自動調色led醫用冷光源的製作方法
2023-12-11 13:57:37 1
自動調色led醫用冷光源的製作方法
【專利摘要】自動調色LED醫用冷光源由主控器、亮度調節器、紅光調節器、綠光調節器、藍光調節器、紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、光記憶跟蹤器、白光檢測調節器、電源管理器、LED燈檢測與轉換器、二組LED燈(主LED燈和副LED燈)、指示電路組成。具有節能、環保、使用壽命長、光源優等LED燈特點，並能實現白光檢測與調節、光記憶跟蹤、顯色性調節、電源管理、LED燈檢測與轉換的功能，實現人工調節控制和自動調節控制，能保證滿足不同的人和設備的需要。
【專利說明】自動調色LED醫用冷光源
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫用冷光源，更具體的說，是一種自動調色LED醫用冷光源。
【背景技術】
[0002]LED燈具有節能、環保、安全、壽命長、能耗低、發熱少、亮度高、防水、防振、易調光、光束集中、維護方便等諸多獨特的優點。LED燈管中有一類屬高指向型燈管，它具有很強的指向性和發光源小等特性，能作為局部照明光源使用，能與光檢出器聯合使用，以組成自動控制系統。醫用冷光源是一種特殊的局部照明光源，它就是需要指向性很強的光源，並且發光源越小越好；光強度調節方便、安全等特殊要求。對照醫用冷光源的要求和LED燈所具有的特性二者非常相符，所以從光源的特性方面用LED燈來替代現有醫用冷光源燈泡是非常理想的。
[0003]對光源另一個要求是光的質量即光的顏色，醫用冷光源要求的是白光。白光是一個特別的顏色，可由非常多的可見光譜組合來產生。LED能產生多種顏色的光，白色光只是其中的一類。白光發光二極體WLED之優點為體積小、高效能、壽命長、節能環保等，未來將取代現代傳統燈源成為二十一世紀照明新光源，主要製作方式可分為兩類，其中一類為單晶片，其搭配螢光粉產生白光；另一類為多晶片型，藉由透鏡混合紅、綠、藍三晶片之發光二極體並產生白光，優點為可調整所需要之光色，其有高演色性。在一般的情況下來說，因三色LED所需材料、系統、驅動電壓、溫度與光衰減率有所差異，且需三套電路設計分別控制電流，造成設計複雜，生產成本增加。三晶片型需三套電路設計分別控制電流或電壓，在一些場所是其不理想之處，但對特殊光源的醫用冷光源不單不是缺點，相反正是其所需要的；三晶片的LED燈的成本對醫用冷光源來說與現有的醫用冷光源燈泡的價格相比還是大大的減少。現行的醫用冷光源燈泡最低的也要數十元，一般的在幾百到幾千元，有的甚至要上萬元；使用壽命從幾十小時到幾百小時。用LED燈來代替現有醫用冷光源燈泡不單成本不增加，還能有節省，並延長使用壽命；能實現光色的自動調整。
[0004]和單個光源相比LED光源也存在其自身的缺點，LED的電壓降取決於內部發射所需要躍過的能量勢壘，能量勢壘由顏色決定，即電壓降也取決於發光顏色，由於生產過程的差異，使得每一個LED的波長不盡相同，造成電壓降上的差異。當溫度增加時，由於一些與溫度相關之因素，LED的發光強度亦隨之減弱，在固定電流或電壓操作條件下，藍光LED的特性溫度最高，綠光LED中之，而紅光LED則是最低。兩個LED之間的溫度不同也會帶來顏色上的不同，並且造成電壓降的差異。但是利用各自的調節電路就可以克服三色光對溫度變化帶來的差異，即三色光可得到一定的補償。
[0005]LED醫用冷光源作為普通照明一種特殊的光源的，它更注重光通量、光束的空間分布、顏色、顯色特性等參數。
[0006]光源的顯色性是指:在光源的光照下所呈現出來的顏色與該物件在完全太陽光和白熾燈的照射下顯示出來真實顏色，但當物體在非連續光譜的氣體放電燈的照射下時顏色就會有不同程度的失真，把光源對物體的真實顏色的呈現程度。醫用冷光源對光源的顯色特性要求高於其它光源。對其顯色性越高越好、光束越集中越好、光通量越穩定越好。
