CN102927506A - 一种照明光斑大小和形状可调的led手术灯 - Google Patents

Abstract

一种照明光斑大小和形状可调的LED手术灯。该手术灯由主照明光源和辅助照明光源两部分组成，两部分光源均由LED阵列实现。将主照明光源划分成6个区域，分别定义为：W0、W1、W2、W3、W4、W5。辅照明光源划分成2个区域，分别定义为：V1、V2。每个区域内设置一组LED单体，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，不同区域的组合形成不同的照射光斑大小和形状。主照明光源和辅照明光源还可以分别通过角度调节机构实现光源照射角度的调节。所述LED手术灯通过控制面板上的按键状态实现电源开关、主照明或辅助照明光斑的大小和光斑形状、以及照明角度的控制。使用者根据照明现场实际要求，通过控制按钮来调整所需要的照明效果。

Description

一种照明光斑大小和形状可调的LED手术灯

技术领域

本发明涉及一种用于临床手术照明的LED无影灯，属于医疗设备领域。

背景技术

LED灯具有寿命长、能耗低、启动快等优异特点，越来越广泛地应用于信号灯、照明光源、图形与图像显示等领域。

常规手术无影灯光源一般采用的是钨丝灯等高温光源，灯下温度一般要比环境温度高10度左右。这样，暴露的人体组织上的水分很容易被蒸发，人体组织脱水不利于病人的手术后恢复，也影响手术医生的身体状况。

常规手术灯需要在灯罩前设置特殊的光学透镜，使出射的光均匀，这不仅成本高，也增加了手术灯的质量，维护起来也有一定困难。

LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线等优点之外，在照明领域中，特别是在手术照明领域中的优势更加明显。例如：无高压环节，安全性和可靠性高；无启动器、镇流器或超高压变压器使得结构简单；无需充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击且可控性好；响应时间快（微秒数量级），可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦；产生的色彩纯正；对灯具强度和刚度要求很低；体积小巧。大的LED灯可由一系列LED单体光源（或称为LED列阵）组成，而LED单体光源尺度可为毫米数量级或更小、柔性化好，使LED能适应各种几何尺寸和不同空间大小的照明要求。

发明内容

本发明目的是提供一种照明光斑大小和形状可调的LED手术灯。

本发明提供的照明光斑大小和形状可调的LED手术灯，包括主照明光源和辅照明光源（如图1所示）；主照明光源划分成6个区域（如图3所示），分别定义为：W0、W1、W2、W3、W4和W5。每个区域内设置一组LED单体共同构成主照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，不同区域的组合形成不同的照射光斑大小和形状；辅照明光源划分成2个区域（如图4所示），分别是中心的小圆区域V1和小圆外大圆内的环形区域V2，每个区域内设置一组LED单体共同构成辅照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，辅照明光源只实现两种不同大小的光斑。

所述的主照明光源和辅照明光源分别通过结构相同的角度调节机构实现光源照射角度的调节（如图2所示），该角度调节机构包括绕x轴方向转动的框架式x轴连接体，x轴连接体一端与x轴转动电机连接，另一端安装x轴护套，x轴转动电机和x轴护套安装在手术灯专用吊臂上；用于固定照明光源并绕y轴方向转动的y轴连接体的两侧接连y轴转动电机和y轴护套，y轴转动电机和y轴护套安装在框架式x轴连接体上。带有两个方向转动控制的灯体与手术灯专用吊臂连接。

主照明光源可以在被照位置上依次产生大椭圆、大圆、中椭圆、中圆、小椭圆、小圆共6种不同形状和大小的光斑。调整方式为：点亮中心W0区域则形成中心的小圆区域、小圆区域加上W1形成小椭圆区域、小椭圆区域加上W2形成中圆区域、中圆区域加W3形成中椭圆区域、中椭圆区域加W4形成中大圆区域、大圆区域加W5形成大椭圆区域，如图3所示。辅助照明光源可以在被照位置上产生中圆和小圆2种大小的光斑，照明效果如图4所示。

主照明光源照射面积比辅助光源照射的面积大，主照明光斑的大小和形状都可调，辅助照明光源只能调整照明光斑的大小。光源投照控制可以通过如图5所示的控制面板上的按钮按动操作完成。按钮按动操作请求将输入到单片机上，由单片机控制驱动电路分别按不同状态要求驱动继电器的通断实现LED灯组的点亮与否控制。

