一种天吊式LED多光谱无影灯

摘要

本发明公开了一种天吊式LED多光谱无影灯。它包括矩形导轨、无影灯灯头、送风天花、手术台；手术台上方设有矩形导轨、送风天花，送风天花设置在矩形导轨的内侧，矩形导轨、送风天花固定在天花板上，矩形导轨上设有多个无影灯灯头。无影灯灯头包括第一LED灯珠S1~第五LED灯珠S5、自由曲面准直透镜L、第一二向合色镜D1和第二二向合色镜D2。本发明实现照明角度的调节和水平的位移，提高了系统的无影率，简化了无影灯的安装程序。同时，该无影灯解决了以往LED手术无影灯会出现彩色影子的问题，提高了手术创面组织的可分辨能力。

主权项

一种天吊式LED多光谱无影灯系统，其特征在于包括矩形导轨(1)、无影灯灯头(2)、送风天花(3)、手术台(4)；手术台(4)上方设有矩形导轨(1)、送风天花(3)，矩形导轨(1)、送风天花(3)固定在天花板(5)上，送风天花(3)设置在矩形导轨(1)的内侧，矩形导轨(1)上设有多个无影灯灯头(2)；所述的无影灯灯头(2)包括第一LED灯珠(S1)～第五LED灯珠(S5)、自由曲面准直透镜(L)、第一二向合色镜(D1)和第二二向合色镜(D2)；所述的自由曲面准直透镜(L)的制作方法包括如下步骤：步骤一：设计出用于点光源准直的自由曲面透镜初始结构，该自由曲面透镜的折射面(L1)的面型由如下公式确定：$\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{d\theta }}=(h+z+d)·\frac{\frac{\sin \theta -n\sin \omega }{n\sin \omega -\cos \theta }}{1-\frac{\sin 2\theta }{2}·\frac{\sin \theta -n\sin \omega }{n\sin \omega -\cos \theta }}$反射面(L2)面型由如下公式确定：$\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{d\theta }}=\frac{\frac{\sqrt{n^2-{\cos }^2\theta }-n\sin \omega }{n\cos \omega -\cos \theta }·[\frac{\sqrt{n^2-{\cos }^2\theta }}{\cos \theta }·\frac{R1}{\sin \theta }+\frac{(h+d+z-R1\cot \theta )}{\sqrt{n^2-{\cos }^2\theta }}·\frac{\sin \theta }{{\cos }^2\theta }·n^2]}{1-\frac{\sqrt{n^2-{\cos }^2\theta }-n\sin \omega }{n\cos \omega -\cos \theta }·\frac{\sqrt{n^2-{\cos }^2\theta }}{\cos \theta }}$其中，z为光线传播方向z轴的坐标，ω为入射光线经折射面(L1)折射或反射面(L2)反射后对应光线与z轴的夹角，平行光即ω＝0，h为光源离折射面(L1)顶点的距离，d为折射面顶点与坐标原点之间的距离，R1为透镜下端面的半口径，n为透镜折射率，θ为入射光线与z轴的夹角，对于折射面公式，θ的取值范围是[0,θ₁)；对于反射面公式，θ的取值范围是[θ₁，π/2]，其中θ₁是折射面所能收集光线的最大角度；步骤二：模型参数化，首先，折射面曲线AB上的待优化数据点由如下等式确定：其中，Q_i和N1分别为折射面曲线AB上的待优化数据点及其数量，反射面曲线CD上的待优化数据点可由如下等式确定：其中，P_j和N2分为反射面曲线CD上待优化数据点及其数量；在每轮优化迭代中，各待优化数据点的坐标可由以下两式重新计算得到x_ri＝ρ_risinθ_ri，z_ri＝‑(h+d)+ρ_ricosθ_ri，i＝1，2，...，N1$x_{\mathrm{lj}}=R1+\frac{{\rho }_{\mathrm{lj}}\sqrt{n^2-{\cos }^2{\theta }_{\mathrm{lj}}}}{n},z_{\mathrm{lj}}=-(h+d)+R1\cot {\theta }_{\mathrm{lj}}+\frac{{\rho }_{\mathrm{lj}}\cos {\theta }_{\mathrm{lj}}}{n},j=\mathrm{1,2},...,N2$其中，(x_ri，0，z_ri)为点Q_i的坐标，(x_lj，0，z_lj)为点P_j的坐标，ρ_ri为光源距离Q_i的距离，ρ_lj为入射光线与圆柱面曲线BC交点离P_j的距离，θ_ri和θ_lj分别为对应于Q_i和P_j点的入射光线与z轴的夹角，根据该组数据点解出对应的控制点及节点向量，然后根据控制点及节点向量构建出折射面(L1)和反射面(L2)的轮廓曲线，将该轮廓曲线再旋转360°即可得到重构的模型；步骤三：建立评价函数，评价函数MF由如下公式确定：其中，为从透镜出射的各光线与z轴正方向的夹角，为从透镜出射的所有光线与z轴正方向的夹角的均方差，M为采样光线的数量，然后选取光强呈朗伯体分布的1mm×1mm的面光源导入光学软件Tracepro进行优化，使评价函数MF收敛；步骤四：折射面(L1)和反射面(L2)通过圆柱面(L3)相连，出射面(L4)即为反射面(L2)较大的圆形出口，将折射面(L1)、反射面(L2)、圆柱面(L3)和出射面(L4)数据输入3D建模软件建立模型，将该模型导入五轴机床即可加工成型；光源发出的光线经过折射面(L1)的折射和反射面(L2)的全内反射，以平行光的形式从出射面(L4)出射；该透镜为全内反射型结构，并且关于z坐标轴旋转对称，光线收集半角为90°。