JP2022172081A - 高出力led用の埋め込み可能モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年10月28日に出願された出願番号第62/247,454号を有する「光出力LED用の埋め込み可能モジュール(Embeddable module for light output LED)」という表題の仮特許出願、および2015年10月28日に出願された出願番号第62/247,451号を有する「高出力LED用の楕円形光学レンズ(Elliptical optical lens for high output LED)」という表題の仮特許出願、および2015年10月28日に出願された出願番号第62/247,456号を有する「ハンドヘルドモバイル光源(Handheld mobile light source)」という表題の仮特許出願の優先権を主張し、これらはそれぞれ引用により全部、本明細書に編入する。
本発明は一般に、内視鏡のような種々の装置に埋めて視野を照明する光を提供することができる光モジュールに関する。多くの態様で、光モジュールは高強度、低発熱光を提供することができる。
スフィルターとして機能することができる。例として、光学ウインドは紫外線および赤外線の波長を遮断できるが、可視波長は通過できるようにする。
peripheral surface)を備える。外周楕円面は、近位焦点および遠位焦点により特徴付けることができる。幾つかの態様では、遠位焦点がレンズに対して外側、例えばレンズの出力面上で少し離れて位置する。例えば遠位焦点は、光ガイドが光モジュールに結合すると、光ガイドの近位末端内になるように、レンズ本体の外側で出力面の上で少し離れてた位置とすることができる。他の態様では、遠位焦点はレンズの本体の遠位セクションに位置することができる。幾つかの態様では、遠位焦点はレンズの出力面に配置する場合がある。さらに幾つかの態様では、楕円面の近位焦点は例えば光源に、または光源の近傍に配置する場合がある。
分を含む。
本発明は一般に、医療用および工業用内視鏡のような様々な装置に取り込んで、装置がそれらの意図する目的に使用されるとき、視野を照らす光を提供することができる光モジュールに関する。以下に詳細に検討するように、多くの態様において、光モジュールは内視鏡のような装置に取り出し可能かつ交換可能に埋め込まれて、光源(LED)により発光される光を装置の光ガイド(例えば光ファイバーまたは光ファイバーの束)に効率的に移すことができる。特に多くの態様では、光モジュールはLEDにより発光される光を広い角度にわたって集め、そしてその光を収束してガイドに効率的に結合するためのレンズを使用する。
用語「屈折力(optical power)」は本明細書では当該技術でその通例の意味と一致して使用し、光学素子または面が入射光を収束または広げる程度を称し、そして面の素子の焦点距離の逆数に等しい。
筒形のハウジング102を含む。以下により詳細に検討するように、中空チャンバー104は光モジュールの複数の構成要素を収容する場合がある。
はレンズカラーの上部環状面118と接触する。このように、二つのスリーブ122および124はレンズを中空チャンバー104内に配置し易くし、そしてレンズに機械的支持を提供する。
の上面126aと接する場合がある。他の態様では、光ファイバーの入力面(1もしくは複数)は、光学ウインド126の上面から少し離れて配置される場合がある。幾つかの態様では、光を光ガイドに効率的に結合できるように、光ガイドの入力面(1もしくは複数)は実質的に平らであり、そして光学ウインドの上面の照射領域と実質的に等しい面積を有する。幾つかの態様では、ゲルまたは接着剤セメントのような屈折率が合う材料を光学ウインド126の上面126aに適用して、光を光ガイドへ効率的に結合し易くすることができる。
に効率的に結合することを確実にする。
板308上にレンズ312を支持する。別のスリーブ318はレンズカラー314の上面に設置され、そしてレンズの出力面310の上の距離Dで光学ウインド320を支持する。光学ウインド320は、例えば前記態様と関連して上で検討したように実施する場合がある。
