本发明专利技术公开了一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法及装置。其特征是：包括全反射聚焦装置单元，以S点和D点为圆心分别构成相交的S圆和D圆，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆，全反射聚焦装置单元的全反射面位于椭圆的曲线区段，当S点发射出的入射光以大于等于全反射聚焦装置临界角的入射角α射至其位于椭圆的曲线区段上的全反射面时能被全反射至D点,S圆与D圆的交点和S圆与椭圆的交点之间构成入射面，S圆与D圆的交点和D圆与椭圆的交点之间构成出光面，椭圆与S圆和D圆的交点之间的曲线段构成全反射面。本发明专利技术具有光路短、光损小、光的利用率更高，所需灯具功率小、发热量小，形成的光斑细腻，不会产生眩光等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法及装置
本专利技术涉及一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法及装置，属于医用无影手术灯领域。
技术介绍
在现有技术中，用于医院手术室的LED无影灯一般采用反射方式将光源聚焦形成无影光照区，但普遍存在光损过大或反射介质要求过高的缺陷，为了达到手术无影光照区所需的光斑照度要求，需要较大功率的灯具来实现，因此产生的热量大，灯具散热慢，加剧了光的衰减，影响无影灯的光照效果和使用寿命，其形成的光斑较大，无法形成更小的无影光照区，还会产生眩光等不利于手术的缺陷，已不适应现代手术发展的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有无影手术灯存在光损、眩光的问题，而寻求一种光路短，光的有效利用率高的聚焦方法，重新设计提供一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法及装置，该方法及装置通过采用全反射方法将光源聚焦至无影光照区，由该方法构形的装置及其LED无影灯通过较小的功率即可实现更好的照度，其产生的热量小，而且全反射方式不会存在光损问题，能形成更为均匀细腻的无影光斑，使无影光照区的视觉效果更好。本专利技术所采用的技术方案实施原理构思是：根据全反射原理，正弦的平方减去余弦的平方的值为负数时就会产生全反射，临界值为零，如果值为正数即是折射，等于零的时候开始全反射，正弦的平方减去余弦的平方的值为负数时才能满足全反射区间。根据光学材料的不同，临界角会有差异，所以，为达到全反射条件，本专利技术的实施方式中，主要选用PC(39°)和PMMA(42°),所以只要大于或等于42°时，都实现光的全反射。基于这个基本原理，本专利技术创新设计一个全反射聚焦装置，光源由S点发射出来的光，能满足全反射条件而汇聚到D点。根据椭圆的性质，椭圆上的任意一条切线与切点处的两条焦半径所成的角相等，这就从理论上可推断出由S点发射出去的光只要满足了全反射条件，那么它们将都会全反射到D点的无影光照区A。本专利技术人将S点和D点做为椭圆的两个焦点来建立这个全反射聚焦装置的模型。为了满足全反射光的要求，首先，全反射聚焦装置采用透明材质(光从光密介质进入光疏介质)，其次，因为从S点发射出来的光是一个光束，有一定的发散角度，为了让所有的光束都能满足全反射要求，一条椭圆的曲线或曲线段不能满足从S点发射出来的发散角光束，只能对入射光进行分段设计。以S点为圆心，以S点到台阶面为半径来确定入射面的高度，以D点为圆心，以D点到台阶面为半径来确定出光面的宽度。因为两条曲线(以S和D圆心的圆)都是在光源和焦点的圆，所以要和这两个圆共轭的椭圆，在一个坐标轴内全反射面只有一个解，就是和以焦点为中心的椭圆，因短轴变化而产生的与以焦点为中心的圆有交点的，同时能与光源点为中心的圆的弧距离在设计要求内的椭圆，这样就构成了需要的全反射面。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法，其特征是：包括透明材质构造的全反射聚焦装置单元，以光源的S点和无影光照区A的D点为圆心分别构成相交的S圆和D圆，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆，所述全反射聚焦装置单元的全反射面位于所述椭圆的曲线区段，当S点发射出的入射光以大于等于所述全反射聚焦装置临界角的入射角α射至其位于所述椭圆的曲线区段上的全反射面时能被全反射至无影光照区A的D点。本技术方案中，所述临界角为30°-49.9°，所述入射角α大于等于30°。根据本专利技术的方法还提供一种用于LED无影灯的全反射聚焦装置，其特征是：包括入射面、出光面、全反射面和结构面构成的全反射聚焦装置单元，所述全反射聚焦装置单元为透明材质构造，以光源的S点和无影光照区A的D点为圆心分别构成相交的S圆和D圆，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆，S圆与D圆的交点和S圆与椭圆的交点之间构成所述入射面，S圆与D圆的交点和D圆与椭圆的交点之间构成所述出光面，椭圆与S圆和D圆的交点之间的曲线段构成所述全反射面。