TWM464576U - 白光ｌｅｄ照明裝置及照明用具 - Google Patents

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沃堤西西麗亞
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Description

白光LED照明裝置及照明用具
本新型係關於一種發光二極體(light-emitting diode；LED)照明裝置，該發光二極體照明裝置具有發射白光之LED及適用於過濾由LED發射之該白光的濾光器構件。
本新型亦提供用於手術室之包括該照明裝置之照明用具。
更特定言之，本新型適合於意欲主要用於醫療情況，尤其用於手術室中之照明裝置。該照明裝置需要使外科醫生能夠在良好情況下進行手術，且特定言之使外科醫生能夠在各種類型之組織之間正確地區分。為此目的，照明裝置需要符合某些標準且產生大體上白色之光，該光呈現處於85至100之範圍內的顯色指數(color rendering index；RCI)。此外，根據標準IEC 60601-2-41，由照明裝置產生之光之色溫必須處於3000 K(暖色)與6700 K(冷色)之範圍中，以便使外科醫生能夠毫不費力地區分小的色差。
如應用於照明之術語「色溫」用以意謂，根據國際照明委員會(International Commission on Illumination；CIE) 之參考色度圖中之光的光譜，以眾所熟知之方式評估的同等色溫，如色度座標(x,y)。
在來自光源之光通量(該光通量為該光源發射之光功率，以流明表示)與由照明場中之照明裝置提供的視覺照明之光通量(該光通量為照明照明場之光通量的量，以勒克司表示，亦即，每平方公尺的流明(lm/m2))之間進行區別。
根據待進行之手術，外科醫生可能具有各種照明需求且彼等照明需求甚至可能隨著手術進程而變化。如此就是為什麼外科醫生需要能夠改變由照明裝置產生之光的光譜特性(諸如產生之光的色溫或色度座標)之原因，以便獲得適合於手術之不同顏色的白光。
目前，存在滿足醫療條件之照明要求之各種不同類型的照明裝置，該等醫療條件使用白光LED及彩色光LED之混合以獲得在所要色溫下之白光照明，但是白光LED及彩色光LED之混合中無一者提出具有可改變光譜特性之照明裝置。
例如，專利文件DE 10 2006 040393揭示一種LED照明裝置，該裝置自發射冷白光、暖白光、紅光及綠光之LED產生白色照明光。特定言之，彼裝置利用直接置放於發射冷白光之LED上的濾光器以獲得暖白光。然而，色溫及由照明裝置發射之照明光是不可改變的。亦已知濾光器降低照明光之光通量，此舉並不是需要的。
亦已知專利文件WO 2008/087404，該文件揭示自白光LED及紅光LED產生白色照明光之照明裝置。藉由使 用置放於白光LED前方的濾光器，彼照明裝置使得能夠獲得對於照明光之所要色溫。然而，彼照明裝置不能夠使外科醫生改變照明光之色溫。
彼等兩個先前技術裝置之缺陷在於，當障礙遮罩一小部分光通量時(例如當外科醫生彎下身子時)，則將失去在各種顏色的LED之貢獻之間的平衡，從而改變由照明裝置產生之光的色溫，產生虹彩效應，且在照明場中形成彩色之陰影。
本新型之目的係藉由提出一種LED照明裝置來解決所有彼等缺陷，該LED照明裝置在具有諸如例如色溫之光譜特性之照明場中產生白色照明光，該等光譜特性可由外科醫生在不降低照明場中之可見光照明之情況下調整。
為此目的，本新型提供一種LED照明裝置，該LED照明裝置具有發射白光之LED及濾光器構件，該等濾光器構件適用於過濾由LED發射之該白光，該裝置之特徵在於該等濾光器構件包含至少兩個濾光器，該至少兩個濾光器具有不同透射係數且可定位以分別過濾由LED發射之光；且該裝置之特徵在於照明裝置包括電力供應單元，該電力供應單元適用於根據濾光器中之一者或另一者是否經定位以過濾來自LED之該光而輸送不同電源電流至該LED，以便改變由LED發射之光的色溫。
