Thiết kế hệ thống đèn đọc phim Xquang

HOÀNG ĐÌNH TRƯỜNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

HOÀNG ĐÌNH TRƯỜNG

KỸ THUẬT Y SINH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN ĐỌC PHIM X-QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH

2016B
Hà Nội – Năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HOÀNG ĐÌNH TRƯỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÈN ĐỌC PHIM X-QUANG

Chuyên ngành : Kỹ thuật y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. TRẦN ANH VŨ

Hà Nội – Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc
thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã
được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Hà Nội, tháng 3 năm 2019
Học viên thực hiện

Hoàng Đình Trường

1


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh
sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô,
cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè trong suốt thời gian học tập,
nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ long biết ơn đến Thầy TS. Trần Anh Vũ người đã hết
lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin
chân thành bày tỏ lòng biết hơn đến toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật y
sinh và Viện đào tạo sau đại học Đại học bách khoa Hà Nội – Trường Đại học bách
khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi
thực hiện đề tài luận văn.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Viện Y học Phòng không – Không
quân, Công ty TNHH Công nghệ Ứng dụng Bách Khoa đã không ngừng hỗ trợ và
tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận
văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn
đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và
thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh.
Hà Nội, tháng 3 năm 2019
Học viên thực hiện

Hoàng Đình Trường

2


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. 3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...........................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ....................................................................7
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI................................................................11
1.1 Khái niệm đèn đọc phim Xquang..................................................................11
1.2 Phân loại đèn đọc phim Xquang....................................................................11
1.2.1

Cấu tạo của đèn đọc phim sử dụng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng. 12

1.2.2

Cấu tạo của đèn đọc phim X-quang dùng tuýp led..............................13

1.2.3

Cấu tạo của đèn đọc phim X-quang sử dụng led thanh chiếu sáng......14

1.3 So sánh ưu, nhược điểm của các loại đèn đọc phim.......................................17
1.4 Kết luận chương............................................................................................17
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................18
2.1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng....................................................................18
2.1.1 Định nghĩa ánh sáng...................................................................................18
2.1.2 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng.........................................................19
2.2 Bộ điều chỉnh cường độ sáng cho đèn Led....................................................25
2.2.1 Giới thiệu bộ điều chỉnh cường độ ánh sáng...........................................25
2.2.2 Các phương pháp điều chỉnh cường độ sáng cho Led.............................26
2.2.2.1 Phương pháp số...................................................................................26
2.3 Nguyên lý mạch biến đổi giảm áp DC-DC (Buck Converter).......................28
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐÈN ĐỌC PHIM X-QUANG.........................................30
3.1 Xác định đặc tính kỹ thuật của đèn................................................................30
3


3.1.1 Yêu cầu chức năng của đèn.....................................................................30
3.1.2 Yêu cầu phi chức năng của đèn...............................................................30
Ngoài các yêu cầu chức năng trên, thì các yêu cầu phi chức năng cũng không
kém phần quan trọng:......................................................................................30
3.2 Sơ đồ khối của đèn đọc phim X-quang..........................................................30
3.2.1 Khối nguồn của đèn đọc phim................................................................31
3.2.2 Khối Điều Khiển.....................................................................................32
3.2.3 Khối Led.................................................................................................38

3.2.4 Khối hiển thị...........................................................................................43
3.2.5 Khối kiểm tra..........................................................................................43
3.3 Thiết kế chi tiết của đèn đọc phim X-quang..................................................52
3.3.1 Tính toán góc chiếu thực tế của đèn Led.................................................52
3.3.2 Thiết kế đèn đọc phim X-quang 1 phim..................................................53
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................59
4.1 Kết quả đã đạt được.......................................................................................59
4.1.1 Đèn đọc phim X-quang 1 ngăn...............................................................59
4.1.2 Đèn đọc phim X-quang thực tế (1 ngăn).................................................60
4.2 Đánh giá kết quả thực hiện............................................................................68
4.2.1 Những ưu điểm của thiết kế....................................................................68
4.2.2 Những hạn chế của thiết kế.....................................................................68
4.3 Hướng phát triển trong tương lai...................................................................68
KẾT LUẬN.............................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................73

