CN115930163A - 一种光学系统及手术灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学系统及手术灯，光学系统包括绕主光轴线排布形成的若干个支路的照明模块，照明模块包括若干个光学模块；光学模块包括反光杯和LED灯，若干个LED灯固定于反光杯内，用于提供光源，光源方向与主光轴线方向成一定夹角且夹角可调；反光杯的内壁为连续弧面，光源发出的光可经内壁全反射后射出。上述光学系统，利用光的全反射原理，通过设计反光杯和LED灯之间的配合角度，使不同的LED灯出光可形成不同光柱相互配合，以实现对光源发出的光进行整形的目的，保证照明时具有较好的无影效果。

Description

一种光学系统及手术灯

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种光学系统。此外，本发明还涉及一种包括上述光学系统的手术灯。

背景技术

随着照明技术的发展，LED手术无影灯初登历史舞台，按照光学原理分类，LED手术无影灯的光学系统种类较少，市面上现有整体反射式手术无影灯和棱镜折射式手术无影灯。LED手术无影灯抛弃了老旧的孔式无影灯厚重的设计理念，由于使用便捷，材质轻，灯盘薄，不影响洁净手术室的层流效果的特点成为了行业内及医院的关注点，考虑到对医护人员眼睛的舒适度影响以及不同科室手术需求，色温、显色指数等色度参数以及可调节光斑大小、光照度等技术要求成为了医疗设备研发人员需要考虑的着重点。

但由于研发深度较浅，现有的无影灯产品的光学设计没有实现较好的无影效果。如图1所示，在手术灯中，采用了聚光透镜04和反光杯03的组合光学元器件，在反光杯03和光源01之间设置了光学积分棒02以将光源发出的光线均匀混合后导出于反光杯03内，通过聚光透镜04对光进行整形，使光学积分棒02导出的光线经聚光透镜04后得到的光斑与光学积分棒02一致，以保证无影的照明效果。但聚光透镜04和反光杯03两者之间需要有相对稳定的固定件进行固定，若固定不牢固或不稳定时，照明的无影效果就较差。

综上所述，如何保证照明时较好的无影效果，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种光学系统，该光学系统利用光的全反射原理，通过设计反光杯和LED灯之间的配合角度，使不同的LED灯出光可形成不同光柱相互配合，以实现对光源发出的光进行整形的目的，保证照明时具有较好的无影效果。本发明的另一目的是提供一种包括上述光学系统的手术灯。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光学系统，包括绕主光轴线排布形成的若干个支路的照明模块，所述照明模块包括若干个光学模块；所述光学模块包括反光杯和LED灯，若干个所述LED灯固定于所述反光杯内，用于提供光源，所述光源发出的光的方向与所述主光轴线方向成一定夹角且所述夹角可调；所述反光杯的内壁为连续弧面，所述光源发出的所述光可经所述内壁全反射后射出。

优选的，所述照明模块与控制电路信号连接，所述控制电路可用于分别调节每一支路的所述照明模块的功率。

优选的，所述控制电路与每一个所述LED灯均信号连接。

优选的，所述反光杯远离光源射出口的一侧连接有散热模块，所述LED灯固定于所述散热模块上。

优选的，所述散热模块上连接有电路板，所述电路板上设有若干个所述LED灯。

优选的，所述电路板上设有若干个第一连接孔，用于与所述散热模块连接。

优选的，所述散热模块的底部设有卡接槽，用于与所述反光杯固定连接。

本发明还提供一种手术灯，包括骨架；光学系统，为上述任一项所述的光学系统，所述光学系统固定于所述骨架上。

优选的，所述光学系统的总厚度小于或等于4cm。

本发明提供的光学系统，包括绕主光轴线排布形成的若干圈照明模块，照明模块包括若干个光学模块，光学模块可随意排布，进行排布时角度及位置均可随时调节；光学模块包括反光杯和LED灯，反光杯的内壁为连续弧面，LED灯所发出的光可经内壁全反射后射出；LED灯发出的光的方向与主光轴方向成一定夹角且该夹角可调，通过设计反光杯和LED灯之间的配合角度，使不同的LED灯出光可形成不同光柱相互配合，以保证照明时具有较好的无影效果。该光学系统，利用光的全反射原理，通过LED灯和反光杯的设置，将光源发出的光经反光杯内壁全反射后射出，光源方向与主光轴方向之间夹角可调，可根据需要进行调节以保证照明时具有较好的无影效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的设计方案示意图；