、LED2からの光を光ガイドへ提供することができる。いったん電源に接続されれば、LED2はある角度範囲(angular extent)、例えば約160度の拡角を特徴とする角度範囲にわたって広がる光を発する。この光は孔11を介してレンズ3により受けられる。多くの態様で、LEDによる発光の大部分、および場合によってはLEDによる発光のすべてがレンズ3の入力面10により捕捉される。レンズに入る光はその外周楕円面により反射される内部反射を介して、または直接その出力面4に伝えられ、そしてその出力面を通って出る。幾つかの態様では、レンズから出る光はLEDによる発光に関する拡角よりも小さい拡角である。例えばレンズから出る光に関する拡角は、LEDによる発光の拡角よりも約30%、40%、50%、60%または70%小さくなる場合がある。例えば幾つかの態様では、LED2による発光は約160度の拡角が特徴とする場合があり、そしてレンズを出る光は約66度の拡角を特徴とする場合がある。レンズを出る光はサファイアウインドを通過して光ガイドに結合されることになる。
light guide face)は、サファイアウインド14の平らな最上面15と接触して配置されるか、あるいは機械的に可能なかぎりこの面の近くに配置される。理想的には両面が平らであり、それらの間の良好な接触を促進する。入力光ガイドの可撓性は、この二つの面の間のより高度な接触を援助することができる。これにより確実にサファイアウインド14の平らな最上面15外の光を、入力光ガイドへ効率的に結合する。
(optics)が無いので、モジュール1に関する機械的設計および空間的要件は簡略となり、例えば既存の照明装置へのより容易な挿入を可能にする。幾つかの態様では、小型電池をLED2の電力として使用でき、これにより光モジュールが小型の照明装置で使用できるようになると同時に、望まれる照明を提供することを可能とする。
Claims (44)
- 光モジュールであって:
近位末端から遠位末端へ延びる中空チャンバーを提供するハウジング;
該中空チャンバー内に位置するレンズ、該レンズは光源から光を受ける入力面、および光がレンズを通って出る出力面を備えたレンズ本体を有し、該レンズはさらに該レンズ本体を少なくとも部分的に囲むカラーを備え;
該レンズに機械的支持を提供するために、該カラーに接して該中空チャンバー内に配置された少なくとも一つのショルダー;
光を該レンズの入力面に提供するために、該中空チャンバーに該近位末端で結合する光源;
を備えている上記光モジュール。 - レンズを出る光が光モジュールを出る前に光学ウインドを通過するように、上記中空チャンバー内に配置され、そしてレンズの上記出力面に光学的に結合した光学ウインドをさらに備えている請求項1に記載の光モジュール。
- 上記光源が発光ダイオード(LED)を備えている請求項1に記載の光モジュール。
- 上記ウインドがサファイアウインドおよび石英ウインドのいずれかを備えている請求項1に記載の光モジュール。
- ハウジングの上記遠位末端に配置された複数の外部ネジ山、請求項1に記載の光モジュール。
- 上記遠位末端に脱着可能に結合するために適合したリングをさらに備えている、請求項5に記載の光モジュール。
- 上記リングが、ハウジングの遠位末端で上記外部ネジ山との係合に適合した複数の内部ネジ山を備えている、請求項6に記載の光モジュール。
- 上記リングが、光ガイドに結合するために構成されたアダプターに結合するための開口部を含む、請求項6に記載の光モジュール。
- 上記光学ウインドと上記リングとの間に配置されたガスケットをさらに備えている請求項8に記載の光モジュール。
- 上記光ガイドが光ファイバーを備えている請求項8に記載の光モジュール。
- 上にLEDが配置されるプリント回路基板をさらに備えている請求項1に記載の光モジュール。
- 上記基板が、電力を上記LEDに適用するために複数の導線を備えている請求項11に記載の光モジュール。
- ハウジングの上記遠位末端に結合されたプレートをさらに備え、該プレートは電源に結合するために上記導線が通って延びる複数の開口部を有する請求項12に記載の光モジュール。
- 上記ハウジングが実質的に円筒形を有する請求項1に記載の光モジュール。
- 上記少なくとも一つのショルダーが少なくとも一つのスリーブにより上記カラーに接触して備えられる、請求項1に記載の光モジュール。
- 上記レンズが:
上記入力面を有する近位セクションおよび上記出力面を有する遠位セクションを備えているレンズ本体を備えており、該近位セクションがさらに:
遠位セクションに向けられた少なくとも一部の光が、該出力面を通ってレンズ本体を出るように、上記入力面を介してレンズ本体に入る少なくとも一部の光を受け、そして該受けた光の少なくとも幾らかを全内反射を介して該遠位セクションに向ける実質的に楕円形の外周面を備えている請求項1に記載の光モジュール。 - 上記外周楕円面が近位焦点および遠位焦点により特徴付けられ、そして該遠位焦点がレンズ本体の上記遠位セクション内に位置するように形成される、請求項16に記載の光モジュール。
