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皮肤学论文修改意见 用于皮肤病治疗的LED光阵列模拟与设计

2018-11-21 11:58:52来源:组稿人论文网作者:婷婷

  【摘 要】实际上早在 1907年,人类就已经发现了半导体在通电的情况下可以发光的现象,不过在此后的50多年在实际生活中并没有很大的突破,真正商用的LED是在上世纪的60年代才出现,但是发光的功率却是非常的低,而且当时能够激发出来的光的种类也有很大的限制,以前由于科技发展的限制使得光疗仪没有那么普及,患者需要光疗时就必须去医院进行治疗,非常的不方便。但是现今,LED已经越来越小,寿命也越来越长,而且非常的环保,由于LED将这些优点集与一身,所以得到了各个行业的认可,在社会中发挥着重要的作用。

  LED虽然有很多优点,但是由于单个LED的发光功率一般来说对于市场上的应用是不够的,所以说将多个LED按照某种排列方式将其排列起来是一个非常实用的办法,但是其中一个非常重要的参考就是制造出来的光源的照度要具有良好的均匀性,所以说对LED面光源进行照度均匀设计就非常的重要。

  本文系统的阐述了一些光度学基础知识和LED的发光原理以及发光特性,结合了光源设计的基础,对LED进行了光源的一次设计,对LED光源的发光做了新的定义方式,然后对影响照度均匀性的因素进行了分析和模拟,分别设计了两颗LED4×4阵列、圆形阵列进行了数学建模以及模拟与光线追迹,对照度均匀度也进行了计算与分析。设计出不同阵列方式下的最佳照度,使得照度均匀度达到最高。

  【关键词】座疮;LED阵列;光源设计;照度均匀度;光学模拟与设计

 

  1绪论

  1.1研究背景

  座疮在这个压力越来越大的社会下是最容易出现的一种皮肤病,对于人们的影响越来越大,尤其是对于一些比较年轻的人,严重的有可能会危及到心理健康,所以说皮肤病的治疗在当下来说是非常重要的,对于皮肤病的治疗手段中,光疗是效果最好而且操作简单方便,越来越得到人们的喜欢。现今,LED已经越来越小,寿命也越来越长,而且非常的环保,由于LED将这些优点集与一身,从而得到了社会各行各业的认可。

  首先,在治疗座疮的方法中,用415nm的蓝光进行治疗是一种效果显著而且几乎没有副作用的一种治疗手段,而且在现在已经具备了比较完整,成熟的理论体系。其次,制造LED的技术的不断提高,使得LED的应用越来越广。目前市场上有许多光疗仪的出现,但是质量参差不齐,照度是否均匀是衡量一个光疗仪最重要的因素。所以,在市场有需要的情况下,对照度均匀的设计是非常有必要的。

  1.2光物理治疗简述

  光疗主要是利用各个不同波段的波长对皮肤组织具有不同的效果的特点,而且不同波长的光具有的能量也是各不相同的。

  光疗作为一种当下最受人们欢迎的治疗手段,主要可以分为四种方法:红外线疗法、紫外线疗法、激光疗法、和可见光疗法[1]。

  红外线应用于人体主要是可以去促进血液循环、减轻肿胀、缓解肌痉挛。红外线属不可见光。红外线的这些应用可以实现的基础主要是基于热效应。

  紫外线的波长范围处于180nm~400nm[1]。紫光应用于疾病的治疗的基础主要时基于光化学效应。

  紫外线用于人体疾病的治疗主要是由于一些光能量的变化可以引起一些化学反应,这些变化可以用于消炎、止痛、皮肤病等的治疗。治疗时间相对比较短,但是见效却比较快,所以被应用于很多治疗中。

  可见光就是人眼能看到的光线。可见光可以治疗的理论基础就是可见光具有热效应和光化学效应,可见光主要包括红、黄、蓝、紫这四种波段的光,对于光疗过程中比较重要,这四种波段的光可用于许多疾病的诊治。

