JP5329392B2 - 改良された変換要素を備える導光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、導光装置、特に、内視鏡検査などの医療目的に関して使用される導光装置の分野に関する。
内視鏡検査装置において、光は、人体内腔又は体腔へ、例えば診断目的及び悪性動脈硬化又は良性腫瘍組織及び癌性細胞の光線力学療法、及び他の治療法に関して、伝達される。従来技術の装置は、例えば、米国特許出願書類第2005/0165462号に開示されており、この文書は、本文書において参照として組み込まれる。
特に診断に関して使用される内視鏡検査装置において、キセノンランプ及びハロゲンランプなどの高光束密度を有する光源が使用される。しかし、従来技術の応用例において、光束及び／又は光密度を悪化させることなく、光の色温度を変化させる可能性はなかった。「色温度」という用語は、光源の相関色温度の定義の代わりに使用される。
例えば、ハロゲンランプにおいて、光束を単純に減少させることによって色温度を低下させる（緑及び青に対して赤放射を増加させる）ことは可能であるが、光束を維持したまま赤へシフトさせることは不可能である。
他方で、色温度におけるこのような変更は、診断の更なる促進を可能にし得るが、その理由は、例えば、色温度を変化させることによって、患者の体内の異なる細胞組織が、内視鏡検査装置に依存して、内視鏡検査カメラによって撮影される画像において異なって見えることが知られているからである。したがって、照明の色温度及び／又はスペクトル組成を単に変化させることによって診断を改善させることが可能であり得る。
したがって、本発明の目的は、色温度の変更を可能にする一方で、光束及び／又は光密度を本質的に維持又は更に向上させる、導光装置、特に医療目的に関する導光装置を提供することである。
この目的は、請求項１の特徴を有する導光装置によって達成される。これに従うと、220nm以上且つ800nm以下の波長領域における光を放射する少なくとも１つの第１のＬＥＤを有する少なくとも１つの発光装置と、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤへ向いて配置され、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤからの前記光を少なくとも部分的に300nm以上且つ1000nm以下の波長領域における光へ変換する少なくとも１つの変換要素とを備える、特に、内視鏡検査などの医療目的に関して使用される導光装置であって、前記少なくとも１つの変換要素がセラミック変換材料を含む、導光装置が提供される。
このようにすることによって、本発明における大抵の応用例が、以下の１つ以上の有利な点：
−セラミック変換材料により、高い光束密度が達成され得、特に内視鏡検査装置のためなどの広範囲の種類の応用例における導光装置の使用を可能にし得る、
−セラミック変換材料により、光束の低下を伴うことなく、導光装置の色温度を特に「赤色」へと変更することが可能であることが可能である、
−セラミック変換材料により、光の発生及び放射の幾何学的特性を変更することなく光束を増加させることが可能である、
を有する導光装置を実施化することが可能である。
−セラミック変換材料により、高い光束密度が達成され得、特に内視鏡検査装置のためなどの広範囲の種類の応用例における導光装置の使用を可能にし得る、
−セラミック変換材料により、光束の低下を伴うことなく、導光装置の色温度を特に「赤色」へと変更することが可能であることが可能である、
−セラミック変換材料により、光の発生及び放射の幾何学的特性を変更することなく光束を増加させることが可能である、
を有する導光装置を実施化することが可能である。
本発明に従うと、発光装置は、220nm以上且つ1000nm以下の波長領域における光を放射する少なくとも１つの第１のＬＥＤを有する。この波長領域における放射を有するＬＥＤは、実際に効果を証明されている。
好ましくは、これらのＬＥＤは、少なくとも部分的にＬＥＤ放射光を吸収し、この光をＬＥＤ放射波長よりも大きい波長で再放射する蛍光体変換要素が装着されるAlInGaNエレクトロルミネッセント装置からなる。
本発明の好ましい実施例に従うと、発光装置は、250nm以上且つ800nm以下、より好ましくは300nm以上且つ780nm以下、の波長領域における光を放射する少なくとも１つの第１のＬＥＤを有する。
「セラミック材料」という用語は、本発明の意味において、制御された量の細孔を有する又は細孔のない、結晶又は多結晶成形体材料又は合成材料を意味する。
