CN109663216A - 光动力治疗用光源***及光动力治疗辐照器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光动力治疗用光源***及光动力治疗辐照器，该光动力治疗用光源***包括依次平行设置的多光谱照射模组、第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列，多光谱照射模组包括线路板以及至少一个多光谱固态发光器件，第二光学透镜阵列上的各小透镜与第一光学透镜阵列上的各小透镜的中心重合且各边一一对应；多光谱照射模组与第一光学透镜阵列的距离为3～5mm，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的距离为小透镜的焦距的0.85～1.15倍。本发明可为光动力治疗提供足够的光照功率密度，还可实现对患者治疗区域的均匀辐照，各个不同波长的光束在患者治疗区域内的光照功率密度分布曲面高度相似，可以有效增强治疗效果。

Description

光动力治疗用光源***及光动力治疗辐照器

技术领域

本发明涉及光动力治疗技术领域，具体涉及一种光动力治疗用光源***及光动力治疗辐照器。

背景技术

光动力治疗用光源是光动力治疗的核心与关键，光源的波长、光照功率密度、光照均匀度、不同波长光在有效照射区域内的光照功率密度分布曲面等技术指标直接影响光动力治疗的效果。现有技术中，通常采用多光谱固态发光器件作为光动力治疗用光源。

然而，目前单个LED芯片的光通量有限，远不能满足光动力治疗对光辐照功率的要求。为实现高功率的光照输出，现有技术中通常将若干个LED芯片呈阵列排布构成面光源后作为光动力治疗用光源。由于LED芯片的典型发射样式是发散的，由LED芯片组成的光源中由于单个LED芯片发出的光会产生多次交联会形成光干扰现象，这样会最终使得到达患者的治疗区域的光能量减少、光照均匀度不高，形成治疗区域表面不同位置的光强度大小差异，从而影响了光动力治疗效果。

此外，为适应不同光敏剂治疗时所需的最佳光谱要求，临床应用通常需要采用光动力多光谱联合治疗方式。在多个不同波长的LED芯片呈阵列排布构成光动力治疗用光源时，由于各个不同波长的LED芯片发出的光线散射角不同，使得不同波长光线在有效照射区域内的光照功率密度分布曲面形状差异很大，从而造成以多个不同波长的LED芯片作为光源的光动力多光谱联合治疗方式的效果不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种光动力治疗用光源***及光动力治疗辐照器，以解决现有技术中用于光动力治疗的光源存在的光能利用率低、光照不均匀、治疗区域表面不同波长光照功率密度分布曲面形状差异较大等一系列影响光动力治疗效果的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种光动力治疗用光源***，包括依次平行设置的多光谱照射模组、第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列；

所述多光谱照射模组包括线路板以及至少一个能够产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束的多光谱固态发光器件，各所述多光谱固态发光器件呈正交阵列排布在所述线路板上；

所述第一光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧朝向所述多光谱照射模组，所述第二光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧背向所述多光谱照射模组，所述第二光学透镜阵列上的各小透镜与所述第一光学透镜阵列上的各小透镜的中心重合且各边一一对应；所述多光谱照射模组与所述第一光学透镜阵列的距离为3～5mm，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列的距离为所述小透镜的焦距的0.85～1.15倍。

作为本发明第一方面的优选方式，所述多光谱固态发光器件包括封装基板，所述封装基板的承载面上设置有反射杯，所述反射杯的容纳空间内设置有至少两个不同波长的固态发光元件；所述封装基板两侧设置有至少两对电极，所述电极与所述固态发光元件的正负极相连；

所述反射杯的出光口处还封闭设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述封装基板平行，且所述微透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型半球形微透镜的一侧背向所述固态发光元件。

作为本发明第一方面的优选方式，所述固态发光元件包括在620～630nm波长范围内具有峰值波长的红光LED芯片、在520～530nm波长范围内具有峰值波长的绿光LED芯片以及在460～470nm波长范围内具有峰值波长的蓝光LED芯片。

作为本发明第一方面的优选方式，所述红光LED芯片、所述绿光LED芯片和所述蓝光LED芯片呈等边三角形排布，所述红光LED芯片、所述绿光LED芯片和所述蓝光LED芯片相互之间的距离为0.1～0.2mm。

作为本发明第一方面的优选方式，所述微透镜的半径为0.05～0.25mm，所述微透镜的焦距为0.8mm，相邻所述微透镜的圆形底面之间的距离为0mm。

作为本发明第一方面的优选方式，所述微透镜的半径为0.15mm。

作为本发明第一方面的优选方式，所述反射杯的高度与所述微透镜的焦距相同。

作为本发明第一方面的优选方式，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列上的小透镜紧密排列，所述小透镜为正六边形或矩形。

作为本发明第一方面的优选方式，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列的距离与所述小透镜的焦距相同。

