具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图10描述本发明提供的一种光圈透光结构的设计方法及光圈。

图1是发明提供的光圈透光结构的设计方法流程图之一，一种光圈透光结构的设计方法，包括：S1，计算光源分布；S2，根据光源分布以及预设的透光强度和光圈角度之间的函数关系，获取光圈不同角度下的理论透光强度；S3，根据光圈不同角度下的理论透光强度，获取光圈不同角度下的理论透光槽宽度，形成理论透光槽；S4，在所述理论透光槽的宽度小于预设宽度的部位，设置通孔替代理论透光槽。

S1，计算光源分布；具体的，根据光圈应用场景所使用的光源，通过实际测量得到光源的光分布函数L＝f(x，y)，(x²+y²＜r²)，其中L为坐标(x,y)点处的透光强度，r表示光源光斑的半径，具体如图3所示。S2，预设光圈角度与透光强度之间的函数关系，根据实际计算的光源分布函数和预设的光圈角度与透光强度之间的函数关系，获得光圈在不同角度下的理论透光强度，也就是说，根据需求计算光圈在一定角度的理论透光强度，且光圈每个角度下的理论透光强度是不同的。S3，根据光圈不同角度下的理论透光强度获取光圈不同角度下分别的理论透光槽宽度，进而根据光圈每个角度下的透光槽的宽度可形成理论透光槽。

进一步地，S4，在理论透光槽的宽度小于预设宽度的部位，将这些部位的透光槽改为通孔；在理论透光槽的宽度大于等于预设宽度的部位，保留理论透光槽；理论透光槽和通孔即为光圈上的透光结构。如图9和图10所示，其中预设宽度是指根据需求设定的最小透光槽宽度。

本发明提供的光圈透光结构的设计方法，根据预设的透光强度和光圈角度之间的函数关系先设计匹配的理论透光槽，然后通过将理论透光槽的宽度小于预设宽度的部位设置通孔替代该部位的理论透光槽，使得在透光强度较小的光圈角度范围内，透光结构为通孔，实现光圈透光强度较小部位透光结构的设计，从而在有限的条件下，当光源较弱时，光圈的透光强度和光圈的角度具有较好的函数关系。

在上述实施例的基础上，参考图2，根据光源分布以及预设的透光强度和光圈角度之间的函数关系，获取光圈不同角度下的理论透光强度包括：根据光源分布，获取最大透光强度。

具体的，根据光源的光分布函数L＝f(x，y)，(x²+y²＜r²)，并对其进行积分得到最大透光强度，即L_integral＝∫f(x，y)dxdy。

预设透光强度和光圈角度之间为指数函数变化关系，具体的，预设透光强度与光圈角度之间的指数函数变化关系为：

-kα

m＝L_integral×e，

其中α为光圈的角度，k为比例系数，L_integral为最大透光强度，m为光圈旋转α角度时的透光强度，如图4所示。基于韦伯-费希纳定律，人眼的亮度响应是对数关系，将其转化成对数，如图5所示。

进一步地，根据光源分布计算的最大透光强度L_integral以及预设的透光强度和光圈角度之间的指数函数变化关系，获取光圈不同角度下的理论透光强度m_理论，

即m_理论＝L_integral×e^-kα。

其中，根据光圈不同角度下的理论透光强度，获取光圈不同角度下的理论透光槽宽度，形成理论透光槽包括：根据光源光斑半径和透光槽的设定数量，获取透光槽宽度的取值范围；具体的，测量光源光斑半径r，根据需求设定透光槽的数量n，获取透光槽宽度的取值范围为0～2r/n，即透光槽的最大宽度为2r/n，透光槽的最小宽度为0。光圈任一角度下，根据透光槽宽度的取值范围，获取初始透光槽宽度，其中光圈任一角度下的初始透光槽的宽度为取值范围的中值，即r/n。在所述初始透光槽宽度下，叠加透光槽和光源光斑，如图7所示，获取光圈在该角度的实际透光强度，即获取光圈任一位置，初始透光槽宽度为r/n时的实际透光强度m_实际。