對於本新型之照明裝置之該佈置，在照明場中之照明之光譜特性，特定言之色溫或色度座標且因此白色，可 在不改變照明場中之視覺照明之情況下僅藉由改變濾光器而調整，因為來自LED之光通量係藉由改變至LED的電力供應而節省。
本新型之照明裝置之另一優點為藉由僅使用白光LED，所獲得之色溫在於光通量中存在障礙物之情況下不改變。
例如，本新型之照明裝置可有利地包括至少一個濾光器，該至少一個濾光器適用於衰減由LED發射之光的紅色分量，以便衰減由LED輸送之能量，亦即降低該LED之輻射能。亦稱為「冷」濾光器之該濾光器用於阻斷最長的波長同時根據藉由人眼在可見光域中的色彩感覺保持中性，亦即，該濾光器不改變由照明裝置產生之光之色溫與顯色指數兩者。
由於採用本新型之照明裝置，因此有可能降低來自光源之輻射能，該輻射能為到目前為止病人所關注的乾燥源且給醫務人員帶來不變。應指出，習知地將輻射能界定為以瓦特每平方公尺(W/m2)表示之能量強度與以勒克司表示之照明度的比率。能量強度涵蓋在自300奈米(nanometer；nm)至2500 nm之範圍中之所有輻射。藉由比較，視覺照明度涵蓋在360 nm至780 nm之範圍中的照明，且視覺照明度係藉由眼睛之靈敏度加權，該照明超過700 nm為幾乎為零。因此，如上所述之「冷」濾光器使能量強度能夠在不改變視覺照明度且不影響色溫或任何其他比色特性之情況下得以降低。
有利地，本新型之照明裝置可包括至少一個濾光 器，該至少一個濾光器適用於衰減在位於400 nm至480 nm之範圍中的波長下之由LED發射之光的藍色分量。在本文中稱為「藍色」濾光器之該濾光器用以提供了在所有可見光波長上平衡之照明場之照明，且該照明為外科醫生提供了非常好的色彩感覺，且限制了光生物學照射風險。
眾所周知，LED，且特定言之白光LED在該等LED之發射光譜中具有高比例之藍色分量，該藍色分量通常稱為「藍色峰值」。由LED發射之白光之分量中的該不平衡影響外科醫生之色彩感覺。此外，眾所周知，在標準EN62471之含義中，多餘的藍色分量增加光生物學照射風險。第1圖圖示白光LED之發射光譜之實例，亦即，作為由LED發射之光的波長之函數的由LED發射之相對強度I。第1圖之實例清楚地圖示，藉由箭頭P所識別之位於約400 nm至480 nm之範圍中、且圍繞450 nm之短波長處的藍色峰值之發射光譜之存在。
如上文所界定之「藍色」濾光器使將呈現最大藍色光生物學照射風險的波長範圍中的光衰減成為可能，如例如在標準EN62471：2008所界定。此外，該「藍色」濾光器有利地使降低由照明裝置產生之光的色溫成為可能，從而以簡易之方式向外科醫生提供改變照明之色溫以將該色溫適應要求的選擇。
本新型之照明裝置可有利地呈現以下特徵：‧照明裝置包含複數個連續的濾光器，該等濾光器具有用於衰減藍色分量之漸進透射係數； ‧兩個連續濾光器之間的衰減差異為至少15%；‧照明裝置具有複數個相同LED，每一LED發射白光；‧每一LED與具有不同透射係數之一組濾光器相關聯，該等組濾光器自一個LED至另一LED相同；‧該等濾光器經佈置於旋轉盤上；以及‧該等濾光器經佈置在該旋轉盤之周邊。
本新型亦給予用於手術室之包括至少一個該照明裝置之照明用具。
1‧‧‧照明用具
2‧‧‧照明場
3‧‧‧鉸接懸臂
4‧‧‧頂燈
5‧‧‧照明出線座
6‧‧‧照明裝置
7‧‧‧外殼
8‧‧‧LED
9‧‧‧準直儀
10‧‧‧電力供應單元
11‧‧‧圓盤
11A‧‧‧周邊
12‧‧‧濾光器
12A‧‧‧透射係數
12B‧‧‧透射係數
12C‧‧‧透射係數
13‧‧‧馬達
14‧‧‧控制單元