4


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Từ gốc

Ý nghĩa

PWM

Pulse Width Modulation

Phương pháp điều chế độ
rộng xung

WxHxD

(Width) x (Height) x (Depth)

(Chiều rộng) x (chiều
cao) x (chiều sâu)

CT

Computed Tomography

Chụp cắt lớp

MRI

Magnetic Resonance Imaging

Chụp cộng hưởng từ

DANH MỤC CÁC BẢNG

5


Bảng 1.1 Phân loại đèn đọc phim dựa vào kích thước............................................15
Bảng 1.2 So sánh ưu, nhược điểm của các loại đèn đọc phim.................................16
Bảng 2.1 Bảng cường độ sáng của một số nguồn sáng tiêu biểu............................19

Bảng 2.2 Bảng quang thông của một số nguồn sáng...............................................19
Bảng 2.3 Bảng độ chói của một số nguồn sáng.......................................................21
Bảng 2.4 Bảng độ rọi của một số nguồn sáng.........................................................22
Bảng 2.5 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng..............................................22
Bảng 3.1 Chức năng các chân XL4016...................................................................33
Bảng 3.2 So sánh chip led SMD 5050 và SMD 2835..............................................40
Bảng3.3 So sánh chip led SMD 5730 và SMD 7020...............................................41
Bảng 3.4 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn ở phương pháp 1....................53
Bảng 3.5 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn ở phương pháp 2....................55
Bảng 3.6 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn ở phương pháp 3....................56
Bảng 4.1 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn khi đạt công suất tối đa..........62
Bảng 4.2 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn khi đạt 2/3 công suất tối đa....63
Bảng 4.3 Phân bố cường độ ánh sáng trên mặt đèn khi đạt 1/3 công suất tối đa....64
Bảng 4.4 Phân bố cường độ ánh sáng trên bề mặt của đèn TNE............................66

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

6


Hình 1.1 Đèn đọc phim X-quang.............................................................................12
Hình 1.2 Đèn đọc phim dùng đèn ống huỳnh quang...............................................14
Hình 1.3 Cấu tạo đèn tuýp Led................................................................................14
Hình 1.4 Đèn đọc phim sử dụng Led Thanh............................................................16
Hình 1.5 Phân loại đèn đọc phim dựa theo kích thước...........................................17
Hình 2.1 Góc chùm ánh sáng..................................................................................19
Hình 2.2 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng.........................................................20
Hình 2.3 Độ chói của một nguồn sáng....................................................................22
Hình 2.4 Công thức tính độ rọi...............................................................................23
Hình 2.5 PWM Dimming.........................................................................................27

Hình 2.6 Analog Dimming......................................................................................28
Hình 2.7 So sánh hiệu suất của hai phương pháp...................................................28
Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của mạch Buck Converter.......................................29
Hình 3.1 Sơ đồ khối của đèn đọc phim....................................................................32
Hình 3.2 Khối nguồn 12V-10A................................................................................33
Hình 3.3 IC XL4016................................................................................................34
Hình 3.4 Sơ đồ chân XL4016..................................................................................35
Hình 3.5 Sơ đồ khối chức năng XL4016..................................................................36
Hình 3.6 Mạch ứng dụng XL4016 điển hình (VIN = 8V ~ 40V, VOUT = 5V / 8A). .36
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý Led Driver......................................................................37
Hình 3.8 Module buck DC – DC XL4016................................................................38
Hình 3.9 Chip Led SMD..........................................................................................39
Hình 3.10 Led thanh SMD 5050..............................................................................41
Hình 3.11 Led thanh SMD 2835..…………………..………………………………………41
Hình 3.12 Led thanh SMD 5730..............................................................................41
Hình 3.13 Led thanh SMD 7020………………………………………………………….41
Hình 3.14 Mica màu trắng sữa làm mặt đèn...........................................................44
Hình 3.15 Module cảm biến BH1750......................................................................45
Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý Module cảm biến BH1750............................................46
Hình 3.17 Kết nối I2C cùng các thiết bị..................................................................47
Hình 3.18 Các thiết bị kết nối với bus I2C..............................................................48
7


