Led照明裝置制造方法
【專利摘要】公開了一種照明裝置，使用發(fā)光二極管（LED）增強(qiáng)照明裝置的亮度和色度。該照明裝置可以包括第一光源，配置在第一波長范圍發(fā)光。與第一光源關(guān)聯(lián)的第一分色光學(xué)元件可以被配置來光學(xué)地阻擋從第一光源發(fā)射的光的小于整個波長范圍。該照明裝置還可以包括第二光源，配置在第二波長范圍發(fā)光，該第二波長范圍對應(yīng)于被第一分色光學(xué)元件光學(xué)阻擋的波長范圍。
【專利說明】LED照明裝置
【背景技術(shù)】
[0001]解剖學(xué)上，眼睛可以被分成兩個不同的部分一前段和后段。前段包括晶狀體并從角膜(角膜內(nèi)皮)的最外層延伸到晶狀體囊的后部。后段包括在晶狀體囊后的眼睛的部分。后段從前玻璃狀面(玻璃體的一部分)延伸到視網(wǎng)膜，后玻璃體面與視網(wǎng)膜直接接觸。后段比前段大許多。
[0002]后段包括玻璃體一清澈的、無色的、凝膠狀的物質(zhì)。它組成了眼睛體積的大約三分之二，在出生前給定了其形式和形狀。玻璃體由1%的膠原和透明質(zhì)酸鈉以及99%的水組成。玻璃體的前邊界是前玻璃體面，其接觸晶狀體的后囊，而后玻璃體面形成它的后邊界，并且與視網(wǎng)膜接觸。玻璃體不像水狀體液一樣自由流動，并且有常態(tài)的解剖學(xué)附著部位。這些部位中的一個是玻璃體基(vitreous base),其是寬度大約3_4mm的帶并覆蓋鋸齒緣。光學(xué)神經(jīng)頭、黃斑體、血管弓(vascular arcade)也是附著部位。玻璃體的主要功能是保持視網(wǎng)膜在位置，維持眼球完整性和形狀，吸收由于移動產(chǎn)生的沖擊，以及從后部給晶狀體提供支撐。與水狀體液相反，玻璃體不被連續(xù)地替換。玻璃體隨著年齡以已知為脫水收縮(syneresis)的過程變得更加流體化。脫水收縮導(dǎo)致玻璃體的收縮，這對其正常的附著部位施加壓力或拉力。如果施加了足夠的拉力，玻璃體可以將其自身從其視網(wǎng)膜附著部分拉出并產(chǎn)生視網(wǎng)膜破裂或孔。
[0003]各種被稱為玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)的外科手術(shù)通常在眼睛的后段中進(jìn)行。玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)適合治療后段的許多嚴(yán)重狀況。玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)治療例如與年齡有關(guān)的黃斑部退化(AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病性玻璃體出血、黃斑裂孔、視網(wǎng)膜脫落、視網(wǎng)膜表面膜、CMV視網(wǎng)膜炎的狀況和許多其他眼部狀況。
[0004]外科醫(yī)生使用設(shè)計用來提供后段的清晰圖像的特殊透鏡和顯微鏡來行玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)。在鞏膜上在睫狀體平坦部`處切長度僅約I毫米左右的幾個小切口。外科醫(yī)生通過切口插入微型外科手術(shù)儀器，諸如，光纖光源以照亮眼睛內(nèi)部；輸液線，以在手術(shù)期間維持眼睛的形狀；以及用來切割并移除玻璃體的儀器。
[0005]在這樣的外科手術(shù)期間，眼睛內(nèi)部的適當(dāng)照明是重要的。典型地，將細(xì)的光纖插入眼睛中以提供照明?？梢允褂萌琨u鎢燈或高壓電弧光燈(金屬鹵化物、Xe)的光源來產(chǎn)生由光纖運(yùn)送到眼睛的光。光通過若干光學(xué)元件(典型的，透鏡、反射鏡和衰減器)，并被傳送到運(yùn)送光到眼睛的光纖?；」鉄舻膬?yōu)點(diǎn)在于小的發(fā)射面積(〈1mm)，色溫接近日光，并且通常比鹵素?zé)魤勖L(例如，400小時vs50小時)?；」鉄舻娜秉c(diǎn)是高成本、功率下降、系統(tǒng)復(fù)雜，并且需要在系統(tǒng)壽命期間數(shù)次更換燈泡。
