底层31上形成的且由亚波长尺度的微纳天线321 排列组合而成的所述超构表面层32，使得所述平面光学元件30能够以平面轮廓就能够完成诸如透镜组等折射光学器件以一定表面曲率才能够实现的光束调控，因此本申请的所述内窥镜照明装置1的组装难度得以大幅地降低，并且即使在对该内窥镜的头部进行高温消毒处理时也不会出现配合失位，有助于大幅地提高内窥镜结构的稳定性。与此同时，相比于传统的透镜组，本申请所采用的所述平面光学元件30的体积更小、重量更轻，并且不需要额外配置用于组装多片透镜的透镜框架，只需将所述平面光学元件30贴合于所述光缆组件20的所述出射端202的端面即可，这对于减小内窥镜的头部尺寸和重量具有显著的效果，有助于满足内窥镜的头部小型化、集成化的设计需求。

根据本申请的上述实施例，所述内窥镜照明装置1的所述光缆组件20包括多根光纤21，而该照明光通过每根所述光纤21的全反射后，在所述光纤21的末端(对应于所述光缆组件20的所述出射端202)均会以一定数值的孔径(或张角)出射。而如果未设置所述平面光学元件30，则所述照明区域中对应于所述光缆组件20中心的部分区域所收到的照明光相对较多，并且所述照明区域中对应于所述光缆组件20边缘的部分区域所收到的照明光相对较少，导致所述照明区域处的光强分布不均匀，会严重影响内窥镜的成像质量。例如，如图5所示，以三根所述光纤21为例，所述照明区域中的1区域会收到全部三根所述光纤21 输出的能量；所述照明区域中的2区域会收到其中两根所述光纤21输出的能量；所述照明区域中的3区域则只能收到其中一根所述光纤21输出的能量，因此所述照明区域内的光强分布极其不均匀，即1区域的光强＞2区域的光强＞3区域的光强。

事实上，由于内窥镜项目所采用的光缆直径通常约为1.8mm，而典型的多模光纤的直径约为50um至60um，因此，如图6所示，本申请的所述光缆组件 20通常会包括数十根光纤，这样在没有使用所述平面光学元件30的情况下，所述照明区域的光强分布将会呈现中间高、边缘低(即越靠近光缆外径处的光强就越低)的特点，这对所述照明区域的有效成像观测是极其不利的。

而本申请的所述内窥镜照明装置1在所述光缆组件20的所述出射端202设置所述平面光学元件30之后，所述平面光学元件30可以通过选取合适的材料和微纳结构，使所述超构表面层32与从所述光缆组件20的所述出射端202射出的该照明光的电磁场发生共振，以引发界面上入射光的相位突变。换言之，所述平面光学元件30的所述超构表面层32中微纳天线的尺寸或分布按照一定规律变化，使得所述照明光(即入射光)的波前可以相应地被调控，以按照设计方向偏转角度。可以理解的是，所述平面光学元件30的所述超构表面层32调控所述照明光时的偏转角度一般不同于正常的折射光，即如图8所示的异常折射光；特别地，所述超构表面层32可以被设计成异常折射光与正常折射光一样在界面法线的同侧，也可以被设计成异常折射光与正常折射光分别在界面法线的不同侧。

示例性地，如图8所示，所述平面光学元件30的所述超构表面层32可以满足如下折射模型：

其中φ为所述超构表面层32所引入的相位变化。

优选地，如图7A和图7B所示，所述平面光学元件30的所述超构表面层32 具有与所述光纤21一一对应的超表面结构320，其中所述超表面结构320被设计，用于调控从对应的所述光纤21出射的照明光，以使被调控后的照明光均覆盖整个所述照明区域。可以理解的是，在对应的所述超表面结构320的调控下，经由每根所述光纤21传输的照明光束的光线偏转角度均能够覆盖整个所述照明区域(即所需照明的范围)，使得经由所述光纤21传输的所有照明光束能够在整个所述照明区域内重叠，以提高所述照明区域的光强分布均匀性。

