CN105163650A - 具有经适配的光谱输出的光源 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于发光(例如生物标记)检测的白光聚光灯包括：发射初级光的至少一个固态发光元件；和将初级光的部分转换为二级光的多种波长转换材料，该波长转换材料被设置为独立波长转换域的阵列，其中不同的域包括产生不同的二级光发射带/峰的转换材料，每种转换材料适于将初级光转换为二级光，其中每种转换材料适于贡献于具有至少一个发射带/峰的总发射光谱，并且由所述转换材料提供的总二级光发射提供除去至少一个限定窄波长范围的宽带发射光谱，在至少一个限定窄波长范围内聚光灯不产生光发射或者产生显著减少的光发射，并且其中可以控制来自转换材料的组合光发射以形成所述光谱。

Description

具有经适配的光谱输出的光源
技术领域
本发明涉及利用波长转换材料用于提供期望光谱输出的固态发光装置、设备、以及照明系统。
背景技术
荧光生物标记(生物学标记)是可以用于检测诸如发病状态或者过程之类的生物学状态或者过程或者特定细胞或者组织类型的荧光分子。荧光生物标记可以例如用于检测诸如癌症之类的疾病。荧光分子可以被注射到患者体内或者生物学样品内并且在患癌位点积累。当用激发光辐射时，荧光分子产生预定义波长的光发射。因此，可以通过定位荧光信号以定位患癌组织。然而，荧光信号可能难以检测，特别在需要强烈照明的外科手术环境下。
US2011/0082369公开了用于在微创外科手术期间显示医学图像的装置。该装置的目标为改进组织的白光图像和例如通过注射发荧光的或者发光生物标记变得可成像的组织的增强图像的同时显示的临床应用。该装置包括显示组织的去饱和图像和与该去饱和图像组合的颜色增强图像的显示设备。去饱和图像和颜色增强图像之间的相对亮度被设置为提供经改进的信息内容。
然而，在本领域中仍然需要经改进的检测荧光分子、特别是荧光生物标记的手段，尤其是在外科手术环境下。
发明内容
本发明的目的是克服这一问题，并且提供具有适于便于荧光分子检测的发射光谱的光源，特别是聚光灯。
根据本发明的第一方面，通过适于产生白光的聚光灯来实现这一目的和其它目的，聚光灯包括：
-至少一个固态发光元件，适于发射初级光，和
-多种波长转换材料，适于将初级光的部分转换为二级光，并且被设置为独立波长转换域的阵列，其中不同的波长转换域包括产生不同的二级光发射带或者峰的波长转换材料，每种波长转换材料适于将初级光转换到二级光波长范围内，其中由所述波长转换材料提供的总二级光发射提供除去至少一个限定窄波长范围(在该窄波长范围内聚光灯不产生光发射或者产生的光发射显著减少)的宽带发射光谱，并且其中可以控制由波长转换材料转换的光的组合发射，以形成在所述至少一个限定窄波长范围内没有光发射或者具有显著减少的光发射的发射光谱。
通过“聚光灯”意指产生相对聚焦的光束以用于照射限定或者有限区域的人工光源(相对于用于一般照明的灯或者灯具)。
如本文所使用的，术语“波长带”指代电磁波谱的以纳米(nm)为单位的波长范围。“波长带”和“波长范围”可以互换使用。
如本文所使用的，“发射带”指代例如由发光元件或者发光材料发射的光的波长范围或者波长带。发射带通常包括发射峰，在发射带内某处具有强度最大值，并且在范围的端点附近具有较低的发射。在本发明的上下文中，“宽带发射”通常指代具有大于50nm的半高全宽(FWHM)的发射峰的发射带。因此，“宽带发射光谱”指代包括这种发射峰的发射光谱。
此外，“窄带发射”、“窄发射带”指代具有50nm或者更小的半高全宽(FWHM)的发射峰的发射带。
在其中没有或者仅有低光发射的波长带的上下文中，“窄波长范围”通常指代具有100nm或者更小、诸如60nm或者更小、例如50nm或者更小的跨度的波长范围。
在本发明的上下文中，由固态发光元件发射的光被称为“初级光”或者有时被称为“泵激光”，并且通常旨在由发光材料至少部分转换。初级光可以是可见光，例如蓝光或者紫光，或者可以是UV光。