本技术方案中，数个所述全反射聚焦装置单元的所述全反射面和入射面依次首尾相接成多级阶梯构成一弧状扇形结构的全反射聚焦模块Ⅱ，每个所述入射面的高度为S圆的曲线上与D圆的焦点到S圆与椭圆的焦点整段或其中一段，可通过公式S2＝(x-c)2+y2得出，每个所述出光面的宽度为D圆的曲线上与S圆的焦点到D圆与椭圆的焦点整段或其中一段，可通过公式D2＝(x+c)2+y2得出，数个入射光源装置对应所述入射面设置，使通过入射光源装置以入射光线夹角δ发射出的入射光能从数个所述入射面进入所述全反射聚焦模块Ⅱ并通过数个所述全反射面全反射至无影光照区A的D点。本技术方案中，所述入射光线夹角δ为0-80°。本技术方案中，多块所述全反射聚焦模块Ⅱ组合构成一整体全反射聚焦装置，数个所述入射光源装置环绕所述全反射聚焦装置的外围边缘设置，或数个所述入射光源装置置于所述全反射聚焦装置的中心部位环形设置。在本专利技术的实施方式中，全反射聚焦装置单元的透明材质可以是PC构造或PMMA构造或光学玻璃构造。本专利技术具有的主要优点和有益效果是：1、在本技术方案中，通过全反射原理并采用能实现全反射的光学材料尤其是透明材质构造的全反射聚焦装置单元，光损失为零，经全反射形成的光斑更为细腻，使得光斑重叠形成更小的无影光照区，其无影光照区的视光效果更好。2、由于采用本专利技术技术方案，光路短、光的利用率更高，不仅所需灯具功率小，且达到的光照效果更好，其发热量小，散热快，可有效地减少LED光的衰减，并延长了无影手术灯的使用寿命，在提高光效利用率的同时，解决了散热的问题，更进一步满足了无影光照区的有效照度。3、本专利技术的全反射聚焦模块Ⅱ是由数个全反射聚焦装置单元的全反射面和入射面依次首尾相接成多级阶梯构成一弧状扇形结构，分段实现全反射，提高了光斑的均匀度，同时解决了眩光的问题。附图说明图1是本专利技术的全反射聚焦装置单元立体结构主视图。图2是本专利技术的全反射聚焦装置单元构成原理图。图3是图2中I处局部放大示意图。图4是本专利技术的全反射聚焦装置单元截面光路结构示意图。图5是本专利技术的全反射聚焦模块Ⅱ截面光路结构示意图。图6是本专利技术的全反射聚焦模块Ⅱ立体结构示意图。图7是本专利技术的全反射聚焦模块Ⅱ平面结构示意图。图8是本专利技术的全反射聚焦装置平面结构示意图。图9是本专利技术的全反射聚焦装置实施状态截面光路结构示意图。附图标注说明：1-入射面、2-全反射面、3-出光面、4-结构面、5-S圆、6-D圆、7-椭圆、8-入射光、9-全反射光、10-法线、11-入射光源装置、12-壳体、13-光斑调节装置、14-手柄、15-防护罩。具体实施方式现在将参照附图所示的优选实施例对本专利技术作进一步详细描述。为了彻底理解本专利技术，在以下优选实施例的描述中展示了大量的具体细节，然而对于本领域的技术人员显而易见的是可以不采用这些特定的细节中的一部分或所有部分来实施本专利技术，但不管怎样实施，本
技术实现思路
不受其形状构造的局限，只要是采用本专利技术技术方法，均应在本专利技术实施方案中。为实现本专利技术的目的，根据全反射原理，正弦的平方减去余弦的平方的值为负数时就会产生全反射，临界值为零，如果值为正数即是折射，等于零的时候开始全反射，正弦的平方减去余弦的平方的值为负数时才能满足全反射区间。根据光学材料的不同，临界角会有差异，所以，为达到全反射条件，本专利技术的实施方式中，主要选用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法，其特征是：包括透明材质构造的全反射聚焦装置单元，以光源的S点和无影光照区A的D点为圆心分别构成相交的S圆(5)和D圆(6)，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆(7)，所述全反射聚焦装置单元的全反射面(3)位于所述椭圆的曲线区段，当S点发射出的入射光(8)以大于等于所述全反射聚焦装置临界角的入射角α射至其位于所述椭圆的曲线区段上的全反射面时能被全反射至无影光照区A的D点。
【技术特征摘要】
1.一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法，其特征是：包括透明材质构造的全反射聚焦装置单元，以光源的S点和无影光照区A的D点为圆心分别构成相交的S圆(5)和D圆(6)，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆(7)，所述全反射聚焦装置单元的全反射面(3)位于所述椭圆的曲线区段，当S点发射出的入射光(8)以大于等于所述全反射聚焦装置临界角的入射角α射至其位于所述椭圆的曲线区段上的全反射面时能被全反射至无影光照区A的D点。2.一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法，其特征是：所述临界角为30°-49.9°，所述入射角α大于等于30°。3.一种用于LED无影灯的全反射聚焦装置，其特征是：包括入射面(1)、出光面(2)、全反射面(3)和结构面(4)构成的全反射聚焦装置单元，所述全反射聚焦装置单元为透明材质构造，以光源的S点和无影光照区A的D点为圆心分别构成相交的S圆(5)和D圆(6)，以S圆和D圆的圆心为焦点构成共轭的椭圆(7)，S圆与D圆的交点和S圆与椭圆的交点之间构成所述入射面，S圆与D圆的交点和D圆与椭圆的交点之间构成所...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：湖南太阳龙医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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