CN112415649B - 一种出光均匀的光波导结构、出光装置、设计方法、制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种出光均匀的光波导结构，包括透明的板体、若干出光结构、若干散射体结构；板体折射率大于空气折射率；板体一侧面设有界面；板体顶面或底面为出光面；板体其余面为反射面；出光结构凸出于出光面；第一反射面划分成若干呈矩形阵列排布的网格区域；网格区域中间部位内表面凸设有一散射体结构；若干散射体结构与若干出光结构相配合，以使自界面进入的光线经出光面均匀射出。本发明还提供一种出光装置、设计方法、制备方法。出光面及第一反射面上分别设置若干出光结构、若干散射体结构，以使得自界面射入板体内的光线自若干出光面均匀射出且出光效率高，能够实现较好地控制输出光的辐照度值。

Description

一种出光均匀的光波导结构、出光装置、设计方法、制备方法

技术领域

本发明涉及波导技术领域，尤其涉及一种出光均匀的光波导结构、出光装置、设计方法、制备方法。

背景技术

光波导作为光波传导介质装置，广泛应用于很多领域。一些应用领域对光波导的出光均匀度要求高，如，当光波导作为一种物理治疗手段，可见光治疗具有无痛、非介入、无副作用等优点，可以有效克服药物治疗的不足。基于生物兼容性材料制成的柔性光波导可直接贴附于对人体患处进行治疗，具有治疗效果好、容易使用等优点。但同时，由于这种光治疗器件的出光直接作用于人体，在极小的工作距离下如何实现均匀且高效的光输出是设计此类器件的关键技术问题。

可以实现光诊疗均匀发光的光源大概可以分为三种，集成面光源、OLED、导光板。第一种集成面光源一般采用micro-LED经过MEMS加工，集成在聚酰亚胺或者PCB薄膜上，可以同时实现均匀性，柔性和良好的导热性。但这种器件制作过程繁琐，加工工艺复杂，成本高昂，且加工成功率不高，目前仅仅停留在实验阶段。如专利CN 111095580 A，将LED芯片阵列贴合在柔性电路板上，压合封装而成，可以满足柔性出光，但加工工艺过于复杂，需要对电板进行蚀刻，LED贴膜处理，封装层使用液胶模铸等一列生产工艺，成本过高，不适宜大量加工生产。第二种OLED,是一种新型的面光源，本质是一种有机电致发光二极管，可以通过调节构成分层材料的成分和厚度来控制其发光波长，一般OLED具有较好的柔性，可以直接作为光治疗的器件。但OLED较LED一般效率较低，辐照度值偏小，而且使用寿命小于LED，还暂时无法完全替代LED。如专利CN 109449309A，虽然在两个反射层施加了量子点来增加破坏光的全反射，但整体光能利用率依然不高。第三种导光板，常常应用在显示屏的显示方面，一般都是通过结构设置来破坏光在导光板内部的全反射。其结构大概分为两类，一类是借助于底层的网点分布，一般通过等光通量法，分子动力学，神经网络算法等进行设计，然后通过印刷打印或者激光打码生成按上述规则排布的网点分布；另一类是在顶层设计阵列凸台，形状各式各样，如金字塔型，圆弧型，在底层设计棱镜分布，一般是将底层区域按面积等区域划分，由近光面到远光面不断提高棱镜的分布密度，从而整体达到均匀出光的目的。但导光板一般采用PMMA、PC等硬度高的导光材料，一般难以满足柔性，并且一般与各种光学元器件集成光学***，整体出光效率不高。如专利CN 110199223A，使用低折射率层代替空气层，虽然提升了光能利用率，但整体光学结构依然分层较多，过于复杂。

综上，针对如何提高光源出光均匀度，本发明提出一种结构优化的光波导。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种出光均匀的光波导结构，出光均匀、透光率高。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。

本发明提供一种出光均匀的光波导结构，包括光波导结构本体，所述光波导结构本体包括透明的板体、若干出光结构、若干散射体结构；其中，所述板体用以传导光且其折射率大于空气折射率；