  1.3目前发展现状

  在设计一个LED光源时,最主要考虑的就是这个光源的照度均匀性问题,而由于单颗LED的亮度不够,所以在使用作为照明光源时,一般是将多颗LED放在一起,组成一个LED阵列,从而制作成一个相对可行的照明系统,因此如何将多颗配置在一起设计出一个以为光源的均匀照明系统,是本文的主要研究目的之一。虽然一般而言将阵列在配置上密度越高,阵列距离接收面越远,其照明的均匀性就会越好,但是在实际使用过程中对功率,接收面积等都有很多样的要求,设计方案也就千变万化,而且阵列排列的紧密程度会受到价格、占用面积和散热等问题的限制。这样会使得一个个的紧密排列的阵列在实际使用过程中是不符合实际的。这样的紧密排列还会造成资源的浪费,提高生产的成本。所以如何利用有限数目的去排列成较为平坦的均匀照明分布将十分重要,这种以最少成本达到效益优化的方式,是一个值得研究的方向。

  1.4课题研究意义

  首先,在痤疮的治疗方法中,用415nm的蓝光去进行治疗是一种成效显著而且在当下来说也是非常方便的一种治疗方法,现在这种技术的发展相对来说已经比较成熟,相对于座疮这种很容易复发的皮肤病是一种相对比较成熟的治疗方法。

  其次,当今社会的飞速发展也带动了发光二极管的逐渐兴起,发光二极管(LED)芯片的制造工艺的不断提升;LED的体积也越来越小巧,可以应用于一些比较小的器件上,发光效率也在不断的提高;发光光谱范围也越来越大,由开始的两种光发展,到现在LED的光谱范围几乎可以达到从紫外到红外;发光峰值波长也越来越稳定;LED也具有一些其他光源没有的优点,所以说LED在日常生活中应用很广泛。

  但是,目前市场上已经存在的光疗产品在性能方面还是会存在一些不足,这些不足之处会使得患者在治疗过程中没有一个好的治疗体验。尤其是光源在皮肤上的照度不均匀,会使得部分发病处的照度不足,或者是有的部位光照太强灼伤皮肤,进而影响治疗效果。在照度不均匀的415nm的蓝光照射下,不同位置的皮肤组织接收的光照度不同,从而而使得处于照度较小区域的皮肤的治疗效果得到影响[1]。

  1.5论文结构

  本文主要围绕415nm的蓝光LED面光源的均匀照明系统,单颗led的模拟使用的是四个侧面和正面发光和只有正面发光两种来进行比较,使用多颗组成不同的阵列进行分析,从中总结出光照度相对来说最均匀。最符合实际要求的阵列组。本论文主要是对LED的发光原理以及发光特点进行了简单的阐述,详细的进行了LED的一次设计和LED阵列的模拟与设计,分析了每个不同的阵列所得的最优的照度,也对影响照度均匀的一些因素做了具体的分析。本文总共有五个章节,下面对各个章节做一些简单的介绍。

  第一章是绪论,主要对本文的研究背景、研究现状以及论文的结构做了简单的介绍。第二章主要是对光在生物组织上的一些光学特性。第三章主要是对led的一些基本的理论知识做了一些简单的介绍。第四章、第五章就属于论文最重要的章节,第四章主要是对单颗LED的模拟以及模拟时软件的选取,以及影响LED照度的因素进行了一些对比和分析。第五章就重点是对LED 阵列的模拟与进一步的优化,不同的LED阵列有不同的结果,照度均匀性也会有很大的不同。第五章就是对这篇论文整体的一个总结与对未来的展望。

  2光的生物效应与光物理治疗法在座疮中的应用

  2.1人体皮肤的光学特性

  皮肤组织在接收到某些波段的光的照射时,其中一部分的光波可能就会被皮肤组织吸收并发生一系列的化学反应。这种物理化学变化通常可以分为以下这四种类型:一、热效应;二、光化学效应;三、光电效应;四、荧光和磷光效应。

