ES2248534T3 - Dispositivo para generar luz blanca. - Google Patents
Dispositivo para generar luz blanca.Info
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Abstract
Dispositivo para generar luz blanca, que comprende: - un láser de semiconductor (10) para la emisión de radiación láser (12, 16) en el dominio espectral azul y/o violeta y/o ultravioleta, y - un conductor óptico (18, 18¿) para generar luz blanca, con el que se acopla la radiación láser al menos parcialmente, estando dopado el conductor óptico (18, 18¿) con colorantes fluorescentes (26) excitables directa o indirectamente a través de la radiación láser de tal modo que se emita luz blanca (24; 24¿) a través de la superposición de radiaciones fluorescentes en el extremo (22; 22¿) del conductor óptico, caracterizado porque - los colorantes fluorescentes (26) y la radiación láser están ajustados de tal forma que la radiación fluorescente de un colorante fluorescente sirva como luz de bombeo para otro colorante fluorescente.
Description
Dispositivo para generar luz blanca.
La invención se refiere a un dispositivo para
generar luz blanca. Se entiende aquí por luz blanca, en particular,
radiación electromagnética en el dominio visible del espectro,
estando compuesta la radiación espectralmente de modo que se consiga
al menos aproximadamente la impresión visual de luz blanca.
En particular, para iluminar el espacio interior
del ojo, se utiliza frecuentemente luz blanca. Para ello, se
introduce en el espacio interior del ojo un conductor óptico delgado
con, por ejemplo, un diámetro de menos de un milímetro
(preferiblemente de menos de 0,7 mm). Un conductor óptico de este
tipo tiene una apertura numérica de, por ejemplo, 0,37. Para fines
de diagnóstico es necesaria generalmente una intensidad de
iluminación de hasta 100.000 lux en el interior del ojo humano.
A partir del estado de la técnica para generar
luz blanca se conocen las lámparas de incandescencia o lámparas de
descarga. Las lámparas de este tipo son en realidad suficientemente
potentes pero presentan algunos problemas técnicos, a saber, en
particular, un desarrollo de calor grande, una estructura de gran
tamaño, una modificación del tono blanco durante una modificación de
potencia, una eficiencia de acoplamiento pequeña con un conductor
óptico, en las lámparas de descarga una electrónica de potencia
costosa y, en general, una vida útil corta.
Asimismo, se conoce en el estado de la técnica la
generación de luz blanca por mezcla aditiva (superposición) de dos o
tres colores básicos y la utilización para ello de diodos de emisión
de luz (LED) o láseres. Los LEDs son actualmente demasiado débiles
en su luminosidad y los láseres en forma de diodo (láser de
semiconductor) todavía no están disponibles en todos los colores y
potencias necesarios. Otros tipos de láser, como láser de cuerpo
sólido o láser de gas, son muy costosos.
El documento DE 198 53 106 A1 da a conocer un
cuerpo moldeado fluorescente que contiene una o varias sustancias
fluorescentes en plástico. Una o varias fuentes de luz están
dispuestas de tal modo que su luz es irradiada hacia el cuerpo
moldeado y retransmitida en éste. La luz de la(s)
fuente(s) de luz excita a las sustancias fluorescentes, que
generan seguidamente luz visible. La luz visible se desacopla del
cuerpo moldeado y, por ejemplo, se utiliza para elementos
indicadores o unidades indicadoras ópticos o para iluminación.
El documento DE 195 31 455 da a conocer un láser
de cuerpo sólido-colorante bombeado por radiación
que comprende colorantes introducidos en plásticos que se excitan
por radiación para proporcionar radiación láser de onda corta. El
volumen activo del láser puede estar configurado en forma de fibras.
El láser puede presentar fibras dopadas de manera diferente que
proporcionen radiación en tres longitudes de onda dominantes, de
modo que puede conseguirse una mezcla de colores hasta obtener luz
blanca.
El documento EP 0 982 914 A2 da a conocer un
dispositivo para generar luz blanca para un escáner. El dispositivo
comprende como fuente de luz un LED cuya luz se acopla con una
varilla de conducción de luz. En la varilla de conducción de luz
están embebidas una banda no fluorescente y al menos una banda
fluorescente. El LED proporciona luz azul, violeta o ultravioleta.
Esta luz es emitida de nuevo por la banda no fluorescente en forma
esencialmente no modificada. En contraste con esto, la al menos una
banda fluorescente se excita por la luz del LED para proporcionar
luz de otra u otras longitudes de onda. La luz proporcionada por la
banda no fluorescente y la luz emitida por la al menos una banda
fluorescente se superponen, proporcionándose en conjunto luz
blanca.
