專利名稱：一種照明光斑大小和形狀可調的led手術燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于臨床手術照明的LED無影燈，屬于醫(yī)療設備領域。
背景技術：
LED燈具有壽命長、能耗低、啟動快等優(yōu)異特點，越來越廣泛地應用于信號燈、照明光源、圖形與圖像顯示等領域。常規(guī)手術無影燈光源一般采用的是鎢絲燈等高溫光源，燈下溫度一般要比環(huán)境溫度高10度左右。這樣，暴露的人體組織上的水分很容易被蒸發(fā)，人體組織脫水不利于病人的手術后恢復，也影響手術醫(yī)生的身體狀況。常規(guī)手術燈需要在燈罩前設置特殊的光學透鏡，使出射的光均勻，這不僅成本高，也增加了手術燈的質量，維護起來也有一定困難。LED光源除了無汞、節(jié)能、節(jié)材、對環(huán)境無電磁干擾、無有害射線等優(yōu)點之外，在照明領域中，特別是在手術照明領域中的優(yōu)勢更加明顯。例如無高壓環(huán)節(jié)，安全性和可靠性高；無啟動器、鎮(zhèn)流器或超高壓變壓器使得結構簡單；無需充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊且可控性好；響應時間快(微秒數(shù)量級)，可反復頻繁亮滅，基本無惰性，不會疲倦；產生的色彩純正；對燈具強度和剛度要求很低；體積小巧。大的LED燈可由一系列LED單體光源(或稱為LED列陣)組成，而LED單體光源尺度可為毫米數(shù)量級或更小、柔性化好，使LED能適應各種幾何尺寸和不同空間大小的照明要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈。本發(fā)明提供的照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈，包括主照明光源和輔照明光源(如圖I所示);主照明光源劃分成6個區(qū)域(如圖3所示)，分別定義為W0、W1、W2、W3、W4和W5。每個區(qū)域內設置一組LED單體共同構成主照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，不同區(qū)域的組合形成不同的照射光斑大小和形狀；輔照明光源劃分成2個區(qū)域(如圖4所示)，分別是中心的小圓區(qū)域Vl和小圓外大圓內的環(huán)形區(qū)域V2，每個區(qū)域內設置一組LED單體共同構成輔照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，輔照明光源只實現(xiàn)兩種不同大小的光斑。所述的主照明光源和輔照明光源分別通過結構相同的角度調節(jié)機構實現(xiàn)光源照射角度的調節(jié)(如圖2所示),該角度調節(jié)機構包括繞X軸方向轉動的框架式X軸連接體，X軸連接體一端與X軸轉動電機連接，另一端安裝X軸護套，X軸轉動電機和X軸護套安裝在手術燈專用吊臂上；用于固定照明光源并繞I軸方向轉動的I軸連接體的兩側接連I軸轉動電機和I軸護套，I軸轉動電機和I軸護套安裝在框架式X軸連接體上。帶有兩個方向轉動控制的燈體與手術燈專用吊臂連接。主照明光源可以在被照位置上依次產生大橢圓、大圓、中橢圓、中圓、小橢圓、小圓共6種不同形狀和大小的光斑。調整方式為點亮中心WO區(qū)域則形成中心的小圓區(qū)域、小圓區(qū)域加上Wl形成小橢圓區(qū)域、小橢圓區(qū)域加上W2形成中圓區(qū)域、中圓區(qū)域加W3形成中橢圓區(qū)域、中橢圓區(qū)域加W4形成中大圓區(qū)域、大圓區(qū)域加W5形成大橢圓區(qū)域,如圖3所示。輔助照明光源可以在被照位置上產生中圓和小圓2種大小的光斑，照明效果如圖4所示。主照明光源照射面積比輔助光源照射的面積大，主照明光斑的大小和形狀都可調，輔助照明光源只能調整照明光斑的大小。光源投照控制可以通過如圖5所示的控制面板上的按鈕按動操作完成。按鈕按動操作請求將輸入到單片機上，由單片機控制驅動電路分別按不同狀態(tài)要求驅動繼電器的通斷實現(xiàn)LED燈組的點亮與否控制。本發(fā)明LED手術燈的調整是由單片機控制實現(xiàn)的。主、輔光源分別以近似平行光的面光源方式將光投射到手術臺上的同一位置，選定兩光源之間的角度，使得光源的投照區(qū)形成無影照明。光源的照射方向是通過角度調節(jié)機構的彼此相互垂直的兩個方向的轉動實現(xiàn)的，如圖2所示。在調整主照明光源投照方位時，輔照明光源的照射位置隨主照明光源位置而動，使得兩者的投照位置相同。也可以單獨控制輔照明光源的照射位置，單獨調整輔照明光源時，主光源的投照方位不變。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果手術燈的照明發(fā)光熱量很小，對手術損傷創(chuàng)口的燈照蒸發(fā)小，有利于病人術后恢復；光束集中且不需要用反射器聚光，有利于減小燈具的深度；由單片機控制照明形狀和大小使得該燈的使用場合適用范圍廣，可減少手術室內的燈具數(shù)量要求；該燈的耗電量低，達到傳統(tǒng)燈泡同等的發(fā)光亮度時，耗電量僅為傳統(tǒng)燈泡的6%，省電節(jié)能；該燈的壽命長，正常使用在6年以上，無需日常維護；點亮過程時間短，無頻閃現(xiàn)象。


