專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)led面光源面積及光強(qiáng)可變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，特別是指一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法。
背景技術(shù)：
光動(dòng)力療法(Photodynamic Therapy, PDT)原稱光輻射療法、光化學(xué)療法，是利用特定波長(zhǎng)的光照射在一定的光敏物質(zhì)上，然后產(chǎn)生一系列化學(xué)、物理、生物等反應(yīng)以治療惡性腫瘤和各種良性疾病的一種方法。影響TOT的因素主要有光敏劑、光源以及組織氧濃度。在光動(dòng)力療法中，使用的光敏劑只有在受到特定波長(zhǎng)光的輻照下，才能共振激發(fā)形 成激發(fā)態(tài)的光敏劑，即用一定劑量的單色光來激發(fā)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的光生化反應(yīng)，光敏劑吸收光能量受到激發(fā)，形成激發(fā)三線態(tài)光敏劑。這些激發(fā)態(tài)三線態(tài)光敏劑通過與組織底物或氫原子或電子相互作用或是直接將能量轉(zhuǎn)移給氧，產(chǎn)生一些氧活性分子(Radical OxygenSpecies, ROS), ROS通過氧化作用來攻擊細(xì)胞結(jié)構(gòu),這種損傷可能是細(xì)胞膜或蛋白的氧化損傷，當(dāng)氧化損傷的積累超過一定的閾值時(shí)，細(xì)胞便開始死亡。然而，輻照于細(xì)胞的光劑量對(duì)細(xì)胞內(nèi)生成氧化物和單線態(tài)氧的量存在一定的依賴關(guān)系，輻照光劑量太小會(huì)引起PDT的效率下降，光劑量太大對(duì)正常細(xì)胞的損傷又不容忽視。因此，光源發(fā)出的光波長(zhǎng)，光功率大小以及光照方式等都影響著細(xì)胞或生物組織在光照下的光動(dòng)力效應(yīng)，從而影響光動(dòng)力療法的效果。同時(shí)，為了使同一組實(shí)驗(yàn)保持在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，光斑的各個(gè)位置應(yīng)保持相同的光功率，即光斑的均勻度，所以光源發(fā)出的光斑的面積和光功率均勻度，對(duì)探究光動(dòng)力反應(yīng)的進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)影響也是不容忽視的。而目前使用的光動(dòng)力療法中需要用到光源，目前使用的光源是激光器或者LED光源，然而激光器雖然單色性好、能量高，但是其光源光照面積小，價(jià)格昂貴；現(xiàn)有的特定波長(zhǎng)的LED光源雖然單色性好，價(jià)格便宜，照射面積可以根據(jù)自己的需求自行搭建，但是光強(qiáng)往往達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中光強(qiáng)達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求，其光強(qiáng)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而隨意進(jìn)行改變。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，包括如下步驟(I)根據(jù)實(shí)際需要選擇光源和光源布局方式，所述光源具有一光源直徑；(2)測(cè)出所述光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系；(3)根據(jù)實(shí)際需要，確定所述光源的光照距離；(4)根據(jù)所需光照強(qiáng)度和光照距離，確定所述光源的數(shù)目；(5)根據(jù)光源安裝面板的特性確定其曲率變化范圍，選定合適的曲率和曲率半徑，計(jì)算出曲面面元的弧長(zhǎng)，所述曲面面元具有第一長(zhǎng)度；(6)根據(jù)所需光照面積的大小，確定所述第一長(zhǎng)度；
(7)在所述曲面面元的一端連接一個(gè)平面面元，所述平面面元具有第一寬度和第二長(zhǎng)度，所述第一寬度大于所述光源的一倍直徑，且小于所述光源的二倍直徑，所述第二長(zhǎng)度與所述第一長(zhǎng)度一致，所述曲面面元與所述平面面元連接構(gòu)成一個(gè)單位面元，所述單位面元具有第二寬度，所述第二寬度為所述弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)與所述第一寬度之和；(8)根據(jù)所需光照面積的大小，確定單位面元的數(shù)目。進(jìn)一步，所述光源為L(zhǎng)ED燈珠。進(jìn)一步，所述光源安裝面板為柱面，其具有第一厚度。進(jìn)一步，所述光源安裝面板具有第一高度，所述第一高度不低于第一預(yù)設(shè)閾值。進(jìn)一步，所述第一預(yù)設(shè)閾值的一半為所述光照距離與所述光發(fā)散角一半的正切的乘積。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)光照面積比激光器光照面積大，光強(qiáng)又能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，根據(jù)實(shí)際要求可以改變光源安裝面板的曲面形狀，在一定范圍內(nèi)可連續(xù)改變光強(qiáng)，適用性更強(qiáng)。