[0006]為了克服鹵素鎢燈和高壓電弧光燈的某些局限，可以使用其他光源，如發(fā)光二極管(LED)，來產(chǎn)生光通過光纖發(fā)送進(jìn)入眼睛?？梢砸韵喈?dāng)?shù)偷某杀竞蛷?fù)雜度提供基于LED的照明裝置，并且其可以呈現(xiàn)50，000到100，000小時的壽命時間特性，這可以使得在不需更換LED及輸出幾乎不下降的情況下在儀器的整個壽命內(nèi)操作眼科光纖照明裝置。然而，LED光源通常呈現(xiàn)比可比較的鹵素鎢燈和高壓弧光燈低的光效率和降低的光通量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出眼睛內(nèi)部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的眼睛的橫截面視圖；
[0008]圖2是示例的照明探針的示意性圖示，該照明探針可以與內(nèi)部照明裝置一起使用，被示出為照明圖1的眼睛內(nèi)部區(qū)域；
[0009]圖3是可以與內(nèi)部照明裝置一起使用來給圖2中的照明探針提供光的示例照明裝置的示意性的部分截面視圖；
[0010]圖4是示例性的無穹頂型(undomed)發(fā)光二極管(LED)的示意性示圖，該LED可以與圖3中的照明裝置一起使用；
[0011]圖5是示例性的有穹頂型(domed)發(fā)光二極管(LED)的示意性圖示，該LED可以與圖3中的照明裝置一起使用；
[0012]圖6是圖示圖3的照明裝置的某些特定特性可能具有的對色度的示例性相對影響的色度圖；[0013]圖7是與反射光學(xué)元件一起使用的圖5的示例性的有穹頂型的發(fā)光二極管(LED)的示意性部分截面視圖；
[0014]圖8是與反射光學(xué)元件一起使用的圖4的示例性的無穹頂型的發(fā)光二極管(LED)的示意性部分截面視圖；以及
[0015]圖9是圖示使用圖3的示例性照明裝置時可以獲得的色度的相對變化的色度圖?！揪唧w實施方式】
[0016]現(xiàn)參考如下討論和附圖，詳細(xì)說明實現(xiàn)所公開的系統(tǒng)和方法的示例性手段。盡管附圖代表了一些可能的手段，但附圖并不必按比例，并且某些特征可以被放大、移除或部分截取剖面以更好地示出和解釋本公開。此外，此處提出的說明并不是窮舉性的或限制性的，或?qū)?quán)利要求限定到附圖中所示的及下述詳細(xì)描述中所公開的精確的形式和配置。
[0017]圖1示出了眼睛20的解剖結(jié)構(gòu)，其包括角膜22、虹膜24、瞳孔26、晶狀體28、晶狀體囊30、晶狀體懸韌帶32、睫狀體34、鞏膜36、玻璃體區(qū)域38、視網(wǎng)膜40、黃斑區(qū)42和光學(xué)神經(jīng)44。角膜22是在眼睛20的表面上的清澈的穹頂形結(jié)構(gòu)，其作為窗口讓光進(jìn)入眼睛。虹膜24與眼睛的有色部分對應(yīng)，是環(huán)繞瞳孔26的肌肉，其松弛和收縮來控制進(jìn)入眼睛20的光的量。瞳孔26是虹膜24內(nèi)的圓的中央開口。晶狀體28是眼睛20內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其幫助將光聚焦在視網(wǎng)膜40上。晶狀體囊30是包住晶狀體28的彈性袋，當(dāng)眼睛聚焦在處于不同距離的物體上時幫助控制晶狀體28的形狀。晶狀體懸韌帶32是細(xì)的韌帶，其將晶狀體囊30附接到眼睛20的內(nèi)部，將晶狀體28保持在其位置上。睫狀體34是附接到晶狀體28的肌肉區(qū)域，其收縮和松弛來控制晶狀體的大小以用于聚焦。鞏膜36是眼睛20的堅韌的最外層，其維持眼睛的形狀。玻璃體區(qū)域38是位于朝向眼睛的后部的大的膠體填充的部分，其幫助維持眼睛的曲度。視網(wǎng)膜40是在眼睛20的后部的光敏感神經(jīng)層，其接收光并將光轉(zhuǎn)換成信號發(fā)送給大腦。黃斑42是眼睛20后部中的區(qū)域，其包括用于檢測看到的圖像的精細(xì)細(xì)節(jié)的感受體。光學(xué)神經(jīng)44將信號從眼睛傳送給大腦。
[0018]參考圖2，用于照明眼睛20內(nèi)部的眼科內(nèi)照明裝置46被示出為穿過鞏膜36插到玻璃體區(qū)域38。內(nèi)照明裝置46可以包括手持部48和探針50。探針50可以包括光纖線纜52,用于在各種內(nèi)光學(xué)手術(shù)(intra-optical procedures)(例如，玻璃體視網(wǎng)膜外科手術(shù))中傳送照明裝置的光來照明眼睛20的玻璃體區(qū)域38的內(nèi)部。
[0019]內(nèi)照明裝置46可以使用各種光源，例如鹵素鎢燈和高壓電弧光燈(金屬鹵化物、Xe)。也可以使用發(fā)光二極管(LED)作為內(nèi)照明裝置46的光源。與可比較的鹵素鎢燈和高壓電弧光燈相比，LED可以提供相當(dāng)?shù)偷某杀竞蛷?fù)雜度。LED可以有50，000到100，000小時的特征壽命時間，這使得能夠在不需更換LED以及在最小的輸出降的情況下在儀器的整個壽命內(nèi)操作眼科內(nèi)照明裝置46。
