CN101893187A - 一种led口腔灯光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED口腔灯光学系统，包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率LED灯和一个自由曲面反射器，两个自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于两个曲面的对称轴上，主支架与副支架用连接件连接，两个大功率LED灯分别置于副支架的两个对称的倾斜的端面上。本系统使用寿命长，与使用传统光源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一些方案相比，结构比较简单，光能利用率高，便于制造，从而有利于降低成本。

Description

一种LED口腔灯光学系统
技术领域
本发明涉及一种医疗设备，特别涉及一种LED口腔灯光学系统。
背景技术
口腔灯是牙科治疗中常用的一种辅助设备，用于对患者口腔区域进行照明。为了使医生能够地清楚地观察患者的牙齿，进而做出准确判断，需要在患者口腔区域提供足够的照度，同时，为避免伤害患者眼睛，还要求照明范围局限于口腔部位，在正常使用状况下，患者眼部区域的照度应小于规定值。国家颁布的《中华人民共和国医药行业标准-口腔灯》(编号YY1120-1999)规定了口腔灯的照明技术指标。
按照所使用的光源，现有口腔灯可以分为两种类型，使用传统光源的口腔灯和使用LED的口腔灯，其中，目前应用最为广泛的是使用传统光源的口腔灯。传统卤素灯光源发光效率较低、发热大、寿命较短。并且，由于传统光源的尺寸较大、光辐射角度大，导致使用传统光源的灯具的光利用率不高。传统口腔灯光源的功率约为50W，受照面上有效区域内的光通量约为72lm，整灯的效率仅为1.44lm/W。
大功率LED是新一代光源，具有光效高、尺寸小、有害辐射低和寿命长等优点，可以替代传统光源用于口腔灯。目前已有一些LED口腔灯的设计方案及产品，如“尤其用于医疗和牙科手术的牙科灯”(专利申请号：200510081870.7)提出了使用5～8个LED光源的口腔灯设计方案，每个LED都配有透镜，以达到聚光的效果。“用于牙科的光照系统”(专利申请号：200510082164.4)公开了一种牙科用灯具，可以使用包括LED阵列在内的多种光源，并通过反射器和透镜组成的光学系统实现聚光功能。“LED照明组合件和利用所述组合件的灯”(专利申请号：200810087553.X)公开了一种由多只LED构成的光源组件，多只LED安装在共同的可弯曲的散热部件上，通过弯曲散热部件并使用透镜可以汇聚光束，这样的光源组件可以用作牙科及其他内外科手术灯具。
现有LED口腔灯的设计方案使用的LED数量较多，导致光学系统结构较复杂，增加了制造和维护成本。另外，光能的利用率仍然不够高。
发明内容
本发明是针对现在的口腔灯光效低的问题，提出了一种LED口腔灯光学系统，使用2只大功率LED作为光源，利用自由曲面反射器进行配光，光能利用率高，结构简单，节能效果显著。
本发明的技术方案为：一种LED口腔灯光学系统，包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率LED灯和一个自由曲面反射器，两个自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于两个反射器的对称轴上，主支架与副支架用连接件连接，两个大功率LED灯分别置于副支架的两个对称的倾斜的端面上。
所述大功率LED灯的主光轴相对光学系统主光轴倾斜一定角度α，90°＜α＜180°。
反射器的表面采用多块自由曲面拼接的形式，在距离灯面800mm的受照面处，各块自由曲面的反射照明区域相互重叠，相互对称的两个反射器的照明区域亦相互重叠。
所述连接件可是固定不动的，也可是可调的。所述可调的连接件为转动螺杆，副支架的中心有一个螺孔，螺杆穿过螺孔安装在主支架上，副支架嵌在主支架的凹槽中，转动螺杆可以沿对称轴方向调节LED相对于反射器的位置。
本发明的有益效果在于：本发明LED口腔灯光学系统，使用寿命长，与使用传统光源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一些方案相比，本系统的结构比较简单，光能利用率高，便于制造，从而有利于降低成本。
附图说明
图1为本发明LED口腔灯光学系统正视图；
图2为本发明LED口腔灯光学系统剖视图；
图3为本发明LED口腔灯光学系统局部放大图；
图4为本发明LED口腔灯光学系统中可调支架结构示意图；
图5为本发明LED口腔灯光学系统中LED相对于光学系统主光轴的位置图；
图6为本发明LED口腔灯光学系统中上下对称的两部分的光束和照明区域示意图；
图7为本发明LED口腔灯光学系统在距灯面800mm处的测试平面上所形成的照度分布图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示LED口腔灯光学系统包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，螺杆。系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括1个大功率LED灯1或1′和1个自由曲面反射器2或2′，两个自由曲面反射器靠主支架6连接，主支架6位于两个曲面的对称轴3上(如图5所示)，主支架6与副支架7用螺杆10连接，两个大功率LED灯1和1′分别置于副支架7的两个对称的倾斜的端面8、9上，如图5所示根据灯具的尺寸要求和保证尽可能多的光能够被利用的原则，确定LED的中心位置与主光轴3的垂直距离h及LED灯光轴5、5′与对称轴3的夹角α，为便于设计和制造，α可以取120°、135°或150°等。
