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作者：

杨天领

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摘要：

医用电子内窥镜已经成为当前应用非常广泛的一种医疗仪器,医生通过电子内窥镜不仅能观察人体内脏器官的组织形态、诊断病变情况,而且还可以将图像进行输出和存储。因人体内部为暗环境,电子内窥镜成像时需体外照明光源进行辅助照明,照明光通过光纤束导入体内。图像质量与照明光的显色性、色温及光照度密切相关。目前内窥镜的光源主要是气体放电光源,如氙灯等。虽然其输出光通量大、显色性好,但存在发热量大、寿命短、能耗高等问题。LED光源具有能耗低,寿命长等优势,随着技术的进步,LED光源的输出光通量和显色性也逐步提高。本文旨在研究采用LED作为发光元件的医用高性能白光光源,满足电子内窥镜对显色性、色温及光照度的要求。研究内容包括LED芯片的选型、光学机械系统设计、控制电路设计、实验系统搭建及测试等。根据性能需求,提出两种获得LED白光的方法:RGB三基色混合生成白光;高色温冷白光加红光混合生成低色温暖白光。针对这两种方案的不同特点,分别进行了理论计算、效果仿真和实际测试。主要工作包括以下方面:(1)采用OSRAM OSTAR SMT LE A/T/B/UW S2W全套LED芯片解决方案,具有高功率大光通量特点,并针对其通用的光学特性设计应用塑料非球面的准直镜组,提高准直效率。(2)应用二向色镜作为多路光混合为单路光的光学元件,并基于两片二向色镜组成的X-cube合光镜,设计了通用性强的混光系统结构,可以在一套系统中实现两种实验方案。(3)从显色指数的定义出发,根据LED光源的发光光谱,计算了两种方案中各自能够实现最大显色指数的光通量配比,并对其进行了仿真。实验系统搭建完毕之后,对其进行了实际测试。本课题研究设计的医用内窥镜白光LED照明系统达到国际先进水平,具有实际应用价值。应用冷白光加红光混合生成的高显色性暖白光,其一般显色指数Ra可以达到93.9,同时输出光通量达到上百流明,同时满足医用光源对高颜色还原性和大光通量的需求。

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关键词：

白光LED照明 显色指数 二向色镜 RGB三基色LED 高显色性白光 White LED Illumination Color Rendering Index Dichroic Mirror RGB LED High COlor Rendering White Light

被引量：

4