由发光材料(波长转换材料)通过将初级光转换所发射的光可以被称为“二级光”或者“转换光”。这种光通常为可见光。
根据本发明的聚光灯特别适合照射对象，从而生成要检测的荧光或者发光信号。聚光灯的发射光谱可以适于便于对任何荧光或者发光信号的检测。聚光灯可以发射全光谱白光，除了定位在其可以对应于荧光分子(标记)的发射的波长带处的光谱“孔洞(hole)”。通过“对应”在此处意指“孔洞”的波长带和荧光信号的波长带是相同的或者基本相同的，或者至少部分重叠。
由于聚光灯产生基本上白色的光，该白色的光优选地具有如在CIE色度图中表示的黑体线上或者附近的色点，其为包括外科手术在内的很多应用提供高质量的一般照明。
聚光灯包括多种波长转换材料，每种波长转换材料适于将初级光转换到二级光波长范围内，其中每种波长转换材料适于贡献于具有至少一个发射带或者峰的总发射光谱，并且其中可以控制由波长转换材料转换的光的组合发射，以形成在所述至少一个限定窄波长范围内没有光发射或者具有显著减少的光发射的发射光谱。因此，可以控制总发射光谱，以便于对特定荧光或者发光信号的检测。
具体而言，聚光灯包括独立波长转换域的阵列，其中不同的波长转换域包括产生不同的二级光发射带或者峰的波长转换材料。这种波长转换域可以例如经由相应的泵激LED元件或者经由掩蔽构件而独立可控。在一些实施例中，聚光灯可以进一步包括被设置为掩蔽至少一个波长转换域以免接收初级光的掩蔽构件。掩蔽构件可以是可控的，以掩蔽不同的波长转换域。备选地，或者附加地，聚光灯可以包括多个独立可控的固态光源(发光元件)，其中每个波长转换域被设置为接收由所述独立可控固态光源之一发射的光。至少一种波长转换材料可以包括一种或者几种类型的量子点。备选地或者附加地，至少一种波长转换材料包括一种或者几种类型的有机波长转换材料。量子点和有机波长转换材料两者是有利的，因为它们产生窄发射带，并且可以与其它类型的量子点和/或有机波长转换材料组合以产生全光谱白光。
在本发明的实施例中，聚光灯进一步包括光传感器和控制单元，控制单元操作连接到光传感器以及所述可控掩蔽构件和/或所述独立可控光源，其中所述控制单元适于控制聚光灯的发射光谱。因此，聚光灯可以适于响应于由光传感器检测到的荧光或者发光信号，自动控制所发射的光的强度光谱。
根据本发明的第一方面的聚光灯在医学或者实验室环境下特别有用，在这些环境下执行荧光标记的检测，例如在外科手术期间，或者在对患者或者生物学样品的检查期间。
因此，在另一方面中，本发明提供包括如本文所描述的聚光灯的电筒。电筒光可以为头戴式电筒或者手持式电筒。
在另一方面中，本发明提供了包括如本文所描述的至少一个聚光灯的外科手术照明系统。
通过“外科手术光源”意指诸如聚光灯之类的、旨在于在外科手术或者医院环境下使用、用于例如在外科手术或者医学检查期间的照明的光源。通过“外科手术照明系统”意指如下照明装置：包括至少一个外科手术光源、配件、以及例如用于安装在天花板中或者墙壁上的支撑结构，并且可选地包括诸如反射器、透镜等之类的光学部件。
在又一方面中，本发明提供了如本文所描述的聚光灯用于照射包括荧光分子的对象的使用。在一些实施例中，荧光分子发射在某个波长范围内的光，该波长范围对应于其中聚光灯不产生光发射或者产生低强度光发射的波长范围。在一些实施例中，聚光灯产生在其中荧光分子具有吸收峰的波长范围内包括发射峰的发射光谱；因此来自聚光灯的发射可以提供用于由荧光分子转换的初级光并且因此增强荧光信号。
在其它方面中，本发明提供检测荧光分子的方法，该方法包括使用如本文所描述的聚光灯照射包括荧光分子的对象。在本发明的实施例中，荧光分子可以为生物标记，并且被照射的对象可以为生物学材料。
最后，在其它方面中，本发明提供操作聚光灯的方法，聚光灯包括发光装置、光传感器、以及操作连接到光传感器以及可控掩蔽构件和/或独立可控光源的控制单元，该方法包括：
-通常使用光传感器检测由聚光灯照射的对象发射的光；
-分别控制至少一个固态发光元件或者掩蔽构件的操作，以阻止或者减少由要被照射的对象发射的波长范围的光的发射；以及