  结合光化学效应、光电效应以及荧光与磷光效应的治疗方法称之为光动力疗法。当皮肤组织中的光敏物质受到相应波段的光的照射时,原子会被激发,处于激发态的原子是极其不稳定的,会通过一些过程释放能量回到稳态,而释放的能量在一定条件下会产生荧光,而荧光是在疾病的治疗检测过程中一种非常重要的手段。其中最主要的单线态氧可以与多种生物大分子相互作用,可以影响细胞的一些功能或者是可以杀死一些有害的细菌,因此可以产生相应的治疗效果。

  2.2光动力疗法治疗座疮

  近年来,光动力疗法在皮肤科座疮的治疗中越来越广泛,临床上常用的有以下几种治疗方法:

  蓝光疗法:临床上常用波长为415nm~420nm,这一个波长范围内很容易被座疮部位吸收,使其中的细菌坏死。当下使用的蓝光能量相对较高、光谱相对来说比较窄的特点,能够对某一种特定的细菌有效,缓解大多数的座疮皮损,而且不容易损伤周围的健康组织。

  红光疗法:红光的穿透力比较强,可以到达皮肤下10~15mm的位置,在红光刺激的条件下,纤维细胞和胶原蛋白可以不断产生,对于皮肤组织修复起到了非常关键的作用。而且红光有较好的消炎作用,座疮患者经过红光照射后会使得治疗效果更佳。

  红蓝光联合疗法:红蓝光联合疗法利用了两种光不同的作用机制,两者共同作用,更加有效地减少痤疮复发和缓解复发后皮损,使得患者在治疗痤疮的同时改善了皮肤的质地[2]。

  这几种光动力疗法是目前市场上对于座疮治疗的最常用的,但是红蓝光联合疗法是相对来说最有效的一种方法,可以同时发挥红光与蓝光对于皮肤组织自己所具备的优势。

  3基本理论知识

  3.1光度学基础

  光度学是通过辐射学,基本上描述的都是测量光能的一些度量单位,由于人眼无法精确的感知所有波长的光,所以产生了光度学计量。辐射计量所针对的是测量任何波长的电磁辐射能量,其辐射功率的单位是瓦特,光度计量而是在考虑到人眼情况下做测量的一种计量,其光通量的单位是流明。因为人眼所能看到的光的波长范围只有0.4μm~0.7μm,所以在人们希望用人眼的标准进行光的测量时,就由辐射学发展出来了光度学。

  (1)光通量

  光通量是满足人眼条件下光辐射通量的强度值。若波长在内将光源的辐射通量设定为 ,则光源光通量的表示式为

  上式中,为光度量与辐射度量之间的比例系数:为人眼的光谱光视效率,积分限的变换是当波长不在380nm~780nm时。

  上式中的代表光源光通量,单位定义为流明(lm);是辐射通量,单位是瓦(W),是一个无量纲的系数. , 称为最大光谱光视效能。

  (2)发光强度I

  发光强度的定义必须是基于某一个方向上单位立体角内所发出的光通量:

  上式中,光源在某一方向上单位立体角内所发出来的光通量为,单位定义为坎德拉(cd),它是一个国际基本单位。

  (3)光出射度M

  光出射度的定义必须基于光源上的某一点出射的光通量:

  上式中,给光源某一点处的面元发出的光通量为。光出射度的单位为。

  (4)光照度E

  光照度的定义是基于被照物体的某一点处的光通量:

  上式中,某一点处单位面元上的光通量为。照度的法定计量单位为勒克斯(lx)。

  对于点光源所产生的照度满足距离平方反比定律:用点光源照明时,光源的发射的发光强度I与接收面的光照度E成正比,而光照度E与接收面到点光源之间的距离的平方成反比:

  如果接收面不处于光线的垂直平面,而接收面的法线与光线的夹角为θ,则上式应该改写为:

