一种手术用新型LED照明光学元件制造技术

本发明专利技术手术用新型LED照明光学元件由折射部分的光学透镜和反射部分的反光杯组成，折射透镜下底有一内凹半球面开口，用于将LED光源安装于球心处；透镜上表面由两部分组成，顶端部分边界与透镜中心轴夹角为45°，该面使得LED出射光中与主光轴夹角45°范围内的光线均匀照明有效距离处的目标范围；下半部分为与内凹半球同心的半球面，反光杯下底与光学透镜下底共面，杯体上开口半径与杯体高度相等，保证由LED出射的下半部分45°范围的光线经反光杯内壁反射后均匀照明有效距离处的目标范围；反光杯内壁为以特定算法求得的自由曲线绕主光轴旋转而成，折射透镜和反光杯分别对LED发出的与主光轴夹角为0～45°和45°～90°范围内光能进行调制，使光能均匀照明目标范围，且保证LED光能充分利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及手术用照明光学元件，具体涉及一种手术用新型LED照明光学元件。
技术介绍
由于在尺寸和节能方面的优势，越来越多的照明系统使用发光二极管(LED)作为光源，如内窥镜、手电筒、指示灯等若采用LED作为光源可使得器件尺寸和结构大为简化，具有轻便灵活、直流驱动、高亮高效等优点。基于非成像光学的LED 二次光学元件，正是实现这一应用的关键技术。通过给LED外部安装特定二次光学镜头才能满足特定的照明需求，并使LED节能环保、灵活耐用等优点得到充分体现。
技术实现思路
本专利技术提供一种手术用新型LED照明光学元件，以所设计的手术用LED照明光学元件为主要部件的手术照明灯，可轻便的安置于医师头部，在手术中方便的提供局部区域的高亮均匀照明，确保手术准确顺利的进行。本手术用LED照明光学元件是采用以下方案实现的:一种手术用新型LED照明光学元件，其特征在于:由折射部分的光学透镜和反射部分的反光杯组成，为避免单纯使用透镜时大角度出射光线发生全反射，而单纯使用反光杯时中心区域光线无法控制等缺点，特对LED出射光分成与主光轴夹角为O 45°和45° 90°两部分，对前者通过折射透镜调制，对后者通过反光杯调制。折射透镜下底有一内凹半球面开口，使用时LED位于半球球心处。上表面由两部分组成，顶端部分是根据特定算法求得的自由曲面，其边界圆与透镜中心轴夹角为45°，该面使得LED出射光中与主光轴夹角45°范围内的光线均匀出射至有效距离内的目标范围内；下半部分为与内凹半球同心的半球面，LED出射光经该面不发生偏折。反光杯下底口与折射透镜下底共面，杯体上开口半径与杯体高度相等，杯内壁为以特定算法求得的自由曲面，保证由LED出射的45° 90°范围内光线经反光杯内壁反射后均匀照明有效距离处的目标面。折射透镜与反光杯由LED基底电路板连为一体。反光杯外壳可作为手术灯外壳使用，只需杯口前加以封装塑料板即可。折射透镜与反光杯材料可以是玻璃、塑料、光学玻璃等，且反光杯内壁需涂覆高反射率材料。折射透镜外表面自由曲面求解原理是:LED向半空间发出的光线是旋转对称的，设计时只需在二维坐标下求解对应的自由曲面母线，将其沿光轴方向360°旋转对称，即可得到对应的自由曲面。在点光源近似下，如果将自由曲面母线进行离散点的划分，那么每个节点处只有一根入射光线。再根据非成像光学边缘光线原理，通过自由曲面母线上每个节点的光线，经过系统后，将对应于目标上唯一一点，通过节点之间连续部分的光线，经过系统后，也在目标上离散点中间连续分布。根据上述原理，对于给定目标面大小和位置关系的系统，可将特定大小的目标面半径及自由曲面母线分割成数目相等的节点，使目标面半径上节点与自由曲面母线节点形成一一对应，那么根据Snell定律，通过控制自由曲面母线上节点处的法矢量，来控制每个节点处入射光线的出射方向，当保证划分的自由曲面母线上两两节点范围内的光能相等时，就可以精确地实现目标面两两节点内接收的光照度的均匀性，当节点划分足够细时，整个目标面被均匀照明。反光杯面型的设计方法与上述透镜外表面类似，所不同的是在使用Snell定律时，用到的是反射形式，且下半部分45° 90°范围内光线反射到与透镜相同的目标面内，求解时需保证反光杯底端口径大于透镜底面圆直径。本专利技术的现实意义是针对LED光源的直流驱动、高效环保、体积小巧等特点和手术中特殊区域高亮照明的需求，设计必要的二次光学元件，对LED出射光进行调制，使得LED可用于一些手术中需要局部均匀照明的特殊照明场合，进一步拓宽LED的利用领域并提高光能利用效率。以所设计的手术用LED照明光学元件为主要部件的手术照明灯，可轻便的安置于医师头部，在手 术中方便的提供局部区域的高亮均匀照明，确保手术准确顺利的进行。附图说明附图1给出了二维坐标下，自由曲面母线与目标面半径方向上各点的一一对应关系O附图2给出了切线迭代法确定自由曲面母线各点坐标示意图。附图3具体给出了切线迭代法确定自由曲面母线各点坐标示意图。附图4为实现直径100_圆形区域均匀照明的LED照明光学元件实体图。附图5为实现直径IOOmm圆形区域均匀照明的LED照明光学元件模拟结果。(a)为目标照度分布图；(b)为空间光强分布图。具体实施例方式下面结合附图说明求解透镜外表面自由曲面母线和反光杯内壁自由曲面母线的具体方法。二维情况下，求解自由曲面母线时分三个步骤。首先，对LED出射到半空间的能量进行均分。点光源近似下，LED向半空间发出光线端点在空间构成一个半球面，半球面上的光线唯一的对应于透镜表面自由曲面上一点。此时光源辐射的总能量Φ为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术用新型LED照明光学元件，其特征在于：由折射部分的光学透镜和反射部分的反光杯组成，折射透镜和反光杯分别对LED发出的与主光轴夹角为0～45°和45°～90°范围内光能进行调制。

【技术特征摘要】
1.一种手术用新型LED照明光学元件，其特征在于:由折射部分的光学透镜和反射部分的反光杯组成，折射透镜和反光杯分别对LED发出的与主光轴夹角为O 45°和45° 90°范围内光能进彳丁调制。2.根据权利要求1所述的手术用LED照明光学元件，其特征在于折射透镜下底有一内凹半球面开口，使用时LED位于半球球心处。上表面由两部分组成，顶端部分是根据特定算法求得的自由曲面，其边界圆与透镜中心轴夹角为45°，该面使得LED出射光中与主光轴夹角45°范围内的光线均匀出射至有效距离内的目标范围内；下半部分为与内凹半球同心的半球面，LED出射光经该面不发生偏折。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淬，
申请(专利权)人：西安真核医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：