图2为本发明所提供的光学系统的结构示意图；

图3为本发明所提供的光学系统的正视图；

图4为本发明所提供的光学系统的背部透视图；

图5为本发明所提供的光学系统的侧视图；

图6为本发明所提供的光学模块的结构示意图；

图7为本发明所提供的光学模块的正视图；

图8为本发明所提供的光学模块的背部透视图；

图9为本发明所提供的光学模块的侧视图；

图10为本发明所提供的电路板的结构示意图；

图11为本发明所提供的散热模块的结构示意图。

图1-图11中，附图标记包括：

光源01、光学积分棒02、反光杯03、聚光透镜04；

光学模块1；

反光杯11、电路板12、散热模块13、固定件14；

卡座111、LED灯121、第一连接孔122、第二连接孔131、卡接槽132。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种光学系统，该光学系统利用光的全反射原理，通过LED灯121和反光杯11的设置，将光源发出的光经反光杯11内壁全反射后射出，且LED灯121的光源发出的光的方向与主光轴方向之间夹角可调，可根据需要进行调节以保证照明时具有较好的无影效果。本发明的另一核心是提供一种包括上述光学系统的手术灯。

本发明所提供的光学系统包括绕主光轴线排布形成的若干个支路的照明模块，光学系统整体可呈环状，绕主光轴线排布形成的若干圈照明模块，由内至外可排布多圈，位置不做限定，各个圈层之间的排布方式也不做限定，达到较好的照明效果即可。

可选的，光学系统整体也可为风车状、条状等，照明模块也可以成排成列设置或根据需要任意布置，不局限为环状的布置方式。

照明模块包括若干个光学模块1，请参考图2至图5，相邻光学模块1之间的角度、位置、间距以及排布方式均不做限定，以达到较好的照明效果为准即可。

请参考图6，光学模块1包括反光杯11和LED灯121，若干个LED灯121固定于反光杯11内，用于提供光源。LED灯121可以沿反光杯11的轴线方向均匀设置多个，也可随机布置一个或多个，反光杯11和LED灯121之间的角度不做限制，保证能得到较好的无影效果即可。

反光杯11的内壁为连续弧面，反光杯11整体可为碗状或花瓣状均可。LED灯121所产生的光可经内壁全反射后射出，形成一束光柱打在手术台上。LED灯121所产生的光的方向与主光轴方向成一定夹角且夹角可调，不同的LED灯121出光的角度可调且可形成相互配合的光柱射出，以带来优越的无影效果，最大程度地减少由手术者局部遮挡而造成的工作区域阴影，为手术过程提供够的中心照度照明患者身体局部。

其中，光源与主光轴方向的调整通过LED灯121与反光杯11之间的角度即可。

可选的，反光杯11可适配任意发散角的LED灯121，以120°发散角为最佳，但不作限定。

LED灯121为冷白光LED灯或暖白光LED灯，冷白光LED灯和暖白光LED灯的色温和亮度均不同，可配合提供整个光学系统的色温和亮度。在此光学系统中，冷白光LED灯和暖白光LED灯对应的使用个数、摆放位置均不做限制，可成圈层设置，也可间隔交叉设置。图2至图5仅是一种实施方式，并不限制其他形式。

