復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，包括由左至右設置在同一光軸上的LED光源、準直透鏡Z、復眼透鏡F1、復眼透鏡F2和聚焦透鏡F3，由LED光源發出的單色光通過準直透鏡Z后變為平行光束，平行光束經過由復眼透鏡F1及復眼透鏡F2構成的復合復眼透鏡后照射到聚焦透鏡F3上，光線經聚焦透鏡F3聚焦后在光軸的右側形成聚焦的照明平面，本實用新型使用藍光LED和綠光LED作為光療光源代替傳統光源，極大提高了光能利用率，實現了高度均勻的光療效果，治療療效更好，生物安全性更高，副作用更少，同時，照明系統做了小型化設計，整套設備結構緊湊，便于攜帶。
【專利說明】
復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于光學醫療儀器技術領域，涉及的是一種以特定波長的LED作為光源，通過三種方式實現均勻度一定，輻照度一定，光斑面積一定的均勻照明系統，具體的是一種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統。
【背景技術】
[0002]黃疸是一種新生兒常見病，據統計全球大約70%的嬰兒在出生后一周內會出現不同程度的黃疸癥狀，皮膚呈現病黃褐色。對于新生兒黃疸，目前主流的治療方法分別有換血法、藥物療法、針灸法、游泳療法、撫觸療法、基因療法和光療法。換血療法主要用于治療溶血性黃疸，但是換血后容易造成血管道阻塞，靜脈血栓等健康問題;藥物遼法是利用傳統中藥、苯巴比妥、蒙脫石散聯合微生態制劑等來促使黃疸的消退，但少數新生兒對藥物惡心；針灸法療效有限，同時針灸輕微的刺痛感導致大部分新生兒難以接受;游泳療法是使用游泳器材讓新生兒在干凈的水中游泳來治療黃疸，游泳器材設備占地，實施有一定困難;撫觸療法是通過撫摸或觸摸患兒特定部分來進行治療，但治療部位僅限腹部，頭部和腳部，不能同時應用于全身;基因療法是采用定點誘變的方法使血紅素加氧酶失去催化活性減少膽紅素合成降低膽紅素水平，此方法目前處于實驗起步階段，技術不成熟，效果尚無定論;光療法是治療新生兒黃疸最安全，高效，簡便的方法。459nm的藍光和膽紅素分子的吸收光譜極其相似，利用藍光穿透患兒皮膚作用在膽紅素分子上，使其異構或氧化，轉變成易溶于水的異構體。這些水溶性異構體通過膽汁、尿液、體液排出體外，使得膽紅素的濃度降低，從而治療黃疸。
[0003]按照光療光源種類的不同，大致分為:熒光光源、鹵素光源和新型LED光源。熒光燈光療儀光譜寬，光能利用率低，治療效率低，光譜范圍中的紫外光對新生兒有副作用。鹵素燈光療儀，加載特定濾光片實現單色光輸出。鹵素燈壽命長，光強高，光衰小，光譜范圍中包含較多的紅光黃光成分，如不加以防護，會對嬰兒嬌嫩脆弱的肌膚會造成光損傷。目前，鹵素燈光療儀在國外臨床應用較成熟，國內仍然處于實驗起步階段。LED作為一種高效、便捷、經濟的新型冷光源，從20世紀末期開始，歐美等發達國家就開始了 LED在黃疸治療中應用的研究，如美國NATUS公司的型號為NeoBlue LED黃疸光療儀，光源由1200顆LED組成，光照強度無法線性調節，電路復雜不便交互，光均勻度只有30%，工作效率低下；巴西Fanem公司的型號為Bilitron大功率LED光療儀，采用5個大功率藍紫色LED組成，光譜范圍寬，效率底下，治療效果尚無確切定論;飛利浦公司生產的窄波LED藍光毯Bi I iTx黃疸治療儀，是由光源、光導纖維和光墊三大模塊組成，療效好但價格昂貴無法大范圍推廣；當前我國LED光療儀的研制技術仍然不成熟。
[0004]目前市場上以LED為光源的光療設備均采用藍光作光源，藍光退黃的療效雖好，但是藍光的光生物安全性不夠高。其主要副作用如下:藍光照射可能影響新生兒膽紅素代謝而引起免疫系統功能失調;藍光照射導致動脈導管未閉(PDA)，出現艾森曼格綜合征就會失去手術指征;藍光可直接損傷人視網膜細胞;藍光會導致睪丸中精子DNA損傷，影響成年個體生殖能力;藍光對紅細胞葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6pD)缺乏性黃疸加重溶血而加重黃疸的作用。膽紅素分子對380nm?530nm波段的紫藍綠三色光吸收能力較強，對波長為459nm藍光時吸收效率達到最高，而波長在500nm綠光對皮膚的穿透能力更強，綠光光療導致新生兒出現副作用的幾率幾乎為零。