[0020]參考圖3，內(nèi)照明裝置46可以使用照明裝置54來以特定的光通量和色度來產(chǎn)生光。由照明裝置54產(chǎn)生的光可以通過光纖線纜52傳送到探針50，其具有光學(xué)地連接到照明裝置54的末端56。如圖3所不的不例配置使用第一光通路55和第二光通路57。第一光通路55包括第一光源58，第二光通路57包括第二光源60。也可以根據(jù)具體應(yīng)用的設(shè)計需求來使用附加光源。光源58和光源60可以有相似的配置或具有不同的配置。
[0021]光源58可以包括一個或多個LED，所述LED被配置來發(fā)射基本寬譜的白光?？梢砸愿鞣N配置制造LED。圖4中示出了示例配置的LED62。可以通過用波長轉(zhuǎn)換材料65涂覆基本單色LED管芯64來生產(chǎn)LED62，該波長轉(zhuǎn)換材料65能夠?qū)⒃陔姶抛V的特定范圍的電磁輻射轉(zhuǎn)換到電磁譜內(nèi)的另一個范圍，包括但不限于，高能粒子射線、X射線和UV到較低能量光子的轉(zhuǎn)換?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)類型的波長轉(zhuǎn)換材料或物質(zhì)。用于轉(zhuǎn)換的發(fā)光過程可以基于慢發(fā)射(磷光)或快發(fā)射(熒光)，取決于所使用的波長轉(zhuǎn)換材料的類型。
[0022]LED管芯64通常在相對窄的波長范圍內(nèi)發(fā)射光，例如紫外(UV)、紫光或藍(lán)光，取決于所使用的半導(dǎo)體二極管材料。例如，氮化銦鎵(InGaN)通常產(chǎn)生波長(λ )大約為450nm〈 λ <500nm的藍(lán)光。相對窄的光帶通常并不適合于照明?？梢酝ㄟ^例如使用不同顏色的磷光體作為波長轉(zhuǎn)換材料65，來調(diào)整發(fā)射的譜，來產(chǎn)生期望譜上的光。所使用的磷光體涂層的類型和數(shù)量可以變化，以在期望的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生光?？梢耘c藍(lán)(光)半導(dǎo)體二極管材料一起使用來產(chǎn)生通常的寬譜白光的磷光體材料是摻雜鈰的釔鋁石榴石(Ce3+: YAG)。磷光體光涂層使得從LED管芯64發(fā)射的一部分藍(lán)光經(jīng)歷斯托克斯頻移(Stokes shift)。斯托克斯頻移了的光以更高的波長范圍發(fā)射`，相比從InGaN半導(dǎo)體直接發(fā)射的藍(lán)光，其趨向于朝向黃光譜。不是所有從半導(dǎo)體發(fā)射的光都經(jīng)歷斯托克斯頻移。未轉(zhuǎn)換的藍(lán)光和斯托克斯頻移了的光組合，產(chǎn)生表現(xiàn)得基本如寬譜白光的光。用于將從LED管芯64發(fā)射的部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換為較高波長的光的磷光體涂層可以被沉淀在LED管芯的表面80上。這僅僅是可以用于產(chǎn)生寬譜白光的各種半導(dǎo)體和磷光體組合的一個例子。
[0023]繼續(xù)參考圖4，LED管芯可以電連接到陰極66和陽極68。LED管芯68、陰極66和陽極68可以被支撐在基板72上。施加電流給陰極66和陽極68使得LED管芯64發(fā)射在與所使用的半導(dǎo)體二極管材料對應(yīng)的波長范圍內(nèi)的光。
[0024]與光源58使用的LED也可以被配置為包括透鏡，用于進(jìn)一步控制發(fā)射自光源的光。使用透鏡的LED也可以被稱為“有穹頂?shù)摹盠ED。圖5示出了有穹頂型LED81的一個例子。有穹頂型LED81可以有與圖4所示的無穹頂型LED62相似的配置，但是附加了附接到LED管芯64的透鏡82。用于形成波長轉(zhuǎn)換材料65的材料通常有高折射率，這可能導(dǎo)致直接從LED管芯64發(fā)射的光的一部分在波長轉(zhuǎn)換材料/氣體表面界面(即，波長轉(zhuǎn)換材料65的表面83)處被反射回到LED上(B卩，被循環(huán)回收)。由LED管芯64產(chǎn)生的光的回收會導(dǎo)致LED發(fā)射的光的色度中朝向黃色譜的偏移(例如，當(dāng)使用Ce3+: YAG作為磷光體時)。可以通過將透鏡82附接到無穹頂LED62形成有穹頂LED81，來減少光回收。透鏡82包括凸的外表面84，其傾向于減少有穹頂LED81內(nèi)的光回收。