「多結晶材料」という用語は、本発明の意味において、各領域が0.5μmより大きい直径を有するとともに異なる結晶方位を有する80パーセントより多い単結晶領域からなる90パーセントより多い主構成部材の容量密度を有する材料を特に意味する。単結晶領域は、アモルファス形若しくはガラス状材料によって、又は追加的な結晶構成部材によって、結合され得る。
本発明の好ましい実施例に従うと、前記少なくとも１つの変換要素が1.5以上且つ3以下の屈折率を有し、また比率A:Eが2:1以上且つ50000:1以下であり、A及びEが：
−前記少なくとも１つの変換要素が、前記少なくとも１つのＬＥＤによって放射される光が前記変換要素へ入射し得る少なくとも１つの入射表面と、光が前記少なくとも1つの変換要素を出射し得る少なくとも１つの出射表面と、を有し、
−前記少なくとも１つの入射表面のそれぞれが、入射表面領域を有し、前記入射表面領域が、A1...Aｎと番号付けされ、前記少なくとも１つの出射表面のそれぞれが、出射表面領域を有し、前記出射表面領域が、E1...Eｎと番号付けされ、前記少なくとも１つの入射表面領域のそれぞれの合計Aが、A=A1＋A２...＋Aｎであり、前記少なくとも１つの出射表面領域のそれぞれの合計Eが、E=E1＋E２...＋Eｎである、
ように規定される。
−前記少なくとも１つの変換要素が、前記少なくとも１つのＬＥＤによって放射される光が前記変換要素へ入射し得る少なくとも１つの入射表面と、光が前記少なくとも1つの変換要素を出射し得る少なくとも１つの出射表面と、を有し、
−前記少なくとも１つの入射表面のそれぞれが、入射表面領域を有し、前記入射表面領域が、A1...Aｎと番号付けされ、前記少なくとも１つの出射表面のそれぞれが、出射表面領域を有し、前記出射表面領域が、E1...Eｎと番号付けされ、前記少なくとも１つの入射表面領域のそれぞれの合計Aが、A=A1＋A２...＋Aｎであり、前記少なくとも１つの出射表面領域のそれぞれの合計Eが、E=E1＋E２...＋Eｎである、
ように規定される。
このようにすることによって、本発明における大抵の応用例に関して、ＬＥＤと比較されて大きく増加された輝度と、高い光束を組み合わせるランプを実施化することが可能である。
本発明の好ましい実施例によると、発光装置は、少なくとも１つのＬＥＤによって放射される光が変換要素へ入射し得る少なくとも１つの入射表面Aを有する少なくとも１つの変換要素を有する。吸収の後において、変換要素によって再放射される光は、入射表面を介して、材料の脱出錐体(escape cone)において放射される部分のみを含んで離れ得る。放射される光の主要な部分は、変換要素において捕捉され、内部全反射によって出射表面へ導かれる。
この工程を改善させるために、この少なくとも１つの入射表面は、本発明の好ましい実施例によると、1nm以上且つ500nm以下、好ましくは10nm以上且つ100nm以下、より好ましくは20nm以上且つ40nm以下、のラフネスRaを有する。この効果により、光変換要素の出射表面Eにおいて集光するように意図されることが可能である。
本発明の好ましい実施例に従うと、ＬＥＤは、変換要素と直接的に接触するが、各ＬＥＤは変換要素よりも低い屈折率を有する。
しかし、本発明の別の好ましい実施例によると、ＬＥＤ及び変換要素は、互いに距離を置いて配置される。この場合、好ましくは、変換要素とＬＥＤとの距離は、1μm以上且つ100mm以下、好ましくは100μm以上且つ10mm以下、より好ましくは1mm以上且つ5mm以下、である。
ＬＥＤ及び変換層の分離の光学的な機能以外に、本発明の更に好ましい実施例が関わる限りは、変換層及びＬＥＤの熱的な分離を有することも有利である。大抵の応用例において、変換行程の効率は、100℃より十分高い温度に関してかなり低下する。本発明の別の好ましい実施例において、特別な冷却手段が、変換層及びＬＥＤ内において発生される熱を装置の外のヒートシンクへ放散させるために、発光装置へ適用され、ＬＥＤ及び変換要素は、上述されるように好ましくは互いに距離を置いて配置される。この冷却は、強制送風によって及び／又は変換層周りに液体をポンプする液体冷却によって、実施化され得る。本発明のこの好ましい実施例において、冷却手段は、したがって、好ましくは、水−、油−、プロピレン−、エチレン−、グリコール−ベースの系及びこれらの混合物を含む群から選択される液体である。後者の場合、液体の屈折率は、変換層の表面Aを通ずる放射光の光抽出を防ぐために可能な限り低くあるべきである。変換層nc及び液体nlの屈折率の差は、0.1≦nc−nl≦3、好ましくは0.3≦nc−nl≦2.5、より好ましくは0.5≦nc−nl≦2、であるべきである。