15‧‧‧散熱器
A‧‧‧軸
S‧‧‧參考值
可較佳地理解本新型，且其他優點在閱讀藉由非限制實例採取且圖示於附圖中的實施例之詳細描述時而出現，在該等附圖中：第1圖為圖示白光LED之發射光譜之圖形；第2圖為包含本新型之四個照明裝置之照明用具的圖解透視圖；第3圖為第2圖之照明裝置中之一個照明裝置的後部之圖解透視圖；第4圖為圖示第2圖之照明裝置之一部分的關於第3圖中之軸線IV-IV的圖解剖視圖；以及第5圖圖示本新型之照明裝置之三個濾光器的透射係數。
第2圖圖示照明照明場2之照明用具1，此照明場2為外科醫生正在給病人動手術之照明場。
照明用具1為具有以已知方式自手術室之頂板懸掛之類型的照明用具，且照明用具1包含攜帶頂燈4之鉸接懸臂3。
如第2圖中可見，燈4係為十字之形式，其中，燈4之分支中之每一分支包含插入燈4之外殼7中之本新型的照明裝置6。作為實例，照明裝置6係實質上相同，且該等照明裝置6中之每一照明裝置6具有四個實質上相同的照明出線座5。
有利地，照明裝置6具有經佈置以發射白光之LED 8，且較佳地每一照明出線座5僅具有一個白光LED 8。例如，LED 8以5000 K之色溫發射白光。
第3圖為本新型之照明裝置6在無外殼7之情況下的圖解放大圖，以更清楚地圖示照明裝置6之光學元件。
如在第3圖中可見，每一照明出線座5因此包含白光LED 8，在該白光LED 8前方佈置有用於將光通量自LED 8朝向照明場2導引之習知準直儀9，且在準直儀9與LED 8之間插入有濾光器構件，用於過濾由LED 8發射之光。散熱器15較佳地鄰近於LED 8佈置以耗散由LED 8產生之熱量。
第4圖圖示照明裝置6對於第3圖之軸線IV-IV之剖面圖，以更清楚地圖示每一濾光器12佈置在LED 8與準直儀9之間，此設置使得使用小尺寸的濾光器12成為可能。
有利地，對於每一LED 8，濾光器構件包含複數個濾光器12，在此實例中為三個濾光器12，該三個濾光器12 連續地佈置且具有不同且較佳漸進之透射係數，該等濾光器經定位以分別過濾由每一LED 8發射之光，以便獲得不同顏色之白光，亦即，以便獲得可變色溫或可變色度座標。
更確切而言，照明裝置6具有用於支撐濾光器12之支座11，該等濾光器12以濾光器12與LED 8相對於彼此可動之該方式安裝以圍繞軸線A樞轉。在此實例中之支座11為盤形，其中濾光器12經佈置於圓盤11之周邊11A處且在以軸A為中心之圓上對準，且LED 8經佈置在內接於由濾光器12形成之圓中的正方形之四個角處，以使得當圓盤11圍繞軸A旋轉時，濾光器12佔據其中該等濾光器12與LED 8軸向對準之連續位置，以便由彼等LED 8發射之白光通過該等濾光器12。因此，可以容易地理解，對於圍繞軸A之圓盤11之每一位置，每一LED 8與濾光器12軸向對準，因此，如此使由彼LED 8發射之白光通過濾光器12。
此外，LED 8由電力供應單元10供電(在此實例中僅圖解地表示為一個照明出線座5)，該電力供應單元10經佈置以利用不同且可變電流位準為每一LED 8供電，該不同且可變電流位準根據濾光器12中之哪一個濾光器12係定位在LED 8前方以過濾該LED 8之光。電力供應單元10可為照明裝置6之所有LED 8之單個電力供應的形式，或電力供應單元10可為分別與每一LED 8相關聯之複數個電力供應的形式。
有利地，每當圓盤11圍繞軸A旋轉以將LED 8與一個特定類型之濾光器12對準時，電力供應單元調整通過 LED 8之電流以便節省離開照明裝置6之大體上恆定的光通量，亦即，以便節省在照明場中之大體上恆定之視覺照明，與置放於LED 8前方的濾光器之類型無關。術語「實質上恆定」用以意謂對於濾光器12之每一變化，光通量等於5%以內。