Hình 3.19 Thiết bị chủ (Master) và tớ (Slave).........................................................49
Hình 3.20 Đường truyền nhận dữ liệu của Master - Slave......................................51
Hình 3.21 Sơ đồ đấu nối 2 module..........................................................................52
Hình 3.22 Mạch đo cường độ ánh sáng sử dụng sensor BH1750...........................52
Hình 3.23 Tính toán góc chiếu của đèn led.............................................................53
Hình 3.24 Tính góc mở của đèn và số lượng đèn cần thiết.....................................54

Hình 3.25 Phương pháp 1: Sử dụng các thanh led đơn...........................................55
Hình 3.26 Phương pháp 2: Sử dụng 2 thanh led đơn ghép với nhau.......................56
Hình 3.27 Phương pháp 3: Sử dụng 2 thanh led đơn xen kẽ với 1 led đơn.............57
Hình 3.28 Thiết kế hộp đèn X-quang.......................................................................59
Hình 4.1 Đèn đọc phim X-quang 1 ngăn.................................................................60
Hình 4.2 Đèn đọc phim X-quang 1 ngăn.................................................................61
Hình 4.3 Cấu tạo bên trong Đèn.............................................................................62
Hình 4.4 Sơ đồ đi dây bên trong Đèn......................................................................62
Hình 4.5 Mặt sau của Đèn......................................................................................63
Hình 4.6 Đo cường độ ánh sáng của đèn khi ở công suất tối đa.............................64
Hình 4.7 Đo cường độ ánh sáng của đèn khi ở 2/3 công suất tối đa.......................65
Hình 4.8 Đo cường độ ánh sáng của đèn khi ở 1/3 công suất tối đa.......................66
Hình 4.9 Đèn đọc phim 1 cửa của hãng sản xuất TNE tại Việt Nam.......................67
Hình 4.10 Tấm mica dẫn sáng................................................................................70
Hình 4.11 Sử dụng thử nghiệm đèn đọc phim tại phòng khám nội,.........................71
Hình 4.12 Đánh giá sản phẩm của bác sĩ Khoa CĐHA..........................................72
Hình 4.13 Đánh giá sản phẩm của bác sĩ Khoa A2.................................................73

8


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Hầu hết các trang thiết bị y tế trong các Bệnh viện, phòng khám nói chung và
đèn đọc phim X-quang nói riêng đều được phân phối bởi các hãng sản xuất nước
ngoài với giá thành cao. Bên cạnh đó các bệnh viện, phòng khám vẫn còn sử dụng
một số đèn đọc phim X-quang sử dụng bóng đèn huỳnh quang cho ánh sáng vàng,
phải lắp nhiều đèn bên trong, công suất tiêu thụ điện năng cao và không an toàn vì
sử dụng bộ chấn lưu (Ballast) lắp bên trong hộp đèn dễ gây chạm điện và cháy nổ.
Một số đèn đọc Xquang cũng được sử dụng công nghệ LED nhưng chất lượng ánh

sáng trên bề mặt không đồng đều. Vì vậy, Nghiên cứu, thiết kế một chiếc đèn đọc
phim X-quang để hỗ trợ người bác sĩ trong công tác chẩn đoán bệnh trên các phim
chụp X quang, CT, MRI là một đề tài rất thực tiễn và phù hợp với tình hình chung
hiện nay.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
2.1 Mục đích nghiên cứu của luận văn:
-