本発明に従うと、変換要素に入射する光は、300nm以上且つ1000nm以下の波長領域における光へ少なくとも部分的に変換される。このようにすることによって、発光装置は、広範囲の種類の応用例に適した波長範囲における光を放射する。本発明の好ましい実施例に従うと、変換要素に入射する光は、350nm以上且つ880nm以下、より好ましくは380nm以上且つ780nm以下の波長領域における光へ少なくとも部分的に変換される。
本発明の好ましい実施例によると、変換要素は、光が変換要素を出射し得る少なくとも１つの出射表面を有する。このことを改善させるために、本発明の好ましい実施例によると、この少なくとも１つの出射表面は、屈折性及び／又は回折的構造又は表面を具備される。このことは、少なくとも１つの出射表面が、散乱構造、ピラミッド型構造、ミクロレンズ構造、又は複合放物型集光器（ＣＰＣ）を具備される。出射表面は、１つ以上のこの示される構造を含み得る。出射表面の形状は、応用例のいずれかの要件を満たすために、出射表面からの光を方向付けするためにも使用され得る。
本発明の好ましい実施例に従うと、前記少なくとも１つの出射表面は、変換要素nconv又は光ガイドngの屈折率に近い屈折率ncを有する媒体を用いて光変換要素を光ガイドへ結合することによって、光ガイド構造に光学的に直接結合される。abs(nc-nconv)及びabs(nc-ng)の差の最小値は、0.3以下であることが好ましく、より好ましくは0.1以下であり、最も好ましくは0.01以下である。
本発明の好ましい実施例によると、前記少なくとも１つの入射表面のそれぞれは入射表面領域を有し、前記入射表面領域がA1...Aｎと番号付けされ、また前記少なくとも１つの出射表面のそれぞれは出射表面領域を有し、前記出射表面領域がE1...Eｎと番号付けされ、前記少なくとも１つの入射表面領域のそれぞれの合計Aが、A=A1＋A２...＋Aｎであり、前記少なくとも１つの出射表面領域のそれぞれの合計Eが、E=E1＋E２...＋Eｎであり、またA及びEが上述されるような比率A:Eが、2:1以上且つ50000:1以下である。
このようにすることによって、ＬＥＤの光束は、好ましく且つ所望な範囲に設定され得る。本発明の好ましい実施例によると、A及びEが上述されるような比率A:Eは、5:1以上且つ5000:1以下、より好ましくは10:1以上且つ3000:1以下、更により好ましくは20:1以上且つ1000:1以下であり、最も好ましくは50:1以上且つ500:1以下である。
本発明の好ましい実施例によると、前記少なくとも１つの変換要素は、1.5以上且つ3以下の屈折率nを有する。このようにすることによって、ＬＥＤの効率性が所望の範囲にあることが容易に達成され得る。特に、屈折率を上述されるように設定することによって、上記の変換要素へ入る光は、出射表面ではない変換要素の側面／表面において全反射を受ける。放射光全体に比較されて変換要素の出射表面（可能であれば変換後に）を介して放射されるＬＥＤからの光の一部分は、
の大きさであり得、ここで、nは変換要素の屈折率である。このことは、非常に高い効率の発光装置になる。好ましくは、前記少なくとも１つの変換要素は、1.5以上且つ2.8以下、より好ましくは1.7以上且つ2.6以下、の屈折率nを有する。
本発明の好ましい実施例によると、前記変換要素の放射光に関する透過率は、0.8以上且つ1以下である。このことは、発光装置の効率を大いに向上させる。好ましくは、前記変換要素の透過率は、0.9以上且つ1以下であり、より好ましくは0.95以上且つ1以下である。
本発明の好ましい実施例によると、変換要素の20℃（熱焼き入れ）での量子効率と比較される、温度Tにおける量子効率の関係は、100℃において70％以上且つ100％以下、好ましくは100℃において80％以上且つ100％以下、最も好ましくは100℃において90％以上且つ100％以下である。
本発明の好ましい実施例によると、変換層の量子効率が室温における量子効率と比較されて50％低減される温度（=TQ50%-value）は、120℃以上且つ300℃以下、好ましくは150℃≦TQ50%≦350℃、より好ましくは180℃≦TQ50%≦400℃である。
本発明の好ましい実施例によると、前記導光装置が、220nm以上且つ600nm以下の波長領域における光を放射する少なくとも１つの更なる補助ＬＥＤを有する。
このようにすることによって、本発明に含まれる大抵の応用例において、元の光束を低下させることなく、導光装置によって提供される光の色温度を非常に容易にシフトさせることが可能であることが可能である。
