ИСТОЧНИК СВЕТА НА СВЕТОДИОДАХ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ СВЕТИЛЬНИКОВ Российский патент 2014 года по МПК F21S4/00 F21V5/04 H01L33/00 

Область техники

Настоящее изобретение в общем относится к медицинским светильникам и, в частности, к источнику света на светодиодах, установленному в светильник для медицинской диагностики или лечения, причем источник света имеет высокий индекс цветопередачи и обеспечивает направленную проекцию с небольшой потерей света и высокой эффективностью мощности.

Описание уровня техники

Светильники для медицинской диагностики или лечения обычно должны, в дополнение к высокой интенсивности освещения, иметь высокий индекс цветопередачи, чтобы можно было визуально различать очень небольшие различия между тканями. Поэтому пакеты матриц светодиодов с одной длиной волны не могут выполнять эту цель, и можно использовать только пакеты матриц светодиодов с высоким индексом цветопередачи и полным спектром видимого света. Однако большинство пакетов матриц светодиодов из-за использования фосфора имеют эффективность освещения только приблизительно вполовину от эффективности освещения пакетов матриц светодиодов с одной длиной волны. Как таковые, даже если пакеты матриц светодиодов, используемые для медицинских целей, имеют срок службы до 30000 часов, что в 30 раз превышает срок службы обычных галогенных ламп, и стоимость эксплуатации светильников таким образом заметно снижается, эффект консервации энергии пакетов матриц светодиодов все еще имеет много места для усовершенствования. Потребление энергии медицинскими светильниками подразумевает не только сами светильники, но и вентиляцию, необходимую для отвода теплоты от светильников. Последнее еще более важно, чем продление срока службы осветительного прибора.

Обычно в операционной каждый комплект хирургических светильников имеет два световых элемента, расположенные в диапазоне 30-40 см над головой хирурга, каждый из которых потребляет 120~150 Вт. Во время операции, если кондиционирование воздуха для охлаждения операционной не очень эффективное, теплота, создаваемая этими световыми элементами, может мешать операции, особенно если хирург использует стерильные перчатки и не может вытереть пот. Это может вызвать инфекцию или даже смерть пациента. Как таковая, температура в операционной обычно поддерживается в диапазоне 15~20°C, что также важно для замедления роста бактерий в максимально возможной степени. Как таковая, стоимость расходуемой зря энергии больше, чем стоимость светильников для замены, и вопрос, как повысить эффективность освещения пакетов матриц светодиодов, является крупной проблемой для медицинских светильников.

Как показано на ФИГ.6, полезная модель Тайваня № М288433, обычный источник света на светодиодах имеет пакет 10 светодиодной матрицы, прикрепленный к печатной плате 40. Затем путь проекции света пакета 10 светодиодной матрицы закрывают линзой 30, которая расщепляет пучки света от пакета 10 светодиодной матрицы на пучки, проецируемые в центр, и пучки, проецируемые на стороны, и направляет их на целевую область освещения. Поскольку свет больше убывает, когда он проходит дальше в прозрачном материале с высоким показателем преломления, на линзе 30 предусмотрены два цилиндрических отверстия 301 и 302 рядом с пакетом 10 светодиодной матрицы и рядом со светоизлучающей плоскостью линзы 30, чтобы уменьшить длину прохождения света в линзе 30. Совокупная внутренняя отражающая поверхность A перехватывает световые пучки и путем применения совокупного внутреннего отражения, когда свет входит в среду низкой плотности из среды высокой плотности, направляет боковые пучки света на целевую область освещения. Так как совокупная внутренняя отражающая поверхность A должна взаимодействовать с воздухом низкой плотности, колонки позиционирования 303 (которые показаны пунктирными линиями на ФИГ.6) не могут использоваться, поскольку они будут мешать совокупному внутреннему отражению. Тогда линза 30 должна быть точно позиционирована и зафиксирована позиционирующим элементом 50.

Как сказано, боковые пучки света от пакета 10 светодиодной матрицы будут нести значительные потери. Это в основном вызвано тем, что расстояние прохождения через линзу 30 боковых пучков света в несколько раз больше, чем такое расстояние у центральных пучков света. Кроме того, часть боковых пучков света, перехваченная совокупной внутренней отражающей поверхностью A, будет преломляться линзой 30 и не сможет быть проецирована на целевую область освещения. Обычно угол излучения света пакетами матриц светодиодов составляет приблизительно 140 градусов или больше. Угол излучения света В передних пучков света, ограничиваемых конструкцией, обычно не может быть больше 60 градусов. Как таковая, почти половина пучков света приходится на боковые пучки света, и когда они значительно убывают, эффективность освещения обычного осветительного прибора явно снижается.

