專利名稱：一種多功能醫(yī)用led照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腔鏡外科是今后醫(yī)學(xué)發(fā)展的一大主流方向，與傳統(tǒng)開腹手術(shù)相比，具有手術(shù)創(chuàng)傷輕，病人痛苦小，術(shù)后恢復(fù)快等諸多優(yōu)點(diǎn)。腔鏡的照明系統(tǒng)對獲取清晰明顯的腔內(nèi)影像有著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)有腔鏡照明系統(tǒng)多采用氣體光源，如氙燈。其優(yōu)點(diǎn)是光通量大、顯色性好。但存在壽命短、能耗高等缺點(diǎn)。LED光源有著高發(fā)光效率、長使用壽命的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于醫(yī)用照明中則存在著顯色性不佳，即顯色指數(shù)(CRI)較低的問題。如何提高CRI是制約LED應(yīng)用于醫(yī)用照明的重要問題，有必要進(jìn)行技術(shù)探索。獲取高顯色性LED白光主要有以下兩種方法:RGB三基色LED芯片混合生成白光、白光LED與紅光LED混合生成白光。窄帶成像技術(shù)是一種多光譜成像技術(shù)。它采用RGB三種波段的光譜照明，相比白光照明時(shí)，可有效改善特殊病灶與周圍組織間的對比度，應(yīng)用也在逐步推廣。目前窄帶光譜還是依靠3種特殊的濾光片實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較為龐大。

發(fā)明內(nèi)容
針對醫(yī)用照明需求，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高，具有高顯色性白光及窄 帶成像的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)。本發(fā)明的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)包括四組尺寸完全相同的LED模塊，每組LED模塊均包括LED芯片、散熱裝置、LED驅(qū)動(dòng)控制電路板和鏡筒，鏡筒內(nèi)自后端至前端依次裝置第一透鏡、隔圈、第二透鏡和壓圈，LED芯片同軸線安裝在鏡筒的后端，并固定在散熱裝置上，第一透鏡為正透鏡，其靠近LED芯片光學(xué)面為凹面，面向鏡筒前端為凸面，第二透鏡為正透鏡，其面向LED芯片光學(xué)面為凸面，面向鏡筒前端為非球面，LED驅(qū)動(dòng)控制電路板與LED芯片相連接，上述的第一組LED模塊的LED芯片為紅光LED芯片，第二組LED模塊的LED芯片為綠光LED芯片，第三組LED模塊的LED芯片為藍(lán)光LED芯片，第四組LED模塊的LED芯片為冷白光LED芯片，第一組LED模塊的第一光軸與第二組LED模塊的第二光軸互相垂直，第三組LED模塊的第三光軸與第一組LED模塊的第一光軸互相重合，出射光方向相反，第四組LED模塊的第四光軸與第三組LED模塊的第三光軸互相平行，在第二光軸與第一光軸及第三光軸的交點(diǎn)位置，設(shè)置X型合光片，第一組LED模塊、第二組LED模塊和第三組LED模塊距離X型合光片中心的距離完全相等，在第二光軸與第四光軸的交點(diǎn)位置，設(shè)置二色鏡，在二色鏡的出光方向設(shè)置聚光透鏡，二色鏡由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作45°旋轉(zhuǎn)，四組LED模塊的LED驅(qū)動(dòng)控制電路板及電機(jī)均與系統(tǒng)控制模塊相連。在進(jìn)行醫(yī)用內(nèi)窺鏡使用時(shí)，將本發(fā)明的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)發(fā)出的光經(jīng)光纖導(dǎo)入人體，為內(nèi)窺鏡進(jìn)行照明。紅/綠/藍(lán)(R/G/B)三種LED的三路出射光經(jīng)X型合光片混合為單路出射光，紅/冷白(R/UW)兩種LED的兩路出射光經(jīng)二色鏡混合為單路出射光，經(jīng)聚光透鏡將混合光導(dǎo)入光纖。當(dāng)選擇RGB窄帶光源時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制UW LED不發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸重合，此時(shí)二色鏡對光路不產(chǎn)生影響，系統(tǒng)控制模塊控制R/G/B LED按照設(shè)定次序分時(shí)發(fā)光。