[0005]根據對國內外光療設備現狀分析，其中照明系統主要存在副作用多、光均勻性低下、療效差等種種缺陷，仍有很大的進步空間。因此，研制大功率高亮度藍綠光LED新生兒黃疸光療照明系統是黃疸光療設備趨勢所向，必將在國內甚至是國際市場具有很強的競爭力。

【發明內容】

[0006]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提出一種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統。
[0007]本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現的:
[0008]—種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，包括由左至右設置在同一光軸上的LED光源、準直透鏡Z、復眼透鏡Fl、復眼透鏡F2和聚焦透鏡F3，由LED光源發出的單色光通過準直透鏡Z后變為平行光束，平行光束經過由復眼透鏡Fl及復眼透鏡F2構成的復合復眼透鏡后照射到聚焦透鏡F3上，光線經聚焦透鏡F3聚焦后在光軸的右側形成聚焦的照明平面，
[0009]其中，LED光源進一步包括圓形燈板，在圓形燈板的中心處、以圓心向外發散的圓形燈板邊緣處，以及中心與燈板邊緣之間的中間環形處均制有距間相同的燈孔，在燈板邊緣的一周燈孔內，間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，同樣，在中間環形的一周燈孔內，也間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，在中心燈孔內安裝相同功率的藍綠LED組合燈珠，其中，藍色LED為波長是459nm的藍光LED，綠色LED為波長是500nm的綠光LED ；
[0010]其中，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2為在同一光軸上且參數完全相同的兩個透鏡，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2都是由多個長方形微透鏡構成的長方形透鏡陣列，兩個長方形透鏡陣列中的微透鏡位置一一對應，復眼透鏡F2中每一個微透鏡的幾何中心均處在復眼透鏡Fl中每一個對應微透鏡的焦距f處。
[0011]而且，所述圓形燈板邊緣的一周燈孔具體有8個，所述中間環形的一周燈孔具體有6個，這樣，安裝在整個圓形燈板上的藍色LED燈珠共有8個，綠色LED燈珠共有15個，所有LED燈珠均采用型號為Cree xp-e的大功率LED燈珠。
[0012]而且，在圓形燈板的LED燈珠反向側焊接有發散型散熱片，發散型散熱片由單個金屬長片折疊成多個肋片型散熱板，然后多個肋片型散熱板同心構成中心發散的陽光輻射式結構。
[0013]而且，所述復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2的長方形透鏡陣列，具體由參數相同的橫向4塊和縱向5塊微透鏡構成，其中，每塊微透鏡長寬比為2:1，厚度和曲率半徑比為1:4。
[0014]而且，聚焦透鏡F3和右側照明平面的距離在400mm± 10mm范圍內，照明平面構成的照明面積為:(250mm±25mm) X (500mm±50mm)。
[0015]本實用新型的優點和積極效果是:
[0016]1、本實用新型使用10顆459nm的藍光LED和15顆500nm的綠光LED作為光療光源代替傳統光源，治療療效更好，生物安全性更高，副作用更少。
[0017]2、本實用新型采用型號為Cree xp_e的大功率LED燈珠通過特殊陣列排布實現一定輻照度和光照面積，摒棄了傳統光療系統中上千顆引腳式LED作為光源的模式，更加經濟尚效。
[0018]3、本實用新型將復眼透鏡陣列應用于黃疸光療系統，極大得提高了光能利用率，實現了高度均勻的光療效果，使得退黃速度幾乎達到一致，提高了黃疸治療效率，縮小了系統占用空間。
