CN104949081A - 一种手术显微镜用照明装置及其照明方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种手术显微镜用照明装置，包括散热器、风扇、LED和驱动控制单元，散热器的后端连接风扇，散热器的前端连接LED，驱动控制单元连接风扇，驱动控制单元连接有人机交互单元，驱动控制单元通过缆线连接LED；LED的前端设置有集光器，集光器的前端设置有聚光镜，聚光镜的前端设置有投射镜；散热器和LED之间设置有导热层。同时提供了这种手术显微镜用照明装置的照明方法。本发明提供的手术显微镜用照明装置及其照明方法，单路LED实现良好照明效果，结构简单、成本低，风扇与LED关联控制，工作噪音小。

Description

一种手术显微镜用照明装置及其照明方法
技术领域
本发明涉及一种照明装置及照明方法，尤其涉及一种手术显微镜用照明装置及其照明方法。
背景技术
现有手术显微镜照明方法主要包括以下几种：
1.大功率卤素灯或气体放电灯照明：该方法包含光源箱、医用导光纤维、聚光-投射器(通常集成于手术显微镜的镜头内)等部件。其中光源箱是核心部件，其主要由光源(大功率卤素灯或气体放电灯)、保证光源正常工作的供电及散热***、滤光元件、光源-光纤耦合***等几部分组成。仪器工作时，光源发出的光首先经过滤光元件过滤掉对人体有害的紫外及红外成分，然后通过光源-光纤耦合***导入医用导光纤维并在其另一端出射，出射光经过聚光-投射器后照亮需要观察的表面(通常称之为物面)。该方法是目前手术显微镜照明技术领域最常用的照明方法，其优点是结构极为成熟、研发风险较低，但其缺点也极为明显，包括：
A.结构较为复杂：卤素灯及气体放电灯由于寿命较短，因此设计光源箱时需要额外增加一个光源备用，并为其设计相应的切换机构，这样当某个光源手术过程中发生故障时，使用者可通过切换机构迅速切换至备用光源，以保证手术的顺利进行。此外，由于卤素灯及气体放电灯的发射光谱含有较多的对人体有害的紫外及红外成分，实际应用时需要设计专门的滤光元件进行过滤。
B.使用成本较高：同样是由于卤素灯及气体放电灯寿命较短，在仪器的使用期限内，使用者需要经常更换光源。此外，该方法中的医用导光纤维随着使用时间的延长会逐渐老化并进而影响其传光效率，因此也需要使用者定期更换。
C.光能利用率低：该方法之所以使用医用导光纤维作为传光元件，其主要原因是导光纤维可以进一步过滤光源发射光谱中的紫外成分，并可使工作噪音较大的光源箱(工作时需要大功率风扇散热)尽量远离使用者。但是，医用导光纤维 的最大弊端是其透光率低，普遍均在40％以下，如果再考虑其它元器件的光能损耗，实际的光能利用率更低，这也是该方法的照明光源均采用大功率(一般均在100W以上)卤素灯及气体放电灯的最主要原因。
2.小功率卤素灯集成照明：与方法一相比，该方法取消了光源箱、医用导光纤维等部件，将小功率卤素灯(只需要低噪音的小功率散热风扇进行散热或者不需要散热)及聚光-投射器集成到了手术显微镜的镜头内，这就克服了方法一存在的结构复杂的缺点。但是，由于小功率卤素灯同样存在寿命短、发光效率低的弊病，虽然取消医用导光纤维可以在一定程度上降低仪器使用成本、提高光能利用率，但还是难以从根本上进行改善。此外，小功率卤素灯发射光谱中同样存在红外及紫外成分，因此，需要设计相应的滤光元件或方法进行过滤，客观上增加了应用成本。
3.多路功率型LED集成式合光照明：该方法是对方法二的进一步改进，其采用功率型LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为照明光源，该方法可充分利用LED所具有的寿命长(普遍在数万小时以上，仪器使用期限内无需更换光源)、发光效率高、安全性高(发射光谱中无任何紫外及红外成分)等优点，从根本上提高手术显微镜的照明质量，简化照明***结构，降低仪器的使用及维护成本。但是，LED作为一种朗伯体面发光光源，其“聚光”效果较差，现有的聚光-投射器元件已很难进行提高。为此，目前的做法是同时使用多路(一般为两路)功率型LED作为照明光源，通过合光器件(一般为棱镜、透镜或其组合)聚光、合光后再投射至物面。显然，多路LED的存在会提高***的复杂性和成本，并降低***的可靠性，此外，多路功率型LED对散热也有更高的要求，即必须使用大风量风扇进行散热，这无疑会提高***的工作噪音。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种手术显微镜用照明装置及其照明方法，结构简单、成本低、工作噪音小。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种手术显微镜用照明装置，包括散热器、风扇、LED和驱动控制单元，所述散热器的后端连接所述风扇，所述散热器的前端连接所述LED，所述驱动控制 单元连接所述风扇，所述驱动控制单元连接有人机交互单元，所述驱动控制单元通过缆线连接所述LED；所述LED的前端设置有集光器，所述集光器的前端设置有聚光镜，所述聚光镜的前端设置有投射镜；所述散热器和LED之间设置有导热层。
进一步地，所述聚光镜和投射镜之间设置有光阑。
进一步地，所述LED为贴片式或板上式封装白光LED。
进一步地，所述集光器为圆锥管，所述圆锥管的内腔镀有反射膜，所述圆锥管的小端靠近所述LED，大端靠近所述聚光镜。
进一步地，所述圆锥管的材质为金属。
进一步地，所述集光器为圆锥体，所述圆锥体材质为玻璃或透光率不低于50％的塑料，所述圆锥体的小端靠近所述LED，大端靠近所述聚光镜。
进一步地，所述导热层为导热硅脂或半导体制冷片。
进一步地，所述光阑和投射镜之间设置有反光镜或反光棱镜。