所述板体一侧面设有供光源射入的界面；所述板体顶面或底面为出光面；所述板体其余面为反射面；所述出光结构凸出于所述出光面；

所述板体背向所述出光结构的第一反射面划分成若干呈矩形阵列排布的网格区域；所述网格区域中间部位内表面凸设有一所述散射体结构；

所述出光结构朝向所述第一反射面逐渐收窄；所述散射体结构为对称结构且朝向所述出光结构逐渐收窄；若干所述散射体结构与若干所述出光结构相配合，以使自所述界面进入的光线经所述出光面均匀射出。

优选地，所述出光结构呈圆台状或碗状。

优选地，所述散射体结构呈局部球状或圆台状。

优选地，若干所述散射体结构外表面半径沿远离所述界面方向逐渐增加。

优选地，所述散射体结构深度小于靠近所述界面的散射体结构的半径。

优选地，若干所述出光结构呈矩形阵列排布。

本发明第二个目的是提供一种出光装置，包括光源、如上所述的一种出光均匀的光波导结构的光波导结构本体；所述光源连接于所述光波导结构本体设有界面的表面上，以自所述界面发射光线。

优选地，还包括三反射板，分别位于所述光源背向所述光波导结构本体的一侧及所述光源分别朝向所述出光结构、散射体结构的一侧，以使所述光源朝向所述光波导结构本体射出光线。

本发明第三个目的是提供如上所述一种出光均匀的光波导结构的设计方法，包括以下步骤：

获取板体尺寸、光学透过率目标值、出光均匀度目标值；

设定出光结构、网格区域、散射体结构的尺寸及分布，以形成满足所述光学透过率目标值、出光均匀度目标值的光波导模拟结构。

本发明第四个目的是提供如上所述一种出光均匀的光波导结构的制备方法，包括以下步骤：

S21、采用聚合物材料成型所述板体；

S22、于所述板体上安装反射层，以形成所述反射面；

S23、于所述板体的一表面上采用聚合物材料成型所述出光结构；

S24、采用网板印刷工艺利用导光油墨于所述板体的第一反射面上形成散射体结构。

本发明的第五个目的是提供如上所述一种出光均匀的光波导结构在制造光治疗设备上的应用。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种出光均匀的光波导结构，通过在光波导结构本体的两个相对的表面上分别设置若干出光结构、若干散射体结构，以使得自界面射入板体内的光线自若干出光结构均匀射出，能够实现较好地控制输出光的辐照度值(光的功率密度)，提高出光均匀度及透光率。制造过程简单，成本低廉，结构简便，可以高效应用于光诊疗领域。

在一优选方案中，若干散射体结构外表面半径沿远离界面的方向逐渐增加。光源自界面射入板体内的光线在传播过程中光通量变小，通过限定若干散射体外表面结构半径随分布而发生变化，以均匀板体的第一反射面各部位对光线的散射力度。

在一优选方案中，光波导结构本体采用包括但不限于聚酯材料、聚乳酸材料、聚醇材料的生物兼容性的聚合物材料制成，采用3D打印技术和模铸技术，可以有效地制造出光波导结构本体。通过验证表面，该光波导在变形条件下依然可以满足表面的出光，在工作过程中，其工作表面温度升值要远低于人体温度。将光波导结构本体与具有治疗作用的光源结合形成的出光装置本体对于光治疗领域中器件的研究和发展具有一定地促进意义。

