專利名稱：便攜式眼用光治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光治療裝置，更具體地涉及一種用于治療因光缺陷而造成的疾病和癥狀的便攜式眼用光治療裝置。
背景技術(shù)：
據(jù)估計(jì)，在北美及西歐，有高達(dá)30%的人患有季節(jié)性情緒失調(diào)癥(kasonal Affective Disorder，SAD，一種主要的抑郁癥)或在冬季出現(xiàn)輕度憂郁；在中國，受SAD影響的人口比例也很高。同時(shí)，中國以及世界各地有數(shù)以百萬計(jì)的人經(jīng)受著體內(nèi)生理節(jié)律 (或稱“生物鐘”)紊亂的困擾。造成生物鐘紊亂的因素有很多，其中包括工作換班、旅行時(shí)差以及各種睡眠失調(diào)。此外，在中國及世界各地，眾多兒童和青少年存在著諸如認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)能力下降以及近視等嚴(yán)重的健康問題，同時(shí)數(shù)百萬的成年人還遭受著包括化療相關(guān)的疲勞、產(chǎn)前和產(chǎn)后抑郁、外傷后心理壓力障礙(PTSD)、注意力缺陷多動(dòng)障礙(ADHD)、焦慮癥以及肥胖癥在內(nèi)的一系列疾病，而造成這些健康問題、醫(yī)學(xué)疾病以及其它這里未列出的狀況的全部或部分原因被認(rèn)為是因現(xiàn)代生活方式造成在日常生活中受到日光照射不足而導(dǎo)致人們體內(nèi)生物鐘紊亂。研究表明，延長光照時(shí)間和/或充分暴露于明亮光線特定時(shí)間是治療上述疾病和病癥的重要手段。因此，已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)的光治療裝置。例如，美國專利US6875225公開了一種用于治療因光缺陷而引起的疾病和病癥及其它狀況的裝置，該裝置體積小、重量輕、易于攜帶，特別適用于通過眼睛進(jìn)行光治療，即通過進(jìn)入眼睛的亮光來施加生理和/或心理上的治療。在US6875225中，光治療裝置采用多個(gè)發(fā)光二極管(LED)作為光源。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提供均勻、更舒適(不眩目)的光照效果，大多數(shù)LED眼用光治療裝置還包括菲涅耳透鏡(Fresnel lens)陣列和散光板，其中LED發(fā)射出的光線通過設(shè)置在LED上方的菲涅耳透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，然后經(jīng)由菲涅耳透鏡上方的散光板散射形成均勻分布的光線。此光治療裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是，盡管其厚度可以控制在40mm以內(nèi)，但仍然無法滿足對(duì)這類裝置日益增長的小巧輕薄的要求。通常，情緒性或精神性疾病的患者往往不愿意被別人知曉其患病事實(shí)，這使其對(duì)在公共場合使用光治療裝置有所顧忌。只有把該裝置制造得更加輕薄便攜并且將其外觀設(shè)計(jì)成不像醫(yī)療器械，即使在使用過程中也不易被別人察覺，才能消除用戶的顧忌。因此，目前對(duì)此光治療裝置的尺寸存在更高的要求，特別是期望其總體厚度不超過20mm?，F(xiàn)有裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)是，除了作為光源的LED陣列以及用于校準(zhǔn)光線的菲涅耳透鏡陣列之外，該裝置還包括散光板。散光板的作用是調(diào)節(jié)照射在用戶面部的光線區(qū)域 (“光治療窗口”)的尺寸，并提高光均勻性。然而，由于這種設(shè)置方式利用了額外的光學(xué)元件，對(duì)光線造成了進(jìn)一步的損耗，從而導(dǎo)致該裝置的總體光學(xué)效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種便攜式眼用光治療裝置，該裝置具有更小的尺寸，
3特別地，其厚度不超過20mm。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種便攜式眼用光治療裝置，該裝置具有更高的光學(xué)效率。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的光治療裝置的前述缺陷而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，可以通過以下技術(shù)手段來減小光療裝置的厚度1)采用本身高度更小的表面封裝LED作為光源；2)增大LED的發(fā)光角度，從而減小LED與菲涅耳透鏡間的距離；3)通過恰當(dāng)?shù)剡x擇LED發(fā)光面積和菲涅耳透鏡的焦距來優(yōu)化“光治療窗口”，從而省略其它光學(xué)元件，例如散光板?；诖?