本发明LED手术灯的调整是由单片机控制实现的。主、辅光源分别以近似平行光的面光源方式将光投射到手术台上的同一位置，选定两光源之间的角度，使得光源的投照区形成无影照明。

光源的照射方向是通过角度调节机构的彼此相互垂直的两个方向的转动实现的，如图2所示。在调整主照明光源投照方位时，辅照明光源的照射位置随主照明光源位置而动，使得两者的投照位置相同。也可以单独控制辅照明光源的照射位置，单独调整辅照明光源时，主光源的投照方位不变。

本发明的优点和有益效果：

手术灯的照明发光热量很小，对手术损伤创口的灯照蒸发小，有利于病人术后恢复；光束集中且不需要用反射器聚光，有利于减小灯具的深度；由单片机控制照明形状和大小使得该灯的使用场合适用范围广，可减少手术室内的灯具数量要求；该灯的耗电量低，达到传统灯泡同等的发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6％，省电节能；该灯的寿命长，正常使用在6年以上，无需日常维护；点亮过程时间短，无频闪现象。

附图说明

图1为LED手术灯结构示意图。图中1-1是主光源灯体，1-2是辅光源灯体，1-3是被照明手术台，1-4和1-5分别是主、辅光源照明光束的边界

图2为LED手术灯灯体转动控制系统结构示意图。图中2-7为x轴转动电机，2-5为为x轴护套，2-6为x轴连接体，2-2为y轴转动电机，2-4为y轴护套，2-3为y轴连接体，2-1为灯照明体。

图3为LED手术灯主照明光源光斑分区示意图。W0为中心圆区域，W1至W5为由里至外光斑逐步增大和变形而增加的区域。

图4为LED手术灯辅助照明光源光斑分区示意图。V0为辅助光源照明小圆光斑，V1为由小圆至大圆所增加的区域。

图5为手术灯控制面板示意图。图中的字母为相应控制电路中的标号。

图6为LED手术灯控制系统连接示意图。

图7为LED手术灯单片机控制流程图。

图8为主光源照明光斑大小和形状依次变化示意图。

图9为辅助光源照明光斑大小依次变化示意图。

图10为光源控制系统中单片机引脚连接示意图。

图11为控制面板上光斑大小和形状控制按钮的单片机读取电路。

图12为主光源光斑大小和形状的单片机控制继电器连接示意图。

图13为辅助光源光斑大小和形状的单片机控制继电器连接示意图。

图14为光源转动方向控制示意图，图中M1为直流电机，K1正向转动控制，K2为反向转动控制。

具体实施方式

实施例

如图1所示，本发明提供的照明光斑大小和形状可调的LED手术灯，包括主照明光1-1源和辅照明光源1-2；主照明光源划分成6个区域，，分别定义为：W0、W1、W2、W3、W4和W5（如图3所示），分别是中心的小圆、小椭圆、中圆、中椭圆、大圆、大椭圆。每个区域内设置一组LED单体共同构成主照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，由不同区域的组合形成不同的照射光斑大小和形状；辅照明光源划分成2个区域（如图4所示），分别是中心的小圆区域和小圆外大圆内的环形区域，每个区域内设置一组LED单体共同构成辅照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，辅照明光源只实现两种不同大小的光斑。

所述的主照明光源和辅照明光源分别通过结构相同的角度调节机构实现光源照射角度的调节（如图2所示），该角度调节机构包括绕x轴方向转动的框架式x轴连接体2-6，x轴连接体一端与x轴转动电机2-5连接，另一端安装x轴护套2-7，x轴转动电机2-5和x轴护套2-7安装在手术灯专用吊臂上；用于固定照明光源2-1并绕y轴方向转动的y轴连接体2-3的两侧接连y轴转动电机2-2和y轴护套2-4，y轴转动电机2-2和y轴护套2-4安装在框架式x轴连接体2-6上。带有两个方向转动控制的灯体与手术灯专用吊臂连接，所有电动控制引线连接到控制面板连接的驱动电路上。手术灯的前面板按图5方式排布。