-使用由聚光灯发射的光照射对象。
通常，控制至少一个固态发光元件的操作的步骤至少部分地由控制单元执行。
要注意的是，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参照示出了本发明的(多个)实施例的附图更详细地描述本发明的这一方面和其它方面。
图1a是图示了根据本发明的实施例的光源的示例性发射强度光谱的图。
图1b是示出了可以使用具有如图1a所示的光谱的光源检测的荧光分子的发射光谱的图。
图2示出了根据本发明的实施例的光源的另一示例性发射光谱。
图3是在本发明的实施例中使用的发光装置的侧视图。
图4a示意性地示出了如在本发明的实施例中使用的多个发光元件和波长转换材料以及所产生的发射光谱。
图4b示意性地示出了如在本发明的其它实施例中使用的多个发光元件和波长转换材料以及所产生的发射光谱。
图5a是包括如在本发明的实施例中使用的掩蔽构件的发光装置的侧视图。
图5b是图示了如图5a所示的发光装置的示例性发射光谱的图。
图6a至图6b是包括如在本发明的实施例中使用的电可控掩蔽构件的发光装置的示意性侧视图。
图7a是包括特定波长滤波器或者吸收材料的发光装置的侧视图。
图7b是示出了如图7a所示的发光装置的示例性发射光谱的图。
图8示意性地表示根据本发明的实施例的光源的部件，包括用于检测由荧光分子发射的光的光传感器、控制单元、以及发光装置。
图9是表示操作根据本发明的实施例的光源的方法的框图。
图10是图示了穿戴包括根据本发明的实施例的聚光灯的头戴式电筒的人的侧视图。
图11是图示了根据本发明的实施例的外科手术照明系统的透视图。
如图所示，层和区域的尺寸为了说明性目的而被夸大，并且因此被提供用于图示本发明的实施例的一般结构。自始至终，相同的附图标记指代相同的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于透彻性和完整性，并且向技术人员充分传达本发明的范围。
本发明人意识到，在外科手术期间检查注射有荧光生物标记的组织时，外科手术光可能与来自标记的发射重叠，这使得难以辨别来自生物标记的荧光。发明人发现，使用在发射强度光谱中在对应于荧光标记分子的发射的波长带处具有“孔洞(hole)”或者“跌落(dip)”的光源(通常为聚光灯)可以增加标记的可检测性，同时仍然提供对于例如外科手术程序的良好可见性而言所需要的白光。所提出的光源可以使用诸如发光二极管(LED)之类的一个或者多个固态发光元件和一种或者多种波长转换材料(磷光体)来提供，很可能结合波长阻挡或者吸收构件。此外，发明人发现，产生对应于标记的吸收的光谱峰的光源可以进一步增加标记的可检测性。
荧光标识包括将荧光团以共价键附接到诸如蛋白质或者核酸之类的目标分子。这通常使用选择性绑定到目标分子的官能团的荧光团的反应衍生物来实现。目标分子可以被用作检测生物学样品中或者患者体内的目标的探头。
反应荧光染料可以从很多来源获得，并且可以具有用于附接至目标分子内的各种官能团的不同反应基团。常用的反应基团包括：
-诸如FITC和TRITC之类的荧光素和若丹明的衍生物；对伯胺反应，以形成兴趣化合物和染料之间的硫脲链接。
-诸如NHS荧光素之类的琥珀酰亚胺酯；对胺基反应，以形成胺基键。
-诸如荧光素-5-马来酰亚胺之类的马来酰亚胺激活荧光团；容易与巯基反应。巯基添加到马来酰亚胺的双键。
此外，量子点也可以被用作荧光标记。在本发明的实施例中，可以使用任何已知类型的荧光标记。
图1a是图示了根据本发明的实施例的光源的示例性发射强度光谱的图。光源(通常为聚光灯)发射除去光谱“孔洞”11的全光谱白光10。如图1b示意性所示，光谱“孔洞”11位于对应于荧光分子的发射13的波长范围12处。通过“对应”在这里意指“孔洞”11的波长范围12和发射13的波长范围相同或者基本上相同，或者至少部分重叠。
