图27图示了纤维以正方形图案的填装。
[0054] 图28图示了近似为圆形的纤维束。
[0055] 图29A-图29B图示了纤维束的另一示例性实施方式。
[0056] 图30A-图30B进一步图示了 29A-图29B的实施方式。
[0057] 图31图示了扁平纤维束。
[0058] 图32图示了另一扁平纤维束。
[0059] 图33图示了示例性耦合器。
【具体实施方式】
[0060] 许多照明装置和系统对输出的光提供很少的控制。例如，光纤线缆通常仅以固定 角度从远端纤维尖端径向地输出光。一些光波导更高效地递送光并且可以更有效地控制光 的提取和递送，诸如在图示从光波导10提取光16的图1中的实施方式。通常用光纤输入 12将光输入到光波导10中，所述光纤输入12可以耦合至外部光源。所述波导在波导的外 表面上包括棱柱状表面特征14。棱柱状表面特征14从波导10提取光16,并将光16导向工 作区域，诸如术野或其他目标区域。在美国专利第2009/0112068号、第2009/0036744号、 第 2008/0002426 号、第 2007/0270653 号、第 2007/0208226 号和第 2006/0268570 号中更详 细地描述了棱柱状表面特征；上述文献均通过引用而全文并入于此。通过控制棱柱状结构 14的角度和节距，可以控制从光波导提取的光量相对于从波导的远端尖端出射的光量的比 例。此外，棱柱状结构的角度和节距还控制从波导提取的光的方向。图IB图示了所提取的 光相对于波导10的纵轴IOa所成的角度α。因此，相对于波导的纵轴垂直地提取和控制 光。离开图IA中的棱柱状结构14的光将会在横向或侧向方向上自然发散。相对于波导的 纵轴10a，该方向可被称为是水平的，或者称为横向发散，并且如在图IB中所见，为角度β。 尽管这些光波导是有前景的，但它们目前仅沿着一个方向从光波导提取光和将其导向工作 区域。光在其他方向上自然发散。通过在两个方向上提取光和对其进行引导，可以实现工 作区域的更有效照明。优选地，可以相对于光波导的纵轴垂直地和水平地控制光，并且甚至 更优选地，在两个方向上彼此独立地控制光。图IB图示了离开波导10的光16,并且突出显 示了光的垂直方向或角度α以及水平或横向发散角β。这两个方向或角度均可由波导上 的表面特征来控制，以提供对工作视野的更好的光照。
[0061] 提供具有棱柱状结构的波纹状光波导允许在两个方向上控制光的提取和方向。例 如，图3Α图不了具有凹形内表面34和凸形外表面36的光波导32。如图1中那样的水平 定向的棱镜在第一方向上提取和控制光，该第一方向横向于波导的纵轴（也称为相对于纵 轴垂直）。还可以调整光波导的内表面和外表面的曲率半径，从而控制从波导提取的光的 横向或侧向发散（也称为相对于纵轴的水平方向或发散）。通常，曲率半径越小，光的发散 就越少，并且类似地，曲率半径越大，光的发散就越多。在图3Α中，光将会比图1更多地横 向发散，这是由于其上安置了棱柱状结构38的凸形外表面而造成的。图4图示了波纹状波 导42的相似实施方式，不同之处在于棱柱状结构48安置于凹形表面上而不是凸形表面44 上。因此在图4中，所提取的光将会比图1的实施方式更为会聚。调整波导的形状或半径 以便创造出凸形或凹形的波导，从而允许在两个方向上对光的控制。图3Β图示了备选实施 方式，其中波导32b为D形，并且水平棱镜38b优选地安置于波导的弯曲的D形部分33上。 因此，棱镜垂直地控制所提取的光，并且D形形状控制水平发散。在其他实施方式中，可以 将水平棱镜安置于D形形状的平坦部分上。
[0062] 调整波导的轮廓可以导致形成单一柱镜，诸如通过图3B中的D形波导所看到的那 样。多个柱镜进一步允许对光的控制。因此，除了调整波导的轮廓以控制光之外，可以使用 诸如垂直棱镜或柱镜等垂直定向的表面特征来控制光的侧向发散。因此，将水平结构与垂 直结构相结合允许在两个方向上提取和控制光。可以将水平结构和垂直结构结合于波导的 一个面上，但这对侧向发散仅具有有限的作用。因此，使水平结构位于波导的一个表面上并 使垂直结构位于波导的相对表面上是更有效的。
[0063] 图5A-图5C图示了光波导52的示例性实施方式，其具有位于波导的前面和后面 上的光提取和控制特征。图5A突出显示了波导的后表面上的垂直柱镜特征。水平棱柱状结 构56安置于前表面上。因此，棱柱状结构56相对于波导的纵轴垂直地提取光并控制光的 方向，而垂直柱镜54控制光的侧向或水平发散。垂直柱镜可以是凸形或凹形的。优选地， 垂直柱镜是凹形的，这是因为它们对于控制光的侧向发散具有最大的作用。图5B更清楚地 图示了位于波导52的前表面上的水平棱镜56,并且图5C更清楚地图示了位于波导52的后 表面上的柱镜54。
