专利名称：一种led口腔灯光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗设备，特别涉及一种LED 口腔灯光学系统。
背景技术：
口腔灯是牙科治疗中常用的一种辅助设备，用于对患者口腔区域进行照明。为了 使医生能够地清楚地观察患者的牙齿，进而做出准确判断，需要在患者口腔区域提供足够 的照度，同时，为避免伤害患者眼睛，还要求照明范围局限于口腔部位，在正常使用状况下， 患者眼部区域的照度应小于规定值。国家颁布的《中华人民共和国医药行业标准-口腔灯》 (编号YY1120-1999)规定了 口腔灯的照明技术指标。按照所使用的光源，现有口腔灯可以分为两种类型，使用传统光源的口腔灯和使 用LED的口腔灯，其中，目前应用最为广泛的是使用传统光源的口腔灯。传统卤素灯光源发 光效率较低、发热大、寿命较短。并且，由于传统光源的尺寸较大、光辐射角度大，导致使用 传统光源的灯具的光利用率不高。传统口腔灯光源的功率约为50W，受照面上有效区域内的 光通量约为721m，整灯的效率仅为1. 441m/W。大功率LED是新一代光源，具有光效高、尺寸小、有害辐射低和寿命长等优点，可 以替代传统光源用于口腔灯。目前已有一些LED 口腔灯的设计方案及产品，如“尤其用于 医疗和牙科手术的牙科灯”(专利申请号=200510081870. 7)提出了使用5 8个LED光源 的口腔灯设计方案，每个LED都配有透镜，以达到聚光的效果。“用于牙科的光照系统”(专 利申请号=200510082164. 4)公开了一种牙科用灯具，可以使用包括LED阵列在内的多种光 源，并通过反射器和透镜组成的光学系统实现聚光功能。“LED照明组合件和利用所述组合 件的灯”(专利申请号200810087553.X)公开了一种由多只LED构成的光源组件，多只LED 安装在共同的可弯曲的散热部件上，通过弯曲散热部件并使用透镜可以汇聚光束，这样的 光源组件可以用作牙科及其他内外科手术灯具。现有LED 口腔灯的设计方案使用的LED数量较多，导致光学系统结构较复杂，增加 了制造和维护成本。另外，光能的利用率仍然不够高。
发明内容
本发明是针对现在的口腔灯光效低的问题，提出了一种LED 口腔灯光学系统，使 用2只大功率LED作为光源，利用自由曲面反射器进行配光，光能利用率高，结构简单，节能 效果显著。本发明的技术方案为一种LED 口腔灯光学系统，包括LED，自由曲面发射器，主、 副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率 LED灯和一个自由曲面反射器，两个自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于两个反射 器的对称轴上，主支架与副支架用连接件连接，两个大功率LED灯分别置于副支架的两个 对称的倾斜的端面上。所述大功率LED灯的主光轴相对光学系统主光轴倾斜一定角度α，90° < α< 180° 。反射器的表面采用多块自由曲面拼接的形式，在距离灯面800mm的受照面处，各 块自由曲面的反射照明区域相互重叠，相互对称的两个反射器的照明区域亦相互重叠。所述连接件可是固定不动的，也可是可调的。所述可调的连接件为转动螺杆，副支 架的中心有一个螺孔，螺杆穿过螺孔安装在主支架上，副支架嵌在主支架的凹槽中，转动螺 杆可以沿对称轴方向调节LED相对于反射器的位置。本发明的有益效果在于本发明LED 口腔灯光学系统，使用寿命长，与使用传统光 源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一些方案相比，本系统的结构 比较简单，光能利用率高，便于制造，从而有利于降低成本。
图1为本发明LED 口腔灯光学系统正视图；图2为本发明LED 口腔灯光学系统剖视图；图3为本发明LED 口腔灯光学系统局部放大图；图4为本发明LED 口腔灯光学系统中可调支架结构示意图；图5为本发明LED 口腔灯光学系统中LED相对于光学系统主光轴的位置图；图6为本发明LED 口腔灯光学系统中上下对称的两部分的光束和照明区域示意 图；图7为本发明LED 口腔灯光学系统在距灯面800mm处的测试平面上所形成的照度 分布图。
具体实施例方式如图1、2、3、4所示LED 口腔灯光学系统包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，螺 杆。系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括1个大功率LED灯1或 1'和1个自由曲面反射器2或2'，两个自由曲面反射器靠主支架6连接，主支架6位于两 个曲面的对称轴3上(如图5所示)，主支架6与副支架7用螺杆10连接，两个大功率LED 灯1和1 ‘分别置于副支架7的两个对称的倾斜的端面8、9上，如图5所示根据灯具的尺寸 要求和保证尽可能多的光能够被利用的原则，确定LED的中心位置与主光轴3的垂直距离 h及LED灯光轴5、5'与对称轴3的夹角α，为便于设计和制造，α可以取120°、135°或 150° 等。根据LED的光强空间分布、受照面的位置和受照面上的照度分布进行自由曲面反 射器的设计。如图1所示，反射器采用多块自由曲面拼接的形式，各块自由曲面的反射照明 区域相互重叠。相互对称的上下两个部分所发出的光束在距离灯面800mm处交汇，可以在 此处的测试平面上形成近似矩形的照明光斑，如图7所示。上下两部分发出的光束相互交 叉，能够分别对上、下牙床进行更直接的照明，而且还可以得到无影照明效果，即，当一部分 反射面的光路被遮挡时(如LED支架的遮挡或牙科器械的遮挡)，经过反射器其余部分反射 的光线仍然能够照明整个口腔区域，如图6所示。将LEDlU'与自由曲面反射器2、2'安装在支架上，LED与自由曲面反射器的相 互位置关系由支架确定。支架可以采用单一零件的形式，也可以采用由几个零件装配的部3