光源的发射光谱可以例如通过使用发射蓝色或者UV的固态发光元件(通常为至少一个LED元件)和一种或者多种波长转换材料来获得。图2示出了根据本发明的实施例的光源的另一示例性发射光谱，该光源使用至少一个蓝色LED元件和多种波长转换材料(例如量子点和/或有机磷光体)。至少一个LED元件提供蓝光发射20，并且波长转换材料(其使用由LED发射的蓝光的部分进行转换)提供二级光发射峰23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23h。波长转换材料的邻近发射带可以部分重叠，使得得到的光谱在比单一波长转换材料的发射带更宽的波长范围之上是连续的。而且，来自LED元件的发射可以部分重叠二级发射的发射带(例如峰23a)。与来自LED元件的发射20组合的来自波长转换材料的发射23跨越可见光波长范围，从而提供白光，除去其中没有发射的限定的波长范围22，从而在发射光谱中形成“孔洞”21。孔洞通常对应于要使用光源检测的荧光分子的发射。
在将在下面更详细描述的一些实施例中，在对应于要检测的荧光标记分子的发射的波长带中可以有一些低强度发射，然而在这种实施例中，该发射带的发射强度比由光源发射的光谱的其余部分的平均强度低得多(例如具有表现为50％或者更少，诸如30％或者更少，例如10％或者更少的强度峰)。
有各种方法实现包括“孔洞”11、21的上述发射光谱10、23。
在本发明的实施例中，相似于图2所示的光谱可以通过使用至少一个固态发光元件(这里为LED元件)和多种波长转换材料来获得。图3示出了在本发明的实施例中使用的发光装置100，其包括被设置在反射式光混合腔室103的底部部分102上的多个LED元件101a-e，反射式光混合腔室103包括至少一个反射式侧壁104(例如圆柱形侧壁)和光出射窗口105。每个LED元件101a-e设置有相应的波长转换材料106a-e，从而在这里形成多个磷光体转换LED。然而，设想的是，波长转换材料不需要如图3中的情况那样被直接设置在相应LED元件的顶部上，而是可以被提供在关于LED元件更远的位置处。每个LED元件和其相应的波长转换材料还可以被提供在单独的反射式腔室、杯体、隔间等中，以减少邻近LED之间的串扰。在一些实施例中，可以使用一个或者多个LED元件，并且波长转换材料106a-e可以被提供在远离(多个)LED元件的位置处，例如在光出射窗口105中，使得由特定LED元件发射的光可以被多于一种波长转换材料接收。
(多个)LED元件可以发射例如蓝光、或者UV光。如果使用发射UV的LED元件，蓝色波长转换材料可以用于将UV光的部分转换为蓝光，并且其它波长转换材料通常适于将UV光转换到相应二级光波长范围内。如果使用发射蓝色的LED元件，可以省略蓝色波长转换材料。
每种类型的波长转换材料106a-e提供可以贡献于总输出光谱的单独发射带(通常包括发射峰)，该总输出光谱通常被感知为白光。作为示例，在一个实施例中，蓝色LED与黄色波长转换材料、橙色波长转换材料、橙红色波长转换材料、以及暗红色波长转换材料组合使用。然而，发光装置可以缺少绿色波长转换材料，使得在光谱的绿色部分中不产生发射，从而在光谱中形成“孔洞”。
如图3所示，在本发明的实施例中，发光装置可以包括多个磷光体转换LED，其中一个LED与特定波长转换材料关联并且泵激该特定波长转换材料。在这种实施例中，波长转换材料106a-e可以一起呈现整个可见光谱(可能除了蓝色之外，蓝色可以由LED元件的初级光提供)，即光源不需要缺少特定波长转换材料以便于在总发射光谱中产生“孔洞”。代之，如图4a示意性所示，与发射对应于要检测的荧光分子的发射的波长范围的光的波长转换材料106b关联的LED元件101b可以简单地关闭。备选地，如图4b示意性所示，可以控制LED元件101d产生相比于其它磷光体转换LED的发射而言的低强度光发射，使得关联的波长转换材料106d的发射显著减少，从而在总发射光谱中形成“跌落”。
LED元件可以独立可控。
要注意的是，光谱“孔洞”或者“跌落”可以表示对应于任何荧光分子的发射的任何期望的波长范围。