對於圍繞軸A之圓盤11之每一位置，四個LED 8較佳地與相同類型之各個濾光器12對準，以使得照明裝置6呈現均勻之光通量。為此目的，參考第4圖中之E，可將在兩個連續LED 8之間的間隔規定為大體上等於具有形成兩個連續組濾光器之部分的相同類型之兩個濾光器12之間的間隔。
較佳地將濾光器12以此方式規定，即在衰減藍色峰值之後獲得的最小色溫及最大色溫處於由標準IEC 60601-2-41授權的範圍中。特定言之，應選擇通常在手術室中通常遇到之色溫。
藉由特定實例，圓盤11攜帶以四個相同組佈置的總共十二個濾光器12，每一組濾光器與一個個別LED相關聯，且每一組濾光器包含不同且漸進類型之三個濾光器12，從而使得能夠獲得不同且漸進之三種色溫。
術語「漸進的」用以意謂選擇濾光器12以便在給定組之濾光器12之兩個連續類型的濾光器之間建立透射差異，其中此透射差異較佳地為至少15%。例如，在與LED 8相關聯之一組三個濾光器之內，第一濾光器12從而具有第一透射係數，該第一透射係數不改變色溫且使得能夠獲得最大 色溫，在此實例中，該最大色溫為5000 K；第二濾光器12具有第二透射係數，該第二透射係數使得能夠獲得中間色溫，在此實例中，該中間色溫為4500 K；且第三濾光器12具有第三透射係數，該第三透射係數使得能夠獲得最小色溫，在此實例中，該最小色溫為3900 K。
第5圖圖示作為波長之函數的在一組濾光器12中之三個漸進的濾光器之透射係數12A、透射係數12B及透射係數12C之實例。舉例而言，第5圖係對於在濾光器上之光之入射角的30%給出。對於某些其他入射角，透射係數作為波長之函數而稍微變化。
如在第5圖中可見，三個濾光器12A、12B及12C適用於吸收由LED 8發射之光的紅色分量，以在不改變由LED 8發射之光的色溫且不改變由LED 8發射之光的顯色性的情況下降低輻射能。輻射能之下降具有0.4毫瓦每平方公尺/勒克斯(mW.m-2.lux-1)至0.5 mW.m-2.lux-1之順序。在第5圖之實例中，三個濾光器12A、12B及12C之透射係數均呈現閾值，超過該閾值，透射係數對於長於740 nm之波長下降以達到2%。此閾值在第5圖中參考為S，且在此實例中，此閾值位於大約700 nm之波長處，然而，此閾值可位於670 nm至750 nm之範圍中，且尤其應根據使用之LED 8之類型且根據藉由LED 8發射至濾光器上之光的入射角調適此閾值。
第5圖亦圖示第一濾光器對於短於700 nm之波長具有96%±2%之透射係數。因此，此第一濾光器12 A用以節省由LED 8發射之光的色溫同時限制熱量之產生。
最終，第5圖圖示第二濾光器12B及第三濾光器12C亦衰減由LED 8發射之白色光的藍色分量，且該藍色分量對應於在第1圖中圖示之發射光譜之藍色峰值，亦即，約450 nm之波長，且第二濾光器12B及第三濾光器12C較佳地衰減位於約400 nm至約480 nm之範圍中的波長處之藍色分量。
更精確而言，第二濾光器12B具有等於位於400 nm至480 nm之範圍中的波長之83%±2%之透射係數，且第二濾光器12B隨後具有在位於480 nm至620 nm之範圍中的波長之具有增加波長之自83%增加達到97%±2%之透射係數。第三濾光器12C具有等於位於400 nm至480 nm之範圍中的波長之64%±2%之透射係數，且第三濾光器12C隨後具有在位於480 nm至620 nm之範圍中的波長之具有增加波長之自64%增加達到97%±2%之透射係數。因此，該等第二濾光器12B及第三濾光器12C使得由LED 8發射之光的色溫得以改變，第二濾光器12B及第三濾光器12C中之每一者降低了色溫達600 K，同時亦限制了熱量之產生。因此，濾光器構件使得由LED 8發射之光的色溫得以改變。
根據應用，濾光器12可由玻璃或塑膠材料製成。濾光器12較佳地藉由在真空下或藉由溶膠-凝膠技術將薄膜沉積至透明基板上製造。