本発明の好ましい実施例によると、補助ＬＥＤが、第１のＬＥＤの2％以上且つ100％以下の出力を有する（合成する）。１つより多い第１ＬＥＤが存在する場合、補助ＬＥＤが、第１のＬＥＤの10％以上且つ1000％以下の出力を有することが好ましい。
本発明の好ましい実施例によると、補助ＬＥＤは、個別に、又は熱伝導体として作用し且つ動作に関して電気的接触を提供する単一の支持板における第パッケージにおいて、装着される。１つ以上の支持板は、ＬＥＤの保護、動作、及び制御に関する活性電気的要素をも含み得る。加えて、本発明の好ましい実施例によると、支持板における補助ＬＥＤは、補助ＬＥＤの光出力を最適化するために光学的構造によって覆われている。
本発明の更に好ましい実施例において、補助ＬＥＤは、0.05以上且つ0.5以下、好ましくは0.1以上且つ0.3以下の充填密度を有する支持板に装着される。充填密度は、支持板の表面領域によって除算されるＬＥＤダイ表面領域の合計の比率である。このようにすることによって、特に高いルーメン光束及び高出力効率における優れた輝度を有する発光装置を実施化することが可能であり、このことは、ジャンクション温度を補助ＬＥＤの特定の値よりも下に維持する補助ＬＥＤの効果的な冷却によって達成される。
本発明の好ましい実施例によると、前記少なくとも１つの第１ＬＥＤからの光は、好ましい第１光伝播方向における少なくとも１つの変換要素へ送られ、補助ＬＥＤから前記少なくとも１つの変換要素へ送られる光は、65°以上且つ115°以下、好ましくは75°以上105°以下、及び最も好ましくは85°以上且つ95°以下の好ましい第１光方向への角度を有する。
このような構成において、本発明に含まれる大抵の応用例は、補助ＬＥＤによって放射される光が変換要素内部における変換のみに又は本質的に使用されることを保証することを可能にし、これにより、特定の波長の光を「追加」することを可能にする。
本発明の好ましい実施例によると、補助ＬＥＤは支持管の内部に配置される。
好ましくは、何の補助ＬＥＤも配置されない支持管の部分は、好ましくは鏡若しくは誘電被膜又はこれらの混合物などの、高反射被膜を用いて覆われる。このようにすることによって、変換要素及び発光装置の効率は、更に向上され得る。前記鏡は、好ましくは、出射表面でも入射表面でもない少なくとも１つの更なる表面に直接スパッタリング又は真空蒸着することによって付加される。鏡材料は、好ましくは、銀、アルミニウム、及び／又はこれらの混合物を含む群から選択される。鏡の厚さは、50nm以上且つ1000nm以下であることが好ましい。
このような構成において、本発明に含まれる大抵の応用例は、補助ＬＥＤによって放射される光が変換要素内部における変換のみに又は本質的に使用されることを保証することを可能にし、これにより、特定の波長の光を「追加」し、ＬＥＤの出力要件を低減することを可能にする。
本発明の好ましい実施例によると、前記セラミック変換材料のガラス相比率が、2％以上且つ5％以下であり、本発明の実施例によると、3％以上且つ4％以下である。このようなガラス相比率を有する材料が、本発明に関して有利であり且つ所望である向上された特性を示すことを実際に示されている。
「ガラス相」という用語は、本発明の意味において、特に、走査電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡によって検出され得る非結晶粒界相を意味する。
本発明の好ましい実施例によると、セラミック変換材料及び／又は変換要素の表面の表面ラフネスＲＭＳ（最も高い表面特徴及び最も低い表面特徴の間の差の幾何学的平均として測定される、表面の平面度の劣化性）は、0.001μm以上且つ100μm以下である。本発明の１つの実施例によると、セラミック変換材料及び／又は変換要素の表面の表面ラフネスは、0.01μm以上且つ10μm以下であり、本発明の別の実施例によると0.1μm以上且つ5μm以下であり、本発明の更に別の実施例によると0.15μm以上且つ3μm以下であり、本発明のより更に別の実施例によると0.2μm以上且つ2μm以下である。
本発明の好ましい実施例によると、セラミック変換材料及び／又は変換要素の特定の表面領域は、10-7m2/g以上且つ1m2/gである。
本発明の好ましい実施例によると、前記セラミック変換材料が、