La patente US nº 5.579.429 da a conocer una fibra
óptica fluorescente con la que se acopla luz de un láser. La fibra
comprende un núcleo de guía de radiación láser, que está cubierto
por una capa en la que están embebidos materiales fluorescentes. La
radiación que, desde el núcleo, atraviesa la capa fluorescente
excita la capa para proporcionar radiación de otra longitud de onda,
pudiendo proporcionarse luz blanca.
El documento EP 0 280 584 A1 da a conocer varias
fibras conductoras de luz dispuestas en paralelo que están dopadas
con diferentes sustancias fluorescentes. Las sustancias
fluorescentes proporcionan luz roja, azul y verde después de su
excitación por radiación láser, lo que produce luz blanca por
superposición.
La invención se basa en el problema de
proporcionar una fuente de luz blanca que remedie al menos
parcialmente los problemas antes citados del estado de la
técnica.
La fuente de luz blanca según la invención
presenta al menos un láser de semiconductor que emite radiación en
el dominio espectral azul y/o violeta y/o ultravioleta y al menos
un conductor óptico para la generación de luz blanca con el que se
acopla al menos parcialmente la radiación del láser de
semiconductor, estando dopado el conductor óptico con colorantes
fluorescentes excitables directa o indirectamente por la radiación
láser, de modo que se emita luz blanca por medio de la superposición
(mezcla) de diferentes porciones de radiación en el extremo del
conductor óptico. La generación de luz blanca puede realizarse así
con o sin la inclusión de la radiación de excitación.
Según la invención, los colorantes fluorescentes
y la radiación láser están ajustados de tal manera que la radiación
fluorescente de un colorante fluorescente sirve como luz de bombeo
para otro colorante fluorescente.
Según una realización preferida, se prevé que un
conductor óptico adicional que sea flexible esté conectado después
del conductor óptico previsto para generar luz blanca. Este
conductor óptico adicional se elige de tal forma que pueda guiar al
menos las frecuencias (modos) del conductor óptico conectado
delante. Puede tener también una apertura numérica (NA) más
elevada.
Una realización adicional del dispositivo prevé
que el conductor óptico previsto para la generación de luz blanca
tenga un diámetro menor de 1.000 \mum.
Se prevé preferiblemente que se disponga un
conductor óptico activo en el que se genere la luz blanca por
superposición de radiación, y que después de este conductor óptico
activo se conecte un conductor óptico pasivo que, preferiblemente,
sea muy flexible y tenga un diámetro reducido, por ejemplo menor de
0,7 mm. Según una realización preferida, este conductor óptico
pasivo puede introducirse, por ejemplo, en el interior del ojo.
Puede configurarse como una denominada "pieza a fondo
perdido".
Según una variante de la invención, se prevé que
el conductor óptico para generar luz blanca esté dopado con una
pluralidad de diferentes colorantes fluorescentes que emitan
fluorescencia en diferentes dominios espectrales.
Asimismo, pueden preverse varios conductores
ópticos que se extienden en paralelo para generar luz blanca. Los
diferentes conductores ópticos pueden estar dopados entonces con
diferentes colorantes fluorescentes.
Pueden preverse también varios láseres de
semiconductor cuyas radicaciones se acoplen con una o varias fibras,
pudiendo preverse en particular que las fibras individuales estén
dopadas con diferentes colorantes fluorescentes.
La invención incluye también el uso de uno de los
dispositivos descritos anteriormente como fuente de luz blanca para
iluminar el espacio interior del ojo.
Las ventajas de los dispositivos según la
invención anteriormente descritos son una estructura de tamaño
compacto, una gran robustez frente a desajustes, un desarrollo de
calor pequeño, una intensidad de iluminación fácilmente ajustable,
un tono blanco fácilmente ajustable y una interfaz (acoplamiento)
poco costosa entre la fuente de luz blanca y un conductor óptico
utilizado, en su caso, adicionalmente.
A continuación, se explican con más claridad
ejemplos de realización de la invención con la ayuda del dibujo. En
los dibujos, las figuras muestran:
la figura 1, esquemáticamente, un primer ejemplo
de realización de un dispositivo para generar luz blanca;
la figura 2, un detalle de un conductor óptico
según la figura 1 a escala ampliada;
la figura 3, un segundo ejemplo de realización de
un dispositivo para generar luz blanca en representación
esquemática; y
la figura 4, una sección a través de otro ejemplo
de realización de un dispositivo para generar luz blanca con varios
conductores ópticos.
