CN213513470U - 一种光学系统及应用该光学系统的手术灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学系统及应用该光学系统的手术灯，手术灯包括光学系统，光学系统有照明中心轴线，光学系统包括N个照明模块，N为大于等于2的整数，照明模块包括能分别控制开关动作和亮度的第一照明组件、第二照明组件和第三照明组件，第一照明组件包括第一照明模组单元，第二照明组件包括第二照明模组单元，第三照明组件包括至少两第三照明模组单元，第一照明模组单元和第二照明模组单元的照射方向均经过圆心在照明中心轴线上且直径为D的标准圆的圆心，第三照明模组单元的照射方向与标准圆的圆周相交，第二照明模组单元的光斑直径与第一照明模组单元的不同。本方案的手术灯可方便快捷地实现手术灯光斑大小的调节，保证光斑的均匀度。

Description

一种光学系统及应用该光学系统的手术灯

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种光学系统及应用该光学系统的手术灯。

背景技术

手术无影灯(简称手术灯)是手术室必不可少的常用设备，该设备用于照明病人手术部位为医生提供良好的观察环境，对于不同种类或者不同部位的手术，需要调整手术灯的照明范围从而获得相应的照明区域，因此，手术灯需要有光斑大小调节的功能。

传统的手术灯的光斑调节方式通常有两种，一种是使用机械调节LED照射的位置改变焦点的位置，实现光斑大小的调节，但机械调节存在运动或者传动机构，这些传动机构需要定期维护，成本较高，且降低了手术室的无尘和无菌效果，容易增加患者手术过程中被感染的可能；另一种是使用软件调节光斑中心与外围的亮度大小，从而改变光斑直径，该方法是通过术野中心与外围亮度比值发生变化，实际光斑照射的物理区域并没有变化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种光学系统及应用该光学系统的手术灯，能够方便快捷地实现手术灯光斑大小的调节，并且保证光斑的均匀度。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，提供一种光学系统，具有照明中心轴线，所述光学系统包括N个绕所述照明中心轴线等角度间隔设置的照明模块，N为大于等于2的整数，各所述照明模块绕所述照明中心轴线旋转阵列排布，所述照明模块包括能分别控制开关动作和亮度的第一照明组件、第二照明组件和第三照明组件，所述第一照明组件包括第一照明模组单元，所述第二照明组件包括位于所述第一照明组件的外侧的第二照明模组单元，所述第三照明组件包括位于所述第一照明组件的外侧的至少两第三照明模组单元，所述第一照明模组单元和所述第二照明模组单元的照射方向均经过圆心在所述照明中心轴线上且直径为D的标准圆的圆心，所有所述第三照明模组单元的照射方向与所述标准圆的圆周相交且各交点绕所述照明中心轴线等角度间隔排列，所述第二照明模组单元的光斑直径与所述第一照明模组单元的光斑直径不同。

进一步地，所述第一照明组件、所述第二照明组件和所述第三照明组件均为对称结构，所述第一照明组件、所述第二照明组件和所述第三照明组件的对称轴均经过所述照明中心轴线。

进一步地，所述第一照明组件、所述第二照明组件和所述第三照明组件的对称轴重合。

进一步地，所述第三照明模组单元的照射方向经过所述标准圆的圆周前未经过所述标准圆的圆心。

进一步地，所述第一照明模组单元、所述第二照明模组单元和所述第三照明模组单元均包括LED发光源和聚光透镜，所述聚光透镜设置于所述LED发光源的发光侧，所述聚光透镜用于将所述LED发光源的发出光整合成圆光斑的光。

进一步地，所述第二照明模组单元的光斑直径小于所述第一照明模组单元的光斑直径，所述第三照明模组单元的光斑直径等于所述第一照明模组单元的光斑直径或者等于所述第二照明模组单元的光斑直径。

进一步地，所述聚光透镜为TIR透镜，采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

进一步地，所述照明模块设置有三个，所述第一照明组件包括三个第一照明模组单元，所述第二照明组件包括两个第二照明模组单元，所述第三照明组件包括五个第三照明模组单元。

进一步地，所述光学系统还包括至少一附加照明组件，所述附加照明组件包括位于所述第一照明组件的外侧的第四照明模组单元，所述第四照明模组单元的照射方向经过所述标准圆的圆心。