第二方面，本发明实施例提供一种光动力治疗辐照器，包括前端盖、后端盖以及设置在所述前端盖和所述后端盖之间的如上述第一方面中任一项所述的光动力治疗用光源***。

本发明实施例提供的光动力治疗用光源***，采用了在线路板上集成多个呈正交阵列排布的多光谱固态发光器件的结构，由于该多光谱固态发光器件通过在反射杯的出光口处封闭设置微透镜阵列可产生多支平行准直且光斑均匀的细光束，从而可为光动力治疗提供足够的光照功率密度；多个多光谱固态发光器件产生的不同波长的平行准直且光斑均匀的光束依次经过两个光学透镜阵列输出，可实现对患者治疗区域的均匀辐照，各个不同波长的光束在患者治疗区域内的光照功率密度分布曲面高度相似，可以有效增强治疗效果。

进一步地，采用了该光动力治疗用光源***的光动力治疗辐照器，安装简单、方便，且光动力治疗效果较佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中多光谱照射模组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中多光谱照射模组采用的多光谱固态发光器件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中多光谱照射模组采用的多光谱固态发光器件的三维结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多光谱固态发光器件中微透镜阵列上多个微透镜的排布示意图；

图6(a)为现有技术中的一种多光谱固态发光器件组成多光谱照射模组后作为光动力治疗用光源的结构示意图；

图6(b)为图6(a)中的多光谱固态发光器件的结构示意图；

图7(a)为现有技术中的另一种多光谱固态发光器件组成多光谱照射模组后作为光动力治疗用光源的结构示意图；

图7(b)为图7(a)中的多光谱固态发光器件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中多光谱照射模组采用的多光谱固态发光器件中固态发光元件的排布示意图；

图9为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中多光谱照射模组采用的多光谱固态发光器件中三种不同波长光线在目标靶面形成的均匀光斑区域；

图10为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的距离变化对光斑均匀效果影响的仿真结果图；

图11(a)为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内在X方向位置错位对光斑均匀效果影响的仿真结果图；

图11(b)为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内在Y方向位置错位对光斑均匀效果影响的仿真结果图；

图12为本发明实施例提供的一种光动力治疗用光源***中三种不同波长光线在目标靶面表面的光照功率密度分布曲面；

图13为本发明实施例提供的一种光动力治疗辐照器的分解结构示意图。

其中，1、第一光学透镜阵列，2、第二光学透镜阵列，3、线路板，4、多光谱固态发光器件，401、封装基板，402、反射杯，403、固态发光元件，404、电极，405、微透镜阵列，4051、微透镜，406、平面封装结构，407、半球形透镜结构，5、透光防护板，6、目标靶面，7、前端盖，8、后端盖。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

参照图1和图2所示，本发明实施例公开了一种光动力治疗用光源***，包括依次平行设置的多光谱照射模组、第一光学透镜阵列1和第二光学透镜阵列2；多光谱照射模组包括线路板3以及至少一个能够产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束的多光谱固态发光器件4，各多光谱固态发光器件4呈正交阵列排布在线路板3上；第一光学透镜阵列1上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧朝向多光谱照射模组，第二光学透镜阵列2上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧背向多光谱照射模组，第二光学透镜阵列2上的各小透镜与第一光学透镜阵列1上的各小透镜的中心重合且各边一一对应；多光谱照射模组与第一光学透镜阵列1的距离为3～5mm，第一光学透镜阵列1与第二光学透镜阵列2的距离为小透镜的焦距的0.85～1.15倍。

本实施例中，用于产生光动力治疗用照射光束的多光谱照射模组中，线路板上呈正交阵列排布了能够产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束的多光谱固态发光器件。这样设置后，多个多光谱固态发光器件形成一个面光源，每个多光谱固态发光器件产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束，从而整个多光谱照射模组可以产生与多光谱固态发光器件的数量相同的各自独立平行的子光束，其中各个子光束均由多支细光束构成，且各个子光束之间存在间隙，多支子光束又构成一个宽光束，从而能够为光动力治疗提供足够的光照功率密度。

在实际应用中，出于散热及安装考虑，多光谱照射模组中相邻的多光谱固态发光器件之间必须留有一定的间隙。因此，如果将这些各自准直、均匀的光束直接投射到目标靶面，即患者治疗区域，彼此均匀的光斑在目标靶面并不能彼此相接连成一片。

为解决上述问题，在多光谱照射模组的出光面的前面依次设置了第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列，同时还使第一光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧朝向多光谱照射模组，第二光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧背向多光谱照射模组，第二光学透镜阵列上的各小透镜与第一光学透镜阵列上的各小透镜的中心重合且各边一一对应。

同时，多光谱照射模组与第一光学透镜阵列的距离设置为3～5mm。第一光学透镜阵列的入射光是多光谱照射模组的出射光，该出射光是近视的平行光，理论上第一光学透镜阵列与光谱照射模组的距离越近，对于第一光学透镜阵列来讲，其入射光越平行。然而，考虑到实际应用及装配工艺，将两者距离控制在3～5mm的范围内即可满足需要。