當(dāng)選擇白光照明時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制G/B LED不發(fā)光、R/UW LED發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸和第四光軸共成45°的位置，此時(shí)UW冷白光與R紅光經(jīng)由二色鏡混合生成白光光源。當(dāng)UW LED發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制R/G/B LED同時(shí)發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸重合，此時(shí)二色鏡對光路不產(chǎn)生影響，R/G/B三基色合成備 用白光光源。系統(tǒng)控制模塊可以是計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)采用紅、綠、藍(lán)、冷白四色LED芯片，應(yīng)用四路尺寸完全一致的鏡筒與準(zhǔn)直部件，在一套系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)RGB三基色混合白光和冷白光與紅光混合白光的不同方案，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉。本發(fā)明直接采用RGB LED分時(shí)照明實(shí)現(xiàn)窄帶光譜照明，結(jié)構(gòu)簡單。由于RGB三基色可合成白光，如果冷白光LED芯片損壞，RGB三基色合成白光可作為白光備用光源，備用光源的功能大大提高了光源的可靠性。


圖1是多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)的構(gòu)成示意 圖2是單組LED模塊不意 圖3是X型合光片對不同波長光線的透過率曲線圖，圖中實(shí)線為反藍(lán)透紅綠二色鏡，虛線為反紅透藍(lán)綠二色鏡，橫坐標(biāo)軸為波長，縱坐標(biāo)軸為透過率；
圖4是透紅反藍(lán)綠二色鏡對不同波長光線的透過率曲線圖，橫坐標(biāo)軸為波長，縱坐標(biāo)軸為透過率。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。參照圖1、圖2，本發(fā)明的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)包括四組尺寸完全相同的LED模塊11、12、13、14，每組LED模塊均包括LED芯片8、散熱裝置7、LED驅(qū)動(dòng)控制電路板6和鏡筒5，鏡筒5內(nèi)自后端至前端依次裝置第一透鏡1、隔圈2、第二透鏡3和壓圈4，LED芯片8同軸線安裝在鏡筒5的后端，并固定在散熱裝置7上，第一透鏡I為正透鏡，其靠近LED芯片8光學(xué)面為凹面，面向鏡筒前端為凸面，第二透鏡3為正透鏡，其面向LED芯片光學(xué)面為凸面，面向鏡筒前端為非球面，LED驅(qū)動(dòng)控制電路板6與LED芯片8相連接，上述的第一組LED模塊11的LED芯片8為紅光LED芯片，第二組LED模塊12的LED芯片8為綠光LED芯片，第三組LED模塊13的LED芯片8為藍(lán)光LED芯片，第四組LED模塊14的LED芯片8為冷白光LED芯片，第一組LED模塊11的第一光軸20與第二組LED模塊12的第二光軸21互相垂直，第三組LED模塊13的第三光軸22與第一組LED模塊11的第一光軸20互相重合，出射光方向相反，第四組LED模塊14的第四光軸23與第三組LED模塊13的第三光軸22互相平行，在第二光軸21與第一光軸20及第三光軸22的交點(diǎn)位置，設(shè)置X型合光片9，第一組LED模塊11、第二組LED模塊12和第三組LED模塊13距離X型合光片9中心的距離完全相等，在第二光軸21與第四光軸23的交點(diǎn)位置，設(shè)置二色鏡10，在二色鏡10的出光方向設(shè)置聚光透鏡15，二色鏡10由電機(jī)I驅(qū)動(dòng)作45°旋轉(zhuǎn)，四組LED模塊11、12、13、14的LED驅(qū)動(dòng)控制電路板6及電機(jī)17均與系統(tǒng)控制模塊16相連。在進(jìn)行醫(yī)用內(nèi)窺鏡使用時(shí)，將本發(fā)明的照明系統(tǒng)發(fā)出的光經(jīng)光纖導(dǎo)入人體，為內(nèi)窺鏡進(jìn)行照明。R/G/B三種LED的三路出射光經(jīng)X型合光片混合為單路出射光，R/UW兩種LED的兩路出射光經(jīng)二色鏡混合為單路出射光。當(dāng)選擇RGB窄帶光源時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制UW LED不發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸重合，此時(shí)二色鏡對光路不產(chǎn)生影響，系統(tǒng)控制模塊控制R/G/B LED按照設(shè)定次序分時(shí)發(fā)光。