[0019]4、本實用新型在系統設計上特別對光源、照明系統做了小型化設計，整套設備結構緊湊，便于攜帶。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型系統的光路結構不意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型中圓形燈板的結構不意圖；
[0022]圖3是本實用新型中圓形燈板結合散熱片的結構示意圖；
[0023]圖4是本實用新型中散熱片的結構示意圖；
[0024]圖5是本實用新型中復眼透鏡的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下對本實用新型實施做進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
[0026]—種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，如圖1所示，包括由左至右設置在同一光軸上的LED光源、準直透鏡Z、復眼透鏡Fl、復眼透鏡F2和聚焦透鏡F3，由LED光源發出的單色光通過準直透鏡Z后變為平行光束，平行光束經過由復眼透鏡Fl及復眼透鏡F2構成的復合復眼透鏡后照射到聚焦透鏡F3上，光線經聚焦透鏡F3聚焦后在光軸的右側形成聚焦的照明平面，
[0027]其中，如圖2或3所示，LED光源進一步包括圓形燈板I，在圓形燈板的中心處、以圓心向外發散的圓形燈板邊緣處，以及中心與燈板邊緣之間的中間環形處均制有距間相同的燈孔2，在燈板邊緣的一周燈孔內，間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，同樣，在中間環形的一周燈孔內，也間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，在中心燈孔內安裝相同功率的藍綠LED組合燈珠，其中，藍色LED為波長是459nm的藍光LED，綠色LED為波長是500nm的綠光LED ；
[0028]其中，如圖5所示，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2為在同一光軸上且參數完全相同的兩個透鏡，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2都是由多個長方形微透鏡構成的長方形透鏡陣列，兩個長方形透鏡陣列中的微透鏡位置--對應，復眼透鏡F2中每一個微透鏡的幾何中心均處在復眼透鏡Fl中每一個對應微透鏡的焦距f處；
[0029]在本實用新型的具體實施中，所述圓形燈板具體采用直徑為60mm的金屬圓板。
[0030]在本實用新型的具體實施中，如圖2所示，所述圓形燈板邊緣的一周燈孔具體有8個燈孔，所述中間環形的一周燈孔具體有6個燈孔，這樣，安裝在整個圓形燈板上的藍色LED燈珠共有8個，安裝在整個圓形燈板上的綠色LED燈珠共有15個，所有LED燈珠均采用型號為Cree xp-e的大功率LED燈珠。
[0031]在本實用新型的具體實施中，如圖3或4所示，由于LED燈珠均采用型號為Creexp-e的大功率LED燈珠，因此長時間工作的圓形燈板會產生大量熱量，因此在圓形燈板的LED燈珠反向側焊接有發散型散熱片4，具體的，發散型散熱片是由單個金屬長片折疊成多個肋片型散熱板5，然后多個肋片型散熱板同心構成中心發散的陽光福射式結構。
[0032]在本實用新型的具體實施中，所述復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2的長方形透鏡陣列，具體由參數相同的橫向4塊和縱向5快微透鏡構成，其中，每塊微透鏡長寬比為2:1，厚度和曲率半徑比為1:4。
[0033]在本實用新型的具體實施中，聚焦透鏡F3和右側照明平面的距離在400mm±10mm范圍內，照明平面構成的照明面積為:(250mm±25mm) X (500mm±50mm)。
[0034]工作原理