【發明內容】
[0007]作為特殊光源的醫用冷光源，它的主要功能是提供適當的亮度和可靠的顯色性能。醫用冷光源提供的光源要適應醫護人員對實物能區分各組織的分界線等微細變化。醫護人員利用冷光源觀察組織有二種:1、直接觀看，即用肉眼直接觀看；2、間接觀看，即從顯示器中觀看。由於光源質量的原因能影響觀察的效果，同時由於人們眼睛和攝像與顯示器的原因也能影響觀察的效果。人體組織微細區分在診斷、手術中，非常重要，所以作為醫用冷光源，不但要能提供性能可靠的光源，也能適應不同人的需求，故醫用冷光源不但要能提供質量可靠的可調節光強度，也要能根據具體情況進行調節光顯色性。
[0008]人類視覺系統主要的感覺器官是眼睛，在眼球內布滿了視網膜，那是眼睛的感光部分，視網膜中央窩是一個富含有錐細胞與杆細胞的核心區域，使得視覺中心對光有高敏銳度。物體表面反射或透射某些特定光波成為視覺刺激的來源，眼睛是這些刺激的接收器，能對反射光波產生反應並做成視覺訊號，這些記號傳遞至大腦經過分析釋義以影響觀者的意識與行為表現。大多數可見光的接收器就是人類眼睛，而人眼的敏感度與亮度都會受到眼球構造與視覺特性影響。
[0009]視網膜由許多感光細胞構成，依形狀可分為杆狀細胞與錐狀細胞。錐狀細胞的主要功能在感受顏色，活躍於白晝等亮度較高的情況，杆狀細胞僅接收光量，無法辨別顏色及細部，其所感受的黑白影像，無法辨別顏色，運作於夜晚等亮度較差的情況。錐狀細胞有三種，分別對紅光、綠光和藍光光譜範圍敏感。錐狀細胞可依光色素的不同分為三種受器，分別接收可見光譜對應的紅、綠、藍三色。人眼所見的物體顏色即依三受器細胞所接收光能量的相對強度組合成我們所能感覺的色彩範圍。
[0010]人的視覺辨別力與聽覺辨別力有很大的差異，外來光源會導致眼睛構造中紅色、綠色、藍色錐細胞受到不同程度的刺激，產生各種顏色的感受，然而每個人對於顏色與光通量的知覺程度其有差異性，所以即使在相同條件下，每個人感受到的顏色不同；就個人而言在不同的光強度下感受到的顏色也有區別。總之人們對顏色的反應有很大的不同，多種情況影響人們對顏色的分辨。
[0011]利用多種光源進行混色的方式已被廣泛的應用在許多領域中，以紅、綠、藍三原色光等比例混合結果為白光作為基礎，利用不同的比例混合就能得到所想要的顏色。例如LED顯示器就是以紅光、綠光、藍光三種顏色的LED當作光源，當這三種顏色的LED混合之後可產生各式各樣的顏色。人的眼睛受器也是紅、綠、藍三種和LED的紅光、綠光和藍光正好相對應，所以用LED作為醫用冷光源的光源是非常有效的。
[0012]物體的顏色真實性在人腦在得到真正的反映，受到一些外界因素的影響，首先是光源，其次是光強度和光顯色性，最終是人的眼睛，如通過攝像顯示，則又受攝像頭、顯示器等因素的幹擾。所以醫護人員在醫療過程中運用醫用冷光源時，對其要求各有不相同。同一人使用同一光源，調節光強度就可影響其分辨程度；或使用不同的攝像顯示系統也可影響其分辨程度；反之不同的人使用同一光源、同一光強度和顯色性、同一攝像顯示系統也可影響其分辨程度，故不同的人、不同的光源、不同的攝像顯示系統等因素決定其的解析度。
[0013]醫用冷光源主要作為內窺鏡和腔鏡內窺鏡手術的光源，在使用中經常發現由於調節光強度就能影響到對手術組織的解析度。現在內窺鏡和腔鏡一般均使用攝像顯示系統，故醫護人員是通過顯示器來觀察組織，為保證解析度不受光源調節的影響和不同的使用者對顏色的反應性不同，LED醫用冷光源應能調節其顯色性；另外，LED燈由於溫度的變化也影響其亮度，而當使用紅、綠、藍作為三原色時，在溫度和光強度改變時，紅光、綠光和藍光的光強度改變是不一致的，這樣就影響混合光的質量(色彩)，從而影響醫護人員的觀察。為了克服這些不利的因素，能適應和克服各種影響、幹擾因素，提供一種能作出自動調整、保證解析度的自動調色LED醫用冷光源。