进一步地，根据实际透光强度m_实际和理论透光强度m_理论的偏差，对初始透光槽宽度进行迭代修正，获取理论透光槽宽度，使得在理论透光槽宽度下，实际透光强度m_实际和理论透光强度m_理论的偏差小于预设值。其中，预设值是根据光圈的应用场景和需求设定的。具体的，光圈在任一位置时，实际透光强度m_实际和理论透光强度m_理论的偏差大于或等于预设值时，重新设定初始透光槽的宽度，再次进行计算实际透光强度m_实际和理论透光强度m_理论的偏差，若两者之间的偏差小于预设值，则此时的透光槽宽度为理论透光槽宽度；若不小于则继续设定初始透光槽宽度，直至实际透光强度m_实际和理论透光强度m_理论的偏差小于预设值。

进一步地，实际透光强度m_实际小于理论透光强度m_理论时，增加初始透光槽宽度；实际透光强度m_实际大于理论透光强度m_理论时，减小初始透光强度。具体的，光圈在任一角度时，初始透光槽宽度为r/n，若实际透光强度m_实际小于理论透光强度m_理论时，增大初始透光槽的宽度，即增加初始透光槽的宽度为r/n～2r/n之间的任意值；若实际透光强度m_实际大于理论透光强度m_理论时，减小初始透光槽的宽度，即减小初始透光槽的宽度为0～r/n之间的任意值。

在一个优选实施例中，实际透光强度m_实际小于理论透光强度m_理论时，增加初始透光槽宽度包括：增加初始透光槽的宽度为初始透光槽宽度的3/2；实际透光强度m_实际大于所述理论透光强度m_理论时，减小初始透光强度包括：减小初始透光槽的宽度为初始透光槽宽度的1/2。具体的，光圈在一定角度下，获取初始透光槽宽度r/n的实际透光强度m_实际与同一角度下该初始透光槽宽度的理论透光强度m_理论进行比较，两者的偏差小于预设值时，初始透光槽宽度即为该角度下的理论透光槽宽度；若此角度下，初始透光槽宽度的实际透光强度m_实际与同一角度下该初始透光槽宽度的理论透光强度m_理论之间的偏差大于或等于预设值，则透光槽的宽度取值范围由原来的0～2r/n更改为0～r/n或r/n～2r/n，即在实际透光强度m_实际小于理论透光强度m_理论时，将初始透光槽的宽度设定为3r/2n；在实际透光强度m_实际大于所述理论透光强度m_理论时，将初始透光槽的宽度设定为r/2n；再次比较初始透光槽的宽度设定为r/2n或者3r/2n下的实际透光强度m_实际与同一角度下该初始透光槽宽度的理论透光强度m_理论之间的偏差是否小于预设值，若小于则此时的初始透光槽的宽度为理论透光槽的宽度，若两者之间的偏差大于或等于预设值则继续进行迭代修正，直至初始透光槽宽度下的实际强度m_实际与理论透光强度m_理论之间的偏差小于预设值。

本实施例中在实际透光强度小于理论透光强度时，增加初始透光槽的宽度以及在实际透光强度大于理论透光强度时，减小初始透光强度不仅限于此，也可以采用牛顿迭代法进行迭代计算，使实际透光强度和理论透光强度的偏差小于预设值即可。

进一步地，理论透光槽的宽度小于预设宽度的部位，设置通孔替代透光槽进一步包括：对理论透光槽的宽度小于预设宽度的部位从一端开始进行面积计算；在一段理论透光槽的面积大于等于预设面积时，设置通孔替代该段理论透光槽；其中，沿理论透光槽的宽度逐渐减小的方向，多个所述通孔的面积递减。

由于加工精度的限制，透光槽的宽度较小时无法加工出来或者是加工出来的透光槽不满足要求。基于此，本实施例提供的预设宽度为满足加工精度的最小宽度，预设面积为加工精度下的最小通孔面积；具体的，在理论透光槽的宽度小于加工所能达到的最小宽度的地方，对理论透光槽的面积进行分段积分计算，即s＝∫wdl，其中，s为长度为l段的理论透光槽的面积，w为理论透光槽的宽度；每当s等于加工所能实现最小通孔面积时，在透光槽的位置以一个通孔代替该段透光槽，直至理论透光槽的宽度不小于加工所能达到的最小宽度的地方。其中，沿理论透光槽的宽度逐渐减小的方向，多个通孔的面积递减。在一个优选实施例中，可以沿理论透光槽的宽度最小的部位进行渐进地积分，但是本发明中对于从哪个部位开始计算不做具体限定。

