TW201420959A - Ｌｅｄ色溫調整混光結構 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種LED色溫調整混光結構，包括：一導光板，將平行該導光板之方向定義為一第一方向；一第一LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第一LED燈設置有一第一光學元件可使該第一LED燈之光線以同方向射入至該導光板；一第二LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第二LED燈設置有一第二光學元件可使該第二LED燈之光線以同方向射入至該導光板；其中該第一LED燈與該第二LED燈所射出之光線分別具有不同之色溫範圍，且該第一LED燈與該第二LED燈之光線在射入該導光板後相互混合並形成具有預定色溫之光線，並可藉由調整該第一LED燈及該第二LED燈之電流據以調整混合後的色溫。

Description

LED色溫調整混光結構

本發明係關於一種用於LED色溫調整混光結構，特別是關於一種用於醫療照明燈具之LED色溫調整混光結構。

一般而言，在外科手術中使用的照明燈具需具備無影、冷光、高照度等特點，且對於色溫也有一定要求。無影即表示手術的照明區域內不應出現操作者和手術器材的影子，以保證清晰地看到手術內腔的器官、組織和血管等情況，然而在深腔手術時及操作者或手術器材極為接近器官、組織和血管時，仍會或多或少會出現陰影的情形，為達此理想狀態，在手術照明區域500平方厘米內照度需達2700勒克斯(lx)以上，且為了减少高照度燈光產生的熱感，要求最大光照度處的熱量不大于25000毫瓦/平方厘米，同時透過冷光膜將射出的紅外線减少到最低程度即為俗稱的“冷光”。另外，為了正確反應手術區內病灶的顏色，與日常習慣中的光色一致，要求光的色溫為3500~6000K，且在進行手術時亦有可能依據不同情況，例如病灶判斷及醫師個人需求等而調整手術燈的色溫。習知作法包括採用鹵鎢燈光源，並在燈具透射玻璃上加鍍濾色膜以得到該色溫。另外，亦有採用兩組高、低溫LED燈加以混色的方式，例如在手術燈內面特定區域以高、低溫LED燈混佈的形式，或是在手術燈內面周緣混佈高、低溫LED燈並藉由反射而達成特定色溫的需求。然而，上述方式皆可能造成在部分遮蔽時(例如醫療人員的頭、手)，使其遮蔽部分的陰影邊緣產生 明顯的顏色不均。

然而，上述混光機制僅是在導光板側緣並列設置高、低色溫的LED燈，除了在導光板前段可看到不同色溫的光束外，由於其需在導光板內部經過較長距離才可達到混光的效果，其效果並不理想，容易在醫師及手術器材的陰影處出現不同色溫的照明區域影響醫師對病灶的判斷。

緣此，本發明之一目的即是提供一種LED色溫調整混光結構，包括：一導光板，將平行該導光板之方向定義為一第一方向；一第一LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第一LED燈設置有一第一光學元件可使該第一LED燈之光線以同方向射入至該導光板；一第二LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第二LED燈設置有一第二光學元件可使該第二LED燈之光線以同方向射入至該導光板；其中該第一LED燈與該第二LED燈所射出之光線分別具有不同之色溫範圍，且該第一LED燈與該第二LED燈之光線在射入該導光板後相互混合並形成具有預定色溫之光線，並可藉由調整該第一LED燈及該第二LED燈之電流據以調整混合後的色溫。

較佳地，在該導光板之一側緣形成有複數個光學微結構，該些光學微結構具有一第一入光面及一第二入光面，該第一LED燈與該第二LED燈之光線在射入該複數個光學微結構後經全反射而相互混合並形成具有預定色溫之光線。