如图5a所示，在本发明的另一实施例中，发光装置500包括被设置在相似于上文参照图3描述的光混合腔室内的多个LED元件501a-e(通常为蓝色LED元件)。在这一实施例中，多个波长转换域506a-f被提供在光出射窗口505中以接收来自LED元件的光，每个波长转换域包括特定类型的波长转换材料。要注意的是，波长转换材料和/或波长转换域的数目不需要与LED元件的数目相同。实际上，可以使用单个LED元件代替多个LED元件501a-e。
此外，掩蔽构件507被提供在从LED元件501a-e到光出射窗口的光路径中，以阻止来自LED元件的光抵达至少一个波长转换域(在这里为波长转换域506d)。掩蔽构件507可以具有与波长转换域的尺寸相似或者相同的尺寸。图5b示出了可以通过掩蔽波长转换域506d获得的示例性发射光谱。
如通过比较图4a至图4b和图5b所示的光谱可以理解的，可以通过不同的手段获得相似或者相同的发射光谱，在这里通过下调或者关闭特定LED元件、或者部分或者完全掩蔽特定波长转换材料以免接收初级光。
在一些实施例中，掩蔽构件507可以在(多个)LED元件和波长转换域之间的平面内的不同位置之间移动，使得可以控制该掩蔽构件以掩蔽波长转换域505a-f中的任何一个。掩蔽构件可以例如由光源的使用者机械或者电可控。
在一个实施例中，掩蔽效应的控制可以通过电手段实现。例如，掩蔽构件可以包括电可控层，该电可控层包括多个独立可控掩蔽域，每个域被设置为能够掩蔽波长转换域。电可控层可以例如包括电光器件，该电光器件的光学性质(特别是光透射)可以通过电势的应用进行控制。图6a至图6b图示了这种电可控层形式的掩蔽构件607的示例，其包括被设置在光源601和波长转换域606a-f之间的光路径中的多个独立可控掩蔽域607a-f。每个掩蔽域607a-f可以在光透射状态(例如图6a中的域607b-f，以及图6b中的域607a和607c-f)和光阻挡或者掩蔽状态(图6a中的域607a，以及图6b中的域607b)之间可逆切换，在光透射状态下，光(由箭头指示)可以由如从固态发光元件601所见的位于所述掩蔽域之后的对应波长转换域接收，在光阻挡或者掩蔽状态下，掩蔽域是非透射的并且因此阻挡光抵达对应的波长转换域。合适的电可控设备的示例包括诸如聚合物分散液晶(PDLC)设备或者液晶凝胶设备之类的液晶设备、平面内开关电泳设备、电致变色设备、以及电润湿设备。
图7a至图7b图示了包括与特定波长滤波器或者吸收材料组合的一种或者多种波长转换材料的光源。在一个实施例中，发光装置700包括被设置在反射式腔室703中的一个或者多个LED元件701，该反射式腔室可选地相似于参照图3描述的反射式腔室，并且该发光装置包括被设置在光出射窗口705中以接收由LED元件701发射的光的至少一种波长转换材料706。波长转换材料706可以是提供宽带发射的单一波长转换材料，或者可以由多种发射不同窄带的、一起提供宽带发射的波长转换材料构成，使得LED元件和(多种)波长转换材料的组合发射可以被感知为白色。
此外，在波长转换材料706的光输出侧(即如在来自LED元件701a-e的光路径中所见的，在波长转换材料706的下游)，提供可以吸收和/或反射特定波长范围的光的特定波长滤波器707，该特定波长范围对应于其中期望减少的发射或者没有发射的波长范围，例如绿光。其它波长通常被透射。在图7b中示出了在表示绿光的发射带处具有强度跌落的示例性的得到的发射光谱。可能的是，特定波长滤波器707可以完全阻挡特定波长范围的透射，以在发射光谱中产生“孔洞”。
在本发明的实施例中，光源的发射光谱可以包括其中荧光分子具有吸收峰的波长范围内的强度峰。因此，通过供应附加的激发光，光源可以增强来自使用该光源照射的标记分子的荧光信号，这可以进一步增加标记分子的可检测性。例如通过使用供应相关发射带的附加发光元件和/或波长转换材料，或者通过控制供应相关发射带的磷光体转换发光元件以发射相对于光源的其它发光元件来说强度增加的光，可以实现强度峰。