(MI 1-x-yMII xMIII y)3(MIV 1-zMV z)5O12−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAlであり、MVは、Ga、Sc又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)2O3−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)S1-zSez−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.01、0≦y≦0.05、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)O−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
(MI 2-xMII xMIII 2)O7−ここで、MIは、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1である、
(MI 1-xMII xMIII 1-yMIV y)O3−ここで、MIは、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAl、Ga、Sc、Si又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
又はこれらの混合物、
の群から選択される材料から本質的に作製される。
(MI 1-x-yMII xMIII y)3(MIV 1-zMV z)5O12−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAlであり、MVは、Ga、Sc又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)2O3−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)S1-zSez−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.01、0≦y≦0.05、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)O−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
(MI 2-xMII xMIII 2)O7−ここで、MIは、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1である、
(MI 1-xMII xMIII 1-yMIV y)O3−ここで、MIは、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAl、Ga、Sc、Si又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
又はこれらの混合物、
の群から選択される材料から本質的に作製される。
本発明の好ましい実施例によると、変換要素は、出射表面でも入射表面でもない少なくとも１つの更なる表面を有し、少なくとも１つの、好ましくは全ての前記更なる表面が、好ましくは鏡若しくは誘電被膜又はこれらの混合物などの反射被膜を用いて覆われる。このようにすることによって、変換要素及び発光装置の効率は、更に向上され得る。鏡は、好ましくは、出射表面でも入射表面でもない少なくとも１つの更なる表面に直接スパッタリング又は真空蒸着することによって付加される。鏡材料は、好ましくは、銀、アルミニウム、及び／又はこれらの混合物を含む群から選択される。鏡の厚さは、50nm以上且つ1000nm以下であることが好ましい。
本発明に従う導光装置は、広範囲のシステム及び／又は応用例、とりわけ、以下の応用例：
−医療照明適用システム、
−内視鏡、
−光線力学療法、
の１つ以上において使用され得る。
−医療照明適用システム、
−内視鏡、
−光線力学療法、
の１つ以上において使用され得る。
上述のコンポーネント、並びに請求項に記載されるコンポーネント及び説明される実施例において本発明に従い使用されるべきコンポーネント、は、関連する分野において知られる選択規準が制限なく適用され得るように、サイズ、形状、材料選択及び技術的概念に関して、いかなる特別な例外にも従わない。
本発明の目的の追加的な詳細、構成、特徴及び有利な点は、従属項、図面、例、及び以下のそれぞれの図面及び例の説明において開示され、これらは、例証的な形式で、本発明に従う導光装置のいくつかの好ましい実施例及び例を示す。