本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中光波导结构本体的立体结构示意图；

图2为本发明一实施例中光波导结构本体光传播路线示意图图一；

图3为本发明一实施例中光波导结构本体光传播路线示意图图二；

图4为本发明一实施例中出光结构的仰视图；

图5为本发明一实施例中出光结构的立体结构示意图；

图6为本发明一实施例中网格区域与散射体结构的分布结构示意图；

图7为本发明又一实施例中网格区域与散射体结构的分布结构示意图；

图8为本发明一实施例中散射体结构半径分布情况与距界面距离的关系图；

图9为本发明一实施例中光波导结构本体的设计方法流程图；

图10为本发明一实施例中散射体结构半径分布设计方法流程图；

图11为本发明一实施例中光波导结构本体的制备方法流程图；

图12为本发明一实施例中出光装置本体的立体结构示意图；

图13为本发明一实施例中光学***模拟的出光装置本体的出光示意图；

图14为本发明一实施例中光学***模拟的出光装置本体的出光均匀度及透光率分析图；

图15为本发明一实施例中模拟在弯曲应力状态下的光波导结构本体的结构示意图；

图16为模拟在弯曲应力状态下的光波导结构本体的出光均匀度及透光率分析图。

图中：100、出光装置本体；

1、光波导结构本体；11、板体；111、界面；112、出光面；113、第一反射面；12、出光结构；121、端面；13、网格区域；14、散射体结构；

2、光源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

本发明提供一种出光均匀的光波导结构，包括光波导结构本体1，如图1、图2、图3所示，所述光波导结构本体1包括透明的板体11、若干出光结构12、若干散射体结构14；其中，所述板体11用以传导光且其折射率大于空气折射率；应当理解，对于板体11，根据需求，包括无色或有色的可透光结构；

所述板体11一侧面设有供光源射入的界面111，用以透过位于所述板体11侧面的光源2射出的入射光；所述板体11顶面或底面为出光面112；所述板体11其余面为反射面；所述出光结构12凸出于所述出光面112，用于出光；具体地，光源2设置于板体11的界面111所在侧，光源2射出的光线自界面111进入透明的板体11内部；由于板体11的折射率大于空气折射率，板体11内部的光线在传播的过程中，当其入射角大于临界角时，光线在板体11内全反射；

如图6所示(仅示出第一反射面局部外表面结构)，所述板体111背向所述出光结构12的第一反射面113划分成若干呈矩形阵列排布的网格区域13；所述网格区域13中间部位内表面凸设有一所述散射体结构14，在一实施例中，网格区域13向内凹陷形成凹陷部，散射体结构14位于网格区域13的凹陷部内；进一步地，若干网格区域13形状及大小一致，以便于通过设计若干网格区域13的尺寸及分布以确定若干散射体结构14在第一反射面113上的分布；进一步地，所述网格区域13形状包括正方形、长方形、六边形，根据设计需求及设计难度确定网格区域13形状；

所述出光结构12朝向所述第一反射面113逐渐收窄，所述散射体结构14为对称结构且朝向所述出光结构12逐渐收窄；若干所述散射体结构14与若干所述出光结构12相配合，以使自所述界面111进入的光线经所述出光面112均匀射出。具体地，当光源2的光线自界面111射入板体11内，由于板体11除了出光面112与界面111外的其余面均为反射面，则板体11内的光线最终仅能自出光面112射出，以提高光能利用率。此外，通过出光结构12形状及尺寸的限定、出光结构12在出光面112上分布位置的限定、散射体结构14在第一反射面113上的排布及尺寸限定，使得光波导结构本体1内部更多地能够自出光结构12以及相邻两出光结构12之间的衔接区域均匀射出；且能够减少光波导结构本体1内部光线的消减成都，提高光波导结构本体1的出光效率，即通过限定出光结构12形状、尺寸、及在出光面111上的分布，以保证出光面112的光线透过率。

图2为光波导结构本体1传播的未接触散射体结构14的光线的传播示意图，当光波导结构本体1内的部分光线未接触散射体结构14，这些光线在光波导结构本体1内部形成全反射，最终接触到出光结构12，当光线与出光结构12接触面的入射角小于临界角时自出光结构12上射出。图3为光波导结构本体1传播的接触散射体结构14的光线的传播示意图，当光波导结构本体1内的部分光线接触散射体结构14时光散射形成多个光线，以调整光线射向出光结构12时的入射角，提高出光结构12射出的光线均匀度，其中，部分光线自相邻出光结构12之间的衔接区域射出。