[0014]為了能適應臨床的需求，自動調色LED醫用冷光源要有幾個功能:1、可調節光強度:2、可調節光色度:3、可調節光顯色性:4、人對光色最為敏感；5、能自動跟蹤設定的光色。6、有應急性。
[0015]根據醫用冷光源的功能要求自動調色LED醫用冷光源由主控器、亮度調節器、紅光調節器、綠光調節器、藍光調節器、紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、光記憶跟蹤器、白光檢測調節器、電源管理器、LED燈檢測與轉換器、主LED燈和副LED燈、指示電路組成。主控器的輸入端接入亮度調節器、紅光調節器、綠光調節器、、藍光調節器；主控器的輸出端接入紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、指示電路；光記憶跟蹤器、白光檢測調節器、電源管理器、LED燈檢測與轉換器同時接入主控器的輸入和輸出兩端。LED燈檢測與轉換器由LED燈檢測電路和轉換電路組成，同時連接紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、主LED燈、副LED燈。電源管理器由供電管理電路和充電管理電路組成。光記憶跟蹤器由光參數固定電路和光檢測電路組成。白光檢測調節器由紅光檢測調節、綠光檢測調節和藍光檢測調節三部分組成。LED燈由紅、綠、藍三晶片的驅動電路調節，燈座採用多腳插針。光強度輸出調節控制分人工調節控制和自動調節控制二種。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0017]圖1是本實用新型的電路結構示意圖。
[0018]圖1中:1、主控器；2、紅光碟機動器；3、綠光碟機動器；4、藍光碟機動器；5、亮度調節器；
6、紅光調節器；7、綠光調節器；8、藍光調節器；9、光記憶跟蹤器；10、白光檢測調節器；11、電源管理器；12、LED燈檢測與轉換器；13、主LED燈；14、副LED燈；15、指示電路。
【具體實施方式】
[0019]1、光源的採用:
[0020]根據人眼睛視覺細胞為紅、綠、藍三種受器，LED也選用紅、綠、藍三色組成LED燈光源。人眼睛的紅、綠、藍三種受器直接接受LED燈的紅、綠、藍三種光，並直接處理，其敏感性最強:由紅色光、綠色光與藍色光按不同的比例可組合成各種顏色的光源，可由微機控制紅、綠、藍三色光的不同比例組成所需的光源，實現聯動自動調節。
[0021]2、LED 燈選用:
[0022]大功率LED燈杯具有高性價比，長壽命，免維護，發熱量更低，主要特點有:優秀的柔光技術，使LED光源擴展為面光源，消除眩光，視覺疲勞，提升視覺效果；LED射燈採用二次光學透鏡，其作用是聚光、防護、美觀、避免了光的重複浪費，使出光率比普通LED提高10%以上。醫用冷光源的光源LED燈選用MR即多面反射燈杯，採用紅、綠、藍三晶片的驅動調節電路，燈座採用多腳插針，方便更換和調節。
[0023]3、白色光的組合與光調節:
[0024]總光源的強度等於紅光、綠光和藍光之和，光顏色由紅光、綠光與藍光的比例所決定。白色光組成由主控器(I)控制紅、綠、藍光的輸出比例，白光檢測調節器(10)可測量白光實際的組成成分。白光檢測調節器(10)由紅光、綠光和藍光檢測調節三個部分組成，分別檢測紅光、綠光和藍光的輸出強度，測量結果反饋給主控器(I)後，再經對比、計算作出相應的對應處理，使其輸出合格的白色光。由於紅光、綠光、藍光當驅動電壓或電流同步變化時，紅光、綠光、藍光輸出光強度變化量不同，故在總光強度經調節後輸出的光源顏色也有所改變；另外，在因溫度等外部因素改變時，紅光、綠光、藍光輸出光強度變化量各不同，所以在正常使用中光源產生的光色也會有一定的改變。為能固定已經設定的光色就需要固定其數據，光記憶跟蹤器(9)由光參數固定電路和光檢測電路組成，光參數固定電路能將設定的光組成值固定，通過光檢測電路自動跟蹤，滿足輸出設定的值。