冷白光LED灯和暖白光LED灯的配合使用，可保证该光学系统的手术灯灯光还原日光色彩且可保证足够的亮度，节能环保。

在上述光学系统实际使用时，可依据实际需要的光斑的颜色设置不同颜色的LED灯121，如黄色、绿色、红色等，不局限于冷白光LED灯和暖白光LED灯。

上述光学系统，包括绕主光轴线排布形成的若干个支路的照明模块，照明模块包括若干个光学模块1，光学模块1可随意排布，进行排布时角度及位置均可随时调节；光学模块1包括反光杯11和LED灯121，反光杯11的内壁为连续弧面，LED灯121所发出的光可经内壁全反射后射出；LED灯121的光源发出的光的方向与主光轴方向成一定夹角且该夹角可调，通过设计反光杯11和LED灯121之间的配合角度，使不同的LED灯121出光可形成不同光柱相互配合，以实现对光源发出的光进行整形的目的，保证照明时具有较好的无影效果。该光学系统，利用光的全反射原理，通过LED灯121和反光杯11的设置，将光源发出的光经反光杯11内壁全反射后射出，光源发出的光的方向与主光轴方向之间夹角可调，可根据需要进行调节以保证照明时具有较好的无影效果。

在上述任一实施例的基础之上，照明模块与控制电路信号连接，控制电路可用于分别调节每一支路的照明模块的功率。

本发明所提供的光学系统包括若干个支路照明模块，控制电路可调节每一支路的照明模块的功率。具体的，每一支路的照明模块可分别与控制电路信号连接，以对应调节该照明模块的功率。例如，可对应调节具有冷白光LED灯的照明模块以及具有暖白光LED灯的照明模块，以调整该系统中冷白光LED灯或暖白光LED灯的功率配比，以实现对不同支路的照明模块的照度、亮度、色温的调整，进一步实现对光斑大小和无影率的调节，保证整个系统的照明效果。

需要说明的是，每一支路的照明模块设置方式不做限制，不局限为某一行或某一列或某一圈层。

在上述任一实施例的基础之上，控制电路与每一个LED灯121均信号连接。

控制电路与每一个LED灯121均信号连接，可用于分别调节光学系统中所包括的若干个冷白光LED灯或暖白光LED灯的照度。具体地，冷白光LED灯由第一恒压式电路或第一恒流式电路进行驱动控制；暖白光LED灯由第二恒压式电路或第二恒流式电路进行驱动控制，而控制电路作用于第一恒压式电路或第一恒流式电路、第二恒压式电路或第二恒流式电路以对应调整LED灯121的照度。

即，分布于该光学系统上任一位置上的LED灯121，不受类型、距离的限制，均可由控制电路单独调整其照度以实现光斑大小的调节，进而实现对照明效果的调节，以保证最好的无影效果。

可结合实际使用情况设计电气控制逻辑以调整不同位置的LED灯121的功率、亮度、照度等参数，改变光斑中心的照度，可自主设计控制电路，扩大了整个光学系统的LED灯121功率可调范围，提高了无影效果的上限，随时进行工作状态的调整，操作简单且适用性强。

在本实施例中的LED灯121具体可为冷白光LED灯或暖白光LED灯，但这两种类型仅作为具体的某一种实施方式，也可为其他颜色LED灯或其他种组合LED灯，具体结合应用实际情况而设计即可。

在上述任一实施例的基础之上，反光杯11远离光源射出口的一侧连接有散热模块13，LED灯121固定于散热模块13上。

请参考图6至图8，散热模块13设于反光杯11的底部，远离反光杯11的光源射出口，散热模块13与反光杯11连接，连接方式可螺钉连接、卡接、嵌套、粘接都可，不限制其固定方式。

若干个LED灯121设于散热模块13的外周上，在本实施例中，可设置3颗LED灯121，三颗LED灯121在反光杯11内以反光杯11的主光轴为中心呈旋转对称分布，即每两颗LED灯121之间所成夹角均为120°。三颗LED灯121均可提供光源，其类型可不一致也可一致，其照度、色温、显色指数均可通过控制电路调节。

可选的，反光杯11内设置的LED灯121不局限于3个，也不局限于旋转对称分布，在符合使用要求的情况下，能将光源发出的光反射于反光杯11内壁上，保证较好的照明效果即可。