在一实施例中，光波导结构本体1设有界面111的侧面整体呈透光面，形成一整面的入光面。在又一实施例中，光波导结构本体1设有界面111的侧面设有若干界面111，以使得光源2的光进入光波导结构本体1内部。在又一实施例中，光波导结构本体1设有一呈长条形状的界面111，以使得光源2的光进入光波导结构本体1内部。

进一步地，所述出光结构12为对称结构，以提高其出光均匀度。进一步地，所述出光结构12呈圆台状或碗状。出光结构12的端面121尺寸大于出光结构12靠近板体11的一端尺寸；如图1所示，当出光结构12为圆台状时，出光结构12的侧面相对出光面112倾斜；或，如图4、图5所示，当出光结构12为碗状时，出光结构12的侧面为曲面。出光结构12的特定结构使得板体11内的光线射向出光结构12时，能够更多地入射于端面121上，当入射角小于临界角时，入射于端面121的光线自端面121折射出光波导结构本体1外，且经端面121折射出的光线与端面121的法线角度较小，即端面121射出的光线均匀度高。此外，板体11内的部分光线接触到出光结构12的侧面，当入射于出光结构12侧面的光线入射角小于临界角时，光线自出光结构12的侧面折射出光波导结构本体1外，且入射于出光结构12侧面的光线数量少，出光结构12整体射出的光线均匀度高。散射体结构14的设置，使得板体11内的射于第一反射面113表面的光线沿四周方向背向射出，射出的光线柔软，以进一步地提高出光面112出光均匀度。

进一步地，所述散射体结构14呈局部球状或圆台状。优选地，散射体结构14呈圆台状，易加工且便于设计散射体结构14的尺寸、分布与出光结构12的配合效果，以保证出光面112出光均匀、透过率高。

进一步地，如图7所示，若干所述散射体结构14外表面半径沿远离所述界面111方向逐渐增加；其中，图7仅示出部分散射体结构，用以指示若干散射体结构本体沿远离界面111方向半径变化情况，实际每一网格区域对应设置一散射体结构。光源2设置于板体11的界面111所在侧，光源2射出的光线自界面111进入板体11后在板体11内传播，随着板体11内的光线传播距离的增大，光能消耗，光通量变小，光线传播变弱。通过限定若干散射体结构14外表面半径沿远离所述界面111方向逐渐增加，当光线自界面111进入板体11内并靠近界面111时，此时光线光能强，散射体结构14外表面半径小，散射弱；当光线传播过程中光能消耗，散射体结构14外表面半径增大，散射增强，以使得接触第一反射面113的光线向四周反射出光线，有利于板体11内的光线自若干出光面112均匀射出。

进一步地，所述散射体结构14深度小于靠近所述界面111的散射体结构的半径，以控制若干散射体结构14的散射力度。

在一实施例中，若干所述出光结构12呈矩形阵列排布，出光结构12排布规律，以进一步地提高自若干出光结构12射出光波导结构本体1外的光线的集中度，以使得光波导结构本体1射出的光线均匀度高。

在一实施例中，所述板体11其余面表面覆盖有反射层(图中未示出)，以形成反射面。具体地，在板体11除了界面111、出光面112外的其余面粘接反射层，以使得板体11内的光线接触这些面时仅发生反射。在又一实施例中，板体11的反射面通过反射材料直接成型形成。

在一实施例中，所述光波导结构本体1采用生物兼容性的聚合物材料制成，所述聚合物材料包括但不限于聚酯材料、聚乳酸材料、聚醇材料，这些材料折射率大于空气折射率，制成的光波导结构本体具有柔性、可穿戴，可接触皮肤、无皮肤排斥反应，且对于具有治疗作用的光线是透明的，可应用于医疗设备领域。