对于第一光学透镜阵列来说，其入射光是一个宽光束，该宽光束是由多支各自独立平行的子光束构成的，而每一支细光束又是由多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束构成的。当该宽光束入射到第一光学透镜阵列上时，第一光学透镜阵列上的多个小透镜重新将上述宽光束***成与小透镜的数量相同的多支小光束，此时每支小光束范围内的均匀性极大地优于宽光束范围内的均匀性。

进一步地，第二光学透镜阵列被平行设置于第一光学透镜阵列的后焦平面附近处，即第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的距离为小透镜的焦距的0.85～1.15倍。第二光学透镜阵列上的每一个透镜将第一光学微透镜阵列上对应小透镜出射的光重新聚集后出射到目标靶面上，在被辐照的目标靶面表面上，各光斑相互叠加且不均匀性相互补偿，从而实现对目标靶面的均匀辐照。

在本实施例中，多光谱固态发光器件出射的不同波长的光线散射角约束成近似相同，并对光线进行准直和光斑均匀，最终产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束；多个多光谱固态发光器件呈正交阵列排布构成多光谱照射模组后形成一个面光源，产生与多光谱固态发光器件的数量相同的各自独立平行的子光束，其中各个子光束均由多支细光束构成，多支子光束又构成一个宽光束，从而能够为光动力治疗提供足够的光照功率密度；多光谱照射模组产生的宽光束依次经过第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列输出，实现对目标靶面的均匀辐照。

本实施例中提供的光动力治疗用光源***，不仅提高了光能利用率、大幅改善了光照均匀度，还使得各个不同波长的光在目标靶面内的光照功率密度分布曲面高度相似，从而达到提高多光谱固态发光器件作为光动力治疗用光源时的光动力多光谱联合治疗效果。

具体地，本实施例中，将140个多光谱固态发光器件呈正交阵列排布在201×65mm的线路板上，其中各个多光谱固态发光器件的横向间距为9mm、纵向间距为9mm，从而构成20×7阵列、面积为176×59mm的多光谱照射模组。第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列的外形尺寸相同，均为203×68mm，略大于线路板的尺寸。同时，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列是由紧密排列的35×20个折射型小透镜组成的，两者具有相同的光学参数。

在上述实施例的基础上，参照图3～图5所示，多光谱固态发光器件4包括封装基板401，封装基板401的承载面上设置有反射杯402，反射杯402的容纳空间内设置有至少两个不同波长的固态发光元件403；封装基板401两侧设置有至少两对电极404，电极404与固态发光元件403的正负极相连；反射杯402的出光口处还封闭设置有微透镜阵列405，微透镜阵列405与封装基板404平行，且微透镜阵列405上具有多个呈正交阵列排布的折射型半球形微透镜4051的一侧背向固态发光元件403。

本实施例中，未使用环氧树脂或硅胶等透明材料对反射杯进行填充，而是在反射杯的出光口处封闭设置了一个微透镜阵列，该微透镜阵列的尺寸比反射杯的出光口的尺寸略大，从而微透镜阵列可以完全覆盖住反射杯的出光口，使得微透镜阵列与各固态发光元件的距离固定并使得各固态发光元件与外界空气隔离，还使得整个器件的结构更加紧凑，便于生产和使用。

这样设置后，能够使各固态发光元件直接裸露于空气中，从而可降低光学扩展量。而采用折射率为n的透明材料对固态发光元件进行封装的方式，其光学扩展量会扩大n²倍。

同时，该微透镜阵列能够收集各个固态发光元件在大角度发光范围内出射的光线，并形成与微透镜阵列上的微透镜的数量相同的多支准直平行细光束。这样处理的结果是，尽管设置在同一封装基板上的各固态发光元件的空间位置有所不同，但对于微透镜阵列上的每一个微透镜来说，其入射的不同波长的光线可以被近似看作为是来自同一位置上的点光源。因此，各固态发光元件发出的光线经过微透镜阵列准直后，在细光束中各个不同波长光线的空间角分布差异被约束成很小，每一不同波长的细光束在目标靶面所形成的光斑位置接近于相同。由于微透镜阵列上的微透镜紧密排布，多支细光束在目标靶面上形成的光斑彼此连接，形成光照功率密度分布均匀且位置一致的大光斑，可有效提高光动力治疗的临床效果。由多支细光束组成的出射光线并非是理想的平行光，而是具有一定的发散角，但因其发散角已经很小，所以可近似认为是平行光。

需要说明的是，微透镜阵列上的微透镜的数量与设置在封装基板上的固态发光元件的数量无直接关系。在微透镜阵列外形和大小尺寸确定的条件下，其上设置的微透镜的数量由微透镜的半径、相邻微透镜的圆形底面之间的距离等参数决定。