當(dāng)選擇白光照明時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制G/B LED不發(fā)光、R/UW LED發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸和第四光軸共成45°的位置，此時(shí)UW冷白光與R紅光經(jīng)由二色鏡混合生成白光光源。當(dāng)UW LED發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)控制模塊控制R/G/B LED同時(shí)發(fā)光，并控制電機(jī)將二色鏡旋轉(zhuǎn)至與第二光軸重合，此時(shí)二色鏡對光路不產(chǎn)生影響，R/G/B三基色合成備用白光光源。X型合光片9對不同波長光線的透過率曲線如圖3。透紅反藍(lán)綠二色鏡10對不同波長光線的透過率曲線如圖 4。
權(quán)利要求
1.一種多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)，其特征在于包括四組尺寸完全相同的LED模塊(11、.12、13、14)，每組LED模塊均包括LED芯片(8)、散熱裝置(7)、LED驅(qū)動(dòng)控制電路板(6)和鏡筒(5)，鏡筒(5)內(nèi)自后端至前端依次裝置第一透鏡(I)、隔圈(2)、第二透鏡(3)和壓圈(4),LED芯片(8)同軸線安裝在鏡筒(5)的后端，并固定在散熱裝置(7)上，第一透鏡(I)為正透鏡，其靠近LED芯片(8)光學(xué)面為凹面，面向鏡筒前端為凸面，第二透鏡(3)為正透鏡，其面向LED芯片光學(xué)面為凸面，面向鏡筒前端為非球面，LED驅(qū)動(dòng)控制電路板(6)與LED芯片(8 )相連接，上述的第一組LED模塊(11)的LED芯片(8 )為紅光LED芯片，第二組LED模塊(12)的LED芯片(8)為綠光LED芯片，第三組LED模塊(13)的LED芯片(8)為藍(lán)光LED芯片，第四組LED模塊(14 )的LED芯片(8 )為冷白光LED芯片，第一組LED模塊(11)的第一光軸(20)與第二組LED模塊(12)的第二光軸(21)互相垂直，第三組LED模塊(13)的第三光軸(22)與第一組LED模塊(11)的第一光軸(20)互相重合，出射光方向相反，第四組LED模塊(14)的第四光軸(23 )與第三組LED模塊(13)的第三光軸(22)互相平行，在第二光軸(21)與第一光軸(20)及第三光軸(22)的交點(diǎn)位置，設(shè)置X型合光片(9)，第一組LED模塊(11)、第二組LED模塊(12)和第三組LED模塊(13)距離X型合光片(9)中心的距離完全相等，在第二光軸(21)與第四光軸(23)的交點(diǎn)位置，設(shè)置二色鏡(10)，在二色鏡(10)的出光方向設(shè)置聚光透鏡(15)，二色鏡(IO )由電機(jī)(17 )驅(qū)動(dòng)作45 °旋轉(zhuǎn)，四組LED模塊(11、12、.13、14)的LED驅(qū)動(dòng)控制電路板(6 )及電機(jī)(17)均與系統(tǒng)控制模塊(16)相連。
全文摘要
本發(fā)明的多功能醫(yī)用LED照明系統(tǒng)包括四組尺寸完全相同但分別具有R、G、B和UW芯片的LED模塊，每個(gè)LED芯片的出光面前部安裝有結(jié)構(gòu)完全相同的光學(xué)準(zhǔn)直器，對LED的出射光進(jìn)行準(zhǔn)直。R/G/B三種LED的三路出射光經(jīng)X型合光片混合為單路出射光，R/UW兩種LED的兩路出射光經(jīng)二色鏡混合為單路出射光。二色鏡通過電機(jī)控制作45°旋轉(zhuǎn)，當(dāng)選擇白光照明時(shí)，G/BLED不發(fā)光，R/UWLED發(fā)光，此時(shí)UW冷白光加R紅光經(jīng)二色鏡混合生成白光光源。當(dāng)選擇RGB窄帶光源時(shí)，UWLED不發(fā)光，此時(shí)R/G/B分時(shí)發(fā)光。當(dāng)UWLED發(fā)生故障時(shí)，R/G/BLED同時(shí)發(fā)光，可作為備用白光光源。在二色鏡前面安裝聚光透鏡，使光源出射光方便耦合進(jìn)光纖束。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高，具有高顯色性白光及窄帶成像。
文檔編號A61B1/00GK103190878SQ201310093698
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者王立強(qiáng), 楊天領(lǐng), 石巖 申請人:浙江大學(xué), 杭州首天光電技術(shù)有限公司