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LED手术无影灯的设计

作　者: 王强
导　师: 余永林
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学工程
关键词: LED 二次光学设计无影灯全内反射
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
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内容摘要

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16×4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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 LED 发展史  9-10
  1.2 LED 发光原理及白光LED 的实现  10-11
  1.3 LED 照明的应用现状与前景  11
  1.4 LED 的优势和手术无影灯的发展情况  11-13
  1.5 本论文的工作  13-14
2 照明光学系统的基本概念与设计理论  14-26
  2.1 非成像光学系统  14-16
  2.2 LED 的配光设计  16-20
  2.3 光度学表征参量  20-22
  2.4 LightTools 软件简介  22-23
  2.5 光线追迹的原理及方法  23-25
  2.6 本章小结  25-26
3 手术无影灯的光学设计  26-51
  3.1 设计原理及技术规范  26-28
  3.2 本文的设计方案  28-30
  3.3 单个透镜的设计  30-42
  3.4 透镜阵列的设计  42-45
  3.5 模拟测试  45-50
  3.6 本章小结  50-51
4 手术无影灯的研制与样品测试  51-57
  4.1 LED 手术无影灯的研制  51-52
  4.2 实验测试与误差分析  52-56
  4.3 本章小结  56-57
5 总结与展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63

LED手术无影灯的设计

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