[0064] 图6图示了用于在两个方向上控制光的提取和方向的波导的另一示例性实施方 式。波导62包括优选地安置于波导的后表面上的水平定向的和垂直定向的柱镜64 (或者， 它们可以安置于波导的前表面上）。水平和垂直柱镜形成用于控制所提取的光的枕状凸起。 所述枕状物可以是凸形或凹形的。
[0065] 表而特征构塑
[0066] 本文所公开的任何波导均可具有光提取特征，所述光提取特征具有与以下的示例 性实施方式相似或相同的几何结构和/或尺寸。
[0067] A.棱柱状结构。棱柱状结构的厚度、升起物角度和提取角度有无限种组合，并且一 个大小并不一定适合于所有。正确的提取面大小可能取决于多个因素，包括波导的厚度、提 取角度和升起物表面角度，以及可允许的因散射造成的光损失。
[0068] 沟槽深度（在此为升起物的顶部与出射面的底部之间的距离）优选地不超过部件 厚度的1/3到1/5。如果沟槽过深，超过部件的总厚度的1/3,则塑性流动可能受到限制， 并且可能由于高内部应力、翘曲以及部件可能过脆而难以注塑成型该部件。例如，对于1_ 厚的部件，沟槽深度优选地不深于0. 33mm。对于2. 5mm厚的波导，沟槽深度优选地不深于 0.83_。图18-图19图示了在棱柱状光提取结构中形成阶梯状台阶的升起物（riser)和 出射面。每个台阶具有升起物和出射面。可以使用各种基准线或基准面来测量升起物和出 射面角度。例如，可以使用平行于部件的后表面的平面来测量升起物角度，并且可以使用垂 直于部件的顶面的另一平面来测量出射面角度。
[0069] 沟槽深度可以是任何深度，但至少由于以下原因而优选地为部件厚度的1/3到 1/5。每个沟槽具有凸峰和凹谷，所述凸峰和凹谷各自具有半径。凸峰的半径和凹谷的半径 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 间半径的填充特性而确定的。因此，在沟槽的基部和凸峰处，表面是圆润的。在部件的制造 期间，诸如在注塑成型期间，如果半径过小，则聚合物可能难以流入并完全填充沟槽。大约 5微米或6微米或者更大的曲率半径对于凸峰半径和凹谷半径都是合理的。由于凸峰半径 和凹谷半径无论提取特征的尺寸大小都保持固定，因此对于非常小的沟槽，凸峰半径和凹 谷半径占据沟槽的较大部分，并且因而沟槽可能不会得到适当填充。例如，假定凸峰和凹谷 上的5微米或6微米的半径以及20微米的沟槽，则10微米到12微米被半径所占用。然 而，对于较大的沟槽，沟槽被半径占用的百分比可忽略不计，并且因此沟槽的更多部分将会 得到适当填充。例如，如果沟槽为1_，则沟槽的少得多的部分被半径占用。
[0070] 为了确定最小沟槽宽度，选择可接受的散射百分比，并继而计算可接受的最小沟 槽宽度。沟槽深度应当足够深以使得在优选实施方式中，不超过5%到10%的表面积被沟 槽的凸峰半径和凹谷半径所占用。实际上，占用更少是优选的。在下面的示例中，使用5% 的可接受散射，并且优选的沟槽宽度估计为〇. 〇64mm作为沟槽宽度。可接受散射的范围优 选地从约1%到约5%，并且可以量化为总共的升起物半径和凹谷半径与总沟槽宽度之比。 以下的计算基于5%的散射，但亦可使用任何散射值并且优选地使用1 %与5%之间的任何 值而重复该计算。
[0071] 以下示例说明了有关棱柱状结构的尺寸的各种计算。考虑具有固定的15度的升 起物角度和90度的提取角度（垂直）的简单沟槽。假定沟槽具有在其基部处的凹谷半径， 正确形成的沟槽的长度，以及在尖端处的凸峰半径，以及以下各项： A =升起物角度 Rv =凹谷半径=0. 006mm Rp =凸峰半径=〇· 006mm W =总沟槽宽度 H =沟槽高度 L =可允许损失=5% T =波导厚度=Imm
[0072] 等式（1)、（2)和（3)允许对每个沟槽的最小推荐长度和高度的计算。
【主权项】
1. 一种用于照明术野的外科手术器械，所述器械包括： 光波导，其用于通过全内反射从所述光波导的近端向所述光波导的远端传输光，其中 所述光波导具有前表面和后表面；以及 一个或多个控制元件，其安置于所述前表面和/或所述后表面上，其中所述一个或多 个控制元