較佳地，其中該光學微結構為鋸齒結構。

較佳地，其中該第一LED燈射出之光線垂直於該光學微結構之第一入光面。

較佳地，其中該第二LED燈射出之光線垂直於該光學微結構之第二入光面。

較佳地，其中該第一LED燈射出之光線與該第一方向之夾角為60度。

較佳地，其中該第二LED燈射出之光線與該第一方向之夾角為60度。

較佳地，其中該LED色溫調整混光結構係應用於一醫療照明裝置。

經由本發明所採用之技術手段，可使採用此種LED色溫調整混光結構之醫療照明裝置具有理想的混色功能，可在導光板前段即達成充分的混色，據此提供平均、理想的照明，進而有效輔助醫療人員在手術進行時對於病灶的判斷。

第一實施例

參閱第一~二圖，其顯示本發明LED色溫調整混光結構之第一實施例。如圖所示，醫療照明裝置100(手術燈)包括設置有複數個導光板1，且各個導光板1分別配置有一第一LED燈2及一第二LED燈3，且第一LED燈2配置有一第一光學元件21、第二LED燈3配置有一第二光學元件31，以使發出的光線同向射入各個導光板1，且在內部經由反射而達成混光的效果。

藉由本實施例之結構，已可解決上述顏色不均的基本問題。 然而，發明人希望可更進一步地改善，使光線在導光板中可更充分地混合，故而提出以下實施例。

第二實施例

參閱第三~四圖，其分別顯示本發明LED色溫調整混光結構及其局部示意圖。圖中所示為一醫療照明裝置100a，其設置有複數組LED色溫調整混光結構1(圖中所示6組僅為例示)，各個LED色溫調整混光結構1包括由一導光板10、第一LED燈2、第一光學元件21、第二LED燈3及第二光學元件31所組成。

導光板10之材質可以是常見的PMMA樹脂、COP與PC等光學材料，或是其他適於製作導光板之材料。將平行該導光板10之方向定義為一第一方向I，在該導光板10之一側緣形成有複數個光學微結構11，本實施例為鋸齒結構，且該些光學微結構11具有一第一入光面111及一第二入光面112。

第一LED燈2對應設置於鄰近該導光板10之側緣，該第一LED燈2設置有一第一光學元件21可使該第一LED燈之光線以同方向射入至該複數個光學微結構11之第一入光面111。

第二LED燈3，對應設置於鄰近該導光板10之側緣，該第二LED燈3設置有一第二光學元件31可使該第二LED燈3之光線以同方向射入至該複數個光學微結構11之第二入光面112。發出的大發散張角之光線匯聚成適用的小發散張角(近乎平行)之光線。第一光學元件21及第二光學元件31皆為準直鏡(collimator)，可將LED燈發出的大發散張角之光線匯聚成適用的小發散張角(近乎平行)之光線。

第一LED燈2與第二LED燈3所射出之光線分別具有不同之色溫範圍(例如高色溫為5000K，而低色溫為3500K之LED燈)，且該第一LED燈2與該第二LED燈3之光線在射入該複數個光學微結構11後經全反射而相互混合並形成具有預定色溫之光線。

本實施例中的光學微結構11為鋸齒結構，且由頂面視角來看，各個鋸齒的形狀較佳為正三角形，且此時第一LED燈2射出之光線與該第一方向I之夾角為60度，第二LED燈3射出之光線與第一方向I之夾角亦為60度，以使兩者射出之光線可分別垂直於該光學微結構11之第一入光面111及第一入光面112，入射時避免產生折射，以達到最理想的混色效果。而在欲調整色溫時，可藉由調整第一LED燈2及第二LED燈3之電流，使高、低色溫的光線比例不同，據以得到所欲達到的混合色溫。

參閱第五圖，以兩個相鄰的光學微結構11為例，兩個相鄰的光學微結構11間距P1(pitch)=1 mm時，兩個不同LED燈發出的光線L1、L2在經過反射後，夾角θ=3°時，其混光距離D1(Color Mixing Distance)之估計計算如下：P1/2/tan θ≒0.5 mm/tan 3°≒9.5 mm可知在混光距離D1≒9.5 mm時即可達到混光效果，也就是在導光板的前段即可完成兩個不同色溫範圍之LED燈之混光。