[0025]為了方便起見，具有由LED管芯64產(chǎn)生的波長范圍的光將在下面的描述中被稱為“未轉(zhuǎn)換的光”，而具有在從磷光體層(即，波長轉(zhuǎn)換材料65)發(fā)射的斯托克斯頻移了的光的范圍內(nèi)的波長的光在下面中將被稱為“轉(zhuǎn)換的光”。此外，具有在由LED管芯64產(chǎn)生的范圍內(nèi)的波長的光(即，未轉(zhuǎn)換的光)在整個附圖中由實線表示，而具有在斯托克斯頻移了的光的范圍內(nèi)的波長的光(即，轉(zhuǎn)換了光)在整個附圖中用小短劃線表示。
[0026]繼續(xù)參考圖3，光通路55可以包括用于增強(qiáng)從該光通路發(fā)送的光通量，和用于控制相應(yīng)的光束的大小和方向的各種不同特征。例如，光通路55可以包括一個或多個反射光學(xué)元件86，其被布置為鄰近光源58。反射光學(xué)元件86可以被配置為寬帶反射器，以將轉(zhuǎn)換的和未轉(zhuǎn)換的光向光源58反射回。反射光學(xué)元件86通常與光源58間隔開，并且可以相對于光源58具有基本凹形的形狀。反射光學(xué)元件86包括限定近端88的第一外周邊緣，和限定相對的遠(yuǎn)端90的第二外周邊緣。近端88可以被沿著光軸92軸向地大體布置在光源58附近。遠(yuǎn)端90可以被沿著光軸92布置在離光源58的一定軸向距離處，該距離大于近端88和光源58之間的軸向距離。由于反射光學(xué)元件86的彎曲，近端88和光軸92的徑向距離比遠(yuǎn)端90和光軸92之間的徑向距離大。
[0027]繼續(xù)參考圖3，分色鏡96被布置在反射光學(xué)元件86的開口 94內(nèi)。分色鏡96可以被配置為允許轉(zhuǎn)換了的光通過分色鏡96，并且將未轉(zhuǎn)換的光向光源58反射回。反射光學(xué)元件86和分色鏡96 —起操作來增強(qiáng)從光通路55發(fā)射的光通量，這增強(qiáng)了照明裝置54的操作效率。分色鏡96和反射光學(xué)元件86也一起操作來將轉(zhuǎn)換的光通過反射光學(xué)元件86的開口 94引出。
[0028]分色鏡96也可以有相對于光源58的大體上凹的形狀。例如分色鏡96可以被配置為基本球形的反射器，其具有沿著波長轉(zhuǎn)換材料65的外表面83布置的曲率中心，并基本相對于LED管芯64中心化。分色鏡96通常被放置為遠(yuǎn)離光源58。在圖3說明的示例配置中，基本上整個分色鏡96位于比反射光學(xué)元件86的遠(yuǎn)端90離光源58更遠(yuǎn)的距離處。分色鏡96也可以沿著光軸92放在相對于反射光學(xué)元件86的遠(yuǎn)端90的其它位置，可以包括離光源58更近或更遠(yuǎn)的位置。例如，分色鏡96的全部或一部分可以在沿著光軸92放置在光源58和反射光學(xué)兀件86的遠(yuǎn)端90之間。可以調(diào)整分色鏡96的大小以便不與反射光學(xué)元件86重疊，如圖3所示；或者，也可以調(diào)整其大小以與反射光學(xué)元件86重疊，在這種情況下，相比反射光學(xué)元件86的遠(yuǎn)端90，分色鏡96的邊緣98離光軸92的距離更遠(yuǎn)。第一反射光學(xué)元件86和分色鏡94也可以整體形成，例如，通過施加與各單個光學(xué)元件關(guān)聯(lián)的光學(xué)涂層到連續(xù)的未打斷的基板材料。
[0029]使用無穹頂?shù)腖ED62(圖4)光源58以及反射光學(xué)元件86可以增強(qiáng)從光通路55發(fā)射的光通量，但對與例如使用有穹頂?shù)腖ED81而不使用反射光學(xué)元件86的類似配置相反，還會導(dǎo)致從光通路55發(fā)射的光向著黃色波長范圍的色度偏移。如前所討論的，操作LED81而不用透鏡可能會由于從LED管芯64發(fā)射的一部分光的回收而導(dǎo)致發(fā)射的光向黃色波長范圍偏移。使用反射光學(xué)元件86以及無穹頂?shù)腖ED62(圖4)或有穹頂?shù)腖ED81 (圖5)也趨于導(dǎo)致從光通路55發(fā)射的光的向黃色波長范圍的色度偏移。