更优选地，所述平面光学元件30的所述超构表面层32中所有的所述超表面结构320对该照明光的透射率在整个该照明区域上各处叠加之和保持一致(即基本上相等)，以保证所述照明区域各处的光照强度基本一致。

最优选地，如图7B所示，所述光学元件30的所述超构表面层32中各个所述超表面结构320对从对应的所述光纤出射的该照明光的透射率呈错峰状分布，以使所有的所述超表面结构320对该照明光的透射率在整个该照明区域上各处叠加之和保持相等。可以理解的是，所述透射率的分布与光照强度的分布呈正相关，即透射率越大，对应的光照强度就越大。

示例性地，以所述光缆组件20包括三根所述光纤21为例，所述光缆组件 20的所述光纤21与所述平面光学元件30之间的光路如图7A所示，并且所述超构表面层32中所述超表面结构320被设计以使三根所述光纤21所对应的透射率分别按照如图7B所示的曲线1、曲线2以及曲线3进行分布，使得三根所述光纤21出射的照明光在经过所述超构表面层32后透射率的叠加之和一致(即基本相等)，即整个所述照明区域中的不同分区域(如图7A所示的A区域、B区域以及C区域)的光照强度保持均匀一致(如图7B所示的曲线4)。

值得注意的是，由于本申请的所述平面光学元件30的所述超构表面层32 中的超表面结构是对光学近场(即小于波长量级的光程)起到调控作用，因此，在本申请的一示例中，如图7A所示，所述平面光学元件30可以与所述光缆组件 20的所述出射端202的端面被间隔地设置，即所述平面光学元件30可以与所述光缆组件20的所述出射端202的端面之间存在一定间距，有助于在一定程度上增加组装配合的难度和灵活性。当然，在本申请的另一示例中，如图9所示，所述平面光学元件30也可以被紧密地贴合于所述光缆组件20的所述出射端202 的端面，以便进一步缩小内窥镜的头部尺寸。

此外，所述超构表面层32中的所述微纳天线321可以但不限于被实施为纳米柱(如图10所示)或纳米鳍(如图11所示)，以便通过选择调整所述纳米柱的半径或高度，或者调整所述纳米鳍的旋转角度，来调控所述照明光的偏转角度和透射率。

具体地，所述平面光学元件30的所述衬底层31可以但不限于由诸如SiO₂等常见的高透材料制成，并且所述衬底层31的厚度可根据实际需要进行设计，一般可控制在毫米及以下尺度内。而所述平面光学元件30的所述超构表面层32 则可以采用诸如TiO₂等材料制成，并且所述超构表面层32中所述微纳天线321 的尺度一般在波长量级，如百纳米左右。示例性地，所述纳米柱的透射强度和相位分布与其尺寸直接相关，并且相位范围可以覆盖2π，因此本申请的所述内窥镜照明装置1可以根据所需的照度角度分布和强度分布，选择合适的纳米柱尺寸分布，来调控从所述光纤21出射后的照明光，以实现均匀地照亮整个所述照明区域。

值得一提的是，由于不同的人体组织对不同波长的照明光的响应程度是不同的，因此在实际应用时，本申请的所述内窥镜照明装置1的所述光源组件10能够发射不同波长的照明光，如观测血管时，所述光源组件10发射红光进行照明以使观察更明显。而为了满足不同波长的照明光的调控需求，如图12所示，是本申请的上述实施例的所述内窥镜照明装置1的所述平面光学元件30的一个变形实施方式，其中所述平面光学元件30的所述至少一超构表面层32可以包括多个所述超构表面层32，其中所述多个超构表面层32被叠置于所述衬底层31，并且多个所述超构表面层32分别被设计用于对不同波长的照明光进行相位补偿，使得不同波长的照明光在通过所述平面光学元件30后的偏转角都能够达到所需的照明范围，同时也能够满足照明的均匀性要求。