  3.2 LED的基本原理

  (1)发光二极管的结构与工作原理

  发光二极管(LED)是一种由N型和P型半导体组合而成的一种注入式发光器件。其工作原理是:当在PN结两端加上正向电压时,PN结结区势垒将会降低,此时P区的多子空穴载流子p将向N区扩散,N区的多子电子n将向P区扩散,载流子p与载流子n在PN结区相遇复合,进而释放出大量的能量,这些能量大部分会以光的形式释放。

  (2)发光光谱

  发光光谱是指发光的相对强度随波长变化的分布曲线。它直接决定着发光二极管的发光颜色,并影响它的流明效率。描述光谱分布的两个主要参量是它的半角宽度和峰值波长。

  (3)伏安特性

  LED的伏安特性曲线如图3-1所示,当LED上所加电压小于开启点的电压时则没有电流通过。当电压一超过开启点时就会显示出欧姆导通特性。这时正向电流与电压的关系为

  式中,m为复合因子。在宽禁带半导体中,反向击穿电压一般都在-5V以上。

  (4)LED的寿命

  任何物品的使用都是有一定的时间和强度限制的,通常将发光二极管的寿命定义为当LED的发光强度下降为开始发光强度的一半时所经过的时间。发光二极管的寿命一般都很长,一般可达h,最长可达。

  随着使用时间的增加,LED的亮度会逐渐下降,这种现象称为老化。老化的快慢与工作电流密度有关。电流密度越大,老化速度越快,寿命相应的也就越来越短。

  3.3发光二极管的主要特点

  1.工作电压比较低,一些LED电压仅需达到1.5~1.7V,就可以发光;

  2.工作电流小,其典型值约10;

  3.稳压特性与硅稳压二极管相似;

  4.响应时间快,从在两端加上电压到LED发出光的时间一般都小于1ms;

  5.寿命长,一般可达到10万小时以上。

  4 LED光源的模拟

  4.1光学软件的选取

  随着科技的不断发展,计算机辅助软件的发展也越来越趋向成熟,越来越完善,因此开发出了越来越多的光学仿真软件,这些软件的功能和使用也越来越人性化,因此研究照明系统的方法也在光学软件的快速发展中被带动起来发生了巨大的变化。目前为止人们最常用的几种仿真软件有下面几种:Tracepro仿真软件、Lighttools照明系统设计软件、ASAP系统分析程序、Zemax。其中在我国经常被使用的有Tracepro、Zemax、ASAP这几种仿真软件。

  Tracepro是一款光学仿真软件,tracepro光学仿真软件凭借其方便普通人上手的操作界面,以及具有强大的转换信息的能力等优点,被广大的光学设计者所称赞与使用。它所具有的真实固体模型和强大的光学分析能力,可以将立体的模型与光学分析非常紧密的联系起来。目前国际上有许多领域都可以应用,如照明工程领域、组织光学领域,还有一些LED的设计和应用,在这些领域都己经开始大量的使用Tracepro进行计算机辅助设计。

  ASAP的全称为即高级系统分析程序。该软件是一套非序列光线追迹的光学系统的模拟与分析的软件,是由美国开发。该软件的分体演示。

  Lighttools被称为是全新的析功能非常强大,可以对物理光学、照明系统和成像系统进行分析。而且利用它所具有的工具,用户还可以进行截面分析,或对模型、追迹光线。它采用的是最现代化的方法来描述光学系统中的个部分。它最大的优点就是可以将机械元件和光学部分结合起来。其主要可以使用在系统的初歩设计、复杂系统设计规划等方面。

  ZEMAX是一套综合性比较高的光学设计仿真软件,它将实际光学系统与概念上的光学系统联系起来,这对光学系统的设计非常的方便。ZEMAX不仅仅只是透镜设计软件,同时也是具备全功能的光学设计分析软件,并且ZEMAX可以仿真Sequential和Non-Sequential的成像系统和非成像系统。

