非直射型光疗装置的制作方法

本发明涉及医疗器械，特别涉及一种非直射型光疗装置。

背景技术：

1、缺乏维生素d会造成骨密度下降，骨质疏松和其它代谢性骨骼疾病，导致老年人骨折风险增高。体内低维生素d水平与自身免疫性疾病(以及高血压、肿瘤、糖尿病、心脑血管疾病等)密切相关。

2、人类通过三种方式补充维生素d：晒太阳、食物、以及维生素d补充剂。这三种方式的效果有明显差别：

3、阳光中的紫外成份，具有诱导光化学反应、合成维生素d的作用。人体维生素d约80％在表皮合成。

4、研究结果表明，从阳光中获得的内源性维生素d在体内保持活性的时间、比从膳食及维d补充剂中获得的外源性维生素d的活性时间更长。

5、与阳光紫外成份相比，发光二极管(led，light emitting diodes)产生的紫外光照射皮肤，产生维生素d3的效率更高、效果更好。紫外功率密度不大于10微瓦级/平方厘米，光疗过程对人体具备安全性。

6、根据上述医学研究结果，国内外已试制成功多种紫外光疗装置，用于动物和人体试验、取得了明显疗效。

7、现阶段，光疗专业领域待解决下述技术问题：

8、市售光疗装置采用直接照射技术路线，即led光源的输出光线直接传播到皮肤。其中，发光二极管具有点光源的属性。常用led灯珠尺寸约为200微米级，在抵近皮肤的条件下，单只灯珠产生的光功率密度高达103瓦/平方厘米，远大于10微瓦/平方厘米医用安全值。

9、目前，光疗装置制造厂采取加大装置厚度的方法，使led灯珠远离皮肤，从而减弱点光源投射到皮肤的光功率密度。市售装置厚度增大的不利后果是，整机体积(以及重量)随之增大。使得用户佩戴时负重感偏大。

技术实现思路

1、针对上述背景技术存在的不足，本发明提供一种新的光路构型，解决的技术问题是：既加大led照射人体的距离、又减薄装置厚度。

2、具体地说，本发明公开一种非直射型光疗装置，采用反射式发光体减小装置的厚度。与此同时，采用折叠光路，将led实体光源发出的光束、转换成虚像光源等效光束，增大led紫外点光源到人体的照射距离。

3、本发明的技术内容：

4、所述非直射型光疗装置包括腔体、反射式发光体、嵌入式电极和控制电路；其中，腔体包括盖板、底板和边框；皮肤位于所述盖板的外侧；

5、所述反射式发光体是发光二极管、支撑件和折叠光路元件组成的集成化器件；其中，支撑件是硬质材料制成的具有反光表面的部件；所述折叠光路元件包括主反射镜，或/和辅反射镜，或/和所述支撑件的反光表面；所述盖板能够反射部件分光线以及透射部分光线。

6、底板位于直角坐标系的xoy面，oz轴指向皮肤；主反射镜的镜体紧贴直角坐标系xoy面；该主反射镜的端部与支撑件的下端部连接，形成第一类折叠光路；或该主反射镜的另一端部与辅反射镜下端部连接，形成第二类折叠光路；

7、本发明的结构特征之一是，led芯片没有直接安装在光疗装置的底板上，而是安放在盖板与底板之间。即是说，所述支撑件的上端内侧面与led芯片基底面封装成一体；该支撑件举托led芯片，使芯片位于xoy面上侧，且发光二极管的出光点高于盖板与底板之间厚度线的中点

8、本发明的结构特征之二是，发光二极管初始光束不形成直接照射皮肤的几何光学路径。即是说，发光二极管发射的初始光束首先照射折叠光路元件，然后以非直射的方式照射皮肤。

9、用方向矢量ol表示发光二极管初始光束的中轴线，限制夹角的取值为155°≧∠zol＞90°，或者180°≧∠zol＞155°；即限制初始光束指向xoy面的下方。

10、本发明的结构特征之三是，用折叠光路把led实体光源变换成虚像光源：

11、所述折叠光路元件的反光面、盖板内表面、底板反光面组成腔内折叠光路；发光二极管的芯片内灯珠照射主反射镜、辅反射镜或底板反光面，形成至少一个虚像，且所述虚像位于xoy面下侧镜对称位置；

12、发光二极管的初始光束的折叠传播路径是以下三种路径的任一种，其一是：芯片内灯珠→主反射镜→盖板的内反射面→底板反射面→腔体内其它反射、漫反射面；

13、或者，折叠传播路径是：芯片内灯珠→主反射镜→盖板内反射面→相邻的支撑件反射面→腔体内多路径反射、漫反射；

14、或者，折叠传播路径是：led芯片内灯珠→底板反射面→盖板的内反射面→腔体内其它反射、漫反射面；

15、所述折叠光路中，单只led实体光源发出的光束，被变换成虚像光源发出的光束，以非直射的方式照射皮肤；

16、m个反射式发光体组成阵列，至少产生m个虚像光源(m＞3)，与各虚像光源对应的子光束在腔体内沿多路径反射、漫反射，以个多子光束非相干叠加方式在皮肤表面形成合成光斑。