図１は、本発明の第１実施例に従う導光装置の非常に概略的な部分断面図を示す。導光装置１は、第１ＬＥＤ２０、及び、集光器レンズ６０を介して光を変換要素１０へ投影する第１変換器部材３０を含む。その後、変換要素１０から、光は、部分的に変換され、光ファイバ７０へ投影される。その後、光ファイバは、例えば、光を、内視鏡検査装置（図には示されない）の先端へ導き得る。
ＬＥＤの色温度をシフトさせるために、いくつかの補助ＬＥＤ４０が、支持管５０に設けられ、実施例のこの部分は、導光装置のこの部分の拡大部分図である図３において、より詳細に説明される。
図１から最もよく確認され得るように、（この実施例において本質的に水平である）第１ＬＥＤからの好ましい光の方向と（この実施例において本質的に垂直である）補助ＬＥＤから送出される光との間の角度は、約90°である。
図２は、本発明の第２の実施例に従う導光装置の非常に概略的な部分断面図を示す。この第２の実施例は、第２変換要素１５が存在することを除いて、図１と同一である。
図３は、図４におけるIV−IV線に沿った、図１の実施例の概略的部分断面図を示す。
図４は、図３におけるII−II線に沿った、図１及び３の導光装置の変換要素の実施例の概略的部分断面図を示す。
図３及び４から確認され得るように、変換要素１０は、幾分形状が円柱状であり、光ファイバ７０と一致することが好ましい。変換要素１０は、いくつかの群の補助ＬＥＤ４０を保持する支持管５０によって外周を囲まれる。この実施例において、４つの行の補助ＬＥＤが使用されたが、実際の応用例に応じて、より多くの（又は少ない）補助ＬＥＤが使用され得ることは言うまでもない。何のＬＥＤも配置されない支持管の内側表面は、鏡で覆われている。
好ましくは、補助ＬＥＤは、高反射被膜を用いて覆われる支持管の大きな連続した領域を残したまま、例えば列などの群として近接して構成される。このようにすることによって、変換要素によって吸収されるＬＥＤ光の全体量は、最大化される。
変換要素１０は、２つの入射表面A1、A2（A2はＬＥＤ２０へ向いて突出する円柱の「側面」である）を有し、したがって、AはA1＋A2である。出射表面領域E1を有するたった１つの出射表面しか存在しないので、少なくとも１つの出射表面領域のそれぞれの合計である符号Eは、単純にE=E1であり得る。A:Eの比率は、10:1以上且つ10000:1以下であるように設定され、この例において、A:Eは約400:1であり得る。しかし、図３及び４における実施例は、かなり概略的であり、比率は、他の応用用例に関しては異なり得ることを述べられるべきである。
本発明に従う照明装置は、単に例証的な形式で、図５〜７とともに、以下の例によってより更に例示される。
図５は、本発明の第１の実施例に従う導光装置の３つの放射スペクトルを示すグラフを示し、図６は、図５のグラフの拡大部分を示す。
例I
例Iにおいて、図１の設定を有する導光装置が使用された。第１ＬＥＤ（図１において参照符号２０）は、462nmにおいてピーク放射を有するInGaNのＬＥＤであり、第１変換部材（図１における参照符号３０）は、x=0.3及びy=0.06であるようなY(3-x-y)GdxAl5O12:Ceyの組成を有するYAG:Ceセラミック材料であった。
例Iにおいて、図１の設定を有する導光装置が使用された。第１ＬＥＤ（図１において参照符号２０）は、462nmにおいてピーク放射を有するInGaNのＬＥＤであり、第１変換部材（図１における参照符号３０）は、x=0.3及びy=0.06であるようなY(3-x-y)GdxAl5O12:Ceyの組成を有するYAG:Ceセラミック材料であった。
変換要素（図１における参照符号１０）は、7%のユーロピウムのドーピングを含み、5.029g/cm3の密度を有するY2O3:Euであった。
導光装置は、更に、同様にInGaNのＬＥＤである２つ群の補助ＬＥＤ（図１における参照符号４０）を含む。各群のＬＥＤは、第１ＬＥＤの100%の出力及び465nmのピーク放射を有する。
図５及び６は、第１ＬＥＤのみを含む（「ＬＥＤ」）、１つの群の補助ＬＥＤがスイッチオンにされた（「Ａｕｘ１」）、及び、両方の群の補助ＬＥＤがスイッチオンにされた（「Ａｕｘ２」）、導光装置のスペクトルを示す。
図５及び６のデータは、表１に記載される。
例１の更なるデータは表２において与えられる。
導光装置の色再現指数Raなどの、照明特性のいかなる劣化を伴うことなく、約1600Kにわたる色温度のシフトが可能であることが明確に確認され得る。
図７は、第２の実施例に従う導光装置の３つの放射スペクトルを示すグラフを示す。
例II