圖I為LED手術燈結構示意圖。圖中1-1是主光源燈體，1-2是輔光源燈體，1-3是被照明手術臺，1-4和1-5分別是主、輔光源照明光束的邊界圖2為LED手術燈燈體轉動控制系統(tǒng)結構示意圖。圖中2-7為X軸轉動電機，2-5為為X軸護套，2-6為X軸連接體，2-2為y軸轉動電機，2-4為y軸護套，2-3為y軸連接體，2-1為燈照明體。圖3為LED手術燈主照明光源光斑分區(qū)示意圖。WO為中心圓區(qū)域，Wl至W5為由里至外光斑逐步增大和變形而增加的區(qū)域。圖4為LED手術燈輔助照明光源光斑分區(qū)示意圖。VO為輔助光源照明小圓光斑，Vl為由小圓至大圓所增加的區(qū)域。圖5為手術燈控制面板示意圖。圖中的字母為相應控制電路中的標號。圖6為LED手術燈控制系統(tǒng)連接示意圖。 圖7為LED手術燈單片機控制流程圖。圖8為主光源照明光斑大小和形狀依次變化示意圖。圖9為輔助光源照明光斑大小依次變化示意圖。圖10為光源控制系統(tǒng)中單片機引腳連接示意圖。圖11為控制面板上光斑大小和形狀控制按鈕的單片機讀取電路。圖12為主光源光斑大小和形狀的單片機控制繼電器連接示意圖。
圖13為輔助光源光斑大小和形狀的單片機控制繼電器連接示意圖。圖14為光源轉動方向控制示意圖，圖中Ml為直流電機，Kl正向轉動控制，K2為反向轉動控制。
具體實施例方式實施例如圖I所示，本發(fā)明提供的照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈，包括主照明光
1-1源和輔照明光源1-2;主照明光源劃分成6個區(qū)域，，分別定義為W0、Wl、W2、W3、W4和W5(如圖3所示)，分別是中心的小圓、小橢圓、中圓、中橢圓、大圓、大橢圓。每個區(qū)域內設置一組LED單體共同構成主照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，由不同區(qū)域的組合形成不同的照射光斑大小和形狀；輔照明光源劃分成2個區(qū)域(如圖4所示)，分別是中心的小圓區(qū)域和小圓外大圓內的環(huán)形區(qū)域，每個區(qū)域內設置一組LED單體共同構成輔照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，輔照明光源只實現(xiàn)兩種不同大小的光斑。所述的主照明光源和輔照明光源分別通過結構相同的角度調節(jié)機構實現(xiàn)光源照射角度的調節(jié)(如圖2所示)，該角度調節(jié)機構包括繞X軸方向轉動的框架式X軸連接體
2-6，X軸連接體一端與X軸轉動電機2-5連接，另一端安裝X軸護套2-7，X軸轉動電機2_5和X軸護套2-7安裝在手術燈專用吊臂上；用于固定照明光源2-1并繞y軸方向轉動的y軸連接體2-3的兩側接連y軸轉動電機2-2和y軸護套2_4，y軸轉動電機2_2和y軸護套2-4安裝在框架式X軸連接體2-6上。帶有兩個方向轉動控制的燈體與手術燈專用吊臂連接，所有電動控制引線連接到控制面板連接的驅動電路上。手術燈的前面板按圖5方式排布。面板上的按鈕除電源和光源投照方向控制外，其余按鈕都與單片機的I/O 口相連接。單片機采用巡檢方式檢測按鈕的按動狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)，單片機以不同的方式觸發(fā)驅動電路，實現(xiàn)投照角度的轉動和光照面積大小的調整?？刂葡到y(tǒng)邏輯連接示意圖如圖6所示。圖7給出了照明光源的單片機控制過程流程圖。按照圖10使用AT89S52單片機的接口 PO和P1。按照圖11連接控制面板按鈕與單片機的接口。按照圖12連接單片機的控制線與繼電器J(TJ5，實現(xiàn)主光源的光斑大小和形狀控制。按照圖13連接單片機的控制線與繼電器J6和J7，實現(xiàn)輔助光源的光斑大小控制。按照圖14連接面板上轉動控制按鈕與轉動電機，實現(xiàn)光照方向的轉動控制。在實施中可使用LED射燈作為LED照明單元，安裝在照明光源燈體上的LED射燈等間距排列，使之在距離光源Im處被照明平面區(qū)域上形成均勻光斑。主照明光源燈體內的LED射燈分成6組(如圖3所示)，每組內的LED射燈由一個繼電器控制，實現(xiàn)點亮或關閉。圖8給出了未點亮區(qū)域的標號，點亮區(qū)域為中心區(qū)域。未點亮區(qū)域標號用字母W加數(shù)字的方法標識，字母后的數(shù)字是其組號。輔助主光源燈體內的LED分成2組(如圖4所示)，每組由一個繼電器控制點亮與否。圖9給出了未點亮區(qū)域的標號，點亮區(qū)域為中心區(qū)域。區(qū)域標號用字母V加數(shù)字的方法標識，字母V后的數(shù)字是其組號。表I列出了驅動電路中繼電器與LED燈組序號之間的控制關系，同列的繼電器連接同列的燈組。表I