[0030]在圖6中示出的色度圖上，反映了當(dāng)與無穹頂?shù)腖ED62或有穹頂?shù)腖ED81 —起使用反射光學(xué)元件86時可能發(fā)生的代表性的色度偏移。包含在該色度圖中的是CIE1931色彩空間，其標(biāo)識了通常人眼可見的顏色范圍。從有穹頂?shù)腖ED81 (圖5)發(fā)射的光的示例色度在該色度圖表中表示為實黑方塊。從無穹頂?shù)腖ED62 (圖4)發(fā)射的光的示例色度在該色度圖表中表不為未填充的方塊。使用反射光學(xué)兀件86 (圖3)以及有穹頂?shù)腖ED81 (例如，如圖7所示)或無穹頂?shù)腖ED62 (例如，如圖8所示)可以增加從對應(yīng)的LED發(fā)射的光的回收，導(dǎo)致發(fā)射光的向黃色頻率范圍的色度偏移。當(dāng)被結(jié)合反射光學(xué)元件86使用(圖7)時從有穹頂?shù)腖ED81發(fā)射的光的示例色度在該色度圖表中被表示為實黑三角。當(dāng)被結(jié)合反射光學(xué)兀件86使用(圖8)時從無穹頂LED62發(fā)射的光的不例色度在色度圖表中被表不為未填充的三角。在兩個例子中，與有穹頂LED81和無穹頂LED62 —起使用反射光學(xué)元件86通常都將產(chǎn)生從光通路55發(fā)射的光的向黃色波長范圍的可測量的色度偏移。
[0031]繼續(xù)參考圖3，在使用無穹頂LED62和/或反射光學(xué)元件86時從光通路55發(fā)射的光的向黃色波長范圍的色度偏移，可以通過使用第二光通路57來將其至少部分地減弱，該第二光通路57包括第二光源60。為了將從光通路55發(fā)射的藍(lán)波長的有缺陷的光向回偏移向更白的波長范圍，光源60可以包括一個或多個LED，其配置為發(fā)射窄帶藍(lán)光。從第二光源60發(fā)射的光通常將處于與被分色鏡96阻擋的光相似的波長范圍。可以以各種配置制造光源60使用的LED，圖4和圖5示出了這些配置的例子?？梢赃x擇LED管芯64來基本發(fā)射與光源58使用的半導(dǎo)體二極管材料相似的波長范圍的光。這可以通過對于光源58和60使用相同的半導(dǎo)體二極管材料來實現(xiàn)，或者替換地，通過使用發(fā)射相似波長范圍的光的不同半導(dǎo)體材料來實現(xiàn)。與光源58的LED不同，光源60的LED通常不使用波長轉(zhuǎn)換材料或物質(zhì)來將從半導(dǎo)體二極管材料發(fā)射的光轉(zhuǎn)換到另一波長范圍，這是因為從光通路57發(fā)射的光將通常具有與從光源58采用的半導(dǎo)體二極管材料發(fā)射的光相同的波長范圍。
[0032]繼續(xù)參照圖3，光通路57可以包括用來增強(qiáng)從光通路57發(fā)射的光通量以及用來控制對應(yīng)的光束的大小和方向的各種特征。例如，光通路57可以包括布置得鄰近光源60的一個或多個第二反射光學(xué)元件100。反射光學(xué)元件100可以被配置為寬帶或窄帶反射器，其具有足夠的帶寬來基本將到達(dá)該反射器的所有光向光源60反射回。反射光學(xué)元件100通常與光源60間隔開，并可以相對于光源6`0具有凹的形狀。反射光學(xué)元件100可以包括第一外周邊緣(其限定近端102)和第二外周邊緣(其限定相對的遠(yuǎn)端104)。近端102可以被沿著光軸106軸向地布置在光源60大體附近。遠(yuǎn)端104可以被沿著光軸106布置在離光源60—定的軸向距離處，該軸向距離大于近端102和光源60之間的軸向距離。由于反射光學(xué)元件100的彎曲，近端102和光軸106的徑向距離比遠(yuǎn)端104和光軸106之間的徑向距離大。
[0033]繼續(xù)參照圖3，反射光學(xué)元件100可以包括光學(xué)透明的開口 108，通過它光源60產(chǎn)生的光可以從光通路57中發(fā)射。開口 108可以被配置為完全延伸穿過反射光學(xué)元件100的孔，如圖3所示。替代地，也可以在對應(yīng)于開口 108的區(qū)域上不施加反射覆層到反射光學(xué)元件100的基本上光學(xué)透明的基板，通過提供這樣的區(qū)域，來形成開口 108。在隨后的配置中，反射光學(xué)元件100的光學(xué)透明的基板將覆蓋開口 108，但由于對應(yīng)于開口 108的區(qū)域沒有反射覆層，因此從光源60發(fā)射的光將能夠通過未覆蓋的基板材料。
[0034]光源60也可以在寬的角度上發(fā)射光。為了有助于使來自光通路57的通過開口108的光通量最大化，反射光學(xué)元件100可以操作來至少將從光源60發(fā)射的光的超過選定的發(fā)射角Ct的部分重定向回光源60。這使得從光源60發(fā)射的光的處于大于選定的最大值的發(fā)射角的部分在光通路57內(nèi)被回收，并重定向通過反射光學(xué)元件100的開口 108?；厥罩辽俨糠值膹墓庠?0發(fā)射的光可以增加從光通路57發(fā)射的光通量。