Hệ thống hóa lý thuyết của hệ thống đèn đọc phim X-quang
Làm rõ thực trạng sử dụng đèn đọc phim tại các cơ sở y tế và các ưu khuyết

điểm của nó.
- Đề xuất một phương án thiết kế đèn đọc phim X-quang
2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
-

Hệ thống đèn đọc phim X-quang đang được sử dụng chủ yếu tại các cơ sở y

-

tế
Làm rõ các điểm tồn tại của các hệ thống đang được sử dụng và nguyên nhân

các điểm tồn tại
- Trên cơ sở các điểm tồn tại đó đề xuất các giải pháp phù hợp để khắc phục
các hạn chế trên hướng mục tiêu của đề tài là thiết kế một đèn đọc phim X-quang.
3. Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
- Đã khái quát được thực trạng sử dụng đèn đọc phim X-quang và các ưu
khuyết điểm của nó trong quá trình sử dụng.
- Đã nghiên cứu thiết kế được đèn đọc phim X-quang và giải quyết được cơ

bản các mục tiêu đề ra.

9


-

Sản phẩm được thiết kế đã khắc phục được hạn chế về độ đồng đều ánh sáng

trên bề mặt, giá thành không rẻ hơn so với các sản phẩm có chất lượng tương đương
trên thị trường.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng trong luận văn này bao
gồm: Phương pháp phân tích tổng hợp, phương pháp so sánh, phương pháp nghiên
cứu thực nghiệm, phương pháp thống kê… Việc sử dụng các phương pháp này
nhằm làm rõ các vấn đề cần nghiên cứu và đạt được mục tiêu của Luận văn.
5. Kết luận
Ở trong luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu, thiết kế một chiếc đèn đọc
phim một cửa (đọc 1 phim) sử dụng đèn Led có kích thước mỏng, gọn nhẹ, có sự
phân bố cường độ ánh sáng đồng đều trên bề mặt và có thể hoạt động ổn định khi
tăng hay giảm độ sáng của đèn. Để làm được điều này tôi đã thiết kế một bộ Led
Driver sử dụng Module buck DC-DC converter của IC XL4016 có chức năng ổn
định dòng điện đầu ra cung cấp cho đèn Led. Kết quả đạt được là đèn có sự phân bố
cường độ ánh sáng khá đồng đều trên bề mặt và có thể điều chỉnh được độ sáng ổn
định từ 0 – 5500 lux, phù hợp với bác sĩ trong công tác chẩn đoán bệnh. Sản phẩm
có thiết kế khá gọn gàng, chỉ dày 5cm so với nhiều loại đèn khác đang được sử
dụng trên thị trường là 8cm, được làm bằng Inox chắc chắn, có thể dễ dàng lắp đặt
và di chuyển.

10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Khái niệm đèn đọc phim Xquang
Đèn đọc phim Xquang là một thiết bị y tế dùng để hỗ trợ quan sát các tấm
phim X quang, MRI, CT nhằm hỗ trợ bác sĩ trong việc chẩn đoán bệnh và theo dõi
kết quả chữa bệnh. Đèn đọc phim Xquang có kích thước đa dạng nhưng có một số
hình mẫu dựa trên cấu tạo gồm một hình hộp, mặt trước là một tấm mica trắng đục
mịn, bên trong có lắp đèn cho ánh sáng toả đồng đều. Đặt tấm phim X quang, MRI
hay CT gài sát lên mặt kính, bật đèn sáng, sẽ thấy rõ các chi tiết hình ảnh cơ quan,
phủ tạng có liên quan đã ghi được trên phim.