，在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種便攜式眼用光治療裝置，包括基板； 表面貼裝在所述基板上的發(fā)光二極管陣列，其中所述發(fā)光二極管具有60-130°、優(yōu)選 100-130°的發(fā)光角度；位于所述發(fā)光二極管陣列上方的菲涅耳透鏡陣列，其中所述菲涅耳透鏡與所述發(fā)光二極管在空間上相匹配；以及殼體，所述殼體設(shè)有供光線從其中射出的開盡管從減小裝置厚度的角度來說，可以省略散光板，但為了進(jìn)一步優(yōu)化光學(xué)性能， 本發(fā)明的裝置也可以包括附加光學(xué)元件，例如散光板或弱透鏡。因此，在一種實(shí)施方式中， 本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置還包括設(shè)置在菲涅耳透鏡陣列上方的散光板。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置還包括設(shè)置在菲涅耳透鏡陣列上方的弱透鏡。根據(jù)本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置，其中使用的表面封裝LED的發(fā)光面積的直徑為l_3mm ；使用的菲涅耳透鏡的焦距為4-8mm，直徑為10_30mm。在一種實(shí)施方式中，菲涅耳透鏡為六角形。本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置，具有厚度薄、體積小的優(yōu)點(diǎn)。而且，由于LED發(fā)光經(jīng)過菲涅耳透鏡后直接照射用戶，提高了光利用效率。此外，由于省略了諸如散光板之類的附加光學(xué)元件，降低了制造成本并減輕了裝置的重量。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的便攜式眼用光治療裝置的光學(xué)組件示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的光學(xué)組件示意圖；圖3為根據(jù)圖2所示實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的光路示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的LED陣列和菲涅耳透鏡陣列的排列方式；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)說明的是，附圖和詳細(xì)描述被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的便攜式眼用光治療裝置的光學(xué)組件示意圖。如圖1所示，光學(xué)組件包括基板11、安裝在基板11的LED陣列12、位于LED陣列12上方的菲涅耳透鏡陣列13以及位于菲涅耳透鏡陣列上方的散光板14。其中，LED陣列12可由M個(gè)LED組成(圖中僅示出兩個(gè)LED)，每個(gè)LED具有約50°的發(fā)光角度，例如可以使用日本Nichia公司的NSPW510BS型LED。與LED陣列12相對(duì)應(yīng)，菲涅耳透鏡陣列13由M個(gè)菲涅耳透鏡組成。 菲涅耳透鏡陣列13對(duì)LED陣列12所發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直，經(jīng)過準(zhǔn)直的光線通過散光板14 均勻地照射在用戶面部的特定區(qū)域(“光治療窗口”)。采用圖1所示配置方式的光學(xué)組件具有大約25mm的厚度，該厚度是指從基板11 底部到散光板14頂部的距離(見圖1)。如果加上必要的外殼，該裝置的總厚度將會(huì)達(dá)到 30-40mm。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的光學(xué)組件示意圖。 如圖2所示，在這種實(shí)施方式中，使用表面封裝LED陣列22 (圖中僅示出兩個(gè))作為光源， 這種LED本身的高度較小并且直接表面封裝在基板21上，這在一定程度上對(duì)減小裝置厚度具有貢獻(xiàn)。另外，增大LED的發(fā)光角度可以進(jìn)一步壓縮LED陣列22與菲涅耳透鏡陣列23之間的距離，原因在于照明面積保持一致的前提下，LED的發(fā)光角度越大，所需的菲涅耳透鏡到LED的相距空間越小。從LED陣列22發(fā)射出的光線經(jīng)過菲涅耳透鏡陣列23準(zhǔn)直后直接投射到用戶面部，而無需在菲涅耳透鏡陣列23上方再設(shè)置散光板。通過恰當(dāng)?shù)剡x擇LED發(fā)光面積以及菲涅耳透鏡的焦距，以使從LED陣列22發(fā)出的光線中有相當(dāng)大的一部分被高效率地傳遞到明確定義的“光治療窗口”。圖3為根據(jù)圖2所示實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的光路示意圖。為了便于說明，圖3僅以一個(gè)表面封裝LED為例，實(shí)際上“光治療窗口，，是多個(gè)LED所形成圖像的疊加合成效果。