En el ejemplo de realización según la figura 1,
se prevé un láser de semiconductor 10 (un diodo de láser LD) que
emite en el dominio espectral azul/violeta. Dicho láser sirve como
fuente de luz de bombeo. La característica de radiación
(característica de dirección de la radiación irradiada) de los
diodos de láser está orientada de forma relativamente fuerte de modo
que aproximadamente el 90% o más de la radiación electromagnética
irradiada pueda acoplarse con un conductor óptico sin mayores
pérdidas. La radiación azul y/o violeta y/o ultravioleta irradiada
desde el láser de semiconductor 10 se acopla con un conductor óptico
18 a través de una óptica de acoplamiento 14 (en la figura 1 se la
representa sólo esquemáticamente). La radiación entra a través de la
entrada 20 en el conductor óptico 18 y sale de éste a través de su
salida 22. En el ejemplo de realización según la figura 1, una
pluralidad de moléculas de colorantes fluorescentes 26 está cargada
como dopaje en el conductor óptico 18, y éstas son excitables de tal
manera por la radiación láser 16 que fluorescen en el dominio
espectral visible del espectro (visibles para el ojo humano). Los
colorantes fluorescentes 26 en el conductor óptico 18 son elegidos
de tal manera que se emita luz blanca 24 desde el conductor óptico
18 por la superposición de todas las aportaciones espectrales en el
extremo 22.
Los colorantes fluorescentes y la radiación láser
16 del láser de semiconductor 10 pueden elegirse aquí de tal modo
que la radiación láser excite directamente todos los colorantes.
Asimismo, es posible ajustar las moléculas de colorantes
fluorescentes y la radiación láser de modo que la luz fluorescente
de un colorante sirva como luz de bombeo para otro colorante. Los
colorantes y la luz láser, así como los parámetros del conductor
óptico pueden ajustarse también entre sí de forma que la radiación
láser 16 no sea absorbida completamente por los colorantes
fluorescentes, sino que proporciona una aportación espectral a la
luz blanca en el extremo 22 del conductor óptico.
La figura 2 muestra el conductor óptico 18 del
dispositivo según la figura 1 a escala ampliada, estando indicada
esquemáticamente el dopaje con moléculas de colorantes fluorescentes
26.
La figura 3 muestra un ejemplo de realización
adicional de un dispositivo para generar luz blanca, en el que están
separadas una de otra, por un lado, las funciones del conductor
óptico para generar luz blanca y, por otro lado, de un conductor
óptico para acoplar la luz blanca con, por ejemplo, el espacio
interior del ojo. Por tanto, los conductores ópticos pueden elegirse
de manera óptima para el fin correspondiente. En el ejemplo de
realización según la figura 3, la radiación 12' azul y/o violeta y/o
ultravioleta emitida por un láser de semiconductor 10' se acopla
directa o indirectamente, a través de una óptica de acoplamiento,
con un conductor óptico 18' que está dopado con colorantes
fluorescentes 26. La radiación de luz blanca 24' emitida en el
extremo 22' del conductor óptico 18' se acopla, a través de una
óptica de acoplamiento 14', con un extremo de un conductor óptico
28. El conductor óptico 28 tiene un diámetro tan pequeño que se
puede introducir en el espacio interior del ojo. En este ejemplo de
realización, no hace falta que el conductor óptico 28 esté dopado
con colorantes fluorescentes.
En el ejemplo de realización según la figura 3,
al igual que en el ejemplo de realización según las figuras 1 y 2,
se pueden prever diferentes colorantes fluorescentes en el conductor
óptico 18' ó 18, de modo que, en conjunto, se origine la luz blanca
deseada por ajuste de la concentración de las moléculas de
colorantes fluorescentes en el conductor óptico, de la longitud del
conductor óptico y de la radiación láser emitida en el extremo del
conductor óptico.
La ventaja de las disposiciones representadas en
las figuras 1 y 3 está, entre otras cosas, en que únicamente es
necesario un diodo láser 10 cuya radiación conseguida con un elevado
rendimiento puede acoplarse sin problemas con el conductor óptico
con un rendimiento que nuevamente es muy alto. Es posible así de
forma sencilla una modificación del tono de luz blanca y, por tanto,
una modificación de la impresión de color de la luz emitida 24 a
través de, por ejemplo, una modificación de la potencia de bombeo
del láser de semiconductor o también por medio de la modificación de
una longitud de la fibra.
Para conseguir una buena mezcla espacial de las
porciones espectrales, los conductores ópticos pueden estar
provistos de secciones transversales adecuadas, por ejemplo de una
sección transversal hexagonal.
Es posible un aumento del rendimiento del
dispositivo completo según las figuras 1 y 3 aplicando a la
superficie de entrada del conductor óptico 18 y 18' un revestimiento
especular selectivo en color de modo que esencialmente sólo se deje
pasar la luz de bombeo que procede del láser, mientras que se
refleja la luz fluorescente. Tanto la luz de bombeo del láser como
la luz fluorescente se reflejan por el lado interno en las
superficies envolventes del conductor óptico. Las superficies de
reflexión pueden dotarse de un revestimiento especular para elevar
el rendimiento.