件的形式。当采用部件的形式时，支架部件包括主支架6、副支架7和必要的连接件与紧固 件。其中，主支架用于固定反射器和副支架，主支架还具有扩展结构，可以与其它连接件配 合，将口腔灯安装到牙科治疗机上。副支架用于固定LED，2只LED分别安装在副支架的两 个倾斜的端面8、9上。为便于散热，副支架7可以采用导热性能良好的金属材料制造。副 支架与主支架配合可以确保LED相对于反射器的精确安装位置。副支架7与主支架6可以采用固定的或可调的形式进行连接。采用固定的连接形 式结构简单，但对反射器和支架等零件的机械加工精度要求较高。采用可调的连接形式增 加了零件的数量，但是可以修正加工和装配误差对照明效果的影响。一种可调的连接结构 如图4所示，副支架7的中心设置一个螺孔，与螺杆10配合，螺杆10安装在主支架上，副支 架7的侧面11嵌在主支架6的凹槽12中，转动螺杆10可以沿对称轴3方向调节LED相对 于反射器的位置，使照明效果满足要求。通过驱动电路可以调节2只LED的发光强度，并且2只LED可以被单独或联合控 制。按照反射器表面的反射率为0. 8计算，每只LED的光通量达到401m即可以满足标准(YY 1120-1999)规定的照明要求(包括照度值和照明范围)，由于目前白光LED的发光效率已 普遍达到601m/W以上，因此，在本专利所公开的LED 口腔灯光学系统中使用2只IW的LED 即可。当以额定功率驱动2只Iw的LED时，照明区域的中心照度可以达到250001X以上， 远高于标准的要求，如果仅需要达到标准规定的照度值，可以降低每只LED的驱动功率，从 而减少LED芯片的发热，使LED工作更加稳定，使用寿命得到延长。本发明所公开的口腔灯光学系统仅使用2只IW的白光LED就可以满足相关标准 的照明要求，与使用传统光源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一 些方案相比，本发明所公开的LED 口腔灯光学系统的结构比较简单，光能利用率较高，便于 制造，从而有利于降低成本。参照本发明所公开的设计方案，可能得到一些修改的方案，例如，使用额定功率大 于或小于IW的LED，反射器和支架可以设计成不同的形状等。除了用于口腔灯以外，本发明 所公开的光学系统也可以用于其它需要汇聚照明的场合。
权利要求
一种LED口腔灯光学系统，其特征在于，包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率LED灯(1、1′)和一个自由曲面反射器(2、2′)，两个自由曲面反射器(2、2′)固定在主支架(6)上，主支架(6)位于两个反射器的对称轴上，主支架(6)与副支架(7)用连接件连接，两个大功率LED灯(1和1′)分别置于副支架(7)的两个对称的倾斜的端面上。
2.根据权利要求1所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述大功率LED灯的主光轴 相对光学系统主光轴倾斜一定角度α，90° < α <180°。
3.根据权利要求2所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述反射器的表面采用多块 自由曲面拼接的形式，在距离灯面800mm的受照面处，各块自由曲面的反射照明区域相互 重叠，相互对称的两个反射器(2、2')的照明区域亦相互重叠。
4.根据权利要求1所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述连接件可是固定不动 的，也可是可调的。
5.根据权利要求4所述LED口腔灯光学系统，其特征在于，所述可调的连接件为调整 螺杆(10)，副支架(7)的中心有一个螺孔，螺杆(10)穿过螺孔安装在主支架上，副支架(7) 嵌在主支架(6)的凹槽(12)中，转动螺杆(10)可以沿对称轴(3)方向调节LED相对于反 射器的位置。
全文摘要
本发明涉及一种LED口腔灯光学系统，包括LED，自由曲面发射器，主、副支架，连接件，系统采用上下对称结构，互相对称的两个部分，每个部分包括一个大功率LED灯和一个自由曲面反射器，两个自由曲面反射器固定在主支架上，主支架位于两个曲面的对称轴上，主支架与副支架用连接件连接，两个大功率LED灯分别置于副支架的两个对称的倾斜的端面上。本系统使用寿命长，与使用传统光源的口腔灯光学系统相比，节能效果非常显著。与已经公开的一些方案相比，结构比较简单，光能利用率高，便于制造，从而有利于降低成本。
文档编号F21V14/02GK101893187SQ20101020655
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者施伟斌 申请人:上海理工大学