[发明专利]一种用于LED无影灯的全反射聚焦方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明的实施方式中，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，本发明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。本发明人将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，本发明的技术解决方案是：

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°。

根据本发明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。