随着近年来环保意识的高涨和能源紧张的加剧,发光二级管(Light Emitting Diode,简写为LED)作为新一代的光源已经开始在照明领域逐步取代传统光源。传统的手术无影灯采用卤素灯作为光源,是通过多面反射镜将光线反射到手术部位。这种手术无影灯使用的卤素灯光源使用寿命短,发出的光谱中含有紫外到红外的光线,长时间使用这种手术灯会使病人产生灼热与不适,甚至病人的皮肤和手术部位会造成伤害。LED光源作为一种冷光源,光源温度低,耗电少,使用寿命很长,色温也可调,相对于传统的卤素灯光源具有很大的优势,因此本文对LED应用于手术无影灯的设计与实现进行研究。本论文主要工作和贡献如下:(1)阐述了非成像光学设计理论、LED配光设计方法和光度学表征参量等内容,介绍了本文使用的LightTools照明设计软件的主要模块及功能,并对光线追迹的原理和方法进行了讨论。(2)在研究和讨论手术无影灯的设计原理和设计要求的基础上,提出基于全内反射(TIR)透镜设计的方案,并利用LightTools软件对全内反射透镜进行了设计,并对其能量收集率和均匀性进行了优化。采用16×4透镜阵列形式设计了LED手术无影灯,并对透镜阵列的间隔和旋转角度进行了模拟,完成了透镜的公差分析和软件的模拟测试。(3)研制了LED手术无影灯的样品,根据手术无影灯的性能要求对样品进行了实际的测试,包括中心照度、单遮板无影率、双遮板无影率、深腔无影率、光柱深度等,测试结果表明样品性能基本达到了设计要求。