  本文采用的是Tracepro光学模拟软件,光学模拟软件所应当具有能够使得模拟结果里的照度分布能够与实际光源所发出的光尽可能的吻合,所以本文采用光学仿真的软件对光学系统的进行设计、分析和评价。

  Tracepro的操作界面如图4-1所示。

  4.2 LED光学建模

  4.2.1传统的LED光学建模

  传统LED光源的光学建模主要是应用LED发光模型近似为朗伯体型,所谓的朗伯体其实一般来说是指,辐射面源射向各个方向的辐射亮度是不同的,具有方向性。辐射亮度不随方向变化的的这一类辐射体就被称为朗伯体。所以对于传统型的LED建模在Tracepro中对表面光源属性的设定如下图4-2所示。

  对传统LED光源模拟进行光线追迹后的照度图如图4-3所示。

  由照度图可以看出,在该被照面上照度明显的不均匀,照度的幅度变化比较大,对于被照面来说,照度均匀对于被照面(皮肤)来说是非常重要的,可以使得受照面的每个部位受到的能量比较均匀,所以说对LED的模拟需要更加准确。对此,提出了一种新的LED模拟模拟方式。

  4.2.2新型的LED光学建模

  上节中说到的传统的LED光学建模采用的是一个面发光,发光形式为朗伯体型,但是模拟效果并不是很好,所以对此提出了一种新型的LED光学模拟方式,采用的是五个面发光,但是依旧采用的是朗伯体型发光场,但是五个面的光线分布是不尽相同的,而且为了使光线更多的可以从出射面出射在发光体外侧加入了反光碗,可以使得出射光线的能量更大,减少能量的损失。下面会对面光源属性的设置有一个详细的展示。

  新型LED光学建模的实物模拟图及每个面的光源属性的设定,如图4-4,4-5,4-6。

  对上述所设定的LED光源进行光线追迹以及追迹后的结果的展示如下图。

  通过上述对LED新型的光学建模进行光迹追踪可以看出,新的建模方式对于接收面照度的均匀更有力,由照度图可以看出该模型下不仅照度更加的均匀而且光强也比传统型LED的光学建模有了一定的提升。

  4.3影响LED在接收面上的光照度的因素

  4.3.1接收面与LED光源之间的距离

  由于LED发光采用的是朗伯体型发光场,所以接收面与LED光源之间的距离不同会导致照射到接收面的光线数不同,会导致照射到接收面上的能量不同,照度均匀度也会有很大的不同,然而照度均匀度是本文最主要的一个性能参考,所以说接收面与LED光源之间的距离对光照度是一个非常重要的影响。下面就对不同距离但其他设定都一致的情况下的照度均匀度进行分析比较。

  当接收面与光源之间的距离为30mm时的光线追迹结果如图4-10所示。

  当接收面与光源之间的距离为50mm时的光线追迹结果如图4-11所示。

  当接收面与光源之间的距离为70mm时的光线追迹结果如图4-12所示。

  所以由上面几个例子来看,距离对于接收面照度的均匀性有很大的影响,当距离为30mm时,接收面上的光比较集中,中心光强比较大,但是光强变换相对来说比较大。当距离为50mm时,接收面上的光比较均匀,由幅度图可以看出,中间部分光强变换比较缓慢平稳而且光强虽然没有30mm时的光强大,但是相对来说也比较高,对下文中的阵列设计比较适合。当距离为70mm时,光强非常的低而且也非常的不均匀,不适合本文的设计要求。

  4.3.2 LED建模时正面与侧面发光的光线分布

  当正面光线数为6000,侧面光线数分别都为1000时进行光线追迹的结果如图4-13所示。

  当正面光线数为2000,侧面光线数分别都为2000时进行光线追迹的结果如图4-14所示。

  由上文模拟可以得出,正面与侧面光线数分布对照度的均匀性影响不是特别大,但是对于中心光强的大小有一些影响,实际情况下正面发出的光线数比侧面的光线数比较多。所以第二种情况不符合实际情况。