[0035]照明裝置54可以包括一個或多個光學(xué)元件，用于將從光通路55發(fā)射的黃偏移了的寬譜光束和從光路57發(fā)射的窄藍(lán)譜光束組合成適于傳送到光纖線纜52的單個寬譜白光束。光纖線纜52通常包括單一的光纖，但也可以使用多個光纖。光纖線纜52典型地包括最大發(fā)射角110，其是相對于光纖軸112的角度，在該角度光可以進(jìn)入光纖線并沿其長度傳播。可以基于光纖的最大發(fā)射角來確定光纖線纜52的數(shù)值孔徑(NA)。NA對應(yīng)于光纖線纜的最大發(fā)射角的正弦。用于將光通路55和57光學(xué)連接到光纖線纜52的光學(xué)元件可以被配置為實現(xiàn)與光纖線纜52的數(shù)值孔徑相容的數(shù)值孔徑。這有助于確保發(fā)射到光纖線纜52的光將能夠進(jìn)入并沿光纖線纜52行進(jìn)。
[0036]在圖3所示的照明裝置54的示例配置中，第一準(zhǔn)直透鏡114接收從光通路55發(fā)射的發(fā)散光束。通過準(zhǔn)直鏡114的光被折射以形成基本準(zhǔn)直的光束?？梢灾辽俨糠值赝ㄟ^改變在反射光學(xué)元件86中的開口 94的大小來控制從光通路55到達(dá)準(zhǔn)直鏡114的光束的最大入射角Θ。該最大入射角度通常隨著開口 94大小的增加而增加。
[0037]第二準(zhǔn)直透鏡116接收從光通路57發(fā)射的發(fā)散光束。通過第二準(zhǔn)直鏡116的光被折射以形成基本準(zhǔn)直的光束?？梢灾辽俨糠值赝ㄟ^改變在反射光學(xué)元件100中的開口 108的大小來控制從光通路57到達(dá)準(zhǔn)直鏡116的光束的最大入射角a。該最大入射角通常隨著開口 108大小的增加而增加。
[0038]照明裝置54可以包括分色濾光器118，用于將從光通路55發(fā)射的寬譜黃偏移的光束和從光路57發(fā)射的窄的藍(lán)譜光束組合以形成單一的準(zhǔn)直的寬譜白光束。分色濾光器118可以被布置在第一準(zhǔn)直透鏡114和第二準(zhǔn)直透鏡116的下游。分色濾光器118也可以被配置為選擇性地使落在從光通路55發(fā)射的光的波長范圍內(nèi)的光通過，而反射落在從光通路57發(fā)射的光的波長范圍內(nèi)的光。來自第一準(zhǔn)直透鏡114的準(zhǔn)直光束通過分色濾光器118，而來自第二準(zhǔn)直透鏡116的準(zhǔn)直光束被從分色鏡118反射，從而使得兩束分離的光束能夠組合并形成單一的準(zhǔn)直光束，其通常呈現(xiàn)為廣譜白光。所得到的寬譜白光在圖3中用長虛線表示。來自分色濾光器118的準(zhǔn)直的寬譜白光束通過會聚透鏡120，其操作來聚焦準(zhǔn)直光束以用于傳送到光纖線纜52。
[0039]圖3僅僅示出了用于組合從光通路55發(fā)射的光和從光通路57發(fā)射的光以及聚焦所得到的光束以用于傳送到光纖線纜52的光學(xué)布置的一個例子，也可以使用其它布置。
[0040]在圖9所示的色度圖中反映了在使用照明裝置54時可能發(fā)生的色度和光通量的相對增強(qiáng)的代表性的例子。在色度圖中包含了 CIE1931色彩空間，其標(biāo)識通常人眼可視的顏色范圍。在該色度圖上畫出了三種不同照明裝置配置的示例色度水平。這三種照明裝置配置被標(biāo)為配置A、B和C。參 照圖3，“配置A”通常包括被配置為無穹頂?shù)腖ED62的LED光源58 (圖4)、反射光學(xué)元件86、第一準(zhǔn)直透鏡114和會聚透鏡120，而沒有分色鏡96、分色濾光器118和第二光通路57。“配置B”類似于“配置A”，但還包括分色鏡96?！芭渲肅”基本上是圖3所示的配置。假定對于“配置A”是100%的光通量，給“配置A”添加分色鏡96到達(dá)“配置B”，可以產(chǎn)生大約1.8%的光通量的示例性的增加，但是也產(chǎn)生了對應(yīng)的色度向更長的黃波長的偏移。修改“配置B”以包括光通路57和分色濾光器118，相比“配置A”可以產(chǎn)生光通量9.2%的增加，同時色度向白光波長顯著偏移。
[0041]應(yīng)理解，此處描述的示例LED照明裝置具有廣泛的應(yīng)用。選擇并描述前述配置，以說明方法和裝置的原理以及一些實際應(yīng)用。前述的描述使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠根據(jù)所構(gòu)思的具體用途適當(dāng)?shù)匾愿鞣N配置和各種修改來采用所述方法和裝置。根據(jù)專利法的規(guī)定，所公開的LED照明裝置的操作模式和原理已經(jīng)在示例配置中被解釋和說明。