Hình 1.1 Đèn đọc phim X-quang
1.2 Phân loại đèn đọc phim Xquang
Hiện nay có rất nhiều loại đèn đọc phim X-quang trên thị trường. Tuy nhiên
trong phần này ta phân loại dựa theo công nghệ chế tạo đèn đọc phim X-quang
được chia làm 3 loại chính sau:
 Đèn đọc phim dùng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng (bóng tuýp)
 Đèn đọc phim dùng đèn Led thanh chiếu sáng
 Đèn đọc phim dùng đèn tuýp Led chiếu sáng
11


Mục đích chính của đèn đọc phim X-quang là việc hỗ trợ để các bác sĩ quan sát
các tấm phim, vì thế bộ phận quan trọng nhất không thể thiếu là nguồn sáng, nguồn
sáng này tùy thuộc vào mỗi loại đèn mà sử dụng các loại nguồn chiếu sáng khác
nhau. Để các nguồn sáng có thể hoạt động được ta cần phải cung cấp một điện áp
đầu vào tương ứng 220v, 12v, 24v,… có công suất phù hợp với các loại bóng. Tấm
mica sẽ hứng ánh sáng từ nguồn sáng. Ngoài ra mỗi loại đèn đọc phim khác nhau sẽ
có một số cấu tạo khác nhau được nêu qua các phần dưới đây.

1.2.1 Cấu tạo của đèn đọc phim sử dụng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng
Đèn đọc phim sử dụng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng là loại đèn được sử
dụng phổ biến trong các cơ sở y tế trước đây. Đèn có cấu tạo khá đơn giản: Đèn sử
dụng nguồn điện là nguồn 220v trực tiếp từ điện lưới, các đèn ống huỳnh quang
mắc song song được đấu nối trực tiếp với cầu chì, starter và chấn lưu điện tử như
hình 1.2 dưới đây:

(a) Hình ảnh bên ngoài đèn

12


(b) Hình ảnh bên trong đèn

Hình 1.2 Đèn đọc phim dùng đèn ống huỳnh quang
1.2.2 Cấu tạo của đèn đọc phim X-quang dùng tuýp led
Đèn đọc phim X-quang dùng tuýp Led chiếu sáng có cấu tạo tương tự như
một đèn đọc phim sử dụng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng, tuy nhiên ở đây người
ta dùng đèn tuýp Led thay thế cho các đèn ống huỳnh quang.

Hình 1.3 Cấu tạo đèn tuýp Led

13


Đèn tuýp led là loại đèn được ứng dụng công nghệ led mới nhất thay cho các
bóng truyền thống
Đèn tuýp led mang lại khá nhiều ưu điểm:








Tiết kiệm điện năng
Cường độ chiếu sáng mạnh
Tuổi thọ chiếu sáng cao lên đến 25.000h
Không hại mắt
Bảo vệ môi trường
Sáng ngay tức thì khi bật đèn

Đèn tuýp led là loại đèn led ống, sử dụng công nghệ chip led, hoạt động dựa trên
nguyên lý giải phóng năng lượng của các electron khi có dòng điện truyền qua các
vật liệu bán dẫn. Cấu tạo đèn tuýp led gồm 4 thành phần chính: chip led, phần mạch
gắn chip led, phần vỏ và phần nguồn:
 Chip led được xem là con tim của bóng đèn led, là nơi phát ra ánh sáng
 Phần mạch gắn chip led: Đây là bộ phận làm nhiệm vụ dẫn điện đến cho chip
led. Ngoài ra còn giúp truyền dẫn nhiệt đến vỏ nhôm, để tản ra ngoài làm cho đèn
bớt nóng.
 Phần vỏ: Gồm 2 bộ phận là vỏ nhựa tản quang phía trên và vỏ nhôm phía
dưới: Vỏ nhôm được thiết kế bên dưới, có tác dụng làm giá đỡ cho đèn và các linh
kiện, là bộ phận tản nhiệt tốt nhất cho chip LED. Vỏ nhựa tán quang: là lớp vỏ làm
bằng nhựa PC xuyên sáng, đây là loại nhựa có thể chịu được nhiệt độ cao (≈137ºC),
cách điện và chống cháy rất tốt. Đây là bộ phận quan trọng bảo vệ các linh kiện bên
trong, đồng thời quản lý nguồn sáng đi qua tốt, phân bố ánh sáng đồng đều giúp
người dùng chống chói tốt và tạo tính thẩm mỹ cho bóng đèn.
 Phần nguồn: Là bộ phận cũng rất cũng quan trọng, nhờ phần nguồn mà dòng
điện xoay chiều 220V được biến đổi thành nguồn 1 chiều có điện áp ổn định giúp
đèn hoạt động tốt, bền bỉ hơn.

