LED手术无影灯的设计

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。
　　本论文的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1634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。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

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