La figura 4 muestra esquemáticamente una variante
del dispositivo para generar luz blanca. En esta variante, varios
conductores ópticos 18a, 18b, 18c (y otros) están dispuestos en
paralelo, es decir, la figura 4 muestra una sección perpendicular a
los ejes longitudinales de los conductores ópticos. Por lo demás, la
disposición corresponde básicamente a los dispositivos según las
figuras 1 y 3. Por tanto, los conductores ópticos 18a, 18b, 18c
según la figura 4 se presentan en lugar del conductor óptico 18 de
la figura 1 o en lugar del conductor óptico 18' de la figura 3.
En el ejemplo de realización según la figura 4,
los conductores ópticos individuales 18a, 18b, 18c están provistos
respectivamente de diferentes colorantes fluorescentes 26a, 26b,
26c, de modo que en el extremo de emisión de los conductores ópticos
se superponen (mezclan) todas las radiaciones fluorescentes para
generar la luz blanca.
En el ejemplo de realización según la figura 4,
al igual que en los ejemplos de realización según las figuras 1 y 3,
pueden cargarse también diferentes colorantes fluorescentes como
dopaje en cada uno de los conductores ópticos, de modo que se
obtenga en conjunto la luz blanca deseada a través de la
superposición de todas las aportaciones espectrales de las
radiaciones fluorescentes y eventualmente también de la luz
láser.
La luz blanca en el sentido de la descripción
anterior puede presentar también una tonalidad de color deseada.
Los ejemplos de realización descritos
anteriormente de dispositivos para generar luz blanca pueden ser
perfeccionados también preferiblemente como sigue: A través de un
dopaje correspondiente, una potencia de bombeo suficiente y espejos
(o revestimientos especulares) selectiva en longitud de onda en
ambos extremos del conductor óptico, puede formarse un denominado
láser de fibra, de modo que se emita luz blanca en la salida por
medio de la superposición de las porciones de radiación del láser de
bombeo con la luz fluorescente (por ejemplo, el conductor óptico 18
ó 18'). Una disposición de este tipo tiene la ventaja de que la luz
fluorescente generada se transforma casi al 100% en el conductor
óptico 18/18'.
Claims (13)
1. Dispositivo para generar luz blanca, que
comprende:
- -
- un láser de semiconductor (10) para la emisión de radiación láser (12, 16) en el dominio espectral azul y/o violeta y/o ultravioleta, y
- -
- un conductor óptico (18, 18') para generar luz blanca, con el que se acopla la radiación láser al menos parcialmente, estando dopado el conductor óptico (18, 18') con colorantes fluorescentes (26) excitables directa o indirectamente a través de la radiación láser de tal modo que se emita luz blanca (24; 24') a través de la superposición de radiaciones fluorescentes en el extremo (22; 22') del conductor óptico,
- caracterizado porque
- -
- los colorantes fluorescentes (26) y la radiación láser están ajustados de tal forma que la radiación fluorescente de un colorante fluorescente sirva como luz de bombeo para otro colorante fluorescente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque un conductor óptico adicional (28), que
es flexible, está conectado detrás del conductor óptico (18, 18')
previsto para la generación de luz blanca.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el conductor óptico posconectado (28')
tiene un diámetro más pequeño que 1000 \mum.
4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el conductor de óptico posconectado (28)
es un conductor óptico para iluminar el espacio interior del
ojo.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el conductor óptico (18,
18') previsto para la generación de luz blanca tiene un diámetro
menor de 1000 \mum.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el conductor óptico (18,
18') previsto para generar luz blanca es flexible.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el conductor óptico (18,
18') para generar luz blanca está dopado con una pluralidad de
diferentes colorantes fluorescentes (26) que fluorescen en
diferentes dominios espec-
trales.
trales.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque están previstos varios
conductores ópticos (18a, 18b, 18c) que se extienden en paralelo
para generar luz blanca.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque diferentes conductores ópticos (18a,
18b, 18c) están dopados con diferentes colorantes fluorescentes
(26a, 26b, 26c).
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque están previstos varios
láseres de semiconductor.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque al menos uno de los
conductores ópticos está provisto de un dispositivo o está
conformado de tal modo que se realice una mezcla de los modos de
conductor óptico para generar luz blanca espacialmente
homogénea.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque se consigue la mezcla de modos a través
de una conformación poligonal del conductor óptico, por ejemplo con
una sección transversal hexagonal.
13. Uso del dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores como fuente de luz blanca para iluminar
el espacio interior del ojo.
Applications Claiming Priority (2)
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