一種led口腔燈光學系統的制作方法

專利名稱：一種led口腔燈光學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療設備，特別涉及一種LED 口腔燈光學系統。
背景技術：
口腔燈是牙科治療中常用的一種輔助設備，用于對患者口腔區域進行照明。為了 使醫生能夠地清楚地觀察患者的牙齒，進而做出準確判斷，需要在患者口腔區域提供足夠 的照度，同時，為避免傷害患者眼睛，還要求照明范圍局限于口腔部位，在正常使用狀況下， 患者眼部區域的照度應小于規定值。國家頒布的《中華人民共和國醫藥行業標準-口腔燈》 (編號YY1120-1999)規定了 口腔燈的照明技術指標。按照所使用的光源，現有口腔燈可以分為兩種類型，使用傳統光源的口腔燈和使 用LED的口腔燈，其中，目前應用最為廣泛的是使用傳統光源的口腔燈。傳統鹵素燈光源發 光效率較低、發熱大、壽命較短。并且，由于傳統光源的尺寸較大、光輻射角度大，導致使用 傳統光源的燈具的光利用率不高。傳統口腔燈光源的功率約為50W，受照面上有效區域內的 光通量約為721m，整燈的效率僅為1. 441m/W。大功率LED是新一代光源，具有光效高、尺寸小、有害輻射低和壽命長等優點，可 以替代傳統光源用于口腔燈。目前已有一些LED 口腔燈的設計方案及產品，如“尤其用于 醫療和牙科手術的牙科燈”(專利申請號=200510081870. 7)提出了使用5 8個LED光源 的口腔燈設計方案，每個LED都配有透鏡，以達到聚光的效果。“用于牙科的光照系統”(專 利申請號=200510082164. 4)公開了一種牙科用燈具，可以使用包括LED陣列在內的多種光 源，并通過反射器和透鏡組成的光學系統實現聚光功能。“LED照明組合件和利用所述組合 件的燈”(專利申請號200810087553.X)公開了一種由多只LED構成的光源組件，多只LED 安裝在共同的可彎曲的散熱部件上，通過彎曲散熱部件并使用透鏡可以匯聚光束，這樣的 光源組件可以用作牙科及其他內外科手術燈具。現有LED 口腔燈的設計方案使用的LED數量較多，導致光學系統結構較復雜，增加 了制造和維護成本。另外，光能的利用率仍然不夠高。

發明內容
本發明是針對現在的口腔燈光效低的問題，提出了一種LED 口腔燈光學系統，使 用2只大功率LED作為光源，利用自由曲面反射器進行配光，光能利用率高，結構簡單，節能 效果顯著。本發明的技術方案為一種LED 口腔燈光學系統，包括LED，自由曲面發射器，主、 副支架，連接件，系統采用上下對稱結構，互相對稱的兩個部分，每個部分包括一個大功率 LED燈和一個自由曲面反射器，兩個自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于兩個反射 器的對稱軸上，主支架與副支架用連接件連接，兩個大功率LED燈分別置于副支架的兩個 對稱的傾斜的端面上。所述大功率LED燈的主光軸相對光學系統主光軸傾斜一定角度α，90° < α< 180° 。反射器的表面采用多塊自由曲面拼接的形式，在距離燈面800mm的受照面處，各 塊自由曲面的反射照明區域相互重疊，相互對稱的兩個反射器的照明區域亦相互重疊。所述連接件可是固定不動的，也可是可調的。所述可調的連接件為轉動螺桿，副支 架的中心有一個螺孔，螺桿穿過螺孔安裝在主支架上，副支架嵌在主支架的凹槽中，轉動螺 桿可以沿對稱軸方向調節LED相對于反射器的位置。本發明的有益效果在于本發明LED 口腔燈光學系統，使用壽命長，與使用傳統光 源的口腔燈光學系統相比，節能效果非常顯著。與已經公開的一些方案相比，本系統的結構 比較簡單，光能利用率高，便于制造，從而有利于降低成本。