Раскрытие изобретения

Основная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить источник света на светодиодах, который имеет высокий индекс цветопередачи и направленную проекцию с небольшой потерей световой энергии для использования в медицине для освещения при диагностике или лечении пациентов, при этом имея пониженное потребление электропитания. Вторая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить источник света на светодиодах для медицинской диагностики или лечения. Источник света на светодиодах включает печатную плату, способную рассеивать тепло, пакет светодиодной матрицы, расщепитель пучка и рефлектор. Пакет светодиодной матрицы прикреплен к печатной плате и закрыт расщепителем пучка, который в свою очередь прижат и расположен вместе с рефлектором.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 - перспективная схема, показывающая источник света на светодиодах согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

ФИГ.2 - перспективная подробная схема, показывающая разные компоненты источника света на светодиодах с ФИГ.1.

ФИГ.3 - схема в разрезе, показывающая источник света на светодиодах с ФИГ.1.

ФИГ.4 - схема в разрезе, показывающая световые траектории источника света на светодиодах с ФИГ.1.

ФИГ.5 - схема в разрезе, показывающая источник света на светодиодах согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ФИГ.6 - схема в разрезе, показывающая световые траектории обычного источника света на светодиодах.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Как показано на ФИГ.1 и 2, источник света на светодиодах согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в основном включает пакет 1 светодиодной матрицы, расщепитель пучка 2, рефлектор 3 и печатную плату 4, способную рассеивать тепло. Пакет 1 светодиодной матрицы имеет высокое свойство цветопередачи и полный спектр видимого света. Предпочтительно, пакет светодиодной матрицы имеет индекс цветопередачи по меньшей мере 85 и цветовую температуру, близкую к естественному свету, которая составляет от 3000 K до 6700 K. Один такой пакет светодиодной матрицы производит компания Edison Opto Corporation (смотрите http://www.edison-opto.com.tw/01_led_products_detail.asp?sn=45).

Изготовленный из материала высокой прозрачности и высокого показателя преломления расщепитель пучка 2, который показан на ФИГ.2, является чашеобразным объектом с полостью 21, окруженной загнутой кромкой 22 на его раскрытой стороне; причем первая линза 211 напротив раскрытия полости 21 служит в качестве основания расщепителя пучка 2. Также есть кольцеобразная вторая линза 212 между раскрытием полости 21 и первой линзой 211, соединяющая их для формирования расщепителя пучка 2.

Рефлектор 3 является воронкообразным объектом с некоторым количеством позиционирующих стоек 31 по окружности рефлектора 3. Отражающий слой 32 нанесен как покрытие на внутреннюю поверхность рефлектора 3. Вокруг конца рефлектора 3 с меньшим отверстием выполнена выемка 33, форма и размер которой соответствуют форме и размеру загнутой кромки 22 расщепителя пучка 2.

Печатная плата 4 предназначена для установки пакета светодиодной матрицы 1 и изготовлена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, такого как алюминиевый сплав или керамика. Вокруг пакета светодиодной матрицы 1 печатная плата 4 имеет некоторое количество сквозных отверстий 41 и 42 для позиционирования рефлектора 3 и самой печатной платы 4, соответственно.

Как показано на ФИГ.3, пакет светодиодной матрицы 1 зафиксирован в конкретном месте на печатной плате 4. Расщепитель пучка 2 затем помещают перевернутым на печатную плату 4, чтобы пакет 1 светодиодной матрицы был расположен полностью в полости 21 и загнутая кромка 22 была плоско прикреплена к печатной плате 4. Рефлектор 3 затем помещают на верх расщепителя пучка 2, и загнутая кромка 22 полностью входит в выемку 33. В это время позиционирующие стойки 31 помещают в сквозные отверстия 41. У источника света на светодиодах, который описан выше, свет, проецируемый от пакета светодиодной матрицы 1 в направлении первой линзы 211, направляется и коллимируется наружу. С другой стороны, свет, проецируемый от пакета светодиодной матрицы 1 в направлении кольцеобразной второй линзы 212, преломляется в направлении внутренней стенки рефлектора 3 и полностью ею захватывается. Отражающий слой 32 затем направляет этот свет наружу. Сквозные отверстия 42 на печатной плате 4 помогают позиционировать печатную плату 4 на медицинском светильнике и позволяют расположить несколько печатных плат 4 в форме матрицы, чтобы увеличить совокупную интенсивность освещения медицинского светильника для улучшения возможностей диагностики или лечения.