在本发明的实施例中，可以根据要检测的荧光分子来控制由光源发射的发射光谱。例如，可以通过手动调整光源以产生在期望位置处(例如其可以是若干可能的预定波长范围之一的预定波长范围)具有光谱孔洞的光，适配发射光谱。在这种实施例中，光源通常包括可以由光源的使用者操作的调整构件、以及操作连接调整构件和发光装置的(多个)相关部分(例如一个或者多个LED元件和/或掩蔽构件)的控制设备。
备选地，如图8所示，根据本发明的实施例的光源810可以适于响应于来自包括荧光分子802的对象801的荧光信号S而自动控制发射光E的强度光谱。在这种实施例中，光源810可以包括其可以如上面参照图3至图7中的任何一个描述的那样的发光装置800、用于检测荧光信号S的光传感器820、以及用于从光传感器820接收关于荧光信号的信息的控制单元830，控制单元操作连接到发光装置800的(多个)相关部分以控制例如(多个)LED元件和/或掩蔽构件的操作，以便于产生输出发射光谱E，该输出发射光谱在对应于检测到的荧光信号S的波长范围内没有发射或者具有减少的发射。
图9是示意性图示了操作根据本发明的实施例的光源(例如聚光灯)的方法的框图。方法包括检测由包括荧光分子的对象发射的光的步骤910。旨在使用光源照射对象。步骤910可以由如上文描述的光传感器执行，或者通过使用者对对象的视觉检查来执行。步骤920包括控制光源的至少一个固态发光元件的操作和/或控制掩蔽构件的操作，以部分或者完全阻止或者减少由荧光分子发射的波长范围的光的发射，以便于产生在所需要的位置处具有“孔洞”或者“跌落”的经适配的发射光谱。步骤930包括使用产生所述经适配的发射光谱的光源照射对象。
在本发明的实施例中，(多种)波长转换材料可以包括一个或者多个无机磷光体、一个或者多个有机磷光体、和/或量子点。
无机波长转换材料的示例可以包括但不限于铈(Ce)掺杂的YAG(Y3Al5O12)或者LuAG(Lu3Al5O12)。Ce掺杂的YAG发射淡黄色的光，而Ce掺杂的LuAG发射淡黄绿色的光。发射红光的其它无机磷光体材料的示例可以包括但不限于ECAS(Ca1-xA1SiN3:Eux，其中0<x≤1；优选地0<x≤0.2)和BSSN(Ba2-x-zMxSi5-yA1yN8-yOy:Euz，其中M表示Sr或者Ca，0≤x≤1、0<y≤4并且0.0005≤z≤0.05，优选地0≤x≤0.2)。一种或者多种无机材料可以被用作唯一的(多种)波长转换材料，或者可以与一种或者多种有机磷光体和/或量子点组合。
有机磷光体的优势在于，可见光波长范围内的发射光谱的带宽和位置可以通过选择发射期望波长分布的光的特定分子结构，按期望容易地设计。通过组合具有不同发射特性的有机磷光体分子，可以获得具有期望的光谱“孔洞”的发射光谱。有机波长转换材料(可选地与(多种)无机磷光体材料和/或量子点)的任何合适组合可以在本发明中使用。可以使用的有机波长转换材料的示例包括基于苝衍生物的有机发光材料，例如由BASF出售的名为的化合物。合适的化合物的示例包括但不限于RedF305、OrangeF240、YellowF083以及F170。
量子点是半导体材料的小晶体，通常具有仅几个纳米的宽度或者直径。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此通过适配点的尺寸，可以产生特定颜色的光。大多数已知的具有在可见范围内的发射的量子点基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用诸如磷化铟(InP)以及铜铟硫(CuInS2)和/或银铟硫(AgInS2)之类的无镉量子点。量子点示出非常窄的发射带。任何特定尺寸的量子点通常具有其具有在30至60nm范围内的半高全宽(FWHM)的光分布(发射峰)。此外，发射颜色可以通过适配量子点的尺寸而容易地调谐。本领域已知的任何类型的量子点可以在本发明中使用。然而，由于环境安全和关注的原因，可能优选使用无镉量子点或者至少具有相对低的镉含量的量子点。相比于无镉量子点，基于镉的量子点通常具有更小的FWHM。