17、led芯片基底不透光、对光线起遮挡作用，导致输出光斑出现阴影区。本发明在支撑件的外侧设置反光面，起减弱此类阴影的作用：在腔体中，当一部分光线到达led芯片基底时，支撑件外侧的反光面使这些光线偏转到阴影区。

18、根据同一项发明构思，本发明光疗装置的外形是平板盒、或柔性膜。

19、所述底板采用紫外反射材料制成。例如金属铝和聚四氟乙烯(反射型)。

20、所述腔体盖板采用紫外反射系数大于透射系数的材料制成，包括紫外透射/反射分束比可调节的含氟聚合物材料；例如：聚二甲基硅氧烷(缩写pdms)、聚四氟乙烯(透射型)；

21、其它含氟聚合物包括：聚乙烯(pe，polyethylene)薄膜：在(200-300)nm范围内，30μm pe薄膜的透射率普遍低于20％，除了在274、208、232和292nm处，在274和292nm处的峰值分别为70％和100％。

22、氟化乙烯-丙烯(efep)、氟化乙烯-丙烯(fep)、全氟烷氧基(pfa)、四氟乙烯-六氟丙烯偏氟乙烯(thv)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、乙烯-四氟乙烯(etfe)等。

23、所述折叠光路至少由三类反光面组成，包括：折叠光路元件的各反光面、盖板内表面、底板反光面；

24、芯片内灯珠是实体光源；折叠光路中主反射镜、辅反射镜以及底板反光面的作用是，使所述led实体光源发出的光束变换成等效的虚像光束；该虚像光束以非直射的方式照射皮肤；

25、发光二极管的初始光束经至少一次反射后，才射向皮肤。所述折叠光路使所述发光体产生至少一个虚像光源，等效于用虚像光源照射皮肤，以扩展初始光束的有效照射面积，降低投射到体内的光功率密度。

26、根据同一项发明构思，本发明的反射式发光体的结构是三种构型的任意一种，即侧置v形结构、或l形结构、或倒置π形结构。

27、反射式发光体具有第一种构型------侧置v形结构：支撑件是长方形板状、或条状部件，所述板状部件的下端与所述主反射镜的左端连接；所述支撑件板状部件与主反射镜镜体的顺时针夹角取值为

28、25°≤∠α<90°，装置外形呈侧置v形，该集成封装器件称为v形反射式发光体；

29、所述主反射镜安放在所述底板上；所述发光二极管位于左侧支撑件的上端内侧，所发出的初始光束照射主反射镜的表面，使得led实体光源s0的一部分光线，在底板下侧的镜对称位置形成第一类虚像s1。

30、或者，反射式发光体具有第二种构型------l形结构：支撑件是长方形板状、或条状部件，所述板状部件的下端与所述主反射镜的右端连接；所述支撑件板状部件与主反射镜镜体的逆时针夹角取值为

31、90°<∠β≤155°，装置外形呈l形，该集成封装器件称为l形反射式发光体；

32、所述主反射镜安放在所述底板上；所述发光二极管位于右侧支撑件的上端外侧，所发出的初始光束照射右下方底板的反光面，使得led实体光源s0的一部分光线，在底板的下侧镜对称位置形成第二类虚像s2。

33、或者，反射式发光体具有第三种构型------倒置π形结构：支撑件是长方形板状、或条状部件，所述板状部件的下端与所述主反射镜的左端连接；所述支撑件板状部件与主反射镜镜体的顺时针夹角取值为

34、25°<∠α≤90°；

35、所述辅反射镜是长方形板状部件，该板状部件的下端与所述主反射镜的右端连接；所述辅反射镜板状部件与主反射镜镜体的逆时针夹角取值为

36、∠β≌(180°-α)；

37、该装置外形呈倒置π形，集成封装器件称为π形反射式发光体。同一个倒置π形反射式发光体内，位于xoy面上方的单个led实体光源s0，可并行产生两个位于xoy面下方的虚像，称为第三类虚像；与两个虚像光源所对应的子光束产生两个二阶光斑，所述的二阶光斑合成为一个具有均匀光强分布的合成光斑(sa+sb)。

38、根据同一项发明构思，所述侧置v形结构具有以下两种衍生构型：

39、上文所定义的板状支撑件被拆分成两个分离部件：

40、分离部件之一是小面积反光板，其几何面积与led芯片基底面积近似相等。所述的小面积反光板与led基底封装成一体，形成芯片背面带反光面的新式led芯片。

41、分离部件之二是细条状λ形支架。所述支架是细条形金属或塑料制件。

42、衍生构型i：以主反射镜为载体，λ形支架立于该载体上、并举托所述新式led芯片到盖板-底板厚度线中点以上位置。此集成封装器件称为λ形(主反射镜型)反射式发光体。