本發(fā)明選用機(jī)械性好的材料作為光源安裝面板，并設(shè)有相應(yīng)配套的改變?cè)摲N光源安裝面板的曲率的支架，便可實(shí)現(xiàn)靈活的改變?cè)摴庠吹恼丈涿娣e及光強(qiáng)；根據(jù)實(shí)際需要，將光源安裝面板做成所需要的曲率和面積，將光源安裝在光源安裝面板上即可，光源安裝面板的第一厚度以不遮擋LED光為宜。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法的步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參照?qǐng)D1，一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，包括如下步驟(1)根據(jù)實(shí)際需要選擇光源和光源布局方式，所述光源具有一光源直徑；(2 )測(cè)出所述光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系；(3)根據(jù)實(shí)際需要，確定所述光源的光照距離；(4)根據(jù)所需光照強(qiáng)度和光照距離，確定所述光源的數(shù)目；(5)根據(jù)光源安裝面板的特性確定其曲率變化范圍，選定合適的曲率和曲率半徑，計(jì)算出曲面面元的弧長(zhǎng)，所述曲面面元具有第一長(zhǎng)度；(6)根據(jù)所需光照面積的大小，確定所述第一長(zhǎng)度；(7)在所述曲面面元的一端連接一個(gè)平面面元，所述平面面元具有第一寬度和第二長(zhǎng)度，所述第一寬度大于所述光源的一倍直徑，且小于所述光源的二倍直徑，所述第二長(zhǎng)度與所述第一長(zhǎng)度一致，所述曲面面元與所述平面面元連接構(gòu)成一個(gè)單位面元，所述單位面元具有第二寬度，所述第二寬度為所述弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)與所述第一寬度之和；(8)根據(jù)所需光照面積的大小，確定單位面元的數(shù)目。單位面元的數(shù)目為所需光照面積的寬度除以第二寬度再加I。第一長(zhǎng)度為所需光照面積的長(zhǎng)加上光源發(fā)散角的一半正切與光照距離的乘積的二倍。光發(fā)散角的定義光源從輸出鏡出射光斑大小為Al,經(jīng)過一段距離光斑大小為A2，用A2-A1計(jì)算出光斑變化量，運(yùn)用三角函數(shù)就可以計(jì)算出光源的發(fā)散角度。且本發(fā)明選用機(jī)械性好的材料作為光源安裝面板，并設(shè)有相應(yīng)配套的改變?cè)摲N光源安裝面板的曲率的支架，實(shí)現(xiàn)靈活的改變?cè)摴庠吹恼丈涿娣e及光強(qiáng)。進(jìn)一步，所述光源為L(zhǎng)ED燈珠。所述光源安裝面板上設(shè)有多個(gè)通孔，所述LED燈珠對(duì)應(yīng)固定在通孔內(nèi)。進(jìn)一步，所述光源安裝面板為柱面，其具有第一厚度。所述第一厚度以不遮擋LED燈珠光為宜，工作人員可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求來進(jìn)行設(shè)置。

進(jìn)一步，所述光源安裝面板具有第一高度，所述第一高度不低于第一預(yù)設(shè)閾值。進(jìn)一步，所述第一預(yù)設(shè)閾值的一半為所述光照距離與所述發(fā)散角一半的正切的乘積。本發(fā)明在使用時(shí)，先根據(jù)實(shí)際需要選擇光源和光源布局方式，所述光源具有一光源直徑和光照強(qiáng)度，光源布局方式以能夠形成均勻光照為宜；用光功率計(jì)測(cè)出所述光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系；根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，工作人員確定所述光源的光照距離；根據(jù)所需光照強(qiáng)度和光照距離，確定所述光源的數(shù)目；根據(jù)光源安裝面板的特性確定其曲率變化范圍，選定合適的曲率，一般曲率對(duì)應(yīng)的曲率半徑必須大于光源到所需光照面的距離，根據(jù)對(duì)應(yīng)的曲率半徑，弧長(zhǎng)的計(jì)算公式，計(jì)算出曲面面元的弧長(zhǎng)，所述曲面面元具有第一長(zhǎng)度；根據(jù)所需光照面積的大小，確定所述第一長(zhǎng)度；在所述曲面面元的一端連接一個(gè)平面面元，所述平面面元具有第一寬度和第二長(zhǎng)度，所述第一寬度大于所述光源的一倍直徑，且小于所述光源的二倍直徑，所述第二長(zhǎng)度與所述第一長(zhǎng)度一致，所述曲面面元與所述平面面元連接構(gòu)成一個(gè)單位面元，所述單位面元具有第二寬度，實(shí)際光照面積的長(zhǎng)度加上第二寬度等于第一長(zhǎng)度，所述第二寬度為所述弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)與所述第一寬度之和，再根據(jù)實(shí)際光照面積需要，實(shí)際光照寬度為第三寬度，第三寬度除以第二寬度再加一，就是需要的單位面元的個(gè)數(shù)；根據(jù)所需光照面積的大小，確定單位面元的數(shù)目；再根據(jù)曲率、曲面面元、平面面元等數(shù)據(jù)，制作出符合需要的光源安裝面板，將光源安裝在所述光源安裝面板上面。