Просьба отметить, что расщепитель пучка 2 имеет уникальную оптическую конструкцию в том, что кольцеобразная вторая линза 212 имеет малую толщину. Как таковая, не только кольцеобразная вторая линза 212 способна направлять свет на рефлектор 3, как показано на ФИГ.4, но свет также проходит ограниченное расстояние в расщепителе пучка 2, этим снижая потери световой энергии.

Кроме того, рефлектор 3 прикреплен к печатной плате 4 позиционирующими стойками 31. Когда рефлектор 3 позиционирован, расщепитель пучка 2 плотно посажен между печатной платой 4 и рефлектором 3. Кроме того, позиционирующие стойки 31 находятся за отражающим слоем 32 рефлектора 3 и, как таковые, позиционирующие стойки 31 не мешают обработке света расщепителем пучка 2, этим достигая пониженных потерь световой энергии и повышенной простоты изготовления.

Как показано на ФИГ.5, в альтернативном варианте осуществления, расщепитель пучка 2 и рефлектор 3 могут фактически быть выполнены совместно как цельный элемент.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является обеспечение низкого потребления энергии и упрощение изготовления. Источник света включает печатную плату, способную рассеивать тепло, пакет светодиодной матрицы, расщепитель пучка и рефлектор. Пакет светодиодной матрицы прикреплен к печатной плате и закрыт расщепителем пучка, который в свою очередь прижат и позиционирован с рефлектором. Центральные световые пучки от пакета светодиодной матрицы коллимируются расщепителем пучка для проецирования наружу. Боковые световые пучки преломляются в направлении расщепителем пучка, перехватываются рефлектором и направляются на целевую область освещения вместе с центральными световыми пучками. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Источник света на светодиодах для медицинского освещения, состоящий из:
печатной платы; пакета светодиодной матрицы, зафиксированного на упомянутой печатной плате; расщепителя пучка, имеющего чашеобразную форму с полостью, причем упомянутый расщепитель пучка состоит из первой линзы напротив раскрытия упомянутой полости и кольцеобразной второй линзы между раскрытием упомянутой полости и упомянутой первой линзой, и причем расщепитель пучка помещен перевернутым на упомянутую печатную плату, так чтобы упомянутый пакет светодиодной матрицы был закрыт расщепителем пучка; и рефлектор был помещен на верх упомянутого расщепителя пучка, причем упомянутый рефлектор имеет отражающий слой на его внутренней поверхности; отличающийся тем, что свет, проецируемый от упомянутого пакета светодиодной матрицы в направлении упомянутой первой линзы, направляется наружу, и свет, проецируемый от упомянутого пакета светодиодной матрицы в направлении упомянутой кольцеобразной второй линзы, преломляется в направлении внутренней стенки упомянутого рефлектора и захватывается ею, чтобы отражать его наружу.

2. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что несколько сквозных отверстий предусмотрены на упомянутой печатной плате вокруг упомянутого пакета светодиодной матрицы.

3. Источник света на светодиодах по п.2, отличающийся тем, что упомянутый рефлектор прикреплен к упомянутым сквозным отверстиям на упомянутой печатной плате; и упомянутый расщепитель пучка прикреплен упомянутым рефлектором к упомянутой печатной плате.

4. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что раскрытие полости упомянутого расщепителя пучка окружено загнутой кромкой; выемка предусмотрена вокруг конца упомянутого рефлектора рядом с упомянутой печатной платой; и упомянутая выемка имеет форму и размер, соответствующие форме и размеру упомянутой загнутой кромки.

5. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что упомянутый расщепитель пучка изготовлен из материала высокой прозрачности.

6. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что несколько позиционирующих стоек предусмотрены по окружности упомянутого рефлектора.

7. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что упомянутый расщепитель пучка и упомянутый рефлектор совместно выполнены как цельный объект.

8. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что упомянутая печатная плата изготовлена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

9. Источник света на светодиодах по п.8, отличающийся тем, что упомянутый материал с высоким коэффициентом теплопроводности является алюминиевым сплавом.

10. Источник света на светодиодах по п.8, отличающийся тем, что упомянутый материал с высоким коэффициентом теплопроводности является керамическим продуктом.

11. Источник света на светодиодах по п.1, отличающийся тем, что упомянутый пакет светодиодной матрицы имеет индекс цветопередачи по меньшей мере 85 и цветовую температуру от 3000 K до 6700 K.