1.2.3 Cấu tạo của đèn đọc phim X-quang sử dụng led thanh chiếu sáng
Bên trong của đèn gồm có các dãy Led thanh mắc song song với nhau và một bộ
điều khiển led có chức năng điều khiển và ổn định cường độ ánh sáng của đèn. Bên
ngoài có một chiết áp vặn được nối với bộ điều khiển led giúp thay đổi cường độ
sáng của đèn.
14


(a) Hình ảnh bên ngoài đèn

(b) Hình ảnh bên trong đèn

Hình 1.4 Đèn đọc phim sử dụng Led Thanh

15


Để phục vụ nhu cầu của các y bác sĩ, nhân viên y tế trong công tác chẩn đoán
bệnh, trong nhiều trường hợp cần so sánh, đối chiếu nhiều mẫu phim cùng lúc thì
mỗi loại lại được thiết kế với các kích thước khác nhau:
1 phim

2 phim

3 phim

4 phim

45cm x 36cm

45cm x 72cm

45cm x 108cm

45cm x 144cm

Bảng 1.1 Phân loại đèn đọc phim dựa vào kích thước

Hình 1.5 Phân loại đèn đọc phim dựa theo kích thước

16


1.3 So sánh ưu, nhược điểm của các loại đèn đọc phim
Đèn đọc phim dùng đèn ống huỳnh

Đèn đọc phim sử dụng led

quang
 Chi phí rẻ,

 Với chi phí ban đầu cao hơn

 Thiết kế to, dày, cồng kềnh

 Thiết kế nhỏ, gọn nhẹ

 Tuổi thọ của đèn ngắn: khoảng

 Tuổi thọ đèn lên đến hơn 100.000

hơn 20.000 giờ
 Cần có thời gian khởi động đèn
 Hầu như chỉ sản xuất ra một
loại ánh sang xanh lạnh/trắng.
 Tiêu thụ điện năng lớn hơn
 Độ bền kém hơn

giờ sử dụng
 Không mất thời gian khởi động
đèn
 Cho ánh sang trung thực hơn,
không bị chói và lóa.
 Ít tiêu thụ điện năng hơn
 Bền hơn

Bảng 1.2 So sánh ưu, nhược điểm của các loại đèn đọc phim
1.4 Kết luận chương
Từ những phân tích trên ta thấy đèn đọc phim dùng Led chiếu sáng có rất
nhiều ưu điểm so với đèn đọc phim dùng đèn ống huỳnh quang chiếu sáng: thiết kế
nhỏ gọn, tuổi thọ của đèn led cao, không mất thời gian khởi động đèn, cho ánh sáng
trung thực, không bị chói lóa và tiêu thụ điện năng ít hơn. Ngoài ra, ở thị trường
trong nước hiện nay chỉ có một số ít các hãng sản suất đèn đọc phim X-quang như
TNE, Bayoka,… nhưng với chất lượng chưa cao do chưa đạt được sự đồng đều về
cường độ ánh sáng trên bề mặt và thiết kế còn quá dày và cồng kềnh. Từ nhu cầu
thiết yếu đó, tôi quyết định nghiên cứu, thiết kế một chiếc đèn đọc phim dùng Led
thanh chiếu sáng có độ sáng đồng đều trên bề mặt, có thể điều chỉnh cường độ ánh
sáng theo ý muốn, có tuổi thọ cao hơn cũng như thiết kế gọn gàng, có tính thương
mại cao.
17