实施例2

本发明提供一种出光装置，如图12所示，包括出光装置本体100，出光装置本体100包括光源2、如上所述的一种出光均匀的光波导结构的光波导结构本体1；所述光源2连接于所述光波导结构本体1设有界面111的表面上，以自所述界面111发射光线。

进一步地，出光装置本体100还包括三反射板(图中未示出)，三反射板分别位于所述光源2背向所述光波导结构本体1的一侧及所述光源2分别朝向所述出光结构12、散射体结构14的一侧，以使所述光源2朝向所述光波导结构本体1射出光线，即使得光源2射出的光线集中朝向光波导结构本体1，以提高光源2的光线利用率。

在一实施例中，光波导结构本体1设一侧面均为透光面，以形成所述界面111。光源2为LED灯带，包括若干LED灯珠21，若干LED灯珠21均匀分于界面111上，以通过界面111向板体11内均匀射入光线。进一步地，若干LED灯珠通过光胶合连接于界面111上。根据出光装置本体100应用需求，选择相应用途的光源2，当出光装置本体100应用于光治疗设备中时，光源2为任意用于治疗操作的光，如减少毛发的光、治疗皱纹的光。通过光波导结构本体1的结构设计，使得出光装置本体100出光均匀、光透过率高，以提高出光装置本体100的使用效率。

实施例3

本发明提供如上所述一种出光均匀的光波导结构的设计方法，如图9所示，包括以下步骤：

获取板体尺寸、光学透过率目标值、出光均匀度目标值；

设定出光结构、网格区域、散射体结构的尺寸及分布，以形成满足所述光学透过率目标值、出光均匀度目标值的光波导模拟结构。

具体地，包括以下步骤：

S111、获取板体尺寸；

S112、设定光学透过率目标值、出光均匀度目标值；

S113、设定出光结构、网格区域、散射体结构的尺寸及分布；

S114、计算机辅助设计***形成光波导模拟结构；具体地，可采用机械制图软件SOLIDWORKS对光波导的结构进行建模，使用MATLAB计算光波导散射体得分布；

S115、计算机光学***判断光波导模拟结构是否满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值；具体地，可采用Trace Pro光学***来进行判断；

S116、当光波导模拟结构满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值时，按步骤S112设计条件值制作光波导结构本体；

或，当光波导模拟结构不满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值时，重复S112至S116。

具体地，预先根据具体应用需求，确定板体11尺寸，计算机光学***获取板体11尺寸；在预先确定出光透过率和出光均匀度的前提下，设定光学透过率目标值、出光均匀度目标值，并进行结构上的设计和迭代调整，直至满足设计要求。在出光结构12确定的情况下，第一反射面113外表面按照等光通量法，设置网格区域13与散射体结构14的尺寸及分布。出光结构12于散射体结构14的设置，破坏了光在板体11内的传播，即破坏了板体11内光的全反射条件，使大量光线自出光面112逸出，提高光波导结构本体1的透光率及出光均匀度。

进一步地，在一实施例中，如图4、图5所示，出光结构12呈碗状。出光结构12高设为h毫米，出光结构12相对出光面112的一端面半径设为a毫米，出光结构12背向出光面112的一端面半径设为b毫米，且b>a；设定沿光源射出光线方向为横向方向，则若干出光结构12纵向间隔设为c毫米，阵列排布共m；若干出光结构12横向间隔设为d毫米，阵列排布共n。网格区域13、散射体结构14分布如图7所示，按照等光通量法计算出来的第一反射面的散射体结构14外表面半径沿远离所述界面111方向逐渐增加。设定板体11在光的传播方向上长度为L毫米(即光源2光线射出方向)，则可得散射体结构14外表面半径计算公式r＝f(a,h,c,m,b,d,L)；其中，r为散射体结构14外表面半径。