在上述任一实施例的基础之上，散热模块13上连接有电路板12，电路板12上设有若干个LED灯121。

请参考图10，若干个LED灯121设于电路板12的外周上，电路板12固定于散热模块13的外侧，不限制其固定方式，能将两者之间牢固连接即可。

将LED灯121固定于电路板12上，再将电路板12固定于散热模块13上，最后将散热模块13与反光杯11固定，即可完成单个光学模块1的安装。

在上述任一实施例的基础之上，电路板12上设有若干个第一连接孔122，用于与散热模块13连接。

请参考图10和图11，在LED灯121的两侧开设有第一连接孔122，但不局限于此位置，对应的，散热模块13上开设有对应的第二连接孔131，通过紧固件穿过第一连接孔122和第二连接孔131即可将散热模块13与电路板12可靠连接。

在上述任一实施例的基础之上，散热模块13的底部设有卡接槽132，用于与反光杯11固定连接。

请参考图11，卡接槽132设置有三个且绕散热模块13的中心旋转对称分布。在进行反光杯11与散热模块13的固定安装时，先使两者卡接，卡接后再通过固定件14进行固定，可提高两者之间的固定强度。

可选的，不局限卡接槽132的个数、位置，满足使用要求即可。

可选的，散热模块13也可与反光杯11直接固定连接，不局限其连接方式。

上述光学系统的总厚度小于或等于4cm，反光杯11的厚度小于或等于3cm，可以减轻应用该光学系统的手术灯骨架负担，应用该光学系统的手术灯厚度及重量尽可能降到最低，同时更有益于手术灯的散热，且方便移动。

需要说明的是，该光学系统也可包括折反射式LED透镜和LED灯121，运用光的折射和反射，通过折反射式LED透镜对光源发出的光进行整形后从手术灯前表面射出，以保证无影效果，最大程度地减少由手术者局部遮挡而造成的工作区域阴影，提供够的中心照度照明患者身体局部，为手术操作提供充分的照明条件。

除了上述光学系统，本发明还提供一种包括上述实施例公开的光学系统的手术灯，光学系统固定于手术灯的骨架上，具体的，在反光杯11的底部设有卡座111，用于与手术灯的骨架固定连接。该手术灯还包括前壳和后壳，前壳和后壳可包裹光学系统和骨架，或前壳和后壳可与骨架连接包裹光学系统，以起到对整个手术灯的保护作用。该手术灯的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种光学系统及手术灯进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光学系统，其特征在于，包括绕主光轴线排布形成的若干个支路的照明模块，所述照明模块包括若干个光学模块(1)；所述光学模块(1)包括反光杯(11)和LED灯(121)，若干个所述LED灯(121)固定于所述反光杯(11)内，用于提供光源，所述光源发出的光的方向与所述主光轴线方向成一定夹角且所述夹角可调；所述反光杯(11)的内壁为连续弧面，所述光源发出的所述光可经所述内壁全反射后射出。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述照明模块与控制电路信号连接，所述控制电路可用于分别调节每一支路的所述照明模块的功率。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述控制电路与每一个所述LED灯(121)均信号连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光学系统，其特征在于，所述反光杯(11)远离光源射出口的一侧连接有散热模块(13)，所述LED灯(121)固定于所述散热模块(13)上。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述散热模块(13)上连接有电路板(12)，所述电路板(12)上设有若干个所述LED灯(121)。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述电路板(12)上设有若干个第一连接孔(122)，用于与所述散热模块(13)连接。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述散热模块(13)的底部设有卡接槽(132)，用于与所述反光杯(11)固定连接。

8.一种手术灯，其特征在于，包括：

骨架；

光学系统，为权利要求1至7任一项所述的光学系统，所述光学系统固定于所述骨架上。

9.根据权利要求8所述的手术灯，其特征在于，所述光学系统的总厚度小于或等于4cm。

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