[0035]復眼透鏡F2的每個小透鏡的幾何中心處于復眼透鏡Fl對應的每個小透鏡的焦距f處。在復眼透鏡Fl入射端前放置準直透鏡提供平行光，復眼透鏡陣列F2后放置聚焦透鏡，聚焦透鏡將光線聚焦后射入照明平面形成整個照明系統。LED點源發出的光經過準直透鏡后，以平行光射出直接射向第一列復眼透鏡Fl，第一列復眼透鏡的小透鏡將整個寬光束分裂成η個細光束，每一支細光束的輻射度差異必然小于原寬光束的輻射度差異，也就是細化后的光照效果更佳。第二列復眼透鏡F2對應位置的小透鏡將第一列復眼透鏡Fl上射出的光通過聚焦鏡F3重迭成像于照明平面上，由于光學系統的對稱性，每個細小范圍內的光不均勻性相互補償，最終形成矩形光斑并且實現均勻照明的目的。
[0036]在該照明系統中，LED光源要盡可能靠近準直透鏡，準直透鏡和復眼透鏡Fl的距離根據系統大小調整，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2的距離為復眼透鏡Fl微透鏡的焦距，由于治療黃疸患兒照射最佳距離為400mm，因此聚焦透鏡和照明平面的距離在400mm( 土 100mm)范圍內，適當調節聚焦透鏡和復眼透鏡F2的距離，使得照明平面形成(250mm±25mm) X (500mm± 50mm)的光斑。
【主權項】
1.一種復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，其特征在于:包括由左至右設置在同一光軸上的LED光源、準直透鏡Z、復眼透鏡Fl、復眼透鏡F2和聚焦透鏡F3，由LED光源發出的單色光通過準直透鏡Z后變為平行光束，平行光束經過由復眼透鏡Fl及復眼透鏡F2構成的復合復眼透鏡后照射到聚焦透鏡F3上，光線經聚焦透鏡F3聚焦后在光軸的右側形成聚焦的照明平面， 其中，LED光源進一步包括圓形燈板，在圓形燈板的中心處、以圓心向外發散的圓形燈板邊緣處，以及中心與燈板邊緣之間的中間環形處均制有距間相同的燈孔，在燈板邊緣的一周燈孔內，間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，同樣，在中間環形的一周燈孔內，也間隔安裝有相同功率的藍綠LED組合燈珠和單個綠色LED燈珠，在中心燈孔內安裝相同功率的藍綠LED組合燈珠，其中，藍色LED為波長是459nm的藍光LED，綠色LED為波長是500nm的綠光LED ； 其中，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2為在同一光軸上且參數完全相同的兩個透鏡，復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2都是由多個長方形微透鏡構成的長方形透鏡陣列，兩個長方形透鏡陣列中的微透鏡位置--對應，復眼透鏡F2中每一個微透鏡的幾何中心均處在復眼透鏡Fl中每一個對應微透鏡的焦距f處。2.根據權利要求1所述的復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，其特征在于:所述圓形燈板邊緣的一周燈孔具體有8個，所述中間環形的一周燈孔具體有6個，這樣，安裝在整個圓形燈板上的藍色LED燈珠共有8個，綠色LED燈珠共有15個，所有LED燈珠均采用型號為Cree xp-e的大功率LED燈珠。3.根據權利要求1所述的復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，其特征在于:在圓形燈板的LED燈珠反向側焊接有發散型散熱片，發散型散熱片由單個金屬長片折疊成多個肋片型散熱板，然后多個肋片型散熱板同心構成中心發散的陽光輻射式結構。4.根據權利要求1所述的復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，其特征在于:所述復眼透鏡Fl和復眼透鏡F2的長方形透鏡陣列，具體由參數相同的橫向4塊和縱向5塊微透鏡構成，其中，每塊微透鏡長寬比為2:1，厚度和曲率半徑比為1:4。5.根據權利要求1所述的復合復眼透鏡式新生兒黃疸光療照明系統，其特征在于:聚焦透鏡F 3和右側照明平面的距離在4 O O mm ± 1 O mm范圍內，照明平面構成的照明面積為:(250_±25mm) X (500_±50mm)。
【文檔編號】F21V29/503GK205480522SQ201620140064
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月23日
【發明人】牛萍娟, 朱文睿, 馬楠
【申請人】天津工業大學