进一步地，通过程序计算，生成光学软件导入文件，通过光学仿真生成散射体结构14外表面半径分布模型。确定板体11尺寸及出光结构12尺寸及分布后，首先根据出光结构12尺寸大小确定网格区域13大小，再根据板体11尺寸确定网格区域13分布，依照网格区域13大小设计散射体结构14外表面半径的初始值和最终值，按照等光通量法将半径公式导入计算机辅助计算软件进行计算。其中，散射体结构14外表面半径的初始值表示最靠近光源2的散射体结构的外表面半径，即沿远离界面111方向分布的最大散射体结构的外表面半径；散射体结构14外表面半径的最终值表示最远离光源2的散射体结构外表面半径，即沿远离界面111方向分布的最小散射体结构的外表面的半径。计算得到的数据文件导入光学仿真软件进行设计仿真，当达到预设的光学透过率目标值、出光均匀度目标值时，即可确定散射体结构14外表面半径分布。散射体结构14外表面半径分布呈现抛物线的形状，随着散射体结构14外表面与界面111之间距离的增加，散射体结构14外表面半径增加的趋势越来越快，如图8所示。

具体地，如图10所示，网格区域13、散射体结构14尺寸及分布的确定包括步骤：

S121、设定网格区域13尺寸；

S122、设定若干网格区域13分布；

S123、设定散射体结构14外表面半径的初始值和最终值，并依据等光通量法设计散射体结构14外表面半径分布；

S124、计算机光学***辅助计算以形成光波导模拟结构；

S125、计算机光学***判断光波导模拟结构是否满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值；

S126、当光波导模拟结构满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值时，确定若干散射体结构14外表面半径沿远离界面111方向的分布；

或，当光波导模拟结构不满足光学透过率目标值、出光均匀度目标值时，重复S123至S126。

具体地，在一实施例中，在光学***中形成光波导模拟结构，光波导模拟结构采用PDMS材料制成，光波导模拟结构包括以下结构参数：板体11宽100mm、长120mm、厚5mm；出光结构12为圆台状，出光结构12相对出光面112的一端面半径为0.85mm，出光结构12背向出光面112的一端面半径为1.5mm，出光结构12高为2mm；若干出光结构12以20×20均匀分布于出光面111上；网格区域13宽2.5mm、长3mm，若干网格区域13以40×40均匀分布于在第一反射面113上；散射体结构14沿远离界面111方向分布的外表面半径变化为自0.5mm逐渐增加至1.5mm，若干散射体结构14深度均为0.2mm。进一步地，光波导结构本体1一侧与光源2连接，模拟出光装置本体的结构。出光装置本体进行光学仿真，图13为正对出光装置本体出光方向的视图，如图14所示，出光装置本体的光波导模拟结构出光均匀。出光装置本体的光波导模拟结构(即出光面112)的出光均匀度为87.2％；透光率为87.2％。

在一实施例中，如图15、图16所示，当光波导结构本体1发生弯曲时，其在弯曲应力状态下能够保持机械稳定性及光学稳定性。

实施例4

本发明提供如上所述一种出光均匀的光波导结构的制备方法，如图11所示，包括以下步骤：

S21、采用聚合物材料成型所述板体11；具体地，在一实施例中，采用3D打印技术并利用聚合物材料按设定尺寸成型板体11，

S22、于所述板体11上形成安装反射层，以形成所述反射面；具体地，在一实施例中，在板体11除了界面111、出光面112外的其余面外侧分别粘接反射层，形成光波导结构本体1的反射面；

S23、于所述板体11的一表面上采用聚合物材料成型所述出光结构12；具体地，在一实施例中，采用3D打印技术在出光面112成型出光结构12；

S24、采用网板印刷工艺利用导光油墨于所述板体11的第一反射面113上形成散射体结构14。具体地，采用网板印刷机将导光油墨在第一反射面113形成散射体结构14，导光油墨形成的结构不透光且该结构朝向所述出光结构12逐渐收窄，进而形成所述散射体结构14。