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lý thuyết về cường độ ánh sáng
2.1.1 Định nghĩa ánh sáng
Ánh sáng là các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn
thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng 380 nm đến 700 nm).
Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng
hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh
nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên
tục từ đỏ đến tím), ánh sáng Mặt Trăng mà con người thấy được gọi là ánh
trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới Mặt Trăng phản xạ đi tới mắt người,
do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn, do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh
học.
Góc chùm ánh sáng (beam angle) là thuật ngữ chỉ góc của ánh sáng từ nguồn
chiếu sáng tới vùng đích. Góc chùm ánh sáng đề cập đến bất kỳ ánh sáng nào nằm
trong phạm vi 50% cường độ cực đại của nguồn sáng. Ánh sáng bên ngoài góc này
được gọi là ánh sáng tràn, kéo dài cho đến khi ánh sáng đã giảm đến 10% cường độ
tối đa.

Hình 2.6 Góc chùm ánh sáng
18


2.1.2 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng

Hình 2.7 Các đại lượng cơ bản của ánh sáng
 Cường độ sáng: cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong
việc đo thông số nguồn sáng, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường
quốc tế SI (System International), 7 đơn vị đo lường cơ bản: m (mét), kg (kilogam),

s (giây), A (Ampe), K (kelvin), mol, cd (candela).
Cường độ sáng là năng lượng phát ra 1 nguồn ánh sáng trong 1 hướng cụ thể
và được tính như sau: 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen
đẳng hướng trong một góc đặc. Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên
một diện tích 1m2 tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng. Có thể thấy
cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng. 1cd = 1lm/
1steradian. Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường độ 1 candela.
Nếu môi trường xung quanh bị chắn bởi màn thì nguồn sáng vẫn có cường độ 1
candela trong các hướng còn lại. Để biểu diễn sự phân bố cường độ sáng trong

19


không gian, người ta thường sử dụng hệ tọa độ cực. Trong đó gốc là nguồn sáng,
đầu mút là các vector cường độ sáng.
Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ)
Đơn vị : Cd (candela)
CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG CỦA MỘT SỐ NGUỒN SÁNG
Nguồn sáng
Cường độ ánh sáng (cd)
Ngọn nến
0,8 cd theo mọi phương
Đèn sợi đốt 40W
35 cd theo mọi phương
Đèn sợi đốt 300W có bộ phản quang
1.500 cd ở tâm chùm tia
Đèn halogen 2000W có bộ phản quang
14.800 cd theo mọi phương
250.000 cd ở tâm chùm tia
Bảng 2.3 Bảng cường độ sáng của một số nguồn sáng tiêu biểu

 Quang thông: Quang thông là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức
xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn phát sáng điểm. Đơn vị của quang
thông trong các hệ đơn vị SI là lm (lumen), Quang thông (F) là đại lượng đo công
suất phát sáng của 1 nguồn sáng. Ngoài ra còn có các đại lượng khác như cường độ
sáng ( ký hiệu I), đơn vị là candela (cd); độ rọi (E), đơn vị lux (lx).
Ký hiệu: F
Đơn vị: lm (lumen)
Nguồn sáng
Đèn sợi đốt 60W
Đèn compact 11W
Đèn huỳnh quang 40W
Đèn NA cao áp 400W
Đèn halogen kim loại 2kW
Chip led thanh 0.15W