43、衍生构型ii：以光疗装置底板为载体，λ形支架立于该底板上、并举托上文所述的新式led芯片到盖板-底板厚度线中点以上位置。此集成封装器件称为λ形(底板反射型)反射式发光体。

44、进一步地，本发明提供两个、及两个以上反射式发光体串接排列的结构方式。具体地说，其中两个l形反射式发光体串接的光线传播方式为：第一个l形反射式发光体的发光二极管发出的初始光束的1/2子光束，照射相邻的第二个l形反射式发光体的主反射镜，在忽略衍射效应的条件下，形成一个呈半圆形的一阶光斑；与此同时，第一个l形反射式发光体发出的初始光束的另1/2子光束，照射相邻的第二个l形反射式发光体的支撑件的反光面，在忽略衍射效应的条件下，形成另一个呈半圆形的一阶光斑；

45、与上述两个一阶光斑相对应的两个子光束，沿折叠光路到达反射式发光体的输出面，以非相干叠加方式产生一个光功率重新分布的合成光斑。

46、进一步地，本发明提供折叠光路元件的几何形貌设计方案，使得单只发光二极管可同时产生两个以上虚像。

47、用单实体光源产生多个虚像光源的技术措施包括：所述反射式发光体内部的一部份反光面是单平面结构、另一部分反光面是由n个分区组成的瓣状结构，n是整数，8≧n≧2；

48、用方向矢量ol表示发光二极管初始光束的中轴线，在限制ol轴与oz轴夹角的取值为180°≧∠zol＞155°的条件下；所述发光二极管照射所述瓣状构型，n个瓣状反射面导致单个led实体光源s0产生n个虚像光源。

49、进一步地，部分所述支撑件反射面或所述主反射镜被划分成n等分，n是整数，光学反射面具有v形、或三棱锥体、或四面体几何形状，使单个led实体光源s0一次性形成n个虚像光源。

50、本发明提供发光二极管供电电极部件的一种新构型------led嵌入式电极。

51、在底板上设置焊盘，该焊盘位于xoy面上；

52、使所述支撑件的上端内侧面与led芯片基底封装成一体；板状、或条状支撑件的举托作用，使得led芯片内的电极支架位于xoy面上侧、且高于盖板-底板之间厚度线的中点；

53、导电线镶嵌在支撑件和主反射镜的非镜面部位；发光器件外电极镶嵌在主反射镜的底部；

54、led供电电路的连接方式为：底板焊盘→发光器件外电极导电线→芯片内电极支架→电极连接部→芯片内灯珠。

55、进一步地，所述控制电路安装在光疗装置的边框；

56、所述控制电路系统包括光辐射剂量调控模块、光生物安全管理模块、通信模块和存储模块；

57、所述光辐射剂量调控模块包括：准实时检测腔体内光强的电路，延时开机、限时关机电路；光辐射剂量等于装置的辐射源强度与辐射暴露时间t的乘积；本装置产生窄带uvb辐射，波长为298±20nm，每次曝光时间t≥2分钟；本装置的有效面积为2％至20％人体皮肤面积。

58、所述光生物安全管理模块包括：柔性触觉传感器、微动开关、语音识别器；所述柔性触觉传感器和所述微动开关用于判别光疗装置是否紧贴肌肤；所述语音识别器采用特定人语音识别芯片，判断使用者是否为接受过安全操作规程培训的用户；

59、所述光生物安全管理模块能够判别运行监测信号是否正常，阻止违规操作事件，并在必要时发出安全警告；

60、所述通信模块以无线通信方式接收外部下达的远程操控指令，或上传数据，数据包括led芯片发光状态参数、光电监测信号；

61、所述存储模块存储开机及运行时间及整个光疗过程的光电运行参数。

62、产生的有益效果：

63、本发明从上游led芯片封装工艺和构型层面，减薄光疗装置的厚度，并提升紫外led照射人体的安全性和舒适性；

64、(1)led实体光源以非直射方式照射人体，减低了紫外辐射危害健康的潜在风险：

65、所述反射式发光体，使led实体光源变换成一个或多个虚像光源。该虚像光源扩展了反射光束的有效照射面积，从而降低投射到人体的光斑功率密度，使之保持在10微瓦/平方厘米水平，提升了紫外光装置的光生物安全性。

66、(2)折叠光路元件减小了光疗装置的厚度：

67、本装置的发光二极管初始光束指向底板方向，至少经过一次反射后，初始光束的部分能量才能到达皮肤。

68、本发明的折叠光路，带来了增大光线在腔内传播的光程、并减小装置厚度的双重益处。

69、在随后的具体实施方式部分，将详细说明本发明的其它有益效果。