面板上的按钮除电源和光源投照方向控制外，其余按钮都与单片机的I/O口相连接。单片机采用巡检方式检测按钮的按动状态，根据不同的状态，单片机以不同的方式触发驱动电路，实现投照角度的转动和光照面积大小的调整。控制系统逻辑连接示意图如图6所示。图7给出了照明光源的单片机控制过程流程图。按照图10使用AT89S52单片机的接口P0和P1。按照图11连接控制面板按钮与单片机的接口。按照图12连接单片机的控制线与继电器J0~J5，实现主光源的光斑大小和形状控制。按照图13连接单片机的控制线与继电器J6和J7，实现辅助光源的光斑大小控制。按照图14连接面板上转动控制按钮与转动电机，实现光照方向的转动控制。

在实施中可使用LED射灯作为LED照明单元，安装在照明光源灯体上的LED射灯等间距排列，使之在距离光源1m处被照明平面区域上形成均匀光斑。主照明光源灯体内的LED射灯分成6组（如图3所示），每组内的LED射灯由一个继电器控制，实现点亮或关闭。图8给出了未点亮区域的标号，点亮区域为中心区域。未点亮区域标号用字母W加数字的方法标识，字母后的数字是其组号。辅助主光源灯体内的LED分成2组（如图4所示），每组由一个继电器控制点亮与否。图9给出了未点亮区域的标号，点亮区域为中心区域。区域标号用字母V加数字的方法标识，字母V后的数字是其组号。表1列出了驱动电路中继电器与LED灯组序号之间的控制关系，同列的继电器连接同列的灯组。

表1

继电器编号

J0

J1

J2

J3

J4

J5

J6

J7

对应连接的灯组号

W0

W1

W2

W3

W4

W5

V0

V1

本例通过点亮不同数量、不同位置的LED射灯来实现照明光斑大小和形状的调节。主照明光源可以在接收平面上产生大椭圆、大圆、中椭圆、中圆、小椭圆、小圆6种不同形状和大小的光斑。点亮所有的组，产生大椭圆光斑；点亮W0，W1，W2，W3，W4组，其余组灭，产生大圆光斑；点亮W0，W1，W2，W3组，其余组灭，产生中椭圆光斑；点亮W0，W1，W2组，其余组灭，产生中圆光斑；点亮W0，W1组，其余组灭，产生小椭圆光斑；点亮W0组，其余组灭，产生小圆光斑。辅助照明光源可以在接收平面上产生中圆和小圆2种不同形状和大小的光斑。点亮V0，V1组，产生中圆光斑；点亮V0组，V1组灭，产生小圆光斑；使用者通过图5所示的控制面板上的主光源光斑控制按钮和辅助光源光斑控制按钮来选择主光源和辅助光源光斑大小。单片机通过对与按钮连接的引脚上电平变化进行检测来判断是否有按钮按下或哪个按键按下来判断使用者选择的是哪一种光斑，与其对应的输出引脚输出高电平，其余引脚输出低电平来实现上述光斑控制。

本例使用微型直流电机带动两转动轴转动来控制光源的照射方向，本实例中单点的LED照明功率是1W，总照明功率最大33W。可实现普通白炽灯1600W的照明亮度效果。

Claims (2)

1.一种照明光斑大小和形状可调的LED手术灯，其特征在于该手术灯包括主照明光源和辅照明光源；主照明光源划分成6个区域，分别定义为：W0、W1、…W5；每个区域内设置一组LED单体共同构成主照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，不同区域的组合形成不同的照射光斑大小和形状；点亮中心W0区域则形成小圆区域，小圆区域加上W1形成小椭圆区域，小椭圆区域加上W2形成中圆区域，中圆区域加W3形成中椭圆区域，中椭圆区域加W4形成中大圆区域，大圆区域加W5形成大椭圆区域；辅照明光源划分成2个区域，分别是中心的小圆区域V1和小圆外大圆内的环形区域V2，两个区域内各设置一组LED单体共同构成辅照明光源的LED阵列，各组LED单体通过一个继电器由单片机控制是否点亮，辅照明光源只实现两种不同大小的圆光斑。

2.根据权利要求1所述的照明光斑大小和形状可调的LED手术灯，其特征在于主照明光源和辅照明光源分别通过结构相同的角度调节机构实现光源照射角度的调节，该角度调节机构包括绕x轴方向转动的框架式x轴连接体，x轴连接体一端与x轴转动电机连接，另一端安装x轴护套，x轴转动电机和x轴护套安装在手术灯专用吊臂上；用于固定照明光源并绕y轴方向转动的y轴连接体的两侧接连y轴转动电机和y轴护套，y轴转动电机和y轴护套安装在框架式x轴连接体上；带有两个方向转动控制的灯体与手术灯专用吊臂连接。

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