Quang thông (lumen)
685
560
2700
47000
180000
15÷20

Bảng 2.4 Bảng quang thông của một số nguồn sáng

 Độ chói (L) : Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng
ta có cảm giác bị chói mắt. Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn
hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định
nghĩa độ chói. Các nguyên tố diện tích của các vật được chiếu sáng nói chung phản
xạ ánh sáng nhận được một cách khác nhau và tác động như một nguồn sáng thứ

cấp phát các cường độ sáng khác nhau theo mọi hướng.
20


Để đặc trưng cho các quan hệ của nguồn sáng (nguồn sơ cấp và nguồn thứ cấp) đối
với mắt cần phải bổ sung vào cường độ sáng cách xuất hiện ánh sáng.
Quan hệ này có thể được minh họa bằng nhận xét sau đây: ví dụ một đèn sợi
đốt 40 W thực tế phát ra cùng một quang thông, nghĩa là cùng một cường độ theo
mọi hướng dù bóng đèn bằng thủy tinh trong hay thủy tinh mờ. Tuy nhiên đối với
mắt ta cảm thấy chói hơn khi bóng đèn bằng thủy tinh trong so với bóng thuỷ tinh
mờ.
Độ chói L của ánh sáng là cường độ của một nguồn sáng phát ánh sáng
khuếch tán mở rộng hoặc của một vật phản xạ ánh sáng. Độ chói là đại lượng đặc
trưng cho mật độ phân bố cường độ sáng I trên một bề mặt diện tích S theo một
phương cho trước. 1nit = 1cd/ 1m2.

Hình 2.8 Độ chói của một nguồn sáng
Ta nhận thấy độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát
mà không phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm quan sát
Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các
khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác. Độ chói mới phản ánh chất lượng chiếu
sáng, còn độ rọi chỉ phản ánh số lượng chiếu sáng mà thôi.
Ký hiệu: L
Đơn vị: Cd/m2
21


1Cd/m2 được định nghĩa là độ chói của một mặt phẳng phát sáng đều có diện
tích 1m2 và có cường độ sáng 1Cd theo phương vuông góc với nguồn đó.
Nguồn sáng

Bề mặt mặt trời
Bề mặt mặt trăng
Bầu trời xanh
Bầu trời xám
Đèn sợi đốt 100W
Đèn huỳnh quang 40W
Giấy trắng khi độ rọi 400 lux
Độ chói của mặt đường

Độ chói Cd/m2
165.107
2500
1500
1000
6.106
7000
80
1-2

Bảng 2.5 Bảng độ chói của một số nguồn sáng
 Độ rọi: Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, là mật độ
quang thông trên bề mặt có diện tích S. Có nghĩa là mật độ quang thông của một
nguồn sáng 1 lumen trên diện tích 1m2. Khi mặt được chiếu sáng không đều độ rọi
được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm.
Ký hiệu: E
Đơn vị: Lux hay Lx

Hình 2.9 Công thức tính độ rọi

22

Địa điểm được chiếu sáng
Ngoài trời giữa trưa nắng
Ngoài trời giữa trưa đầy mây
Trăng tròn tiêu chuẩn
Phòng làm việc
Lớp học
Đường phố về ban đêm

Độ rọi (lux)
100.000
10.000
0,25
300-500
300-400
20-50

Bảng 2.6 Bảng độ rọi của một số nguồn sáng
 Nhiệt độ màu (K):Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo
thang
Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh
sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục
nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại
bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của
thanh thép theo độ Kelvin (0oC ứng với 273,15K) và gán giá trị đó với màu được
tạo ra.
Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó. Đối với đèn
huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì
nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật

đen tuyệt đối bị nung nóng. Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay
cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhiệt độ
càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại.
Nguồn sáng
Bầu trời xanh
Ánh sáng trời mây
Đèn huỳnh quang ánh sáng ngày
Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm
Đèn Metal Halide
Đèn sợi đốt
Ngọn nến

Nhiệt độ màu (K)
10.000-30.000
6000-8000
6200
3000
4100
2500
1800

Bảng 2.7 Bảng nhiệt độ màu của một số nguồn sáng

 Công suất bóng đèn: lượng điện năng tiêu thụ của đèn.
23