在選擇適合的光強度後如需進行自動跟蹤可選用光記憶跟蹤器(9)實行光自動跟蹤，實現光的自動跟蹤調整。光記憶跟蹤器(9)的檢測部分和白光檢測調節器(10)中的檢測部分相同，也由紅光、綠光和藍光檢測三個部分組成，將檢測到的紅光、綠光、藍光的值傳給主控器(I)，由主控器(I)與原定的紅光、綠光、藍光的值作一一比較，如有誤差經主控器(I)作出相應的指令，進行適當的補償，保證光輸出和原設定值一樣。光記憶跟蹤器(9)的檢測部分可用白光檢測調節器(10)中的檢測部分來替代不要重新設計。
[0025]光源的最佳顯色性，是對大多數人而言，不是對所有的人都一樣。因人的眼睛視覺細胞反應不一致，不是每個人對顏色都是在白光時是最佳光源，可適當的微調紅光或綠光或藍光取得最佳光源，即用光源的顯色性(光源的顏色)來補償人眼睛對顏色差異。如在白色光經自動處理後，使用者感覺仍不太滿意時可選用手動調節，人工調節紅光調節器(5)或綠光調節器(7)或藍光調節器(8)對紅光或綠光或藍光的輸出強度進行調節，使其達到最佳程度時，再選用光記憶跟蹤器(9)實行光自動跟蹤自行設定的光源。
[0026]選用光記憶跟蹤器(9)後亮度調節器(5)和紅光調節器(6)、綠光調節器(7)與藍光調節器(8)均不能調節，如需要調節只能放棄自動跟蹤後才能進行人工調節。
[0027]4、三原色的控制與調節:
[0028]紅、綠、藍三色的光強度一方面受白光檢測調節器(10)和亮度調節器(5)的調節，另一方面還受紅光調節器(6)、綠光調節器(7)、藍光調節器(8)各自的調節輸出光的強度。白光檢測調節器(10)和亮度調節器(5)保證輸出符合要求的白色光，能實現自動調節；由於人的差異性和攝像與顯示的差異，為滿足不同的需求，紅、綠、藍光強度在一定的程度上可進行調節，調整紅光、綠光、藍光實際輸出的強度，由紅光調節器￠)、綠光調節器(7)、藍光調節器(8)分別控制。
[0029]5、電源管理電路:
[0030]為增加醫用冷光源的應急性，防止因外部電源的因素影響自動調色LED醫用冷光源的使用。在自動調色LED醫用冷光源使用時電源管理器(11) 一方面自動檢測電源供給狀況，由供電管理電路負責完成。外部電源供給正常時由外部電源供給，外部電源異常時則自動轉換為內部電源供給；另一方面管理充電電池，由充電管理電路負責完成。平時根據充電電池的電量情況進行充電，當醫用冷光源在使用時因故無外部電源或外部電源不正常時，電源管理器轉換電源供給，充電電池即時給主控器(I)提供電源，保證醫用冷光源的正常供電。
[0031 ] 6, LED燈檢測與轉換電路:
[0032]LED燈使用壽命是比較長但也有其損壞，作為特殊光源的自動調色LED醫用冷光源是要防止出現這樣情況，故醫用冷光源採用二組LED燈即主LED燈(13)和副LED燈(14)作為發光源，LED燈檢測與轉換器(12)由LED燈檢測電路和轉換電路二部分組成，LED燈檢測電路自動檢測LED燈的狀況，給其中的一組LED燈提供工作電源，使其發光；另一組處在備用狀態。若在工作中的一組LED燈因故不能正常工作，轉換電路則工作，進行二組LED燈間的轉換，工作狀態的LED燈轉為備用狀態，備用狀態的LED燈轉為工作狀態。
[0033]7、指示電路:
[0034]指示電路(15)根據自動調色LED醫用冷光源實際使用狀況能進行相關的指示，如光源強度、紅、綠、藍光強度、供電情況(外部電源或內部電源和充電狀況)、二組LED燈、光控狀況(自動與手動)。
[0035]8、控制電路:
[0036]自動調色LED醫用冷光源的控制單元為:主控器(I)。主控器(I)由微處理器為核心組成，接收來自輸入端:亮度調節器(5)、紅光調節器￠)、綠光調節器(7)、藍光調節器
(8)的信號，並根據輸入的信號值作出對應的處理，經輸出端:紅光碟機動器(2)、綠光碟機動器