在本发明的实施例中，通常(可选地与一种或者多种其它无机和/或有机磷光体)组合使用若干类型的量子点。备选地，单个类型的量子点可以与一种或者多种无机和/或有机磷光体组合使用。
例如，在本发明的实施例中，可以使用从具有如表1指出的发射范围的材料1至16当中选取的多种波长转换材料(通常为量子点)。表1
波长转换材料类型 发射波长(经转换的) 发射的光的颜色
1 400-440nm 蓝紫色(BV)
2 440-460nm 紫蓝色(VB)
3 460-480nm 蓝色(B)
4 480-490nm 绿蓝色(GB)
5 490-500nm 蓝绿色(BG)
6 500-530nm 绿色(G)
7 530-560nm 黄绿色(YG)
8 560-570nm 绿黄色(GY)
9 570-580nm 黄色
10 580-590nm 橙黄色(OY)
11 590-600nm 黄橙色(YO)
12 600-620nm 橙色(O)
13 620-640nm 红橙色(RO)
14 640-700nm 橙红色(OR)
15 700-750nm 红色(R)
16 750-800nm 近红外(NIR)
可选地，所有16种类型的材料可以一起使用，虽然还可能使用少于16种不同类型的材料。例如，在本发明的实施例中，可以使用至少三种、并且通常至少五种从表1所列出的材料1至16选取的不同波长转换材料。通常，使用足够的波长材料提供产出白光的总发射光谱，该白光优选地具有如在CIE色度图中表示的黑体线上或者附近的色点。
在本发明的实施例中，波长转换材料可以被直接提供在固态发光元件上，从而例如形成如例如图3所示的磷光体转换LED。备选地，波长转换材料可以被提供在与固态发光元件相距小的距离处，有时称为“近程模式”或者“近程配置”。在又一些其它实施例中，波长转换材料可以远离固态发光元件定位(还称为“远程磷光体”或者“远程配置”)，例如如图5a、图6a至图6b、图7a中的任何一个所示。
虽然上面参照附图描述的固态发光元件由蓝色UVLED元件表示，但是设想的是，可以使用其它固态发光元件，从而包括例如其它颜色(例如紫色)的LED元件、有机发光二极管(OLED)、以及激光二极管。固态发光元件通常是便宜的并且具有高效率和长寿命。
本文所描述的由发光装置、光源、聚光灯等发射的光(总发射光谱)优选地为白光，该白光可以具有如在CIE色度图中所见的黑体线上的色点。此外，所发射的光可以具有至少80的显色指数(CRI)。
根据本发明，上文描述的发光装置被有利地利用在聚光灯中，特别是作为外科手术光源或者在外科手术光源中使用的聚光灯。图10示出了旨在由人(例如外科手术人员)穿戴的包括聚光灯91的头戴式电筒90，聚光灯包括至少一个如本文所描述的发光装置。头戴式电筒通常包括安装在可调整构件上的至少一个聚光灯，该可调整构件适于穿戴在头上。备选地，如上文描述的发光装置可以在手持式电筒中使用。
图11示出了由包括多个聚光灯92的外科手术照明系统900表示的本发明的另一实施例，在这里多个聚光灯以外科手术照明系统中常规的三乘三的方式设置。该照明系统通常适于例如使用可调整和/或可延伸支撑臂93，安装在房间的(例如如图10所示的操作室的)天花板中、或者墙壁上、或者站立式支撑上。
上文描述的发光装置、光源、以及聚光灯等可以有利地用于照射包括荧光分子(特别是具有对应于如上文所述的发光装置、光源、聚光灯等的发射光谱中的“孔洞”或者“跌落”的发射峰的荧光分子)的对象。因此，可以在用于检测荧光分子的方法中采用该发光装置、光源、以及聚光灯等，该方法包括使用根据本发明的实施例的光源、聚光灯等照射包括荧光分子的对象的步骤。
在实施例中，荧光分子可以是生物标记，并且包括该生物标记的对象可以是生物学材料。生物学材料的示例包括活着的或者死亡的生物学材料，诸如从活着的或者死亡的有机体；细胞；组织；器官；以及人和动物对象(例如经历或者将要经历医学检查、诊断、治疗和/或外科手术的患者)取得的生物学样品。