例IIにおいて、図１の設定を有する導光装置が使用された。第１ＬＥＤ（図１において参照符号２０）は、462nmにおいてピーク放射を有するInGaNのＬＥＤであり、第１変換部材（図１における参照符号３０）は、x=0.3及びy=0.06であるようなY(3-x-y)GdxAl5O12:Ceyの組成を有するYAG:Ceセラミック材料であった。
例IIにおいて、図１の設定を有する導光装置が使用された。第１ＬＥＤ（図１において参照符号２０）は、462nmにおいてピーク放射を有するInGaNのＬＥＤであり、第１変換部材（図１における参照符号３０）は、x=0.3及びy=0.06であるようなY(3-x-y)GdxAl5O12:Ceyの組成を有するYAG:Ceセラミック材料であった。
例IIにおける変換要素は、0.1%のユーロピウムを含むCaS:Euであった。
導光装置は、更に、同様に450nmで放射するInGaNのＬＥＤである２つ群の補助ＬＥＤ（図１における参照符号４０）を含む。各群のＬＥＤは、第１ＬＥＤの50%の「強度」を有する。
図７は、第１ＬＥＤのみを含む（「ＬＥＤ」）、１つの群の補助ＬＥＤがスイッチオンにされた（「Ａｕｘ１」）、及び、両方の群の補助ＬＥＤがスイッチオンにされた（「Ａｕｘ２」）、導光装置のスペクトルを示す。
図７のデータは、表IIIに記載される。
例IIの更なるデータは、表IVに与えられる。
導光装置の色再現指数Raなどの、照明特性のいかなる劣化を伴うことなく、約1700Kにわたる色温度のシフトが可能であることが明確に確認され得る。
両方の例において、赤色光を単純に「追加」することは可能であり、すなわち、380nmないし580nmの波長範囲におけるスペクトルは、「ＬＥＤ」、「Ａｕｘ１」及び「Ａｕｘ２」に関して多少は同一である。
両方の例において、光束は、ＬＥＤの群Ａｕｘ１及びＡｕｘ２をスイッチオンにすることによって更に増加する。一定の束量が必要とされる場合、第１ＬＥＤは、Ａｕｘ１及びＡｕｘ２がスイッチオンにされる場合に、薄暗くされ得る。この場合、色温度は、Ａｕｘ１及びＡｕｘ２のＬＥＤの全出力を用いたとしても、より更に減少される。全てのＬＥＤの光束が、ＬＥＤパッケージへ印加可能な最大出力と０との間におけるいずれの所望な値に調節され得ることは明らかである。出力は、直流電圧及び電流を増加及び減少させることによって、又は、10Hz以上の周波数での早い電流及び電圧パルスを印加させ、出力のオン及びオフ時間の比率を修正することによって、のいずれかにより修正され得る。
上述の詳細な実施例における要素及び構成の特定の組み合わせは、例証のみであり、これらの教示を本文書及び本文書に組み込まれた文書における他の教示と交換及び置換することも、明示的に考慮される。当業者が理解し得るように、本文書において記載されるものの変更態様、修正態様及び他の実施例は、請求項に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者にとって着想され得る。したがって、上述の説明は、例証のみであり、制限するようには意図されていない。本発明の範囲は、以下の請求項及びこれに相当するものにおいて規定される。更に、詳細な説明及び請求項において使用される参照符号は、請求項に記載される本発明の範囲を制限しない。
Claims (10)
- 220nm以上且つ800nm以下の波長領域における光を放射する少なくとも１つの第１のＬＥＤを有する少なくとも１つの発光装置と、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤへ向いて配置され、前記少なくとも１つの第１のＬＥＤからの前記光を少なくとも部分的に300nm以上且つ1000nm以下の波長領域における光へ変換する少なくとも１つの変換要素と、を備える、特に内視鏡検査などの医療目的に関して使用される導光装置であって、
前記少なくとも１つの変換要素は、セラミック変換材料を含み、
当該導光装置は、220nm以上且つ600nm以下の波長領域における光を放射する少なくとも１つの更なる補助ＬＥＤを有し、
前記少なくとも１つの第１のＬＥＤは、その光を、第１の光伝播方向において前記少なくとも１つの変換要素へ送るように構成され、
前記少なくとも１つの更なる補助ＬＥＤは、その光を、65°以上且つ115°以下の、前記第１の光伝播方向に対する角度において前記少なくとも１つの変換要素へ送るように構成される、導光装置。 - 請求項１に記載の導光装置であって、
前記少なくとも１つの変換要素は、1.5以上且つ3以下の屈折率を有し、
前記少なくとも１つの変換要素は、前記少なくとも１つのＬＥＤによって放射される光が前記変換要素へ入射し得る少なくとも１つの入射表面Aと、光が前記少なくとも１つの変換要素を出射し得る少なくとも１つの出射表面Eとを有し、
