一种基于COB-LED的黄疸治疗仪光源系统的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，更具体地说，是涉及一种基于cob-led的黄疸治疗仪光源系统。

背景技术：

目前的黄疸光疗仪所用的光源分为荧光灯光源、卤素灯光源和led光源。荧光灯因为光谱范围宽导致治疗效果差，并且荧光灯的寿命短。卤素灯光源发光强度高，其光谱范围中较多的红光和黄光成分会对婴儿的肌肤造成伤害。目前国内的黄疸光疗仪以荧光灯光源为主，卤素灯黄疸光疗仪处于起步阶段。由于这两种光源的副作用大，近年来国内外展开了新型led黄疸光疗仪的研究，比如美国natus公司生产的led黄疸光疗仪，均匀度仅有30％，治疗效果较差。目前，led黄疸光疗仪的光源系统主要有两种：一种为由0.1w中功率led光源阵列组成的光源系统，其优点在于出光均匀度较高，但由于用到较多单颗led光源，其电路设计较为复杂，电能损耗较严重；另一种为由1～3w大功率led光源阵列组成的光源系统，其优点在于电路较为简单，容易实现调光，但由于黄疸光疗仪光谱主波长为490nm左右，大多数光源系统是由主波长为450nm左右的蓝光led和主波长为510nm左右的绿光led混合排列而成的，因此容易出现混光不均匀的现象，部分区域的光谱波长不能达到黄疸光疗效果最佳的波长范围，进而影响治疗效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种基于cob-led的黄疸治疗仪光源系统。

本发明为一种基于cob-led的黄疸治疗仪光源系统，通过下述技术方案予以实现：

由多个cob-led光源及圆形微透镜阵列组成，圆形微透镜阵列置于cob-led光源表面位置，每个cob-led光源由6个主波长为470nm、功率为1w的蓝光芯片和3个主波长为520nm、功率为1w的绿光芯片封装而成，封装结构半径为10mm；所述圆形微透镜阵列由96个单透镜正交排列组成，每个单透镜曲率半径为0.7mm，厚度为0.32mm；根据新生儿的大小确定受照面的面积为50cm＊30cm，根据光疗法治疗黄疸的照度要求来确定cob-led光源模组的个数为10个，并按照3-4-3的方式排列组成黄疸治疗仪光源系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是将蓝光和绿光芯片进行cob封装，并结合微透镜阵列，多个cob-led光源模组排列组成黄疸治疗仪光源系统。一方面在cob封装中可以降低由多个led长距离组合带来的光色不均匀现象，增强治疗效果；另一方面在系统中多芯片集成的光源形式，减少模组数量，降低了电路的复杂程度。经测试，光源系统发光主波长在接受面各部分的均匀度达到95％，接受面的照度均匀度达到85％。

附图说明

图1是黄疸治疗仪光源系统示意图；

图2是混光光谱匹配流程图；

图3是光谱匹配结果图；

图4是单颗cob-led结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，所述的一种基于cob-led的黄疸治疗仪光源系统由多个cob-led光源及阵列透镜组成，经双色混光光谱匹配计算得到，每个cob-led光源由6个主波长为470nm、功率为1w的蓝光芯片和3个主波长为520nm、功率为1w的绿光芯片封装而成，封装结构半径为10mm；圆形微透镜阵列由96个单透镜正交排列组成，单个透镜曲率半径为0.7mm，厚度为0.32mm；根据新生儿的大小确定受照面的面积为50cm＊30cm，根据光疗法治疗黄疸的照度要求来确定cob-led光源模组的个数为10个，并按照3-4-3的方式排列组成黄疸治疗仪光源系统。

本发明/发明的实现步骤如下：

(1)蓝绿光混光光谱匹配：光谱匹配过程主要计算出蓝绿光混光光谱与最佳治疗目标光谱相比较，当两者的差值达到最小时，即型值点方差最小时，确定蓝、绿两种颜色led的数量和比例。

如图2所示，先确定黄疸治疗仪光源的目标光谱，对于胆红素的吸收光谱，可以采用实验的方法来测定。将吸收度归一化，考虑胆红素光致异构化模型得出的结论绘制胆红素吸收光谱曲线。其峰值波长为486nm。

使用高斯公式模拟led光谱分布，根据公式(1)至(3)计算得到给定波长及功率的蓝、绿光led混光光谱。其中，kb和kg分别是蓝光和绿光的比例，pb和pg分别为蓝光和绿光的光谱线型，两种颜色光的峰值波长λpb和λpg。

p(λ，λ0，δλ0.5)＝1/3{g(λ，λ0，δλ0.5)+2·g⁵(λ，λ0，δλ0.5)}(2)

pled(λ)＝kb×pb(λ)+kg×pg(λ)(3)

并将得到的光谱与胆红素的吸收光谱进行比较，根据公式(4)计算两者型值点的方差，根据对蓝光和绿光的量kb和kg的调整，得到方差值最小的光谱谱形。由此可以得出在最佳匹配光谱下两种光的峰值波长、光谱半宽以及蓝、绿光的比例，如图3所示。

(2)cob-led的封装：如图4所示，cob-led光源由cob封装基板、led阵列、封装胶三个部分组成，cob多芯片封装技术，是一种将芯片直接贴装在pcb板上的技术，这样就极大地减小了芯片通过pcb板散热的热阻，保证了多晶led的散热。圆形基板为半径为10mm，单粒led芯片尺寸为1mm×1mm，芯片为3×3的正交阵列，且相邻led芯片的中心距离均为4mm，中间三颗led芯片为主波长为520nm、功率为1w的绿光led，两边六颗为主波长为470nm、功率为1w的蓝光led。

(3)微透镜阵列设计；应用微透镜阵列将平行或准平行光均匀散射或投射，满足确定的使用要求。采用圆形孔径透镜为微透镜单元模型。根据几何成像原理，每颗表面发光的led芯片在接收屏表面的光强度、光斑形状相同，但应用灯具需要考虑投影光斑的整体均匀性和灯具的发光角度，希望光斑是紧密有序地排布在一起，边缘稍有重叠但不能完全叠在一起，并有一定的有效光照范围。微透镜阵列在一定角度的范围内散射时，需要调整相应光学参数来满足实际需求，在三维空间中进行光线追迹求解宰割问题，一般使用公式(5)-(9)进行向量计算。

设微透镜旋转得到曲面，构造函数z＝f(r)。

根据能量守恒原理可得：

ρs(r)rdrdφ＝ρw(θ)sinθdθdφ(6)

ρs(f)是单位照度面上的照度分布，设ρs(r)是常数，r参照点到面元中心的距离，为旋转角，θ为光束散射角，ρw(θ)为光束亮度分布，联立方程组可得：

均匀照度情况下求空间角分布函数为：

经设计得到圆形微透镜阵列由96个单透镜正交排列组成，单个透镜曲率半径为0.7mm，厚度为0.32mm，经测试，微透镜阵列出光均匀度达到85％，发散半角超过42°。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。