  本章总结,通过本章的模拟设计的一些具体的过程以及对照度均匀度的一些影响因素进行分析比较,使得LED光学模拟更加的与实际相符,接收面与发光面的距离对照度影响比较大,可以通过多次实验选择出最符合条件的接收面与发光面的距离,同时还要综合考虑光线的分布情况确定出最终的模拟方案。

  5近场均匀照度的LED面光源阵列的软件模拟

  5.1两颗LED阵列的模拟以及照度均匀性的优化设计

  设接收面与光源之间的垂直距离为z,单颗LED在接收面上每个点(x,y)处的照度分布满足:

  上式中,A 表示的是LED的发光面积,L代表的是光源的辐射亮度,是面光源中心法线与接收平面的交点。

  由公式(1)可以得出,当两个LED光源之间的距离为d时在接收平面上的照度分布满足下式:

  由上式可知,不同的d对照度均匀性影响比较大,而且d是一个方便改变的一个量,可以根据不同的实际需要去设定。与单颗的LED相比来说,两颗LED应该使得接收面在一个比较大的范围内实现照度均匀度的提高,实现照度均匀度的提高就需要满足照度公式的极值条件。

  对公式(2)进行二次求导,在x=0,y=0处使得,这样就使得辐照度的斜率变化达到最小,得到照度均匀度最大时,LED之间的距离d与接收面与光源之间的距离z之间的关系式:

  下面对两颗LED进行模拟并且进行光线追迹分析优化前后接收平面的照度均与度进行对比。

  接收面与光源(LED)之间的距离不变的情况下,通过改变两个LED之间的距离使得两个LED的峰值之间没有极小值,使得接收平面上的照度均匀度达到最大。

  5.2N颗LED方阵的模拟以及照度均匀性的优化设计

  通过对两颗LED阵列优化可以明显看出来LED之间的距离对于接收面照度均匀度的影响非常大,经过优化后重新排列的LED阵列,使得接收面上的均匀性有了很大的提升。在实际的应用中往往需要照射面积较大,功率较高的光源。所以方阵阵列的模拟与优化是必不可少的一种排列方式。本文采用4×4阵列为例进行模拟及优化,从而达到大面积的均匀覆盖。

  同样,可以得出方阵N×N阵列在目标面上的照度分布,设方阵与接收面之间的距离为Z,则照度分布为:

  同理二次求导得出最大平坦条件,对于阵列较大且m的值大于30,我们可以粗略的通过经验式近似的计算出d和z:

  设光斑中心到光斑边缘的距离为R,LED方形阵列的边长为a,h为接收面到光源的距离。则LED方形阵列的照射光斑的发散角满足:

  下面对16颗LED组成的4×4的方阵阵列光源进行模拟并且进行光线追迹分析优化前后接收平面的照度均与度进行对比。

  照度均匀性计算方法为:

  根据这个公式,由图中数据计算可得,优化后的4×4方形阵列在目标平面的均匀度达到了92.6%。照度均匀性相对来说比较均匀,而且光线能量利用率也比较高。

  根据方形阵列发散角的计算公式可以得出该阵列的发散角约为33°,市面上的LED发光角度一般是在30~60度之间,所以说这个LED阵列的模拟与实际比较相符,发散角符合正常LED发散角的范围而且照度相对来说也比较均匀。

  5.3 N颗LED圆形阵列的模拟以及照度均匀性的优化设计

  上文对常用的排列方式,方阵LED排列进行模拟。对于需要大面积照射的表面,排列方式常用的还有圆形阵列.圆形阵列在z=0平面内,其圆心坐标在(0,0,0)处,目标平面为z=h。所以该圆形LED阵列在目标平面产生的照度分布也是以z轴为对称轴。该圆形LED阵列在目标平面上P点(x,y,h)产生的照度为:

