ХИРУРГИЧЕСКИЙ ПОЛИХРОМНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к осветительным устройствам на основе светодиодов с разным цветом излучения, обеспечивающим создание локальной световой зоны требуемого цвета, в частности к хирургическим многоцветным светильникам для освещения операционного поля в операционных.
В современных осветительных устройствах, содержащих источник света с множеством светодиодов, в том числе светодиодов различного цвета, актуальной задачей является обеспечение равномерности цветности и равномерности светимости (яркости свечения) излучающей поверхности устройства.
Известен светодиодный светильник панельного типа [RU49328], содержащий множество расположенных на общем плоском основании светодиодов, сопряженных с оптическим блоком. Указанный блок включает плоскую линзу Френеля и линзовый растр, имеющий матовую светоизлучающую поверхность, с противоположной стороны которой на линзовом растре установлены линзы - цилиндры. Светодиоды находятся в фокусе линзового растра.
Рассматриваемое устройство благодаря выбранной оптической системе обеспечивает равномерность светимости поверхности световой панели.
Однако данное устройство не предназначено для создания локальной световой зоны требуемого цвета.
Между тем, в ряде случаев требуется обеспечить создание локальной световой зоны требуемого цвета на рабочем поле.
Это, в частности, является необходимым в хирургических светильниках, предназначенных для освещения операционного поля, в частности, в хирургических светильниках, обеспечивающих создание локальной световой зоны различного цвета, выбираемого в зависимости от вида биологических тканей пациента, с целью улучшения контраста их визуализации при проведении хирургических манипуляций.
Известен хирургический полихромный светильник, описанный в [RU100180], который выбран в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемое устройство содержит источник света, включающий основание, на котором расположены светодиоды с различным цветом излучения, за счет смешения излучений которых обеспечивается суммарное излучение желаемой цветности.
Рассматриваемое устройство также содержит концентратор, выполненный в виде изготовленного из оптически прозрачного материала, показатель преломления которого превышает показатель преломления воздуха, сплошного объемного тела. Концентратор имеет входное основание, геометрические размеры которого соответствуют геометрическим размерам основания источника света, выходное основание и боковую поверхность. Источник света помещен вблизи входного основания концентратора. Боковая поверхность концентратора имеет расширяющуюся в направлении от входного основания к выходному основанию форму, обеспечивающую полное внутреннее отражение падающих на нее световых лучей.
Рассматриваемое устройство за счет наличия концентратора, с помощью которого излучаемые источником световые лучи собираются в световой пучок и смешиваются, обеспечивает формирование и проецирование на рабочее поле локальной световой зоны заданного цвета излучения с высокой однородностью по цвету.
Данное устройство может быть использовано в качестве хирургического светильника, цвет излучения которого выбирается из условия обеспечения контрастной визуализации биологических тканей.
Однако в данном устройстве не предусмотрены специальные средства или приемы, направленные на обеспечение равномерности светимости излучающей поверхности концентратора.
Возникающая в рассматриваемом устройстве неравномерность светимости его излучающей поверхности, обусловленная дисперсией полихромного излучения при прохождении световых волн различной длины волны через концентратор, приводит к неравномерности освещения формируемой световой зоны.
Задачей заявляемой полезной модели является достижение равномерности светимости хирургического полихромного светильника, обеспечивающего создание локальной световой зоны заданного цвета излучения с высокой однородностью по цвету.
Сущность полезной модели характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
Хирургический полихромный светильник содержит источник света, выполненный в виде расположенных на общем основании светодиодов с различным цветом излучения, а также концентратор, выполненный в виде изготовленного из оптически прозрачного материала, показатель преломления которого превышает показатель преломления воздуха, сплошного объемного тела, имеющего входное основание, геометрические размеры которого соответствуют геометрическим размеры основания источника света, выходное основание и боковую поверхность, при этом источник света помещен вблизи входного основания концентратора, а боковая поверхность концентратора имеет расширяющуюся в направлении от входного основания к выходному основанию форму, обеспечивающую полное внутреннее отражение световых лучей, падающих на боковую поверхность концентратора. Согласно полезной модели источник выполнен в виде полихромной светодиодной матрицы, содержащей расположенные на ее основании отличающиеся по цвету излучения группы светодиодов, каждая из которых выполнена в виде светодиодной линейки, содержащей цепочку последовательно соединенных светодиодов одинакового цвета, установленной на основании с образованием столбца светодиодной матрицы, при этом в направлении слева направо на основании матрицы последовательно размещены столбец, образованный светодиодами оранжевого цвета, столбец, образованный светодиодами голубого цвета, столбец, образованный светодиодами красного цвета, столбец, образованный светодиодами зеленого цвета, столбец, образованный светодиодами синего цвета, столбец, образованный светодиодами лимонного цвета.