(3)、藍光碟機動器(4)控制調節輸出值，同時給指示電路(15)作出相應指示；白光檢測調節器(10)、LED燈檢測與轉換器(12)、電源管理器(11)、光記憶跟蹤器(9)分別接主控器(10)的輸入和輸出二端，一方面接收主控器的指令工作，另一方面也將所檢測的數據反饋給主控器(1)，主控器(I)則根據反饋的數據進行分析處理後，再作出相關指令，進行必要的調難
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[0037]自動調色LED醫用冷光源工作過程:首先進行亮度調節和白光檢測與調整，使其輸出適當強度與合格的白色光，如採用自動跟蹤時選擇自動記憶跟蹤器，進行全過程的白色光自動跟蹤調節，輸出光保持不變，在自動檢測跟蹤狀況下，總亮度各紅、綠、藍色光均不能進行手動調節；人工調節狀態下，即不啟動光記憶跟蹤器(9)時自動調色LED醫用冷光源可進行總亮度和紅、綠、藍色光的手動調節其輸出強度，以滿足不同人的需要。電源自動檢測電路隨時檢測外部電源狀況，在外部電源正常時由外部電源供電，反之轉換為充電電池供電。燈檢測電路檢測二個LED燈的狀況選擇一個LED燈工作，如發現在用工作的LED燈出現異常則進行轉換。指示電路跟蹤指示自動調色LED醫用冷光源的工作狀況。紅光碟機動器(2)、綠光碟機動器(3)、藍光碟機動器(4)的輸出端經過LED燈檢測與轉換器(12)給主LED燈提供工作電源。
【權利要求】
1.一種自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，由主控器、亮度調節器、紅光調節器、綠光調節器、藍光調節器、紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、光記憶跟蹤器、白光檢測調節器、電源管理器、LED燈檢測與轉換器、主LED燈和副LED燈、指示電路組成，主控器的輸入端接入亮度調節器、紅光調節器、綠光調節器、藍光調節器；主控器的輸出端接入紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器、指示電路；光記憶跟蹤器、白光檢測調節器、電源管理器、LED燈檢測與轉換器同時接入主控器的輸入和輸出兩端；LED燈檢測與轉換器同時連接紅光碟機動器、綠光碟機動器、藍光碟機動器和主LED燈、副LED燈。
2.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，光記憶跟蹤器由光參數固定電路和光檢測電路組成。
3.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，白光檢測調節器由紅光檢測調節、綠光檢測調節和藍光檢測調節組成。
4.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，LED燈由紅、綠、藍三晶片的驅動電路調節，燈座採用多腳插針。
5.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，電源管理器由供電管理電路和充電管理電路組成。
6.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，LED燈檢測與轉換器由LED燈檢測電路和轉換電路組成。
7.如權利要求1所述的自動調色LED醫用冷光源，其特徵在於，光強度輸出調節控制由人工調節控制和自動調節控制組成。
【文檔編號】H05B37/02GK203934031SQ201420037736
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】朱波, 殷明倫, 孫建宏, 田明祥, 鞠澤生, 眭偉, 梅玲, 陸飛英, 袁林 申請人:揚州市第一人民醫院, 田明祥, 南京新路陽光電有限公司, 陸飛英, 鞠澤生, 孫建宏, 眭偉, 梅玲, 袁林, 朱波