[0042]本方法和裝置的范圍由下述的權(quán)利要求定義。然而，應(yīng)理解，所公開的LED照明裝置可以以這里所具體解釋和說明的之外的方式踐行，而不偏離它的精神或范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在實踐權(quán)利要求中，可以使用對此處描述的配置的各種更改，而不偏離下述權(quán)利要求定義的精神和范圍。所公開的LED照明裝置的范圍應(yīng)該參照所附權(quán)利要求以及授予該權(quán)利要求的等同的全部范圍來確定，而不是參照上述的描述來確定。還構(gòu)思了此處討論的領(lǐng)域中將發(fā)生的未來發(fā)展，所公開的系統(tǒng)和方法將可以結(jié)合在這樣的將來的例子中。此外，意圖給予權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語以其最寬泛的合理解釋以及如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意思，除非此處做出了相反的明確說明。特別的，如“一”、“該”、“所述”等的單數(shù)冠詞應(yīng)當(dāng)被理解為引述了一個或多個所指示的元素，除非權(quán)利要求陳述了相反的明確限制。下面的權(quán)利要求定義了裝置的范圍，在這些權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的方法和裝置被權(quán)利要求所涵蓋?？傊瑧?yīng)理解，裝置能夠修改和改變，并且僅由下述的權(quán)利要求限定。`
【權(quán)利要求】
1.一種照明裝置，包括: 第一光源，配置來以第一波長范圍發(fā)射光； 第一分色光學(xué)元件，與所述第一光源關(guān)聯(lián)，所述第一分色光學(xué)元件被配置來光學(xué)地阻擋從所述第一光源發(fā)射的光的小于整個波長范圍；以及 第二光源，配置來以第二波長范圍發(fā)射光，所述第二波長范圍基本上對應(yīng)于被第一分色光學(xué)元件光學(xué)地阻擋的波長范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中所述第一分色光學(xué)元件被配置來使以第三波長范圍發(fā)射的光通過，所述第三波長范圍基本上對應(yīng)于從所述第一光源發(fā)射的第一波長范圍除去被所述第一分色光學(xué)元件阻擋的第二波長范圍。
3.如權(quán)利要求2所述的照明裝置，還包括光學(xué)系統(tǒng)，其放置在所述第一光源的光路和所述第二光源的光路中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置來光學(xué)地將通過所述第一分色光學(xué)元件的光和從所述第二光源發(fā)射的光組合。
4.如權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中所述光學(xué)系統(tǒng)包括第二分色光學(xué)元件，放置在所述第一光源的光路和所述第二光源的光路中。
5.如權(quán)利要求4所述的照明裝置，其中所述第二分色光學(xué)元件被配置為使在所述第三波長范圍內(nèi)的光通過，并反射在所述第二波長范圍內(nèi)的光，所述第二分色光學(xué)元件操作來光學(xué)地將通過所述第二分色光學(xué)元件的光與從所述第二分色光學(xué)元件反射的光組合。
6.如權(quán)利要求4所述的照明裝置，其中所述光學(xué)系統(tǒng)還包括: 第一準(zhǔn)直透鏡，放置在所述第一光源和所述第二分色光學(xué)元件之間的光路中；以及 第二準(zhǔn)直透鏡，放置在所述第二光源和所述第二分色光學(xué)元件之間的光路中。
7.如權(quán)利要求6所述的照明裝置，其中所述光學(xué)系統(tǒng)還包括會聚透鏡，用于將所述第一光源和第二光源光學(xué)地連接到光纖線纜，所述會聚透鏡放置在所述第二分色光學(xué)元件和所述光纖線纜之間的光路中。
8.如權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中所述第一光源包括發(fā)光二極管，其具有配置來以基本上所述第二波長范圍發(fā)射光的半導(dǎo)體材料和配置來以基本上所述第三波長范圍發(fā)射光的波長轉(zhuǎn)換材料。
