[發明專利]LED手術無影燈用透鏡的設計方法

有效

• 申請號: 201210315666.7
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102829433A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 周士康;韓紅梅;何孝亮;夏仰軍
• 申請（專利權）人: 上海三思電子工程有限公司;上海三思科技發展有限公司;嘉善三思光電技術有限公司
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 林煒

1.LED手術無影燈用透鏡的設計方法，所述透鏡是由五個面組成的旋轉對稱體，分別是在任一旋轉截面上依次相接的第一入射面、第二入射面、第三全反射面、第二出射面和第一出射面，其設計步驟如下：

1）、在任一過光源光軸的截面上，以光軸為一角邊，以位于光軸單側90度范圍內的截面為旋轉截面，將被照面與該旋轉截面的交線段，即被照面在該旋轉截面上的光斑大小按照透鏡的尺寸要求劃分成光線經第一出射面后形成的A段以及光線經第二出射面后形成的B段；且，A段的照度分布與B段的照度分布的疊加為整體透鏡的照度分布，所述整體透鏡的照度分布滿足LED手術無影燈國際標準要求“在照度為中心照度的1/2和1/10、離開光源距離1m處的光斑直徑的大小D50和D10之間滿足D50≥c*D10的要求,其中c為可變系數且0.5≤c≤1”；

其中，第一入射面和第一出射面的設計步驟如下：

a)、在上述旋轉截面上，按照所使用的LED裸芯片尺寸以及所述被照面上A段的尺寸，根據SMS方法（simultaneous?multiple?surface，多表面同時計算）設計出透鏡的第一入射面和第一出射面在所述旋轉截面上的截面形狀；

b)、若所使用的光源是LED裸芯片的封裝體，則需要對步驟a）中得出的第一入射面和第一出射面的形狀進行修正，具體是：通過光線追跡法,根據所述LED裸芯片以及所述LED裸芯片的封裝體各自的光線參數，得出兩者在被照面上形成的光斑大小的比例常數，該比例常數也為LED裸芯片與LED封裝體分別在被照面上形成的光斑大小的比例，根據上述LED裸芯片形成的被照面上A段的尺寸，從而得出所述LED封裝體所對應的被照面上光斑的大小，再次使用SMS方法對步驟a）中得出的第一入射面和第一出射面的截面形狀進行修正；

第二入射面的設計步驟如下：

c）、在所述旋轉截面上，以光源到第一入射面和第二入射面的交點的連線為一角邊，以垂直于光軸的直線為另一角邊，該角即為光源入射到第二入射面上的發光角，將該發光角按照發光強度隨發光角度的分布規律劃分成多個小角，并使分布在每個小角內的光線的光通量相等；

d)、在所述旋轉截面上，將被照面上的B段劃分成多個與所述小角一一對應的小段，調整各小段的長度使其與光源到該小段上被照點的距離的平方成反比，與照度成正比；

e）、給定所述發光角的兩條邊緣入射光線經過第二入射面后的折射光線方向，將該兩條折射光線的夾角等分成多個與所述小角一一對應的角，角邊作為入射光線經過第二入射面后的折射光線方向，也即射向第三全反射面的入射光線方向，根據折射定律以及所述的小角，求出第二入射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為第二入射面在所述旋轉截面上的截面；

???第三全反射面的設計步驟如下：

f）、根據透鏡形狀要求在過光源且垂直于光軸的直線上取一點作為第三全反射面上的起始特征點，令該起始特征點的入射光線經第三全反射面后的反射光線經過第二出射面上遠離光軸的那個邊緣特征點，且該入射光線和反射光線之間的夾角α≥2arcsin(1/n)，其中n是透鏡的折射率；再給定經第三全反射面反射后的另一條邊緣反射光線方向，將該兩條反射光線的夾角等分成多個與所述小角一一對應的角，角邊作為光線經過第三全反射面后的反射光線方向，也即射向第二出射面的入射光線方向，根據所述反射光線與e）步驟中確定的射向第三全反射面的入射光線，通過反射定律求出第三全反射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為第三全反射面在所述旋轉截面上的截面；

????第二出射面的設計步驟如下：

g）、在所述旋轉截面上，以被照面上各小段的端點與光源的連線方向作為光線經過第二出射面后的折射光線方向，根據上述步驟f）中所述射向第二出射面的入射光線方向，以第一出射面上遠離光軸的那個邊緣特征點作為第二出射面上的起始特征點，通過折射定律求出第二出射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為第二出射面在所述旋轉截面上的截面；

2）、將第一入射面和第三全反射面位于垂直于光軸方向的兩個特征點用線段連接起來；

3）、將上述求得的透鏡在所述旋轉截面上的各截面繞光源光軸旋轉，即可得到該LED無影燈的立體透鏡。

2.根據權利要求1所述的LED手術無影燈用透鏡的設計方法，其特征在于，所述A段和B段重合，即所述A段和B段均為被照面與所述旋轉截面的交線段。