圖1為本發明LED 口腔燈光學系統正視圖；圖2為本發明LED 口腔燈光學系統剖視圖；圖3為本發明LED 口腔燈光學系統局部放大圖；圖4為本發明LED 口腔燈光學系統中可調支架結構示意圖；圖5為本發明LED 口腔燈光學系統中LED相對于光學系統主光軸的位置圖；圖6為本發明LED 口腔燈光學系統中上下對稱的兩部分的光束和照明區域示意 圖；圖7為本發明LED 口腔燈光學系統在距燈面800mm處的測試平面上所形成的照度 分布圖。
具體實施例方式如圖1、2、3、4所示LED 口腔燈光學系統包括LED，自由曲面發射器，主、副支架，螺 桿。系統采用上下對稱結構，互相對稱的兩個部分，每個部分包括1個大功率LED燈1或 1'和1個自由曲面反射器2或2'，兩個自由曲面反射器靠主支架6連接，主支架6位于兩 個曲面的對稱軸3上(如圖5所示)，主支架6與副支架7用螺桿10連接，兩個大功率LED 燈1和1 ‘分別置于副支架7的兩個對稱的傾斜的端面8、9上，如圖5所示根據燈具的尺寸 要求和保證盡可能多的光能夠被利用的原則，確定LED的中心位置與主光軸3的垂直距離 h及LED燈光軸5、5'與對稱軸3的夾角α，為便于設計和制造，α可以取120°、135°或 150° 等。根據LED的光強空間分布、受照面的位置和受照面上的照度分布進行自由曲面反 射器的設計。如圖1所示，反射器采用多塊自由曲面拼接的形式，各塊自由曲面的反射照明 區域相互重疊。相互對稱的上下兩個部分所發出的光束在距離燈面800mm處交匯，可以在 此處的測試平面上形成近似矩形的照明光斑，如圖7所示。上下兩部分發出的光束相互交 叉，能夠分別對上、下牙床進行更直接的照明，而且還可以得到無影照明效果，即，當一部分 反射面的光路被遮擋時(如LED支架的遮擋或牙科器械的遮擋)，經過反射器其余部分反射 的光線仍然能夠照明整個口腔區域，如圖6所示。將LEDlU'與自由曲面反射器2、2'安裝在支架上，LED與自由曲面反射器的相 互位置關系由支架確定。支架可以采用單一零件的形式，也可以采用由幾個零件裝配的部3
件的形式。當采用部件的形式時，支架部件包括主支架6、副支架7和必要的連接件與緊固 件。其中，主支架用于固定反射器和副支架，主支架還具有擴展結構，可以與其它連接件配 合，將口腔燈安裝到牙科治療機上。副支架用于固定LED，2只LED分別安裝在副支架的兩 個傾斜的端面8、9上。為便于散熱，副支架7可以采用導熱性能良好的金屬材料制造。副 支架與主支架配合可以確保LED相對于反射器的精確安裝位置。副支架7與主支架6可以采用固定的或可調的形式進行連接。采用固定的連接形 式結構簡單，但對反射器和支架等零件的機械加工精度要求較高。采用可調的連接形式增 加了零件的數量，但是可以修正加工和裝配誤差對照明效果的影響。一種可調的連接結構 如圖4所示，副支架7的中心設置一個螺孔，與螺桿10配合，螺桿10安裝在主支架上，副支 架7的側面11嵌在主支架6的凹槽12中，轉動螺桿10可以沿對稱軸3方向調節LED相對 于反射器的位置，使照明效果滿足要求。通過驅動電路可以調節2只LED的發光強度，并且2只LED可以被單獨或聯合控 制。按照反射器表面的反射率為0. 8計算，每只LED的光通量達到401m即可以滿足標準(YY 1120-1999)規定的照明要求(包括照度值和照明范圍)，由于目前白光LED的發光效率已 普遍達到601m/W以上，因此，在本專利所公開的LED 口腔燈光學系統中使用2只IW的LED 即可。當以額定功率驅動2只Iw的LED時，照明區域的中心照度可以達到250001X以上， 遠高于標準的要求，如果僅需要達到標準規定的照度值，可以降低每只LED的驅動功率，從 而減少LED芯片的發熱，使LED工作更加穩定，使用壽命得到延長。本發明所公開的口腔燈光學系統僅使用2只IW的白光LED就可以滿足相關標準 的照明要求，與使用傳統光源的口腔燈光學系統相比，節能效果非常顯著。與已經公開的一 些方案相比，本發明所公開的LED 口腔燈光學系統的結構比較簡單，光能利用率較高，便于 制造，從而有利于降低成本。參照本發明所公開的設計方案，可能得到一些修改的方案，例如，使用額定功率大 于或小于IW的LED，反射器和支架可以設計成不同的形狀等。除了用于口腔燈以外，本發明 所公開的光學系統也可以用于其它需要匯聚照明的場合。
權利要求
一種LED口腔燈光學系統，其特征在于，包括LED，自由曲面發射器，主、副支架，連接件，系統采用上下對稱結構，互相對稱的兩個部分，每個部分包括一個大功率LED燈(1、1′)和一個自由曲面反射器(2、2′)，兩個自由曲面反射器(2、2′)固定在主支架(6)上，主支架(6)位于兩個反射器的對稱軸上，主支架(6)與副支架(7)用連接件連接，兩個大功率LED燈(1和1′)分別置于副支架(7)的兩個對稱的傾斜的端面上。
2.根據權利要求1所述LED口腔燈光學系統，其特征在于，所述大功率LED燈的主光軸 相對光學系統主光軸傾斜一定角度α，90° < α <180°。
3.根據權利要求2所述LED口腔燈光學系統，其特征在于，所述反射器的表面采用多塊 自由曲面拼接的形式，在距離燈面800mm的受照面處，各塊自由曲面的反射照明區域相互 重疊，相互對稱的兩個反射器(2、2')的照明區域亦相互重疊。
4.根據權利要求1所述LED口腔燈光學系統，其特征在于，所述連接件可是固定不動 的，也可是可調的。
5.根據權利要求4所述LED口腔燈光學系統，其特征在于，所述可調的連接件為調整 螺桿(10)，副支架(7)的中心有一個螺孔，螺桿(10)穿過螺孔安裝在主支架上，副支架(7) 嵌在主支架(6)的凹槽(12)中，轉動螺桿(10)可以沿對稱軸(3)方向調節LED相對于反 射器的位置。
全文摘要
本發明涉及一種LED口腔燈光學系統，包括LED，自由曲面發射器，主、副支架，連接件，系統采用上下對稱結構，互相對稱的兩個部分，每個部分包括一個大功率LED燈和一個自由曲面反射器，兩個自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于兩個曲面的對稱軸上，主支架與副支架用連接件連接，兩個大功率LED燈分別置于副支架的兩個對稱的傾斜的端面上。本系統使用壽命長，與使用傳統光源的口腔燈光學系統相比，節能效果非常顯著。與已經公開的一些方案相比，結構比較簡單，光能利用率高，便于制造，從而有利于降低成本。
文檔編號F21V14/02GK101893187SQ20101020655
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者施偉斌 申請人:上海理工大學