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繼電器編號JOJIJ2J3J4J5J6J7對應連接的燈組號WOWlW2W3W4W5VOVl本例通過點亮不同數(shù)量、不同位置的LED射燈來實現(xiàn)照明光斑大小和形狀的調節(jié)。主照明光源可以在接收平面上產生大橢圓、大圓、中橢圓、中圓、小橢圓、小圓6種不同形狀和大小的光斑。點亮所有的組，產生大橢圓光斑；點亮W0，W1，W2，W3，W4組，其余組滅，產生大圓光斑；點亮W0，Wl，W2，W3組，其余組滅，產生中橢圓光斑；點亮W0，Wl, W2組，其余組滅，產生中圓光斑；點亮W0，Wl組，其余組滅，產生小橢圓光斑；點亮WO組，其余組滅，產生小圓光斑。輔助照明光源可以在接收平面上產生中圓和小圓2種不同形狀和大小的光斑。點亮V0，Vl組，產生中圓光斑；點亮VO組，Vl組滅，產生小圓光斑；使用者通過圖5所示的控制面板上的主光源光斑控制按鈕和輔助光源光斑控制按鈕來選擇主光源和輔助光源光斑大小。單片機通過對與按鈕連接的引腳上電平變化進行檢測來判斷是否有按鈕按下或哪個按鍵按下來判斷使用者選擇的是哪一種光斑，與其對應的輸出引腳輸出高電平，其余引腳輸出低電平來實現(xiàn)上述光斑控制。本例使用微型直流電機帶動兩轉動軸轉動來控制光源的照射方向，本實例中單點的LED照明功率是1W，總照明功率最大33W?？蓪崿F(xiàn)普通白熾燈1600W的照明亮度效果。
權利要求
1.一種照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈，其特征在于該手術燈包括主照明光源和輔照明光源；主照明光源劃分成6個區(qū)域，分別定義為W0、W1、…W5 ;每個區(qū)域內設置一組LED單體共同構成主照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，不同區(qū)域的組合形成不同的照射光斑大小和形狀；點亮中心WO區(qū)域則形成小圓區(qū)域，小圓區(qū)域加上Wl形成小橢圓區(qū)域，小橢圓區(qū)域加上W2形成中圓區(qū)域，中圓區(qū)域加W3形成中橢圓區(qū)域，中橢圓區(qū)域加W4形成中大圓區(qū)域，大圓區(qū)域加W5形成大橢圓區(qū)域；輔照明光源劃分成2個區(qū)域，分別是中心的小圓區(qū)域Vl和小圓外大圓內的環(huán)形區(qū)域V2，兩個區(qū)域內各設置一組LED單體共同構成輔照明光源的LED陣列，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，輔照明光源只實現(xiàn)兩種不同大小的圓光斑。
2.根據(jù)權利要求I所述的照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈，其特征在于主照明光源和輔照明光源分別通過結構相同的角度調節(jié)機構實現(xiàn)光源照射角度的調節(jié)，該角度調節(jié)機構包括繞X軸方向轉動的框架式X軸連接體，X軸連接體一端與X軸轉動電機連接，另一端安裝X軸護套，X軸轉動電機和X軸護套安裝在手術燈專用吊臂上；用于固定照明光源并繞y軸方向轉動的y軸連接體的兩側接連y軸轉動電機和y軸護套，y軸轉動電機和y軸護套安裝在框架式X軸連接體上；帶有兩個方向轉動控制的燈體與手術燈專用吊臂連接。
全文摘要
一種照明光斑大小和形狀可調的LED手術燈。該手術燈由主照明光源和輔助照明光源兩部分組成，兩部分光源均由LED陣列實現(xiàn)。將主照明光源劃分成6個區(qū)域，分別定義為W0、W1、W2、W3、W4、W5。輔照明光源劃分成2個區(qū)域，分別定義為V1、V2。每個區(qū)域內設置一組LED單體，各組LED單體通過一個繼電器由單片機控制是否點亮，不同區(qū)域的組合形成不同的照射光斑大小和形狀。主照明光源和輔照明光源還可以分別通過角度調節(jié)機構實現(xiàn)光源照射角度的調節(jié)。所述LED手術燈通過控制面板上的按鍵狀態(tài)實現(xiàn)電源開關、主照明或輔助照明光斑的大小和光斑形狀、以及照明角度的控制。使用者根據(jù)照明現(xiàn)場實際要求，通過控制按鈕來調整所需要的照明效果。
文檔編號F21Y101/02GK102927506SQ20121048906
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者孫杰, 安亮 申請人:天津理工大學