本领域技术人员意识到，本发明决不限于上文描述的优选实施例。相反地，在所附权利要求的范围内，很多修改和变化是可能的。例如，本文所描述的发光装置、光源、聚光灯等可以用于检测除了外科手术或者医学之外的环境和上下文中的荧光分子，诸如检测或者增强其它技术(非医学)领域内的研究和/或商业应用、安全应用、装饰应用等中的荧光信号。
此外，对所公开的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明中，从学习附图、公开内容以及所附权利要求中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种适于产生白光的聚光灯，包括：
-至少一个固态发光元件(101a-e、501a-e、601、701)，适于发射初级光，和
-多种波长转换材料，适于将所述初级光的部分转换为二级光，被设置为独立波长转换域(106a-e、506a-f、606a-f)的阵列，其中不同的波长转换域包括产生不同的二级光发射带或者二级光发射峰的波长转换材料，每种波长转换材料适于将初级光转换到二级光波长范围内，其中每种波长转换材料适于贡献于具有至少一个发射带或者发射峰(23a-g)的总发射光谱，并且由所述波长转换材料提供的总二级光发射提供除去至少一个限定窄波长范围(12、22)的宽带发射光谱(23)，在所述至少一个限定窄波长范围内所述聚光灯不产生(11、21)光发射或者产生显著减少(24)的光发射，并且其中能够控制由所述波长转换材料转换的光的组合发射(23)，以形成在所述至少一个限定窄波长范围(12、22)内不具有(11、21)光发射或者具有显著减少(24)的光发射的发射光谱。
2.根据权利要求1所述的聚光灯，进一步包括被设置为掩蔽至少一个波长转换域以免接收初级光的掩蔽构件(507、607)。
3.根据权利要求1所述的聚光灯，包括多个独立可控固态光源(101a-e)，其中每个波长转换域(106a-e)被设置为接收由所述独立可控固态光源之一发射的光。
4.根据权利要求1所述的聚光灯，其中所述至少一种波长转换材料包括一种或者几种类型的量子点。
5.根据权利要求1所述的聚光灯，其中所述至少一种波长转换材料包括一种或者几种类型的有机波长转换材料。
6.根据权利要求2或者3所述的聚光灯，进一步包括光传感器(820)和控制单元(830)，所述控制单元操作连接到所述光传感器以及所述可控掩蔽构件和/或所述独立可控光源，其中所述控制单元适于控制所述聚光灯的所述发射光谱。
7.一种头戴式电筒(90)，包括根据权利要求1所述的聚光灯(91)。
8.一种手持式电筒，包括根据权利要求1所述的聚光灯。
9.一种外科手术照明系统(900)，包括至少一个根据权利要求1所述的聚光灯(92)。
10.一种根据权利要求1所述的聚光灯用于照射包括荧光分子的对象的使用。
11.根据权利要求10所述的使用，其中所述荧光分子发射在某个波长范围内的光，所述某个波长范围对应于其中所述聚光灯不产生光发射或者产生低强度光发射的波长范围。
12.根据权利要求10所述的使用，其中所述聚光灯产生包括其中所述荧光分子具有吸收峰的波长范围内的发射峰的发射光谱。
13.一种检测荧光分子的方法，包括使用根据权利要求1所述的聚光灯照射包括所述荧光分子的对象。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述荧光分子为生物标记，并且被照射的所述对象是生物学材料。
15.一种操作根据权利要求6所述的聚光灯的方法，包括：
-检测(910)由要被所述聚光灯照射的对象发射的光；
-分别控制(920)至少一个固态发光元件或者所述掩蔽构件的操作，以阻止或者减少由要被照射的所述对象发射的波长范围的光的发射；以及
-使用由所述聚光灯发射的光照射(930)所述对象。
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