攜帶濾光器12之圓盤11可有利地藉由馬達13旋轉，該馬達13係藉由圖示於第4圖中之控制單元14控制，以便外科醫生可藉由作用於控制單元14而簡單且快速地改變 濾光器12。
照明出線座5之LED 8較佳地大體上彼此相同，以便避免來自一個照明出線座5至另一照明出線座5的可見光範圍中之光通量及/或光譜之任何差異。特定言之，LED 8較佳經選擇以便該等LED 8來自相同供應商，例如，具有相同類型之磷基成分、相同封裝、相同電子晶片且需要相同類型之電力供應。白光LED 8應經選擇具有位於85至100之範圍中，較佳地位於90至100之範圍中，或實際上在95至100之範圍中的高顯色指數，及位於3000 K至6700 K之範圍中的色溫，以符合關於在醫療情況之照明中實施的標準。
自然地，本新型不限於本新型之單個實施例的上述描述，且因此，本新型可在不超出本新型之範圍之情況下進行各種改變。
例如，自然的可以具有與照明裝置6中之每一LED相關聯之某些其它數目的濾光器12。亦可能在照明裝置6中具有某些其他數目之LED 8及某些其他數目之照明出線座5。最終，可在每一頂燈4中提供某些其他數目之照明裝置6。僅藉由舉例之方式給出十字形的燈4。
例如，有可能使用在例如3000 K之低色溫下發射白光之LED。在該等情況下，應選擇濾光器12以便能夠例如藉由衰減在600 nm至700 nm之範圍中之光的紅色分量來增加光之色溫。
亦可規定使用其他類型之濾光器，例如，衰減光之紫外線分量之濾光器。
1‧‧‧照明用具
2‧‧‧照明場
3‧‧‧鉸接懸臂
4‧‧‧頂燈
5‧‧‧照明出線座
6‧‧‧照明裝置
7‧‧‧外殼

Claims (10)

  1. 一種LED照明裝置(6)，該LED照明裝置(6)具有發射白光之一LED(8)及濾光器構件，該濾光器構件適用於過濾由該LED(8)發射之該白光，該裝置之特徵在於該等濾光器構件包含至少兩個濾光器(12)，該至少兩個濾光器(12)具有不同透射係數且可定位以分別過濾由該LED(8)發射之該光；且特徵在於該照明裝置(6)包括一電力供應單元(10)，該電力供應單元(10)適用於根據該等濾光器(12)中之一者或另一者是否經定位以過濾來自該LED(8)之該光而輸送不同電源電流至該LED(8)，以便改變由該LED(8)發射之該光的色溫。
  2. 如請求項1所述之照明裝置(6)，其中至少一個濾光器(12)適用於衰減由該LED(8)發射之該光之一紅色分量。
  3. 如請求項1或請求項2所述之照明裝置(6)，其中至少一個濾光器(12)適用於將在位於400 nm至480 nm之範圍中的一波長下之由該LED(8)發射之該光的一藍色分量衰減。
  4. 如請求項3所述之照明裝置(6)，該照明裝置(6)具有複數個連續的濾光器(12)，該等濾光器(12)具有用於衰減該藍色分量之漸進透射係數。
  5. 如請求項4所述之照明裝置(6)，其中在兩個連續濾光器(12)之間的衰減差異為至少15%。
  6. 如請求項1所述之照明裝置(6)，該照明裝置(6)具有複數個相同LED(8)，每一LED(8)發射白光。
  7. 如請求項6所述之照明裝置(6)，其中每一LED(8)與具有不同透射係數之一組濾光器(12)相關聯，該等組濾光器(12)自一個LED(8)至另一LED(8)相同。
  8. 如請求項1所述之照明裝置(6)，其中該等濾光器(12)經佈置於一旋轉盤(11)上。
  9. 如請求項8所述之照明裝置(6)，其中該等濾光器(12)經佈置在該旋轉盤(11)之周邊(11A)。
  10. 一種用於一手術室之照明用具(1)，該用具之特徵在於該用具包括如請求項1至請求項9中任一項所述之至少一個照明裝置(6)。
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