优选地，反射杯的出光口为矩形或圆形，微透镜阵列的形状与反射杯的出光口的形状相匹配。本实施例中，反射杯的出光口可以设置为矩形或圆形，优选为圆形，此时微透镜阵列也对应设置为圆形。这是因为反射杯的出光口为圆形时，在工艺上容易实现。

另外，反射杯的底面优选与其出光口的形状保持一致，当反射杯的出光口为圆形时，其底面也为圆形。反射杯的底面和出光口的尺寸大小由整个多光谱固态发光器件的尺寸大小决定，在工艺条件允许的情况下，应尽量选择较大的尺寸。

优选地，反射杯的高度与微透镜的焦距相同。本实施例中，反射杯的高度由微透镜阵列中微透镜的光心到固态发光元件表面间的距离决定，优选为与微透镜的焦距相同时，可以有较好的出光效果。

优选地，封装基板的承载面上还设置有绝缘表面层，绝缘表面层由导热陶瓷材料制成。本实施例中，封装基板设置为正方形，方便后续组成多光谱照射光源时在线路板上呈正交阵列排布。绝缘表面层选择的陶瓷材料一般为氧化铝或氮化铝等材料，绝缘效果较好。

然而，与上述实施例中所述的多光谱固态发光器件的结构不同，现有技术中作为光动力治疗用光源的多光谱固态发光器件在封装时通常采用平面封装结构，或者在该平面封装结构的出光表面上再增加一个半球形透镜结构，封装材料一般使用环氧树脂或硅胶等透明材料。下面将结合相应的附图先对现有技术中的这两种多光谱固态发光器件的结构以及存在的缺陷进行详细说明。

参照图6(a)所示，图6(a)为现有技术中的一种多光谱固态发光器件组成多光谱照射模组后作为光动力治疗用光源的结构示意图。由三个不同波长的LED芯片组成的多光谱固态发光器件呈阵列排布在线路板上组成多光谱照射模组，作为光动力治疗用光源时，其发出的不同波长的光束，通过安装在其后面的透光防护板5后照射到目标靶面6。在目标靶面6表面，各个不同波长的光束所产生的光斑相互交错重叠，连接成片，形成大面积的光斑。

参照图6(b)所示，图6(b)为图6(a)中所示的现有技术中采用了平面封装结构的多光谱固态发光器件的结构示意图。该多光谱固态发光器件中，包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片在内的固态发光元件403被集成在同一封装基板401上，同时各个LED芯片与对应的电极404连接，然后使用环氧树脂或硅胶等透明材料对反射杯402进行填充形成平面封装结构406。

从图6(b)中可以看出，从各个LED芯片中出射的光线经过平面封装结构的表面与空气的分界面时发生反射和折射。当入射角大于临界角时，会发生全反射，光线不能出射到空气中，即存在临界角的“逸出锥”，从而降低了多光谱固态发光器件整体的取光效率。此外，由于各个LED芯片出射的光线的辐射角呈110～120°的朗伯分布，过大的出射光线的发散角还使得光源能量被分散。

显然，采用图6(b)中所示结构的多光谱固态发光器件组成的多光谱照射模组，存在以下缺陷：虽然由各个多光谱固态发光器件出射的光束到达目标靶面表面所形成的光斑能相互连接成片，但是由于每个多光谱固态发光器件的取光效率较低，而且因发散角过大造成了光源能量被分散，使得照射在目标靶面表面的光斑面积虽然大，但各位置的光照功率密度却很低，难以满足光动力治疗对有效辐照区域光照功率密度的要求，临床治疗效果不佳。

参照图7(a)所示，图7(a)为现有技术中的另一种多光谱固态发光器件组成多光谱照射模组后作为光动力治疗用光源的结构示意图。类似地，由三个不同波长的LED芯片组成的多光谱固态发光器件呈阵列排布在线路板上组成多光谱照射模组，作为光动力治疗用光源时，其发出的不同波长的光束，通过安装在其后面的透光防护板5后辐照到目标靶面6。在目标靶面6表面，各个不同波长的光束所产生的光斑的位置不同，彼此之间相互独立、不能连接成片，形成不了一个光照功率密度均匀分布的光斑区域。

参照图7(b)所示，图7(b)为图7(a)中所示的现有技术中采用了在平面封装结构的出光表面上再增加一个半球形透镜结构的多光谱固态发光器件的结构示意图。该多光谱固态发光器件仅是在图6(b)中所示结构的基础上，在平面封装结构406上又增加了一个半球形透镜结构407。

显然，通过半球形透镜结构对各个LED芯片出射的辐射角呈110～120°的朗伯分布的光线进行汇聚，使其成为具有特定发散角的高斯分布光，并将发射光束的能量集中在光轴附近。此外，半球形透镜结构改变各个LED芯片出射的位于“逸出锥”内的光线的传播方向，使其能够逸出平面封装结构，从而提高了具有图7(b)中所示结构的多光谱固态发光器件的取光效率。