Благодаря тому, что в заявляемом устройстве использована полихромная светодиодная матрица и концентратор, входное основание которого помещено вблизи матрицы, а его геометрические размеры соответствуют геометрическим размерам основания матрицы, излучаемые светодиодами различного цвета световые лучи попадают на вход концентратора и распространяются в нем в направлении от входного основания к выходному.
При этом, поскольку оптические свойства материала концентратора и форма его боковой поверхности выбраны из условия обеспечения эффекта полного внутреннего отражения световых лучей, падающих на боковую поверхность концентратора, в нем происходит смешивание распространяющихся в его объеме световых лучей с образованием на выходе концентратора однородного по цвету суммарного светового пучка.
Боковая поверхность концентратора, в частности, имеет форму боковой поверхности протяженной усеченной пирамиды или протяженного усеченного конуса.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает формирование и проецирование на рабочее поле локальной световой зоны заданного цвета излучения с высокой однородностью по цвету.
Благодаря использованию в источнике света светодиодных линеек А оранжевого (amber) цвета (с пиковой длиной волны 595 нм), С голубого (cyan) цвета (с пиковой длиной волны 500 нм), R красного (red) цвета (с пиковой длиной волны 630 нм), G (green) зеленого цвета (с пиковой длиной волны 525 нм), В синего (blue) цвета (с пиковой длиной волны 450 нм), L лимонного lime) цвета (с пиковой длиной волны 545 нм), удается получить широкий набор цветов суммарного полихромного излучения заявляемого устройства.
Это позволяет применять заявляемое устройство в качестве хирургического светильника, цвет излучения которого выбирается из условия обеспечения контрастной визуализации биологических тканей.
Принципиально важным в заявляемом устройстве является размещение светодиодных линеек с различным цветом излучения на поверхности основания светодиодной матрицы указанным выше образом.
Экспериментально - расчетные исследования авторов показали, что в полихромном светильнике, включающем многоцветную светодиодную матрицу со светодиодными линейками различного цвета излучения и концентратор, равномерность светимости излучающей поверхности его выходного основания зависит от того, как указанные светодиодные линейки расположены на поверхности основания светодиодной матрицы.
Это связано с влиянием на равномерность светимости излучающей поверхности концентратора дисперсии многоцветных световых лучей при прохождении их через материал концентратора, на которую в свою очередь влияет пространственное расположение светодиодов с различными длинами волн, попадающих в концентратор.
Исследовали светимость М светоизлучающей поверхности, под которой в фотометрии понимается световая величина, представляющая собой световой поток излучения, испускаемого с малого участка светящейся поверхности единичной площади.
Проведенные исследования включали получение ряда графических зависимостей для различного пространственного положения светодиодных линеек, которые характеризуют пространственное распределение светимости по излучающей поверхности концентратора (в продольном и поперечном направлениях).
Для каждой графической зависимости в качестве параметра, характеризующего равномерность светимости, использовали величину К, определяемую следующим образом:
К=(М мах - М ср)/ М ср, где
2
М мах - максимальное значение, которое принимает исследуемая графическая зависимость, лм/м,
2
М ср=(М мах - М min)/2, лм/м, где
2
М min - минимальное значение, которое принимает исследуемая графическая зависимость, лм/м.
Как показали исследования, наименьшее значение параметра К было получено для графических зависимостей распределения светимости (в продольном и поперечном направлениях) в случае, когда светодиодные линейки образуют столбцы светодиодной матрицы со следующей последовательностью цветов в направлении слева направо:
столбец А оранжевого цвета, столбец С голубого цвета, столбец R красного цвета, столбец G зеленого цвета, столбец В синего цвета, столбец L лимонного цвета.