优选地，如图12所示，所述平面光学元件30进一步包括至少一间隙透光层 33，其中所述间隙透光层33在包覆于一个所述超构表面层32的同时，作为相邻的另一个所述超构表面层32的衬底，以便阻断不同层超表面结构之间的光场耦合干扰。值得注意的是，所述间隙透光层33覆盖住所述超构表面层32中所述微纳天线321之间的间隙，并不会影响所述平面光学元件30的透光效率；另外，所述间隙透光层33的厚度也可以被控制在百纳米的波长量级，也不会影响到内窥镜的头部小型化和集成度。

示例性地，如图12所示，所述平面光学元件30的所述至少一超构表面层 32可以包括第一超构表面层32a、第二超构表面层32b以及第三超构表面层33c，其中所述第一超构表面层32a直接被形成于所述衬底层31，并且所述平面光学元件30的所述至少一间隙透光层33可以包括第一间隙透光层33a和第二间隙透光层33b，其中所述第一间隙透光层33a包覆于所述第一超构表面层32a，并且所述第一间隙透光层33a作为所述第二超构表面层32b的衬底，其中所述第二间隙透光层33b包覆于所述第二超构表面层32b，并且所述第二间隙透光层33b作为所述第三超构表面层32c的衬底。可以理解的是，本申请可以通过在所述超构表面层32的超表面结构上旋涂透光材料以形成所述间隙透光层33，使得所述间隙透光层33作为中间层在覆盖前一个所述超构表面层32中所述微纳天线321 之间的间隙的同时，还作为后一个所述超构表面层32的衬底。此外，所述第一超构表面层32a可以对具有第一波长的照明光(如图12中的带箭头实线)进行相位补偿；所述第二超构表面层32b可以对具有第二波长的照明光(如图12中的带箭头虚线)进行相位补偿；所述第三超构表面层32c可以对具有第三波长的照明光(如图12中的带箭头中心线)进行相位补偿，特别是所述第一波长、所述第二波长以及所述第三波长互不相等。

值得一提的是，在本申请的一示例中，所述光源组件10可以但不限于被实施为白光光源，例如，LED、卤素灯或激光光源及其组合，只要符合内窥镜应用场景的照明需求即可。

根据本申请的上述实施例，如图3所示，所述内窥镜照明装置1的所述光缆组件20可以进一步包括一准直耦合元件22，其中所述准直耦合元件22被对应地设置于所述光源组件10和所述光缆组件20的所述入射端201之间的光路中，用于准直经由所述光源组件10发射的照明光，并将所述照明光耦入所述光缆组件20的所述光纤21。

示意性方法

参考说明书附图之图13A和图13B所示，根据本发明的一实施例的一种内窥镜成像方法被阐明。具体地，如图13A所示，所述内窥镜成像方法，可以包括步骤：

S100：发射照明光；

S200：传输该照明光至一平面光学元件30；以及

S300：经由该平面光学元件30调控该照明光，以使被调控后的照明光照亮照明区域，其中所述平面光学元件30包括一衬底层31和被叠置地形成于所述衬底层31的至少一超构表面层32，并且每所述超构表面层32由亚波长尺度的微纳天线321排列组合而成。

值得注意的是，根据本申请的上述实施例，在所述内窥镜成像方法的所述步骤S200中：经由光缆组件20的多根光纤21，全内反射地传输该照明光。

与此同时，在所述内窥镜成像方法的所述步骤S300中：

经由该超构表面层32上与该光纤21一一对应的超表面结构321，调控从对应的该光纤21出射的该照明光，以使被调控后的照明光均覆盖整个照明区域。

值得一提的是，在本申请的一示例中，如图13B所示，所述内窥镜成像方法的所述步骤S300，可以包括步骤：

S310：经由该平面光学元件中的第一超构表面层对具有第一波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第一波长的照明光覆盖整个照明区域；和

S320：经由该平面光学元件中的第二超构表面层对具有第二波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第二波长的照明光覆盖整个照明区域，其中该第一超构表面层和该第二超构表面层被依次叠置于该衬底层，并且该第一波长不等于该第二波长。