当将图7(b)中所示的多光谱固态发光器件呈正交阵列排布在线路板上构成多光谱照射模组时，出于散热与安装的考虑，需要在各个多光谱固态发光器件之间留有空隙，其结果将导致来自多光谱固态发光器件出射的准直且平行的光束在目标靶面形成的光斑不能连接成为一片，使各个位置的光照功率密度形成差异。

当然，为解决这个问题，可以通过增加多光谱照射模组与目标靶面之间的距离，使得到达目标靶面的各个相互独立的光斑彼此相连。但随着该距离的增加，目标靶面上各个位置的光照功率密度将随之下降，难以满足光动力治疗对有效辐照区域光照功率密度的要求，临床治疗效果不佳。

此外，由于半球形透镜结构的折射率随入射光波长的减少而增加，三个LED芯片出射的光线中，波长最小的蓝光折射率最大，而波长最大的红光折射率最小。当光线从半球形透镜结构传播到空气中时，折射率小的光线会偏向半球形透镜结构的边缘。

上述两个因素使得图7(a)中所示的光动力治疗用光源在使用不同波长的光线照射目标靶面时，不同波长的光线所形成的光斑在目标靶面表面出现的位置将有所不同，且这种不同将始终存在，并不会因多光谱照射模组与目标靶面之间的距离的增加而减少，这种有效辐照区域内的光照功率密度分布曲面差异将不利于实现多光谱的光动力联合治疗的有效性。

综上所述，现有技术中的多光谱固态发光器件存在取光效率低、各个不同波长光线在目标靶面的光斑位置差异等缺陷，若直接将其阵列排布后组成多光谱照射模组应用在光动力治疗中，将导致出现光能利用率低、光照不均匀、不同波长的照射光斑在治疗区域表面位置不一致、治疗区域表面不同波长光照功率密度分布曲面形状差异较大等一系列问题，从而使光动力治疗临床效果不佳，制约了光动力治疗用光源的应用与发展。

与现有技术中的两种封装结构相比，本实施例所述的多光谱固态发光器件中设置的微透镜阵列显著降低了透镜的厚度，因而大大减少了光线在透镜中的能量损耗。因此，通过在反射杯的出光口处封装该微透镜阵列，不仅解决了多光谱固态发光器件的取光效率问题，而且还能够将各个不同波长光线的空间角约束成近似相同。

在上述实施例的基础上，固态发光元件403包括在620～630nm波长范围内具有峰值波长的红光LED芯片、在520～530nm波长范围内具有峰值波长的绿光LED芯片以及在460～470nm波长范围内具有峰值波长的蓝光LED芯片。

本实施例中，固态发光元件优选为分别在上述波长范围内具有峰值波长的红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片，由于大部分的光敏剂的吸光光谱的峰值是625nm或525nm或465nm，所以其可以满足大部分光动力治疗对光线的波长的特定需求。

当然，对于某些光敏剂，根据其吸光光谱特性，本领域技术人员可以将固态发光元件优选为分别在上述波长范围内具有峰值波长的红光LED芯片、黄光LED芯片和蓝光LED芯片，或者其他组合。

固态发光元件优选采用LED芯片，还由于LED芯片在点亮时，发出的热量较少，可以减少治疗过程中患者的治疗区域被照射时产生的不适感。

另外，封装基板的两侧设置有三对电极，三对电极分别与红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片的正负极相连，因此各个LED芯片的点亮和熄灭可以被独立控制，方便在进行光动力治疗时对各个LED芯片进行控制。

在上述实施例的基础上，参照图8所示，红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片呈等边三角形排布，红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片相互之间的距离为0.1～0.2mm。

本实施例中，作为固态发光元件的红光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片呈等边三角形排布，并将等边三角形的中心与反射杯的出光口的平面同心，此时对于封装在反射杯出光口上的微透镜阵列来讲，这三个LED芯片所处的位置是一样的。

另外，将这三个LED芯片之间的间隙尽可能设置地较小，可以减少光学扩展量。

当然，在实际应用中，将三个LED芯片排布成等边三角形只是一种优选的排布方式，其他排布方式也是可以的，而且当LED芯片的数量不是三个时，本领域技术人员必然会将其排布成其他方式。

需要说明的是，本实施例中的红光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片具体处于等边三角形的哪个位置是不做限定的。

在上述实施例的基础上，微透镜4051的半径为0.05～0.25mm，微透镜4051的焦距为0.8mm，相邻微透镜4051的圆形底面之间的距离为0mm。

本实施例中，微透镜阵列背向各固态发光元件的一侧是由多个呈正交阵列排布的折射型半球形微透镜形成的。图5中，r为微透镜的半径，d为相邻微透镜的圆形底面之间的距离，D＝2r+d为相邻微透镜的圆形底面的圆心之间的距离。

进一步地，利用TracePro光学仿真软件对上述实施例中多光谱固态发光器件进行建模和追迹仿真，分析微透镜阵列中的参数r、d和D对出射的各不同波长光线的取光效率的影响，以确定本发明实施例中较佳的微透镜参数。