在圖3中，表面封裝在基板31上的LED 32所發(fā)出的光通過菲涅耳透鏡33校準(zhǔn)后投射形成光治療窗口 34。在本實(shí)施方式中，所使用的LED是日本Nichia公司制造的NSSW0664型LED，其發(fā)光角度為120°，發(fā)光面積的直徑為2. 4mm ；菲涅耳透鏡的直徑約為24mm，焦距約為6mm。用戶面部與光治療裝置之間的距離約為600mm，所形成的光治療窗口的直徑約為MOmm。根據(jù)本實(shí)施方式，由于光線被高效地集中到所定義的“光治療窗口”，因此當(dāng)用戶的眼睛處于“光治療窗口”內(nèi)部時(shí)，可以看到透鏡陣列23的每個(gè)菲涅耳透鏡均被對(duì)應(yīng)的LED 的虛像所填充，LED的虛像如同發(fā)光面積更大的次級(jí)光源，故具有足夠的亮度；而當(dāng)用戶的眼睛移出“光治療窗口”時(shí)，用戶能感受到所見光線的亮度立即降至較低水平。本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)。首先，從基板21底部到菲涅耳透鏡23頂部的距離約為10mm，如圖2所示，因此可以制成更薄的光治療裝置。其次，由于光線匯集效率高并且所匯集的光線幾乎全部投射到所定義的光治療窗口，因此所需的LED輸出功率被降至最低，從而提高了整個(gè)裝置的總體效率。再次，諸如散光板之類的其它光學(xué)元件的省略導(dǎo)致制造成本的降低以及裝置重量的減輕。最后，因?yàn)榉颇哥R被光線充滿且分布均勻，故可以最大程度地消弱眩光，使用戶眼睛免受傷害。一般而言，光治療裝置中所使用的發(fā)光元件的數(shù)量可為10-15個(gè)或者更多，其中每個(gè)發(fā)光元件產(chǎn)生相似的LED圖像，從而對(duì)整個(gè)光治療窗口作出貢獻(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。LED陣列存在多種排列方式，例如六角形排列。菲涅耳透鏡陣列的排列方式可以在空間上與LED陣列匹配對(duì)應(yīng)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的LED陣列和菲涅耳透鏡陣列的排列方式示意圖。根據(jù)圖4，LED陣列由13個(gè)表面封裝LED構(gòu)成， 每個(gè)LED位于每個(gè)六角形的中心區(qū)域，菲涅耳透鏡陣列也相應(yīng)地包括13個(gè)菲涅耳透鏡，每個(gè)菲涅耳透鏡形狀為六角形，如同圖4所示，在空間上位于LED陣列上方并與其相互匹配。在另一種實(shí)施方式中，為了對(duì)“光治療窗口”進(jìn)一步優(yōu)化，可以在菲涅耳透鏡陣列上方設(shè)置額外的光學(xué)元件，但引入附近光學(xué)元件的代價(jià)是造成裝置厚度增大以及總體效率下降。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體需求權(quán)衡考慮，適當(dāng)選擇。例如，可在菲涅耳透鏡陣列上方設(shè)置弱透鏡，以消除各個(gè)LED因位置不同而在形成光治療窗口時(shí)所產(chǎn)生的微小移位。 或者，可在菲涅耳透鏡陣列上方設(shè)置散光板，從而消除光治療窗口光亮度的非均勻性。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的便攜式眼用光治療裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 5所示，便攜式眼用光治療裝置50包括基板51、LED陣列52、菲涅耳透鏡陣列(未示出)、 殼體53和M。其中，基板51、LED陣列52、菲涅耳透鏡(未示出)的配置方式與圖2所示實(shí)施方式相同。殼體包括兩部分，分別為前部53和后部M，前部53和后部M例如可由塑料模制或由金屬材料制成。殼體前部53上設(shè)置有開口 55，以使LED陣列52所發(fā)出的光線從開口 55射出。開口 55也可由透明材料代替，例如透明塑料或玻璃。LED陣列52所發(fā)出的光可為400-800nm范圍內(nèi)的任何顏色的可見光。在一種實(shí)施方式中，LED所發(fā)出的光為白光，其中有很大成分是位于440-480nm光譜區(qū)域的藍(lán)光，原因在于包含波長峰值接近460nm的藍(lán)光的白光被證實(shí)具有更佳的治療效果。在一種實(shí)施方式中，LED發(fā)出的光為小于400nm的UV光。在一種實(shí)施方式中，便攜式眼用光治療裝置50還可以包括底座(docking station) 58，底座58包括用于支撐光治療裝置50的支架，并能夠?qū)庵委熝b置50的朝向角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。底座58與殼體之間連接通過銷接、鉸接、安裝螺釘或其它能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能的方式連接。在底座58上或者殼體的正面、側(cè)面或背面可以設(shè)置操作按鈕56，操作按鈕56可以提供開/關(guān)操作或其它定制操作。