将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实施例或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。此处描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所示和/或所述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (16)

1.一内窥镜照明装置，其特征在于，包括：

一光源组件，其中所述光源组件用于发射照明光；

一光缆组件，其中所述光缆组件具有一入射端和一出射端，并且所述光缆组件的所述入射端对应于所述光源组件，用于将经由所述光源组件发射的该照明光从所述入射端传输至所述出射端；以及

一平面光学元件，其中所述平面光学元件被对应地设置于所述光缆组件的所述出射端，并且所述平面光学元件包括一衬底层和至少一超构表面层，其中所述至少一超构表面层被叠置地形成于所述衬底层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成，用于调控从所述光缆组件的所述出射端射出的该照明光。

2.如权利要求1所述的内窥镜照明装置，其中，所述光缆组件包括多根光纤，以通过所述光纤的全内反射用于将该照明光从所述入射端传输至所述出射端。

3.如权利要求2所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件的所述超构表面层具有与所述光纤一一对应的超表面结构，其中所述超表面结构被设计，用于调控从对应的所述光纤出射的该照明光，以使被调控后的该照明光均覆盖整个照明区域。

4.如权利要求3所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件的所述超构表面层中所有的所述超表面结构对该照明光的透射率在整个该照明区域上各处叠加之和保持一致。

5.如权利要求4所述的内窥镜照明装置，其中，所述超构表面层中各个所述超表面结构对从对应的所述光纤出射的该照明光的透射率呈错峰状分布。

6.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件与所述光缆组件的所述出射端的端面被间隔地设置。

7.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件被紧密地贴合于所述光缆组件的所述出射端的端面。

8.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件的所述至少一超构表面层包括多个所述超构表面层，其中多个所述超构表面层被叠置于所述衬底层，并且多个所述超构表面层分别被设计用于对不同波长的照明光进行相位补偿。

9.如权利要求8所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件进一步包括至少一间隙透光层，其中所述间隙透光层在包覆于一个所述超构表面层的同时，作为相邻的另一个所述超构表面层的衬底。

10.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述光源组件为一白光光源。

11.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述光缆组件进一步包括一准直耦合元件，其中所述准直耦合元件被对应地设置于所述光源组件和所述光缆组件的所述入射端之间的光路中，用于准直经由所述光源组件发射的照明光，并将该照明光耦入该光缆组件。

12.如权利要求1至5中任一所述的内窥镜照明装置，其中，所述平面光学元件的所述超构表面层中的所述微纳天线为纳米柱或纳米鳍。

13.一内窥镜照明方法，其特征在于，包括步骤：

发射照明光；

传输该照明光至一平面光学元件；以及

经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光照亮照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成。

14.如权利要求13所述的内窥镜照明方法，其中，所述传输该照明光至一平面光学元件的步骤，包括步骤：

经由光缆组件的多根光纤，全内反射地传输该照明光。

15.如权利要求14所述的内窥镜照明方法，其中，在所述经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光均匀地照亮整个照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成的步骤中：

经由该超构表面层上与该光纤一一对应的超表面结构，调控从对应的该光纤出射的该照明光，以使被调控后的照明光均覆盖整个照明区域。

16.如权利要求13至15中任一所述的内窥镜照明方法，其中，所述经由该平面光学元件调控该照明光，以使被调控后的照明光均匀地照亮整个照明区域，其中所述平面光学元件包括一衬底层和被叠置地形成于所述衬底层的至少一超构表面层，并且每所述超构表面层由亚波长尺度的微纳天线排列组合而成的步骤，包括步骤：

经由该平面光学元件中的第一超构表面层对具有第一波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第一波长的照明光覆盖整个照明区域；和

经由该平面光学元件中的第二超构表面层对具有第二波长的照明光进行相位补偿，以使该具有第二波长的照明光覆盖整个照明区域，其中该第一超构表面层和该第二超构表面层被依次叠置于该衬底层，并且该第一波长不等于该第二波长。

Images