- 楕円面での反射を介して上記遠位焦点で受けた光が、上記出力面により囲まれる立体角内の該出力面に向けて放射状に広がるように、該遠位焦点が該出力面下で少し離れて位置している、請求項17に記載の光モジュール。
- 上記楕円面が上記光源により発光される少なくとも一部の光を、上記近位焦点から上記遠位焦点へ移すように、該楕円面の該近位焦点が該光源に実質的に位置する請求項18に記載の光モジュール。
- 上記入力面が中央凸部および該中央凸部を囲む外周部を備える請求項19に記載の光モジュール。
- 上記入力面が少なくとも部分的に光源を受けるように構成された孔の面を形成する請求項20に記載の光モジュール。
- 上記楕円面の近位焦点が上記孔内に配置される請求項21に記載の光モジュール。
- 上記外周部を介してレンズ本体に入る光の少なくとも一部が、反射されることになる該外周楕円面に広がるように上記入力面の外周部が形成される、請求項22に記載の光モジュール。
- 上記外周部を介してレンズ本体に入る光の少なくとも約8%が、レンズ本体の該外周面に広がるように上記入力面の外周部が形成される、請求項23に記載の光モジュール。
- 上記凸部が約50D~約300Dの範囲の正の屈折力を特徴とする請求項24に記載の光モジュール。
- 上記凸部を介してレンズ本体に入る光の少なくとも一部が上記出力面に広がる請求項25に記載の光モジュール。
- 上記凸部を介して上記レンズ本体に入る光が、上記外周面を打たずに上記出力面に広がるように該凸部が構成されている、請求項26に記載の光モジュール。
- 上記入力面の外周部が、近位凹区分および遠位凸区分を備えている請求項27に記載の光モジュール。
- 上記入力面が、上記光源により発光される光の少なくとも約80%を捕捉するように構成されている、請求項28に記載の光モジュール。
- 上記入力面が、上記光源により発光される光の少なくとも約90%を捕捉するように構成されている、請求項28に記載の光モジュール。
- 上記近位セクションおよび上記遠位セクションが、上記レンズ本体の光軸に配置される請求項28に記載の光モジュール。
- 上記出力面が実質的に平らである請求項31に記載の光モジュール。
- 上記出力面が上記光軸に対して実質的に直交する請求項32に記載の光モジュール。
- 上記カラーが上記近位セクションと上記遠位セクションとの間の境界に配置される、請求項33に記載の光モジュール。
- 上記レンズ本体がポリマー材料を含んでなる請求項16に記載の光モジュール。
- 上記ポリマー材料がポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)および高密度ポリエチレンのいずれかである請求項35に記載の光モジュール。
- 上記光モジュールであって:
近位末端から遠位末端に延びる中空チャンバーを提供するハウジング;
該中空チャンバー内に位置するレンズ、該レンズは光源から光を受ける入力面、および光がレンズ本体を通って出る出力面、および入射光を全内反射を介して該出力面に向ける楕円形の外周面を備えたレンズ本体を有し、該レンズはさらに該レンズ本体を少なくとも部分的に囲むカラーを備え;
該カラーが上に設置される少なくとも一つのショルダー;
光をレンズの該入力面に提供するために、該中空チャンバーに該近位末端で結合する光源;
を備えている上記光モジュール。 - レンズを出る光が光モジュールを出る前にウインドを通過するように、上記中空チャンバー内に配置され、そしてレンズの上記出力面に光学的に結合した光学ウインドをさらに備えている請求項37に記載の光モジュール。
- 上記中空チャンバー内に配置され、そして上記ショルダーを提供する少なくとも一つのスリーブをさらに備えている請求項38に記載の光モジュール。
- 上記レンズが上記入力面を介してレンズ本体に入る少なくとも一部を受け、そして該受けた光を全内反射を介して出力面に向けるための外周面を備えている請求項37に記載の光モジュール。
- 上記外周面が、入力焦点および出力焦点を特徴とする先端が切断された楕円形を有する請求項40に記載の光モジュール。
- 上記入力焦点が上記光源上または近傍に位置し、そして上記出力焦点が上記レンズに対して外側でレンズの該出力面上に少し離れて位置する、請求項41に記載の光モジュール。
- 上記ハウジングの遠位末端に取り出し可能で、しかも交換可能に結合した保持ウインドをさらに備えている請求項37に記載の光モジュール。
- 上記保持ウインドが、上記光ガイドを光モジュールに光学的に結合するために、アダプターハウジングを1もしくは複数の光ガイドに結合するように構成されている請求項43に記載の光モジュール。
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