根据LED的光强空间分布、受照面的位置和受照面上的照度分布进行自由曲面反射器的设计。如图1所示，反射器采用多块自由曲面拼接的形式，各块自由曲面的反射照明区域相互重叠。相互对称的上下两个部分所发出的光束在距离灯面800mm处交汇，可以在此处的测试平面上形成近似矩形的照明光斑，如图7所示。上下两部分发出的光束相互交叉，能够分别对上、下牙床进行更直接的照明，而且还可以得到无影照明效果，即，当一部分反射面的光路被遮挡时(如LED支架的遮挡或牙科器械的遮挡)，经过反射器其余部分反射的光线仍然能够照明整个口腔区域，如图6所示。
将LED1、1′与自由曲面反射器2、2′安装在支架上，LED与自由曲面反射器的相互位置关系由支架确定。支架可以采用单一零件的形式，也可以采用由几个零件装配的部件的形式。
当采用部件的形式时，支架部件包括主支架6、副支架7和必要的连接件与紧固件。其中，主支架用于固定反射器和副支架，主支架还具有扩展结构，可以与其它连接件配合，将口腔灯安装到牙科治疗机上。副支架用于固定LED，2只LED分别安装在副支架的两个倾斜的端面8、9上。为便于散热，副支架7可以采用导热性能良好的金属材料制造。副支架与主支架配合可以确保LED相对于反射器的精确安装位置。
副支架7与主支架6可以采用固定的或可调的形式进行连接。采用固定的连接形式结构简单，但对反射器和支架等零件的机械加工精度要求较高。采用可调的连接形式增加了零件的数量，但是可以修正加工和装配误差对照明效果的影响。一种可调的连接结构如图4所示，副支架7的中心设置一个螺孔，与螺杆10配合，螺杆10安装在主支架上，副支架7的侧面11嵌在主支架6的凹槽12中，转动螺杆10可以沿对称轴3方向调节LED相对于反射器的位置，使照明效果满足要求。
通过驱动电路可以调节2只LED的发光强度，并且2只LED可以被单独或联合控制。按照反射器表面的反射率为0.8计算，每只LED的光通量达到40lm即可以满足标准(YY 1120-1999)规定的照明要求(包括照度值和照明范围)，由于目前白光LED的发光效率已普遍达到60lm/W以上，因此，在本专利所公开的LED口腔灯光学系统中使用2只1W的LED即可。当以额定功率驱动2只1w的LED时，照明区域的中心照度可以达到25000lx以上，远高于标准的要求，如果仅需要达到标准规定的照度值，可以降低每只LED的驱动功率，从而减少LED芯片的发热，使LED工作更加稳定，使用寿命得到延长。
本发明所公开的口腔灯光学系统仅使用2只1W的白光LED就可以满足相关标准的照明要求，与使用传统光源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一些方案相比，本发明所公开的LED口腔灯光学系统的结构比较简单，光能利用率较高，便于制造，从而有利于降低成本。
参照本发明所公开的设计方案，可能得到一些修改的方案，例如，使用额定功率大于或小于1W的LED，反射器和支架可以设计成不同的形状等。除了用于口腔灯以外，本发明所公开的光学系统也可以用于其它需要汇聚照明的场合。

Claims (5)

1.一种LED口腔灯光学系统，其特征在于，包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率LED灯(1、1′)和一个自由曲面反射器(2、2′)，两个自由曲面反射器(2、2′)固定在主支架(6)上，主支架(6)位于两个反射器的对称轴上，主支架(6)与副支架(7)用连接件连接，两个大功率LED灯(1和1′)分别置于副支架(7)的两个对称的倾斜的端面上。
2.根据权利要求1所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述大功率LED灯的主光轴相对光学系统主光轴倾斜一定角度α，90°＜α＜180°。
3.根据权利要求2所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述反射器的表面采用多块自由曲面拼接的形式，在距离灯面800mm的受照面处，各块自由曲面的反射照明区域相互重叠，相互对称的两个反射器(2、2′)的照明区域亦相互重叠。
4.根据权利要求1所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述连接件可是固定不动的，也可是可调的。
5.根据权利要求4所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述可调的连接件为调整螺杆(10)，副支架(7)的中心有一个螺孔，螺杆(10)穿过螺孔安装在主支架上，副支架(7)嵌在主支架(6)的凹槽(12)中，转动螺杆(10)可以沿对称轴(3)方向调节LED相对于反射器的位置。
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