比率A:Eが2:1以上且つ50000:1以下である、導光装置。 - 請求項２に記載の導光装置であって、前記少なくとも１つの入射表面Aのそれぞれが、A1...Anで番号付けされた入射表面領域を有し、前記少なくとも１つの出射表面Ｅのそれぞれが、E1...Enで番号付けされた出射表面領域を有し、これにより、A=A1＋A2...＋An及びE=E1＋E2...＋Enが規定される、導光装置。
- 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記変換要素の放射光に関する透過率は、0.8以上且つ1.0以下である、導光装置。
- 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記セラミック変換材料が、97％以上且つ100％以下の理論密度を有する、導光装置。
- 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記更なる補助ＬＥＤが、前記第１のＬＥＤの10％以上且つ1000％以下の出力を有する、導光装置。
- 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記セラミック変換材料のガラス相比率が、2％以上且つ5％以下である、導光装置。
- 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記ＬＥＤから前記少なくとも１つの変換要素に入射する前記光の50％以上且つ100％が、前記変換要素によって変換される、導光装置。
- 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の導光装置であって、前記セラミック変換材料が、
(MI 1-x-yMII xMIII y)3(MIV 1-zMV z)5O12−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAlであり、MVは、Ga、Sc又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)2O3−ここで、MIは、Y、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Gd、La、Yb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1、0≦y≦0.1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)S1-zSez−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.01、0≦y≦0.05、0≦z≦1である、
(MI 1-x-yMII xMIII y)O−ここで、MIは、Ca、Sr、Mg、Ba又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、K、Na、Li、Rb、Zn又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
(MI 2-xMII xMIII 2)O7−ここで、MIは、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦1である、
(MI 1-xMII xMIII 1-yMIV y)O3−ここで、MIは、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIは、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIIIは、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb又はこれらの混合物を含む群から選択され、MIVはAl、Ga、Sc、Si又はこれらの混合物を含む群から選択され、また0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である、
又はこれらの混合物、
の群から選択される材料から本質的に作製される導光装置。 - 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の導光装置を含むシステムであって、前記システムが、以下の応用例：
−医療照明適用システム、
−内視鏡、
−光線力学療法、
の１つ以上において使用される、システム。
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