仿真结果表明：当微透镜的半径为0.05～0.25mm，相邻微透镜的圆形底面的圆心之间的距离为0.1～0.5mm时，取光效率提升效果明显。此时，相邻微透镜的圆形底面之间的距离d＝0mm，微透镜阵列的有效孔径比[πr²/(2r+d)²]×100％的值为78.5％。

优选地，微透镜的半径为0.15mm，且此时相邻微透镜的圆形底面之间的距离为0mm时，取光效率最佳。

根据上述优选的微透镜参数，微透镜阵列的制作材料选用对可见光到红外光的波长范围的光线都具有良好透光性的光学玻璃。由于微透镜的直径非常小，而且微透镜阵列上的各微透镜紧密排布，因此不能采用冷加工技术手段进行加工。本实施例中，采用等离子刻蚀法光学微加工技术进行微透镜阵列的制作。此外，由于光学玻璃具有较PMMA材料、PC材料等易碎的缺点，可以通过镀膜处理来提升光学玻璃的不易碎特性。

因此，在上述微透镜的半径范围和相邻微透镜的圆形底面之间的距离为0mm的情况下，由该材料制作的微透镜阵列上各微透镜的焦距为0.8mm。

在确定了微透镜的焦距和半径的基础上，本领域技术人员能够根据公知常识计算出微透镜的高度，该过程在此不再赘述。

在上述各实施例所述的多光谱固态发光器件结构的基础上，对本发明实施例提供的多光谱固态发光器件在光能利用率、对不同波长光线空间角约束以及光斑均匀上的效果进行了验证，先定义如下参数：

均匀度：A_i＝E_i/E_p；

均匀系数：E＝S_e/S。

式中，E_i为光线照射目标靶面形成的光斑的某一点的光照功率密度；E_p为光线照射目标靶面形成的光斑内的光照功率密度峰值；S为光线照射目标靶面形成的光斑的总面积；S_e为光线照射目标靶面形成的光斑内满足A_i≥0.85的区域的面积。

其中，A_i≥0.85的区域被定义为均匀光斑区域。均匀系数E越高，意味着光斑内光照功率密度分布越均匀。

具体验证时，在距离本发明实施例提供的多光谱发光器件中微透镜阵列150mm的位置处设置一个目标靶面，用于模拟患者治疗区域。然后，分别向目标靶面投射在620～630nm波长范围内具有峰值波长的红光、在520～530nm波长范围内具有峰值波长的绿光和在460～470nm波长范围内具有峰值波长的蓝光，使用光辐照计测量各不同波长的光线在目标靶面上形成的光斑的光照功率密度。

具体地，将目标靶面分成10×10mm的正方形测量子区域，测量目标为各个测量子区域的几何中心点，将测量目标的光照功率密度值记为E_i，分别根据上述计算均匀度的公式计算测量目标的均匀度A_i。在同一坐标系中将三种不同波长的光线所形成的光斑最***中A_i≥0.85的点用折线相连，形成如图9所示的三个封闭的区域，该区域即为三种不同波长的光线各自形成的均匀光斑区域。

从图9可以看出，三种不同波长的光线各自形成的均匀光斑区域的面积基本相同，且集中分布在光斑的中心，三个均匀光斑区域在目标靶面上的位置大致重合。

接着，利用积分球分别对图6(a)中所示的多光谱固态发光器件以及本发明实施例提供的多光谱固态发光器件在出射不同波长光线时的取光效率进行测量，并将本发明实施例提供的多光谱固态发光器件的测量数值相对于图6(a)中所示的多光谱固态发光器件的测量数值进行归一化处理，得到本发明实施例提供的多光谱固态发光器件的各不同波长光线归一化取光效率的数值，具体如下表中所示。

光源峰值波长	625nm	525nm	465nm
				归一化取光效率	51.50％	46.40％	48.70％

从上表中可以看出，通过将固态发光元件裸露于空气中可以有效减少光学扩展量，同时在反射杯的出光口处封装微透镜阵列能够使各不同波长光线的取光效率得到非常明显的提高。各不同波长光线的归一化取光效率的实际测量值与上述利用光学仿真软件进行模拟仿真的结果相吻合。

综上所述，本发明实施例提供的多光谱固态发光器件，不仅具有取光效率高、封装体积小、各不同波长光线的空间角近似相同、光线准直平行、光斑均匀等优点，而且各不同波长光线在目标靶面的均匀光斑位置也近似相同，有效提高光动力治疗的临床效果。

在上述实施例的基础上，第一光学透镜阵列1与第二光学透镜阵列2上的小透镜紧密排列，小透镜为正六边形或矩形。

本实施例中，为了实现第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列上的小透镜的无缝紧密排布，小透镜的底面优选为正六边形或矩形。