安裝在弧形安裝面板上的所有光源的中心線在不需要調(diào)整的情況下就已經(jīng)能夠在所述光照距離處都能到達(dá)以所述光照距離與所述發(fā)散角一半的正切的乘積為圓心的圓域內(nèi)。當(dāng)工作人員有其它的實(shí)驗(yàn)需求時(shí)，即需要改變光源面積和光強(qiáng)時(shí)，只需對(duì)光源安裝面板的彎曲度、光源的數(shù)量、光照距離等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整即可；故LED面光源面積及光強(qiáng)容易進(jìn)行改變，使用方便。本發(fā)明以波長(zhǎng)400-405nm，直徑3mm，光發(fā)散角為35°的LED燈珠，實(shí)現(xiàn)在距離光源5cm處光照強(qiáng)度為IOmw為例，根據(jù)單只LED燈珠的光強(qiáng)-距離關(guān)系(實(shí)驗(yàn)室測(cè)得，儀器光功率計(jì))
距離(cm) ~0~5 ~6~7 ~8 ~9 ~10
光功率(Uw) IoTo345 306270 226 175 140
首先，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，光強(qiáng)需要達(dá)到10mw，根據(jù)光功率距離關(guān)系，通過計(jì)算，需要29只LED燈珠的疊加；單只LED燈珠在距離發(fā)光點(diǎn)50mm處的光斑半徑為15. 75mm，將光源安裝面板彎曲到一定半徑時(shí)，29只LED燈珠中心的光線都能到達(dá)圓的中心位置，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)為IOmw ;將多塊這種曲率的光源安裝面板做成一個(gè)整體，即可形成光強(qiáng)在5%誤差范圍之內(nèi)的面光源，可以根據(jù)實(shí)際需要光照面積的大小決定構(gòu)成面光源的面元的高度和數(shù)目。光照距離為1，光斑半徑為r=l X tanl7. 5°，燈珠半徑為rl，實(shí)際所需光強(qiáng)為A，單只LED燈珠到該點(diǎn)處的光強(qiáng)為a，燈珠數(shù)目n=A/a，根據(jù)厚度2mm玻纖板的特性，選取曲率半徑為R=142mm，燈珠與其距離最近的燈珠相距7mm，圓弧對(duì)應(yīng)圓心 到所需光照面的距離為92mm,圓心處與該光斑相切的半徑所形成的角度為0. 339rad，所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)為48. 2mm。為確保邊緣處燈珠的固定，彎曲玻纖板部分的弧長(zhǎng)取54mm，將彎曲的玻纖板與寬度為8mm的平面板，并在該板的中線上固定LED燈珠，燈珠相距7mm?；∶骓旤c(diǎn)與所需光照平面的距離設(shè)為d，圓弧對(duì)應(yīng)半徑為R，光源發(fā)散角為e，光源在光照面上形成的光斑半徑大小為dXtan( /2)，圓弧所對(duì)應(yīng)圓心距離光照面的距離為R-d,圓心處與該光斑相切的半徑所形成的角度為2Xarctan ( (dXtan( e /2))/(R_d)),所以，所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)大小為S=R X 2 X arc tan ( (d X tan ( e /2)) / (R-d))，弧面面元的弧長(zhǎng)略大于S,解法中，角度單位為弧度。其對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)為S’ =RXsin (arctan ( (dXtan( e /2))/(R-d)))，在光斑中心處達(dá)到所需光強(qiáng)的全部光源n按照選定的布局方式安裝在弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)圓心處與該光斑相切的半徑跟弧形柱面的交點(diǎn)形成的區(qū)域內(nèi)，即橢圓區(qū)域內(nèi)，光源的數(shù)目n為實(shí)際所需光照強(qiáng)度I與光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系對(duì)應(yīng)指定距離的光強(qiáng)12之比，即n=I/I2。曲面面元的弧長(zhǎng)的一半就是橢圓區(qū)域長(zhǎng)軸的半軸長(zhǎng)，故弧面面元的弧長(zhǎng)為2Xrb+lb (lb為微小弧長(zhǎng))，以保證面元邊緣處LED燈珠固定的穩(wěn)定性，以Ib為I. 5_2mm，其對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)S，由三角關(guān)系式求得，為改善面元接觸部分的光照均勻度，在兩弧面之間用寬dl大于2Xrl小于4Xrl的平面連接，該平面與弧面構(gòu)成單位面元，單位面元的水平寬度d2=S’+dl，(在本例當(dāng)中，單位面元的水平長(zhǎng)度為53. 67mm+8mm)近似均勻光照部分的長(zhǎng)度為曲面兩端位于弧面上的LED燈珠光照中心線所夾的部分，根據(jù)實(shí)際所需光照面積的寬度Si來決定有構(gòu)成LED燈珠所在曲面的面元數(shù)n=sl/d2+l，面元根據(jù)實(shí)際所需光照面積長(zhǎng)度D來確定燈珠所在弧形柱面的高度，弧形柱面的高度即為第一長(zhǎng)度，h=D+2Xr，即可在slXD的面積內(nèi)形成光強(qiáng)均勻度在5%誤差范圍之內(nèi)的面光源(誤差主要由于在兩單位面元連接處的光強(qiáng)弱于單位面元中心線處的光強(qiáng)造成。