基于这种手术显微镜用照明装置的照明方法是，在LED的前端添加集光器，对LED出射光的角度进行压缩，在集光器的前端添加聚光镜，对出射光进行准直，在聚光镜的前端添加投射镜，将出射光进行集中；对风扇转速和LED结温进行监测与控制，根据LED结温对风扇转速进行实时调整。
本发明一种手术显微镜用照明装置及其照明方法，单路LED实现良好照明效果，结构简单、成本低，风扇与LED关联控制，工作噪音小。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中照明装置的结构示意图；
图2是本发明中照明装置添加反光镜的结构示意图；
图3是本发明中照明装置添加反光棱镜的结构示意图；
图4是本发明实施例1中集光器的结构示意图；
图5是本发明实施例2中集光器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、2、3、4所示，一种手术显微镜用照明装置，包括散热器1、风扇2、LED3和驱动控制单元4，散热器1的后端连接风扇2，散热器1的前端连接LED3，驱动控制单元4连接风扇2，驱动控制单元4连接有人机交互单元5，驱动控制单元4通过缆线连接LED3。使用者可通过人机交互单元5，输入相应的***工作指令，如开关机、调节LED的光亮度等等。驱动控制单元4分别与风扇2和LED3连接，以驱动风扇2和LED3工作，并接收风扇2和LED3的工作状态数据，如风扇转速、LED结温等等，风扇2的转速和LED3工作时的结温是相关联的，***工作过程中，驱动控制单元4根据采集到的LED3的结温，实时调整风扇2的转速，当结温升高时，风扇2转速提高，当结温下降时，风扇2转速降低，从而在满足LED3散热要求的前提下，尽可能控制风扇2工作时产生的噪音。
LED3的前端设置有集光器6，用于压缩LED3出射光的发光角度，集光器6的前端设置有聚光镜7，用于对出射光进行准直，聚光镜7的前端设置有投射镜8，将出射光集中到物面上。其中，集光器6为圆锥管61，圆锥管61的内腔镀有反射膜62，圆锥管61的小端靠近LED3，大端靠近聚光镜7。圆锥管61的材质为金属，坚固耐用。
散热器1和LED3之间设置有导热层9，导热层9为导热硅脂或半导体制冷片(帕尔贴)，将LED3工作时产生的热量传导至散热器1，然后由置于散热器1后的风扇2通过风冷效应对散热器1进行降温，最终将LED3工作时产生的热量散发出去。
聚光镜7和投射镜8之间设置有光阑10，使聚光镜7出射的准直光束直径限制在一定范围内。
LED3为贴片式(SMD)或板上式(COB)封装白光LED，应用广泛，成本低。
光阑10和投射镜8之间设置有反光镜11或反光棱镜12，可以根据不同的物面位置而改变出射光的角度。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：集光器6为圆锥体63，圆锥体63材质为玻璃或透光率不低于50％的塑料，圆锥体63的小端靠近LED3，大端靠近聚光镜7。
本发明一种手术显微镜用照明装置及其照明方法，单路LED实现良好照明效果，结构简单、成本低，风扇与LED关联控制，工作噪音小。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种手术显微镜用照明装置，包括散热器、风扇、LED和驱动控制单元，所述散热器的后端连接所述风扇，所述散热器的前端连接所述LED，所述驱动控制单元连接所述风扇，所述驱动控制单元连接有人机交互单元，其特征在于：
所述驱动控制单元通过缆线连接所述LED；
所述LED的前端设置有集光器，所述集光器的前端设置有聚光镜，所述聚光镜的前端设置有投射镜；
所述散热器和LED之间设置有导热层。
2.根据权利要求1所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述聚光镜和投射镜之间设置有光阑。
3.根据权利要求1所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述LED为贴片式或板上式封装白光LED。
4.根据权利要求1所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述集光器为圆锥管，所述圆锥管的内腔镀有反射膜，所述圆锥管的小端靠近所述LED，大端靠近所述聚光镜。
5.根据权利要求4所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述圆锥管的材质为金属。
6.根据权利要求1所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述集光器为圆锥体，所述圆锥体材质为玻璃或透光率不低于50％的塑料，所述圆锥体的小端靠近所述LED，大端靠近所述聚光镜。
7.根据权利要求1所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述导热层为导热硅脂或半导体制冷片。
8.根据权利要求2所述的一种手术显微镜用照明装置，其特征在于：所述光阑和投射镜之间设置有反光镜或反光棱镜。
9.基于权利要求1-8中任一权利要求所述的手术显微镜用照明装置的照明方法，其特征在于：
在LED的前端添加集光器，对LED出射光的角度进行压缩，在集光器的前端添加聚光镜，对出射光进行准直，在聚光镜的前端添加投射镜，将出射光进行集中；
对风扇转速和LED结温进行监测与控制，根据LED结温对风扇转速进行实时调整。
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