进一步地，提供一种手术灯，包括如上任意一种所述的光学系统。

本实用新型中光学系统及应用该光学系统的手术灯与现有技术相比，有益效果在于：

由于第一照明模组单元和第二照明模组单元的照射方向均经过标准圆的圆心，所有第三照明模组单元的照射方向与标准圆的圆周相交，第一照明组件和第二照明组件分别包括第一照明模组单元和第二照明模组单元，第三照明组件包括第三照明模组单元，因此，通过控制第一照明组件、第二照明组件和第三照明组件的开关动作及各照明组件的亮度比例即可方便快捷地实现手术灯光斑大小的调节，并且保证光斑的均匀度。

附图说明

图1是本实用新型实施例手术灯中光学系统的布局示意图一；

图2是本实用新型实施例手术灯中光学系统的布局示意图二；

图3是本实用新型实施例光学系统中照明模块的布局示意图；

图4是本实用新型实施例的各照明模组单元的基本结构及光学原理示意图；

图5是本实用新型实施例第一种规格的照明模组单元的聚光透镜的结构及尺寸示意图；

图6是本实用新型实施例第一种规格的照明模组单元的仿真效果示意图；

图7是本实用新型实施例第二种规格的照明模组单元的聚光透镜的结构及尺寸示意图；

图8是本实用新型实施例第二种规格的照明模组单元的仿真效果示意图；

图9是本实用新型实施例中手术灯三种照明效果的仿真效果示意图；

图10是本实用新型实施例中手术灯实现各种直径的光斑需要打开的照明组件的示例图。

在附图中，各附图标记表示：1、照明模块；11、第一照明组件；12、第二照明组件；13、第三照明组件；14、附加照明组件；111、第一照明模组单元；121、第二照明模组单元；131、第三照明模组单元；141、第四照明模组单元；101、LED发光源；102、聚光透镜；20、标准圆。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

在本实施例中，提供一种手术灯，手术灯包括光学系统，如图1和3所示，光学系统具有照明中心轴线，其中，光学系统包括N个绕照明中心轴线等角度间隔设置的照明模块1，N为大于等于2的整数，各照明模块1绕照明中心轴线旋转阵列排布，照明模块1包括能分别控制开关动作和亮度的第一照明组件11、第二照明组件12和第三照明组件13，第一照明组件11包括第一照明模组单元111，第二照明组件12包括位于第一照明组件11的外侧的第二照明模组单元121，第三照明组件13包括位于第一照明组件11的外侧的至少两第三照明模组单元131，第一照明模组单元111和第二照明模组单元121的照射方向均经过圆心在照明中心轴线上且直径为D的标准圆20的圆心，所有第三照明模组单元131的照射方向与标准圆20的圆周相交且各交点绕照明中心轴线等角度间隔排列，第二照明模组单元121的光斑直径与第一照明模组单元111的光斑直径不同。

由于第一照明模组单元111和第二照明模组单元121的照射方向均经过标准圆20的圆心，所有第三照明模组单元131的照射方向与标准圆20的圆周相交，第一照明组件11和第二照明组件12分别包括第一照明模组单元111和第二照明模组单元121，第三照明组件13包括第三照明模组单元131，因此，通过控制第一照明组件11、第二照明组件12和第三照明组件13的开关动作及调整各照明组件的亮度比例即可方便快捷地实现手术灯光斑大小的调节，并且保证光斑的均匀度。

在本实施例中，以手术灯的检测标准为参照，标准圆20所在面与光学系统的最低点相距1m，10mm≤D≤300mm，例如D可以是50mm、100mm、150mm、200mm、250mm等。