本实施例中关于预设宽度和预设面积不做具体限定，可通过加工实现满足设计需求即可。

在上述实施例的基础上，根据光圈不同角度下的理论透光强度，获取光圈不同角度下的理论透光槽宽度，形成理论透光槽还包括：根据光源光斑半径、光源光斑位置以及透光槽的设定数量，确定各个透光槽的中心线；其中，设置相邻两个透光槽之间的径向间距相等，则从光圈中心至边缘第i个透光槽的中心线通过以下公式获得：

r_i为光圈中心至边缘第i个透光槽的中心线相对光圈圆心的半径；d为透光槽的圆心到光源光斑中心的距离，r为光源光斑的半径，n为透光槽的设定数量。

具体的，根据光圈的应用场景的需求，定义光圈半径为R，光源光斑的半径为r，可以得到光圈的圆心到光源光斑中心的距离d＝R-r，透光槽的设定数量为n，多个透光槽等间距的设于透光槽的内部，透光槽的中心线呈以光圈中心为圆心的圆弧。在一个实施例中，i＝1，则从光圈中心至边缘的第一个透光槽的中心线相对于光圈圆心的半径为r_i＝d-r+r×2/n+1，即第一个透光槽的中心线的半径，已知光圈的中心位置和从光圈中心至边缘的第一个透光槽的中心线相对于光圈圆心的半径，由此可以得到透光槽的中心线。进一步地，计算每一个理论透光槽的中心线和光圈每一个角度下的理论透光槽的宽度，可以得到理论透光槽两边上的各点坐标，每边相邻两点以直线连接，进而可以形成整个理论透光槽，如图6所示。

进一步地，基于上述实施例，本发明提供的光圈透光结构的设计方法还包括：设置光圈全透部位和光圈全遮部位，参考图8，在光圈内设置光圈的全透部位和光圈的全遮部位，此处光圈的全遮部位为假定的全遮部位，实际光圈中不透光的位置均为全遮部位。根据光圈全透部位和光圈全遮部位，获取理论透光槽的起始位置和终止位置，因为光圈最暗处需要将光源光斑全部遮挡，因此理论透光槽的尾端应处于一个遮挡圆周上；光圈最亮处需要将光源光斑全部透过，因此透光槽的头端应处于一个全透圆周上；基于此需求，可以确定光圈每个角度下每个透光槽的两条边的起始位置和终止位置，具体的，根据每各透光槽的每条边的起始位置和终止位置之间的角度差，对边沿曲线进行位置修正，使得理论透光槽适配全透圆和全遮圆，即通过对理论透光槽的拉伸或者压缩，使图6所示的理论透光槽的起始位置和终止位置设于全透圆和全遮圆上，如图8所示。

这种设计方法，光圈在任一位置时，透光强度和光圈的角度都具有较好的指数函数关系，避免光源分布一致性较差时，透光强度随光圈的角度变化出现波动起伏。

在一个实施例中，根据应用环境，需要设计一个有4条理论透光槽的光圈，光源的分布为正态分布，如图3所示，分布方差σ＝10.0，光斑光源半径r＝10mm，光圈中心与光源光斑中心的距离为30mm，即透光槽的圆心到光源光斑中心的距离d＝30mm，光圈旋转300°时，透光为全透时的1/800，即光圈的主调区间为0-300°，最大透光强度与最小透光强度之间的关系是1/800，光圈的透光强度和光圈角度之间的关系可以参考图4和图5，角度分辨率为1°，加工精度最高能加工半径为0.01mm的通孔。

根据光源的光分布，任意一点的亮度与点坐标的关系为L＝f(x，y)，(x²+y²＜r²)，积分得到最大透光强度L_integral＝∫f(x，y)dxdy。

根据预设的透光强度和光圈角度之间的函数关系：

-kα

m＝L_integral×e，

计算光圈在主调区间0-300°内的所有角度的理论透光强度。已知，光圈每旋转1°，透光强度变化为z倍，那么转动300°时透光强度变化倍数的关系是z³⁰⁰＝1/800，转化成对数，可以得到光圈的角度旋转1°时的理论透光强度为m(1)＝L_integral×e^-lg(800)/300，此时-lg(800)/300就是比例系数k，其中k和设计需求密切相关，包括光圈的转向范围和转向范围内最大角度与最小角度内的透光的倍数关系，即转向角度范围相同，最小角度和最大角度之间的透光倍数关系要求不同时，k是不同的。透光槽宽度W的取值范围为0～2r/n，即W_max＝2r/n＝5mm，W_min＝0，先以该范围的中值进行计算(w_min+w_max)/2，即初始透光槽宽度W＝2.5，叠加光源光斑与透光槽的示意图，即掩图，如图7所示，掩图方程为：

