LED手术无影灯的设计

论文摘要

随着近年来环保意识的高涨和能源紧张的加剧,发光二级管(Light Emitting Diode,简写为LED)作为新一代的光源已经开始在照明领域逐步取代传统光源。传统的手术无影灯采用卤素灯作为光源,是通过多面反射镜将光线反射到手术部位。这种手术无影灯使用的卤素灯光源使用寿命短,发出的光谱中含有紫外到红外的光线,长时间使用这种手术灯会使病人产生灼热与不适,甚至病人的皮肤和手术部位会造成伤害。LED光源作为一种冷光源,光源温度低,耗电少,使用寿命很长,色温也可调,相对于传统的卤素灯光源具有很大的优势,因此本文对LED应用于手术无影灯的设计与实现进行研究。本论文主要工作和贡献如下:(1)阐述了非成像光学设计理论、LED配光设计方法和光度学表征参量等内容,介绍了本文使用的LightTools照明设计软件的主要模块及功能,并对光线追迹的原理和方法进行了讨论。(2)在研究和讨论手术无影灯的设计原理和设计要求的基础上,提出基于全内反射(TIR)透镜设计的方案,并利用LightTools软件对全内反射透镜进行了设计,并对其能量收集率和均匀性进行了优化。采用16×4透镜阵列形式设计了LED手术无影灯,并对透镜阵列的间隔和旋转角度进行了模拟,完成了透镜的公差分析和软件的模拟测试。(3)研制了LED手术无影灯的样品,根据手术无影灯的性能要求对样品进行了实际的测试,包括中心照度、单遮板无影率、双遮板无影率、深腔无影率、光柱深度等,测试结果表明样品性能基本达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 LED 发展史
• 1.2 LED 发光原理及白光LED 的实现
• 1.3 LED 照明的应用现状与前景
• 1.4 LED 的优势和手术无影灯的发展情况
• 1.5 本论文的工作
• 2 照明光学系统的基本概念与设计理论
• 2.1 非成像光学系统
• 2.2 LED 的配光设计
• 2.3 光度学表征参量
• 2.4 LightTools 软件简介
• 2.5 光线追迹的原理及方法
• 2.6 本章小结
• 3 手术无影灯的光学设计
• 3.1 设计原理及技术规范
• 3.2 本文的设计方案
• 3.3 单个透镜的设计
• 3.4 透镜阵列的设计
• 3.5 模拟测试
• 3.6 本章小结
• 4 手术无影灯的研制与样品测试
• 4.1 LED 手术无影灯的研制
• 4.2 实验测试与误差分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献