第一照明组件11、第二照明组件12和第三照明组件13均为对称结构，第一照明组件11、第二照明组件12和第三照明组件13的对称轴均经过照明中心轴线；第一照明组件11、第二照明组件12和第三照明组件13的对称轴重合；第三照明模组单元131的照射方向经过标准圆20的圆周前未经过标准圆20的圆心。在本实施例中，光学系统中的照明模块1设置有三个，第一照明组件11包括三个第一照明模组单元111(M1、M2、M3)，第二照明组件12包括两个第二照明模组单元121(S1、S2)，第三照明组件13包括五个第三照明模组单元131(B1、B2、B3、B4、B5)。具体的，各照明组件的整体轮廓呈等腰梯形，并且，等腰梯形的底边朝向照明中心轴线，四个第三照明模组单元131分别位于等腰梯形的四个角部位置，另一个第三照明模组单元131位于等腰梯形的中部，两个第二照明模组单元121分别位于等腰梯形两条斜边的中部，两第一照明模组单元111位于两第二照明模组之间且位于两第二照明模组中心的连线上，另一第一照明模组单元111位于等腰梯形顶边的中部。在一些实施例中，各照明组件组合成的整体形状也可以是等腰三角形、矩形、五边形等形状，在此不作限制。在一些实施例中，第一照明模组单元111的数量可以设置为一个、两个、四个、五个、六个等等，第二照明模组单元121的数量可以设置为一个、三个、四个、五个等等，第三照明模组单元131的数量可以设置为两个、三个、四个、六个、七个、八个等等，各照明模组单元的数量可以根据手术灯的要求进行设置。

结合图2，光学系统还可以包括至少一附加照明组件14，附加照明组件14包括位于第一照明组件11的外侧的第四照明模组单元141，第四照明模组单元141的照射方向经过标准圆20的圆心。具体的，在本实施中，光学系统包括一个附加照明组件14，附加照明组件14包括两个第四照明模组单元141(B6、B7)，并且两个第四照明模组单元141分别位于上述等腰梯形底边处的三个第三照明模组单元131之间的两间隔的中心处，附加照明组件14的开关动作和亮度也可以单独调节，通过附加照明组件14的设置可以使手术灯可切换的光斑直径大小数量更多。在一些实施例中，光学系统可以包括两个、三个、四个等的附加照明组件14，每个附加照明组件14可以包括一个、三个、四个、五个等的第四照明模组单元141，并且附加照明组件14对称设置，其对称轴与其他照明组件的对称轴重合。

如图4-8所示，在本实施例中，第一照明模组单元111、第二照明模组单元121、第三照明模组单元131和第四照明模组单元141的基本结构相同，其基本结构均包括LED发光源101和聚光透镜102，聚光透镜102设置于LED发光源101的发光侧，聚光透镜102用于将LED发光源101的发出光整合成圆光斑的光，其中聚光透镜102为TIR透镜，采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。TIR透镜具有聚焦光性好，聚光效果高等优点，通过一些技术处理能把方形的发光光源整合出光成圆光斑，LED发光源101发出的朗伯光经过TIR透镜的两种结构把光聚集出射，中间部分光经由前方的双凸透镜以成像的方式接近平行出光，外围部分的光经由两侧的全反光面与前出光弧面将光线整合出射。另外，透镜中间部分会让芯片成像，使得光斑会呈现方形，因此在中间部分出光面可以通过相应处理以消除LED发光源101的成像效果，使最终出射光斑呈圆形。配合光斑效果的需要，调试相应的光面弧度，可实现不同大小光斑效果的透镜设计。具体的，在本实施例中，提供两种规格的照明模组单元，其中，第一种规格的照明模组单元中聚光透镜102采用小光斑透镜，高度为26.02mm，出光端面直径为36.61mm，其仿真效果为：照射面为1000mm,d10＝175mm，d50＝100mm,d50/d10＝0.57(d10、d50指中心照度的10％、50％的等照度线直径)，在大小为240*240平方毫米的接收面上所得带材料损失的总利用效率89.5％；第二种规格的照明模组单元中聚光透镜102采用大光斑透镜，高度为24.87mm，出光端面直径为36.07mm，其仿真效果为：照射面为1000mm,d10＝215mm，d50＝122mm,d50/d10＝0.57(d10、d50指中心照度的10％、50％的等照度线直径)，在大小为240*240平方毫米的接收面上所得带材料损失的总利用效率87.7％。