计算此理论透光槽宽度下的实际透光强度，

m＝∫f(x,y)g(x,y)dxdy；

若m_实际＜m(1)，修改初始透光槽宽度取值范围的下值为w_min＝(w_min+w_max)/2，即W取值范围为2.5～5mm，再次取范围内的中值进行计算；若m_实际＞m(1)，修改初始透光槽宽度的取值范围上值为w_max＝(w_min+w_max)/2，即W取值范围为0～2.5mm，再次取中值进行计算；不断迭代，直至m_实际与m(1)的差距小于0.1，此时的透光槽的宽度即为光圈在1°时的理论透光槽的宽度。

同样的方法，计算光圈的角度旋转2°、3°……300°的理论透光槽的槽宽。

根据公式计算每个理论透光槽的中心线；根据理论透光槽的中心线和光圈每个角度下的理论透光槽的宽度，可以得到理论透光槽两边上的各点坐标，每边相邻两点以直线连接，进而可以形成整个理论透光槽，如图6所示。

进一步地，放置全透圆和全遮圆，将理论透光槽的起始位置和终止位置通过拉伸或者压缩与全透圆和全遮圆进行适配，即理论透光槽的边线按照角度比例拉伸至全透圆和全遮圆上，如图8所示。

由于加工精度的限制，最小加工半径为0.01mm的通孔。在理论透光槽的宽度小于预设宽度0.01mm部位时，设置通孔替代理论透光槽。本发明中的预设宽度时根据需求设定的，并不仅限于此，可以是任意宽度。从理论透光槽宽度最窄处开始，渐进地积分透光槽的面积，即s＝∫wdl，积分面积s大于π(0.01)²时，在该位置放置一个半径为0.01mm的圆孔；当透光槽宽度大于0.02，积分面积s大于π(0.02)²时放置半径为0.02mm的圆孔；并以此类推，增加孔的半径，直到理论透光槽的宽度大于等于0.01mm，这时理论透光槽的宽度已在加工能力范围内，参考图9和图10，由此可以得到满足实际要求的光圈。

本发明提供的光圈透光结构的设计方法，通过采用通孔替代不满足加工精度的透光槽宽度的部位，使光圈在光强度较小时，光圈上仍有多处通孔进行透光，且透光强度和光圈的角度具有较好的指数函数关系；在光源光分布一致性较差时，光强度曲线不会出现明显的波动，避免影响观察。

本发明还提供一种光圈1，包括光圈本体，光圈本体设有全透孔3和透光结构，透光结构包括透光槽2和通孔4，多个透光槽2沿光圈1的径向等距分布，具体的，透光结构设于全透部位7和全遮部位6之间，其中全透部位7即为全透孔3所示部位，多个透光槽2的宽度时相等的，沿光圈1的径向分布且任意相邻两条之间的距离是相等的。透光槽2的中心线呈圆弧状，且透光槽2的首端和全透孔3相接，透光槽2的尾端相接设有多个通孔4，且沿透光槽的宽度逐渐减小的方向，多个通孔的面积逐渐减小。具体的，透光槽2的中心线是以光圈1的中心为圆心，以透光槽2中心线的半径画弧，且透光槽2的首端与全透孔3相连，每个透光槽2的尾端相接设有多个通孔，沿透光槽宽度逐渐减小的方向，多个通孔4的面积逐渐减小，透光强度逐渐减小。

进一步地，全透孔3的内部和至少一个透光槽2的内部分别设有加强筋。如图9所示，具体的，全透孔3内部设有加强筋5，可以加强全透孔与光圈本体以及全透孔3和透光槽2之间的连接；在至少一个透光槽2的内部设有加强筋5，可以加强透光槽2和光圈本体之间的支撑，提高稳定性。本发明中关于全透孔3内部和至少一个透光槽2内部的加强筋的数量以及位置不做具体限定，可以满足稳定性即可。此外，关于加强筋的尺寸也不做具体限定，可以根据需求进行设定，不影响透光强度即可。其中，这种光圈可以应用于内窥镜。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。