进一步地，光波导结构本体1用于光治疗设备，则光波导结构本体1成型所采用的聚合物材料采用生物兼容材料，包括但不限于聚酯材料、聚乳酸材料、聚醇材料。具体地，在一实施例中，采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料、固化液的混合物配合3D打印技术光固化形成板体11，在板体11除了界面111、出光面112外的其余面外侧分别粘接反射层，按设定尺寸及分布情况应用倒模与3D打印技术配合在出光面112形成出光结构12，采用网板印刷工艺于第一反射面113上按设定尺寸及分布情况形成散射体结构14，即可制得可应用于制造光治疗设备的光波导结构本体1。

实施例5

本发明提供如上所述一种出光均匀的光波导结构在制造光治疗设备上的应用。采用生物兼容材料制作的光波导结构本体1可应用于制造光治疗设备，如将光波导结构本体1与具有治疗效果的光源结合以具有光治疗效果。

本发明相比现有技术，本发提供的一种出光均匀的光波导结构，结构简单、制作简单、成本低廉。具有柔性、高出光均匀度、高光学利用率优异性能。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种出光均匀的光波导结构，包括光波导结构本体(1)，其特征在于，所述光波导结构本体(1)包括透明的板体(11)、若干出光结构(12)、若干散射体结构(14)；其中，所述板体(11)用以传导光且其折射率大于空气折射率；

所述板体(11)一侧面设有供光源射入的界面(111)；所述板体(11)顶面或底面为出光面(112)；所述板体(11)其余面为反射面；所述出光结构(12)凸出于所述出光面(112)；

所述板体(11)背向所述出光结构(12)的第一反射面(113)划分成若干呈矩形阵列排布的网格区域(13)；所述网格区域(13)中间部位内表面凸设有一所述散射体结构(14)；

所述出光结构(12)朝向所述第一反射面(113)逐渐收窄；所述散射体结构(14)为对称结构且朝向所述出光结构(12)逐渐收窄；若干所述散射体结构(14)与若干所述出光结构(12)独立设置并且相互配合，以使自所述界面(111)进入的光线经所述出光面(112)均匀射出；

若干所述散射体结构(14)外表面半径沿远离所述界面(111)方向逐渐增加，所述散射体结构(14)深度小于靠近所述界面(111)的散射体结构的半径，所述散射体结构(14)通过导光油墨于所述板体(11)的第一反射面(113)上印刷形成。

2.根据权利要求1所述的一种出光均匀的光波导结构，其特征在于，所述出光结构(12)呈圆台状或碗状。

3.根据权利要求1所述的一种出光均匀的光波导结构，其特征在于，所述散射体结构(14)呈局部球状或圆台状。

4.根据权利要求1所述的一种出光均匀的光波导结构，其特征在于，若干所述出光结构(12)呈矩形阵列排布。

5.一种出光装置，其特征在于，包括光源(2)、如权利要求1-3任意一项所述的一种出光均匀的光波导结构的光波导结构本体(1)；所述光源(2)连接于所述光波导结构本体(1)设有界面(111)的表面上，以自所述界面(111)发射光线。

6.根据权利要求5所述的一种出光装置，其特征在于，还包括三反射板，分别位于所述光源(2)背向所述光波导结构本体(1)的一侧及所述光源(2)分别朝向所述出光结构(12)、散射体结构(14)的一侧，以使所述光源(2)朝向所述光波导结构本体(1)射出光线。

7.如权利要求1-4任意一项所述一种出光均匀的光波导结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取板体尺寸、光学透过率目标值、出光均匀度目标值；

设定出光结构、网格区域、散射体结构的尺寸及分布，以形成满足所述光学透过率目标值、出光均匀度目标值的光波导模拟结构。

8.如权利要求1-4任意一项所述一种出光均匀的光波导结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S21、采用聚合物材料成型所述板体(11)；

S22、于所述板体(11)上安装反射层，以形成所述反射面；

S23、于所述板体(11)的一表面上采用聚合物材料成型所述出光结构(12)；

S24、采用网板印刷工艺利用导光油墨于所述板体(11)的第一反射面(113)上形成散射体结构(14)。

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