在本实施例中，第一照明模组单元111采用第一种规格的照明模组单元结构，第二照明模组单元121、第三照明模组单元131和第四照明模组单元141均采用第二种规格的照明模组单元结构，因此，第二照明模组单元121的光斑直径小于第一照明模组单元111的光斑直径，第三照明模组单元131的光斑直径和第四照明模组单元141的光斑直径均等于第二照明模组单元121的光斑直径。在一些实施例中，第三照明模组单元131和第四照明模组单元141均采用第一种规格的照明模组单元结构，第三照明模组单元131的光斑直径和第四照明模组单元141的光斑直径均等于第一照明模组单元111的光斑直径。在一些实施例中，照明模组单元的规格还可以存在第三种、第四种、第五种等，各种规格的照明模组单元实现的光斑直径各不相同，第一照明模组单元111、第二照明模组单元121、第三照明模组单元131和第四照明模组单元141可以适应性采用各种规格的照明模组单元，只要保证第一照明模组单元111和第二照明模组单元121实现的光斑直径不同即可。

在本方案中，如图9，系统可以分成三种照明效果模式，S1、S 2会得到照在中心的直径小于200mm的小光斑，M1、M 2、M 3会得到照在中心的直径200-250mm的中等光斑，B1、B2、B3、B 4、B 5照射在直径为160mm圆上和B6、B7照射在中心形成一个直径大于300mm的光斑，而系统总的照明光斑直径190-300mm可以通过调整这三种照明模式的比例分配得到。

示例：手术灯可以作为母灯使用也可以作为子灯使用，并且经试验测试后均可以实现200mm、225mm、250mm、275mm和300mm直径的光斑效果，不同直径的光斑效果可以通过打开相应的照明组件并调节各照明组件的亮度比例来实现，具体打开的照明组件可以参见附10。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学系统，具有照明中心轴线，其特征在于，所述光学系统包括N个绕所述照明中心轴线等角度间隔设置的照明模块(1)，N为大于等于2的整数，各所述照明模块(1)绕所述照明中心轴线旋转阵列排布，所述照明模块(1)包括能分别控制开关动作和亮度的第一照明组件(11)、第二照明组件(12)和第三照明组件(13)，所述第一照明组件(11)包括第一照明模组单元(111)，所述第二照明组件(12)包括位于所述第一照明组件(11)的外侧的第二照明模组单元(121)，所述第三照明组件(13)包括位于所述第一照明组件(11)的外侧的至少两第三照明模组单元(131)，所述第一照明模组单元(111)和所述第二照明模组单元(121)的照射方向均经过圆心在所述照明中心轴线上且直径为D的标准圆(20)的圆心，所有所述第三照明模组单元(131)的照射方向与所述标准圆(20)的圆周相交且各交点绕所述照明中心轴线等角度间隔排列，所述第二照明模组单元(121)的光斑直径与所述第一照明模组单元(111)的光斑直径不同。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一照明组件(11)、所述第二照明组件(12)和所述第三照明组件(13)均为对称结构，所述第一照明组件(11)、所述第二照明组件(12)和所述第三照明组件(13)的对称轴均经过所述照明中心轴线。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一照明组件(11)、所述第二照明组件(12)和所述第三照明组件(13)的对称轴重合。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三照明模组单元(131)的照射方向经过所述标准圆(20)的圆周前未经过所述标准圆(20)的圆心。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一照明模组单元(111)、所述第二照明模组单元(121)和所述第三照明模组单元(131)均包括LED发光源(101)和聚光透镜(102)，所述聚光透镜(102)设置于所述LED发光源(101)的发光侧，所述聚光透镜(102)用于将所述LED发光源(101)的发出光整合成圆光斑的光。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述第二照明模组单元(121)的光斑直径小于所述第一照明模组单元(111)的光斑直径，所述第三照明模组单元(131)的光斑直径等于所述第一照明模组单元(111)的光斑直径或者等于所述第二照明模组单元(121)的光斑直径。

7.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述聚光透镜(102)为TIR透镜，采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

8.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述照明模块(1)设置有三个，所述第一照明组件(11)包括三个第一照明模组单元(111)，所述第二照明组件(12)包括两个第二照明模组单元(121)，所述第三照明组件(13)包括五个第三照明模组单元(131)。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括至少一附加照明组件(14)，所述附加照明组件(14)包括位于所述第一照明组件(11)的外侧的第四照明模组单元(141)，所述第四照明模组单元(141)的照射方向经过所述标准圆(20)的圆心。

10.一种手术灯，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的光学系统。

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