底座58可包括一小型LCD顯示器以便于實(shí)現(xiàn)程序定制、 時(shí)鐘、鬧鐘、日出模擬以及其它功能?；?1可以是印刷電路板(PCB)，其中包括能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的電路。在一種實(shí)施方式中，通過PCB的電路和相應(yīng)的操作按鈕，可以實(shí)現(xiàn)將LED 的亮度在預(yù)定時(shí)間內(nèi)逐漸地從零升至預(yù)定值，從而模擬日出的效果。殼體后部M上設(shè)置有電池蓋57，電池蓋57內(nèi)容納電池，電池可以是類似于手機(jī)中使用的電池。裝置50還可包括集成部件以提供USB和藍(lán)牙連接。根據(jù)圖5所示的實(shí)施方式，便攜式眼用光治療裝置50的尺寸為厚度不超過 13mm，長度不超過130mm，寬度不超過80mm。這種輕薄小巧型光治療裝置易于攜帶，可以在許多場合下方便地使用，例如在家中、在辦公室或教室中、在旅途中(在飛機(jī)、火車、汽車

以上所揭露的僅為供本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，基于權(quán)利要求所做出的非實(shí)質(zhì)性等同變化或改進(jìn)，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種便攜式眼用光治療裝置，包括基板；表面貼裝在所述基板上的發(fā)光二極管陣列，其中所述發(fā)光二極管具有60-130°的發(fā)光角度；位于所述發(fā)光二極管陣列上方的菲涅耳透鏡陣列，其中所述菲涅耳透鏡與所述發(fā)光二極管在空間上相匹配；以及殼體，所述殼體設(shè)有供光線從其中射出的開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式眼用光治療裝置，其中發(fā)光二極管具有100-130°的發(fā)光角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述基板是印刷電路板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述發(fā)光二極管發(fā)出的光的波長在400-800nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述發(fā)光二極管發(fā)出的光的波長在440-480nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述發(fā)光二極管發(fā)出的光的波長小于400nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述發(fā)光二極管的發(fā)光面積的直徑為l_3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述菲涅耳透鏡的焦距為 4-8mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述菲涅耳透鏡的形狀為六角形，直徑為10-30mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，還包括位于所述菲涅耳透鏡陣列上方的散光板。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，還包括位于所述菲涅耳透鏡陣列上方的弱透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式眼用光治療裝置，還包括與所述殼體相連接的底座。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式眼用光治療裝置，其中所述發(fā)光二極管的發(fā)光亮度被設(shè)定成在預(yù)定時(shí)間內(nèi)從零升至預(yù)定值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的便攜式眼用光治療裝置，所述裝置的厚度小于 20mmo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式眼用光治療裝置，包括基板；表面貼裝在所述基板上的發(fā)光二極管陣列，其中所述發(fā)光二極管具有60-130°的發(fā)光角度；位于所述發(fā)光二極管陣列上方的菲涅耳透鏡陣列，其中所述菲涅耳透鏡與所述發(fā)光二極管在空間上相匹配；以及殼體，所述殼體設(shè)有供光線從其中射出的開口。本發(fā)明的便攜式眼用光治療裝置具有厚度薄、效率高、成本低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61F9/00GK102343125SQ20101024106
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者A·J·巴克 申請(qǐng)人:萊特布克有限公司