9.如權(quán)利要求8所述的照明裝置，其中所述第二光源包括發(fā)光二極管，其具有配置來以基本上所述第二波長范圍來發(fā)射光的半導(dǎo)體材料。
10.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，還包括第一反射光學(xué)元件，被布置為鄰近所述第一光源，所述第一反射光學(xué)元件配置來在整個第一波長范圍上反射從所述第一光源發(fā)射的光。
11.如權(quán)利要求10所述的照明裝置，還包括第二反射光學(xué)元件，被布置為鄰近所述第二光源，所述第二反射光學(xué)元件配置來在整個第二波長范圍上反射從所述第二光源發(fā)射的光。
12.如權(quán)利要求10所述的照明裝置，其中所述反射光學(xué)元件包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域布置在沿著所述第一光源的光軸的第一軸點(diǎn)處，所述第二區(qū)域布置在沿著所述第一光源的光軸的第二軸點(diǎn)處，沿著所述光軸從所述第一軸點(diǎn)到所述第一光源的距離小于沿著所述光軸從所述第二軸點(diǎn)到所述第一光源的距離，以及從所述第一軸點(diǎn)到所述反射光學(xué)元件的第一區(qū)域的距離大于從所述第二軸點(diǎn)到所述反射光學(xué)元件的第二區(qū)域的距離。
13.如權(quán)利要求12所述的照明裝置，其中所述反射光學(xué)元件包括近端和相對的遠(yuǎn)端，沿著所述光軸從所述反射光學(xué)元件的遠(yuǎn)端到所述第一光源的距離大于沿著所述光軸從所述反射光學(xué)元件的近端到所述第一光源的距離，其中所述第一分色光學(xué)元件的至少一部分被沿著光軸放置，其離所述第一光源的距離大于沿著所述光軸從所述第一光源到所述反射光學(xué)元件遠(yuǎn)端的距離。
14.一種照明裝置，包括: 第一光源，配置來發(fā)射在第一波長范圍內(nèi)的第一部分光和在第二波長范圍內(nèi)的第二部分的光； 第一反射元件，其與所述第一光源光學(xué)地關(guān)聯(lián)，所述第一反射元件被配置來反射在第一和第二波長范圍內(nèi)的光； 第一分色元件，其與所述第一光源光學(xué)地關(guān)聯(lián)，所述第一分色元件被配置來光學(xué)地阻擋在第一波長范圍內(nèi)的光，并使在第二波長范圍內(nèi)的光通過； 第二光源，配置來發(fā)射處于第一波長范圍內(nèi)的光；以及 第二反射元件，其與所述第二光源光學(xué)地關(guān)聯(lián)，所述第二反射元件被配置來反射在至少第一波長范圍內(nèi)的光。
15.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，還包括第二分色元件，放置在所述第一光源的光路和所述第二光源的光路中。
16.如權(quán)利要 求15所述的照明裝置，其中所述第二分色元件被配置來使在第二波長范圍內(nèi)的光通過，并反射第一波長范圍內(nèi)的光，所述第二分色元件操作來光學(xué)地將通過所述第一分色元件的光與從所述第二光源發(fā)射的光組合。
17.如權(quán)利要求15所述的照明裝置，還包括: 第一準(zhǔn)直透鏡，放置在所述第一光源和所述第二分色元件之間的光路中；以及 第二準(zhǔn)直透鏡，放置在所述第二光源和所述第二分色元件之間的光路中。
18.如權(quán)利要求17所述的照明裝置，還包括會聚透鏡，用于將所述第一光源和第二光源光學(xué)地連接到光纖線，所述會聚透鏡放置在所述第二分色元件和所述的光纖線之間的光路中。
19.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，其中所述第二反射元件包括用于使從所述第二光源發(fā)射的光能夠旁通所述第二反射元件的孔。
20.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，其中所述第一光源和第二光源的至少一個包括發(fā)光二極管。
【文檔編號】A61B3/10GK103889315SQ201280051837
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】A·M·阿特斯約克霍維奇, M·J·帕帕克, R·T·史密斯 申請人:愛爾康研究有限公司