  对于LED个数比较少时只有一圈的LED灯排列时,在圆环中心加一个LED,这样对于照度的均匀效果会更加的明显,当中心加入一个LED时,LED阵列在接收平面上某一点p(x,y,h)产生的照度为:

  下面对7颗LED组成的圆形阵列光源进行模拟并且进行光线追迹分析优化前后接收平面的照度均与度进行对比。

  设光斑中心到光斑边缘的距离为R,圆形LED阵列的最大圆周半径为r,h为接收面到光源的距离。则圆形LED阵列的照射光斑的发散角满足:

  图5-7 圆形阵列的Tracepro模拟

  图5-8圆形阵列优化前的光照度图

  图5-8圆形阵列优化后的光照度图

  由公式(9),由图中数据计算可得,该圆形阵列的发散角为12°。根据公式(6),由图中数据计算可得,优化后的圆形阵列在目标平面的均匀度达到了92.1%。照度均匀性相对来说比较均匀,而且光线能量利用率也提高了很多。

  本章主要对LED阵列进行数学建模以及通过Tracepro软件进行模拟与追迹,通过对LED阵列排布的设计以及通过数学模型的计算大概确定出了照度最均匀时的阵列排布方式,对未优化前的照度均匀度与优化后的照度均匀度进行了比较分析,优化后的照度均匀度也比较高,相对来说能量也比较高,符合预期目标。

  6总结与展望

  6.1工作总结与创新

  当今社会常见的一种疾病座疮一直影响着许多的患者,特别是对于一些正处于青年期的一些患者,严重的可能会影响到他们的心理健康,虽然座疮的治疗方法多种多样,但是波长为415nm的蓝光光疗法不仅效果显著而且使用方便、副作用小。治疗过程也非常的简单,这种LED阵列的的这种优点对于其他皮肤病的治疗也非常的有效。LED的面世使得许多光疗仪器实现了智能化和便捷化,由于皮肤病的治疗属于一种慢性长期的疾病,因此市场上也出现了一些可以家用式的光疗仪。目前市场上的光疗仪有种类繁多,质量参差不齐,价格也比较高等问题。同时一些光疗仪可能设计不太合理会给周围的人造成蓝光伤害。

  本论文通过对波长为415nm的蓝光治疗座疮的研究,采用波长为415nm的LED作为光源,利用实际LED的发光特性,对LED进行了一次光学设计,对于光线的排布以及反光碗的增加使得光线的追迹更加的接近实际LED的发光,,而且反光碗的增加会提高光线的利用率,使得较少的光线从其他地方出射。LED光源的二次设计,对LED光源进行数学建模以及对LED阵列进行不同方式的排列,使得LED阵列的照度均匀性达到最高。

  模拟设计的结果达到了预期目标,使得不同的LED阵列都可以使得接收面的照度相对均匀。

  该论文的主要创新有以下几点:

  1.对光源LED进行一次设计,LED发光不仅为一个面的发光,采用的是五个面同时发光,但是光线的分布有不同的比例,也在LED中加入了反光碗,提高光源出射光线的利用率,使得模拟的LED光源与实际的LED光源更加的接近。

  2.采用的光源是波长为415nm的LED阵列,LED排列方式经过二次设计使的照度均匀度有所提高。

  6.2展望

  本文只是对波长为415nm的LED光阵列进行了模拟设计,但是作为一个可以应用于实际当中的光源还需要更加实际的条件和一些优化:

  (1)可以将这种模拟进行实际的制作,对实际结果与理论结果进行对比分析,进行更进一步的优化设计。

  (2)本论文只是采用了一个波长的光源进行模拟设计,在后续的模拟优化中,可以将这种单一波长的LED阵列设计为波长可以调节的,更加方便人们的使用。

  (3)本论文只是对光源进行了模拟设计,后续可以通过增加电路部分,可以加入一些比较智能的技术,比如,可以识别出不同的疾病采用不同的波长,不同的时间的自动设置。设计出一款比较全面智能的光疗仪。

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