在上述內容中所述的結構僅是較佳實施例，其中各種元件的設置可根據實際需求及當時的技藝作各種變化。例如以光學微結構11而言，其數量、間距以及各鋸齒的形狀皆可視實際需求而作調整，各鋸齒尖端的夾角可以小於或大於60度，且各個LED燈射出之光線與第一方向I之夾角亦可對應調整。

再例如導光板的製作可以使用塑膠一次射出成形或是以塑膠多次射出成形再組合的方式製作，且其材質可以是常見的PMMA樹脂、COP與PC等光學材料，或是其他適於製作導光板之材料，然而此些皆屬於不同的製程及材料使用，並不影響本發明之手術燈整體結構之保護範圍。此種方法及其結構皆未見於該領域之任何先前技術，理應具有可專利性。

由以上實施例可知，本發明所提供之LED色溫調整混光結構確具產業上之利用價值，惟以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之精神及以下所界定之專利範圍中。

100、100a‧‧‧醫療照明裝置

1‧‧‧LED色溫調整混光結構

10‧‧‧導光板

11‧‧‧光學微結構

111‧‧‧第一入光面

112‧‧‧第二入光面

2‧‧‧第一LED燈

21‧‧‧第一光學元件

3‧‧‧第二LED燈

31‧‧‧第二光學元件

D1‧‧‧混光距離

I‧‧‧第一方向

P1‧‧‧間距

L1、L2‧‧‧光線

θ‧‧‧夾角

第一圖係顯示本發明LED色溫調整混光結構之第一實施例；第二圖係顯示第一實施例之局部示意圖；第三圖係顯示本發明LED色溫調整混光結構之第二實施例示意圖；第四圖係顯示本發明LED色溫調整混光結構之第二實施例局部示意圖；第五圖係顯示本發明LED色溫調整混光結構之混光距離。

100a‧‧‧醫療照明裝置

1‧‧‧LED色溫調整混光結構

10‧‧‧導光板

11‧‧‧光學微結構

2‧‧‧第一LED燈

21‧‧‧第一光學元件

3‧‧‧第二LED燈

31‧‧‧第二光學元件

Claims (8)

1. 一種LED色溫調整混光結構，包括：一導光板，將平行該導光板之方向定義為一第一方向；一第一LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第一LED燈設置有一第一光學元件可使該第一LED燈之光線以同方向射入至該導光板；一第二LED燈，對應設置於鄰近該導光板之側緣，該第二LED燈設置有一第二光學元件可使該第二LED燈之光線以同方向射入至該導光板；其中該第一LED燈與該第二LED燈所射出之光線分別具有不同之色溫範圍，且該第一LED燈與該第二LED燈之光線在射入該導光板後相互混合並形成具有預定色溫之光線，並可藉由調整該第一LED燈及該第二LED燈之電流據以調整混合後的色溫。
2. 如申請專利範圍第1項所述之LED色溫調整混光結構，在該導光板之一側緣形成有複數個光學微結構，該些光學微結構具有一第一入光面及一第二入光面，該第一LED燈與該第二LED燈之光線在射入該複數個光學微結構後經全反射而相互混合並形成具有預定色溫之光線。
3. 如申請專利範圍第2項所述之LED色溫調整混光結構，其中該光學微結構為鋸齒結構。
4. 如申請專利範圍第2項所述之LED色溫調整混光結構，其中該第一LED燈射出之光線垂直於該光學微結構之第一入光面。
5. 如申請專利範圍第2項所述之LED色溫調整混光結構，其中該 第二LED燈射出之光線垂直於該光學微結構之第二入光面。
6. 如申請專利範圍第2項所述之LED色溫調整混光結構，其中該第一LED燈射出之光線與該第一方向之夾角為60度。
7. 如申請專利範圍第2項所述之LED色溫調整混光結構，其中該第二LED燈射出之光線與該第一方向之夾角為60度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之LED色溫調整混光結構，其中該LED色溫調整混光結構係應用於一醫療照明裝置。