具体地，本实施例中，小透镜的底面优选为矩形。每个小透镜的尺寸为5.8mm×3.4mm，小透镜在X方向的半宽为2.9mm，在Y方向的半宽为1.7mm，焦距为15mm。

与多光谱固态发光器件中设置的微透镜阵列相比，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列上的小透镜的尺寸较大，因此第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列可以选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制作，通过模具加工方案实施即可。

在上述实施例的基础上，第一光学透镜阵列1与第二光学透镜阵列2的距离与小透镜的焦距相同。

本实施例中，由于在实际安装过程中，存在零件以及装配误差等因素，为实现上述第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列之间的距离的精确定位，并且保证第二光学透镜阵列上的每一个小透镜与第一光学透镜阵列上的每一个小透镜中心重合且各边一一对应，必然会耗费大量的时间和精力，造成性价比不优的缺陷。

因此，本实施例中采用TracePro光学仿真软件对波长为625nm的红光的光线进行追迹模拟，用来分析第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列之间的距离对在目标靶面上形成的均匀光斑的面积S_e和均匀系数E的影响，同时还用来分析第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内出现位置错位时对在目标靶面上形成的均匀光斑的面积S_e和均匀系数E的影响。

将上述实施例中所述的参数等导入该光学仿真软件中，对第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列之间距离的变化对在目标靶面上形成的均匀光斑的面积S_e和均匀系数E的影响进行仿真，再通过Matlab对得到的仿真结果进行数据处理，得到如图10中所示的曲线。

通过图10中所示的均匀系数E与第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列之间距离的关系曲线可以看出，两个光学透镜阵列之间的距离对整个光动力治疗用光源的光斑均匀效果有着显著影响。当两者之间的距离为阵列上的小透镜的焦距时光斑的均匀效果最好，即为上述本实施例中所述的小透镜的焦距15mm时，同时也可以看出两者之间的距离在阵列上的小透镜的焦距前后15％范围内变化时不会使光斑的均匀性发生显著变化，但当超出这一范围后光斑的均匀性会显著下降。因此，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的距离为小透镜的焦距的0.85～1.15倍，当该距离为小透镜的焦距时效果最佳。

同时，通过图10中所示的均匀光斑的面积S_e与第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列之间距离的关系曲线还可以看出，光斑总面积S与均匀光斑的面积Se随着两个光学透镜阵列之间距离的增加而下降。

进一步地，第二光学透镜阵列与第一光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内出现位置错位时，会破坏第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列的小透镜中心重合且各边一一对应的关系。当偏移量较小时，通过第一光学透镜阵列上每一个小透镜的光线仍能投射到第二光学透镜阵列上与之对应的小透镜上，光斑效果不受影响，只是光斑位置发生了少量的偏移，对于不同波长的光线来说，其光斑位置的偏移量是相同的。当偏移量超过一定限度后，通过第一光学透镜阵列上小透镜的光线将会进入第二光学透镜阵列上的其它小透镜中，光斑的形状会被破坏。当偏移量继续加大，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列又能形成新的各小透镜的中心重合且各边一一对应的关系，光斑效果恢复正常。

利用TracePro光学仿真软件对第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内出现位置错位对目标靶面形成的均匀光斑的面积Se和均匀系数E的影响进行仿真，再通过Matlab对得到的仿真结果进行数据处理，得到如图11(a)和图11(b)中所示的曲线。其中，以第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内完全对齐的位置为坐标原点。

通过图11(a)和图11(b)中可以看出，当第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列在X方向的偏移量不超过2.5mm，且在Y方向的偏移量不超过1.5mm时，光斑总面积S、均匀光斑的面积S_e和均匀系数E发生的变化很小。当第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的偏移量接近小透镜的半宽尺寸时，即接近上述实施例中所述的小透镜在X方向的半宽2.9mm，在Y方向的半宽1.7mm时，光斑效果才会被显著干扰。

综上所述，第一光学透镜阵列与第二光学透镜阵列的距离为小透镜的焦距的0.85～1.15倍时，或者第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列在垂直于光轴的X-Y平面内出现的偏移量远小于微透镜半宽值的位置错位，对照射到目标靶面上的光线的均匀性不会发生显著变化。由于输出的光线均匀度对第一光学微透镜阵列与第二光学微透镜阵列之间的距离变化以及安装偏移量在一定范围内不敏感，使得在实际应用中安装更加简单、方便。

在上述各实施例所述的光动力治疗用光源***的基础上，进一步对本发明实施例提供的光动力治疗用光源进行三种不同波长光线的光照功率密度测试，以获取各不同波长光线的光照功率密度分布状况。

首先，在临床应用上通常是将光动力治疗光源与患者治疗区域之间的距离保持在250～350mm范围内，因此在距离上述的第二光学透镜阵列300mm的位置处设置一个目标靶面，用于模拟患者治疗区域。然后，分别向目标靶面投射在620～630nm波长范围内具有峰值波长的红光、在520～530nm波长范围内具有峰值波长的绿光和在460～470nm波长范围内具有峰值波长的蓝光，使用光辐照计测量各个波长的光线在目标靶面上形成的光斑的光照功率密度。

