[發明專利]高輻射發光二極管光引擎

有效

• 申請號: 201580065803.8
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN107111046B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 托馬斯·約翰·布魯基拉克奇奧
• 申請（專利權）人: 光學創新股份有限公司
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王小衡;王天鵬

描述了一種發光二極管(LED)高輻射照明系統，其包括至少一個LED管芯和錐形收集光學器件。在錐形收集光學器件恢復光的輸出端處的反射表面中的孔徑被配置為向相鄰的光纖束發射光。圍繞孔徑的反射表面通過錐形收集光學器件反射光，導致增加的輻射。該系統在近場和遠場中提供均勻的高強度，并且適用于包括具有高顯色指數的手術和顯微鏡照明以及穩定和可調節的強度和相關顯色的應用。照明可以包括一種或多種顏色，包括白光。該系統具有改善的熱和光學性能，并且通常相對于常規系統更緊湊且成本更低。

相關申請

本申請要求于2014年12月2日提交的并且題為“High Radiance Light EmittingDiode Light Engine”的美國臨時專利申請序列號62/086,368的更早申請日的權益，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明一般涉及一種高輻射發光二極管(LED)光源，其被表征為高平均顯色指數(CRI)，并且R9值在相關色溫(CCT)從大約3000開爾文至8,000 開爾文的范圍內大于85，該范圍跨越了手術照明應用的常見感興趣的范圍。高輻射LED光源可以被用于為熒光顯微鏡領域提供高輻射窄帶熒光激發照明。高輻射LED光源可以被耦接到標準的三毫米液體光導中，諸如被用于顯微鏡照明或手術前大燈或兩到五毫米直徑光纖光導的那些，諸如在內窺鏡手術應用中使用的那些。高輻射LED光源可以包括其全光譜上的光功率的閉環控制，以保持隨時間和溫度的光規格。

背景技術

高輻射發光二極管(LED)光源對于手術和顯微鏡照明中的挑戰性應用需求很高。手術和顯微鏡照明領域中的現有技術典型地利用鎢或鎢鹵素、金屬鹵化物、短弧氙燈、短弧汞燈、或最近的包括預先包裝的高亮度白色LED的系統。對于許多更苛刻的手術應用而言，鎢鹵素源沒有足夠的輻射，并且壽命非常短，大約僅數百小時或更少。金屬鹵化物、短弧氙燈和短弧汞燈需要大約數十千伏的高電壓來啟動電弧，這可能是手術室中相對于EMI關注的問題。弧燈也遭受電弧閃爍，這需要使光學器件均質化，這進一步降低了源輻射。此外，金屬鹵化物、氙燈和汞燈使用有毒汞，由于毒性問題而造成其被管理機構強制退出市場。基于LED的手術照明源提供長壽命和高輻射的優點，但是商業上可用的單元遭受大約65至80的非常低的CRI，并且沒有用戶可調節的CCT。此外，由于它們典型地僅由白色LED管芯制成，因此CCT通常隨強度增加而增加，并且因此不穩定。

發明內容

本文描述的LED光源的實施例不包含汞，在CCT中是可控的和穩定的，并且在大范圍的CCT內具有范圍在85和98之間的CRI。LED管芯的多個顏色上的閉環控制被用于隨時間和溫度變化獲得可調節和穩定的CRI和CCT。鎢、金屬鹵化物以及氙和汞短弧燈兩者的嚴重局限性在于它們被表征為壽命短，大約只有數百到低數千小時，并且在一生中，它們的產量可能會惡化多達百分之五十或者更多。在最初的一百個小時之內，已知氙短弧燈降低了其初始強度的大約二十到百分之二十五。使用基于閉環LED的系統，可以超過2萬小時的產品的壽命內，強度可以保持穩定。術語輻射是指每單位立體角的每單位面積的光功率，其是測量至具有固定面積并在固定角度范圍內發送的光纖的輸入的優選度量。對光功率的眼睛響應被描述為亮度，其是輻射度項輻射的光度對等物。

手術照明包括直接視覺應用，諸如通過由人眼直接觀察的開放手術部位的光纖照明，在深腔心臟手術中使用的手術前大燈和在纖維直徑的范圍內的內窺鏡手術。本發明的實施例可以被用作頭頂的手術照明的直接耦合光纖系統。顯微鏡照明包括廣譜普通顯微鏡照明和范圍在UVA和紅外光譜區域之間的窄帶熒光激發照明兩者，其中本發明理想地適用于并且優于所有現有的燈技術。本發明的實施例還存在許多其它用途，包括但不限于戲院照明、用于軍事應用的高強度聚光燈、可視和不可視兩者以及工業處理和控制。