LED燈珠發(fā)光中線垂直于該曲面，在與該曲面切面平行的平面上，邊緣處的LED燈珠到達(dá)該平面的光強(qiáng)并不對(duì)稱，遠(yuǎn)離對(duì)稱面的一邊光強(qiáng)大于靠近對(duì)稱面的一邊，這在一定程度上也改善了光強(qiáng)的均勻度。且將LED燈珠固定在具有一定曲率的、厚度合適的光源安裝面板上，光源安裝面板的曲率由實(shí)際需要用LED燈珠的光照發(fā)散角、光強(qiáng)與距離關(guān)系、需要光照面與光源的距離共同決定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)光照面積比激光器光照面積大，光強(qiáng)又能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，根據(jù)實(shí)際要求可以改變光源安裝面板的曲面形狀，在一定范圍內(nèi)可連續(xù)改變光強(qiáng)，適用性更強(qiáng)。本發(fā)明選用機(jī)械性好的材料作為光源安裝面板，并設(shè)有相應(yīng)配套的改變?cè)摲N光源安裝面板的曲率的支架，便可實(shí)現(xiàn)靈活的改變?cè)摴庠吹恼丈涿娣e及光強(qiáng)；根據(jù)實(shí)際需要，將光源安裝面板做成所需要的曲率和面積，將光源安裝在光源安裝面板上即可，光源安裝面板的第一厚度以不遮擋LED光為宜。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等 同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)根據(jù)實(shí)際需要選擇光源和光源布局方式，所述光源具有一光源直徑； (2)測(cè)出所述光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系； (3)根據(jù)實(shí)際需要，確定所述光源的光照距離； (4)根據(jù)所需光照強(qiáng)度和光照距離，確定所述光源的數(shù)目； (5)根據(jù)光源安裝面板的特性確定其曲率變化范圍，選定合適的曲率和曲率半徑，計(jì)算出曲面面元的弧長(zhǎng)，所述曲面面元具有第一長(zhǎng)度； (6)根據(jù)所需光照面積的大小，確定所述第一長(zhǎng)度； (7)在所述曲面面元的一端連接一個(gè)平面面元，所述平面面元具有第一寬度和第二長(zhǎng)度，所述第一寬度大于所述光源的一倍直徑，且小于所述光源的二倍直徑，所述第二長(zhǎng)度與所述第一長(zhǎng)度一致，所述曲面面元與所述平面面元連接構(gòu)成一個(gè)單位面元，所述單位面元具有第二寬度，所述第二寬度為所述弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)與所述第一寬度之和； (8)根據(jù)所需光照面積的大小，確定單位面元的數(shù)目。
2.如權(quán)利要求I所述的實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，其特征在于，所述光源 為L(zhǎng)ED燈珠。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，其特征在于，所述光源安裝面板為柱面，其具有第一厚度。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，其特征在于，所述光源安裝面板具有第一高度，所述第一高度不低于第一預(yù)設(shè)閾值。
5.如權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)閾值的一半為所述光照距離與光發(fā)散角一半的正切的乘積。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)LED面光源面積及光強(qiáng)可變的方法，包括如下步驟(1)選擇光源和光源布局方式；(2)測(cè)出光源的光強(qiáng)-距離關(guān)系；(3)確定光源的光照距離；(4)根據(jù)所需光照強(qiáng)度和光照距離，確定光源的數(shù)目；(5)根據(jù)光源安裝面板的特性確定其曲率變化范圍，選定合適的曲率和曲率半徑，計(jì)算出曲面面元的弧長(zhǎng)，曲面面元具有第一長(zhǎng)度；(6)根據(jù)所需光照面積的大小，確定曲面面元的長(zhǎng)度；(7)在曲面面元的一端連接平面面元；(8)根據(jù)所需光照面積的大小，確定單位面元的數(shù)目。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)光照面積比激光器光照面積大，光強(qiáng)能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，根據(jù)要求可以改變光源安裝面板的曲面形狀，在一定范圍內(nèi)改變光強(qiáng)，適用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)A61N5/06GK102755695SQ20121024421
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者李志為, 李莉莉, 熊建文, 解庭紅, 陳麗 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)