具体地，将目标靶面分成10×10mm的正方形测量子区域，测量目标为各个测量子区域的几何中心点，将测量目标的光照功率密度值记为Ei，同时利用三维作图软件，以测量目标的光照功率密度值E_i为Z轴坐标值、测量目标为x、y坐标值，在三维坐标系中构建光照功率密度曲面。依照此方法，分别得到三中不同波长光线在目标靶面上形成的光斑的光照功率密度曲面，并将它们放置在同一坐标系中，参照图12所示。

从图12可以看出，三种不同波长的光线经准直后依次经过第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列均匀化后，在目标靶面上形成了均匀化的大面积光斑，而且其光照功率密度分布曲面高度相似，从而达到提高使用本发明实施例提供的多光谱照射光源应用在光动力治疗时的光动力多光谱联合治疗方式的效果。

参照图13所示，本发明实施例还公开了一种光动力治疗辐照器，该***包括前端盖7、后端盖8以及设置在前端盖7和后端盖8之间的如上述实施例中任一项所述的光动力治疗用光源***。

本实施例中，光动力治疗用光源***中包括依次平行设置的多光谱照射模组、第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列，其中多光谱照射模组设置在靠近后端盖的一侧，第二光学透镜阵列设置在靠近前端盖的一侧。

优选地，光动力治疗用光源与后端盖之间还设置有至少一个散热风扇，即设置在多光谱照射模组与后端盖之间，用于对多光谱照射模组进行散热，还可有效避免因多光谱照射模组产生的热量使患者产生不适感。

在实际应用中，可以将多个多光谱照射模组紧密排列组成一个平面或弧面的光动力治疗用光源，使其有效照射面积更大，与其对应设置的第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列也为平面或弧面。若多个多光谱照射模组紧密排列形成一个弧面时，第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列的弧面曲率与多个多光谱照射模组紧密排列形成的弧面的弧面曲率相同。

需要说明的是，多光谱照射模组、第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列的形状、尺寸大小等，可依据光源辐照情况做出相应的改变来实现预期的技术效果，这些改变均是在本发明的精神和原则之内做出的，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光动力治疗用光源***，其特征在于，包括依次平行设置的多光谱照射模组、第一光学透镜阵列和第二光学透镜阵列；所述多光谱照射模组包括线路板以及至少一个能够产生多支不同波长的平行准直且光斑均匀的细光束的多光谱固态发光器件，各所述多光谱固态发光器件呈正交阵列排布在所述线路板上；

所述第一光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧朝向所述多光谱照射模组，所述第二光学透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型小透镜的一侧背向所述多光谱照射模组，所述第二光学透镜阵列上的各小透镜与所述第一光学透镜阵列上的各小透镜的中心重合且各边一一对应；所述多光谱照射模组与所述第一光学透镜阵列的距离为3～5mm，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列的距离为所述小透镜的焦距的0.85～1.15倍。

2.根据权利要求1所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述多光谱固态发光器件包括封装基板，所述封装基板的承载面上设置有反射杯，所述反射杯的容纳空间内设置有至少两个不同波长的固态发光元件；所述封装基板两侧设置有至少两对电极，所述电极与所述固态发光元件的正负极相连；

所述反射杯的出光口处还封闭设置有微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述封装基板平行，且所述微透镜阵列上具有多个呈正交阵列排布的折射型半球形微透镜的一侧背向所述固态发光元件。

3.根据权利要求2所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述固态发光元件包括在620～630nm波长范围内具有峰值波长的红光LED芯片、在520～530nm波长范围内具有峰值波长的绿光LED芯片以及在460～470nm波长范围内具有峰值波长的蓝光LED芯片。

4.根据权利要求3所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述红光LED芯片、所述绿光LED芯片和所述蓝光LED芯片呈等边三角形排布，所述红光LED芯片、所述绿光LED芯片和所述蓝光LED芯片相互之间的距离为0.1～0.2mm。

5.根据权利要求2所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述微透镜的半径为0.05～0.25mm，所述微透镜的焦距为0.8mm，相邻所述微透镜的圆形底面之间的距离为0mm。

6.根据权利要求5所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述微透镜的半径为0.15mm。

7.根据权利要求2所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述反射杯的高度与所述微透镜的焦距相同。

8.根据权利要求1所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列上的小透镜紧密排列，所述小透镜为正六边形或矩形。

9.根据权利要求1所述的光动力治疗用光源***，其特征在于，所述第一光学透镜阵列与所述第二光学透镜阵列的距离与所述小透镜的焦距相同。

10.一种光动力治疗辐照器，其特征在于，包括前端盖、后端盖以及设置在所述前端盖和所述后端盖之间的如权利要求1～9中任一项所述的光动力治疗用光源***。