Наименьшие значения исследуемого параметра К свидетельствует о малом разбросе значений светимости по площади излучающей поверхности концентратора, то есть, о достижении равномерности ее светимости.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого устройства, является достижение равномерности светимости хирургического полихромного светильника, обеспечивающего создание локальной световой зоны заданного цвета излучения с высокой однородностью по цвету.
На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг. 2 схематично изображено расположение светодиодных линеек на основании светодиодной матрицы; на фиг. 3 представлен вид графической зависимости, характеризующей пространственное распределение светимости по излучающей поверхности концентратора (в продольном X направлении); на фиг. 4 представлен вид графической зависимости, характеризующей пространственное распределение светимости по излучающей поверхности концентратора (в поперечном Y направлении).
Устройство содержит источник света, включающий полихромную светодиодную матрицу, содержащую (фиг. 2) расположенные на ее основании 1, имеющем; в частности, прямоугольную форму, шесть групп отличающихся по цвету излучения светодиодов 2 оранжевого, голубого, красного, зеленого, синего и лимонного цвета.
Группы светодиодов 2 выполнены в виде светодиодных линеек 3, 4, 5, 6, 7, 8, каждая из которых содержит цепочку последовательно соединенных светодиодов 2 одинакового цвета, в частности, цепочку из 9 светодиодов 2.
Светодиодные линейки 3-8 установлены на основании 1 с образованием столбцов светодиодной матрицы.
При этом в направлении слева направо на основании 1 светодиодной матрицы последовательно размещены светодиодная линейка 3, образованная светодиодами А оранжевого цвета, светодиодная линейка 4, образованная светодиодами С голубого цвета, светодиодная линейка 5, образованная светодиодами R красного цвета, светодиодная линейка 6, образованная светодиодами G зеленого цвета, светодиодная линейка 7, образованная светодиодами В синего цвета, светодиодная линейка 8, образованная светодиодами L лимонного цвета.
Устройство также содержит концентратор 9, выполненный в виде сплошного объемного тела, изготовленного из оптически прозрачного материала, показатель преломления которого превышает показатель преломления воздуха. Концентратор 9 имеет входное основание 10, выходное основание 11 и расширяющуюся в направлении от входного основания 10 к выходному основанию 11 боковую поверхность 12, форма которой выбрана из условия обеспечения полного внутреннего отражения падающих на нее световых лучей.
Входное основание 10 и выходное основание 11 концентратора 9 имеют, в частности, форму прямоугольника.
Боковая поверхность 12 концентратора 9 имеет, в частности, форму боковой поверхности усеченной четырехугольной призмы.
Геометрические размеры входного основания 10 концентратора 9 соответствуют геометрическим размерам основания 1 светоизлучающей матрицы. При этом светодиодная матрица расположена вблизи входного основания 10 концентратор 9.
Устройство работает следующим образом.
Световые лучи, излучаемые светодиодами 2, попадают в концентратор 9 через его входное основание 10. Световые лучи, распространяющиеся вдоль продольной оси концентратора 9, проходят через него напрямую, а световые лучи, падающие на его боковую поверхность 12, распространяются в концентраторе 9, испытывая полное внутреннее отражение.
В концентраторе 9 происходит полное смешение распространяющихся в нем световых лучей с образованием суммарного светового пучка заданного цвета.
Выходная поверхность 11 концентратора 9 излучает свет, равномерный по цветности и по светимости.
Излучаемый концентратором 9 свет обеспечивает формирование и проецирование на операционное поле локальной световой зоны с высокой однородностью по цвету и по освещенности, в частности имеющей форму прямоугольника.
При этом используемая в качестве источника света светодиодная матрица со светодиодными линейками 3-8 светодиодов 2 позволяет получать широкий набор световых пучков желаемого цвета, выбираемого, в частности, из условия обеспечения контрастной визуализации биологических тканей.
2
На фиг. 3 и фиг. 4 представлены графические зависимости, характеризующие распределение светимости по площади (в продольном и в поперечном направлениях соответственно) выходного основания 11 концентратора 9, площадь которого, в частности, составляла 0,04 м.
Полученные для указанных зависимостей параметры К имели практически одинаковое значение и составили величину, равную 0, 819094, намного меньшую, чем для аналогичных графических зависимостей, полученных при другом расположении светодиодных линеек 3-8 на основании 1 светодиодной матрицы.
Это свидетельствовало о достижении равномерности светимости излучающей поверхности 11 заявляемого устройства.