[发明专利]全光谱LED照明器

说明书

本发明涉及全光谱LED照明器。一种用于向光导提供光输出以用于被成像对象的照明的装置，包括多个固态发光源，其中的每一个被独立地供电和独立地控制，每个发光源以与由其他发光源所发射的波长不同的波长发射光。所述装置还包括被配置成将所述多个固态发光源热耦合并提供由所述多个固态发光源产生的热的传导的热沉。该装置还包括用以将来自所述多个固态发光源的发射收集、准直并组合成将被光学耦合到所述光导的组合光束的光学元件。

本申请为分案申请，其母案的发明名称为“全光谱LED照明器”，申请日为2012年3月8日，申请号为201280022284.3。

技术领域

本发明涉及一种照明系统，特别是用于内窥镜检查，并且更特别地涉及使用发光二极管（LED）和/或半导体激光器的全光谱照明系统。

背景技术

用于内窥镜检查、显微术和类似的光学成像应用的照明系统多年来已利用弧光灯或卤素技术作为选择的光源。近年来，已经引入了诸如发光二极管或二极管激光器的各种形式的固态光源以供在这些成像应用中的某些中使用。由于这些固态光源的输出亮度或输出光谱限制，LED和/或激光二极管的使用直到最近都尚且局限于其中低光水平是足够的或者其中要求/期望窄光谱照明的光学成像应用。

由于许多原因，利用固态光源来实现足够明亮、全可见光谱照明尚且仍然是具有挑战性的。

a）首先，LED技术已经一直在改善，但是在总光输出方面远远落后于灯技术。现在可获得越来越高的光输出，但是例如来自单个磷光体涂覆的（“白色”）LED的光仍低于在弧光灯的光几个数量级。

b）替换地，能够使用二向色镜来将来自多个、不同颜色的（例如，红色、绿色和蓝色）LED的光组合成在宽光谱范围内进行发射的“源”。然而，上述成像应用一般要求将光耦合到液体、光纤或棒形透镜光导中。此类光学光导通常拥有具有横跨几毫米的尺寸的小物理孔径和受约束/有限数值孔径（NA）两者。此外，集光率（etendue）考虑迅速地约束此类组合源照明系统的实际实现方式。

c）如果通过具有被谨慎地均衡的光路长度的源和二向色器件的适当布置来克服具有多个不同颜色的LED布置的集光率考虑，则出现关于有效冷却和成本的其他实现问题。

最后，虽然红色和蓝色LED的输出亮度已经达到一定水平，在该水平下其能够产生具有基本上等价于弧光灯或卤素灯光谱的红色和蓝色部分的亮度的光，但绿色LED的输出趋向于相当地小于由灯所产生的绿光。

因此将期望且有利的是，通过提供一种成本有效且可靠的照明器来解决此问题并避免其他现有技术缺点，该照明器利用固态光源来产生可以被有效地耦合到光学光导的明亮的、颜色平衡的、宽光谱可见光输出。还将期望的是，在此类照明器中和在得到的光发射中包括用于UV或NIR照明（例如用于组织的荧光激发）的其他光源。

发明内容

根据本发明的一方面，公开了一种照明器，其利用固态光源来产生明亮的、颜色平衡的、宽光谱可见光输出。

根据本发明的一个有利特征，照明器可以包含跨越可见光谱（例如从400—700nm）的多个高功率LED光源。这些LED光源被单独地供电和控制。使用与LED光输出适当地波长匹配的反射镜或二向色滤光器来将由这些LED产生的光组合成单个光束。然后可以使用诸如高（例如＞0.5）NA透镜的适当光学元件来将该组合光耦合到光学光导中。

根据本发明的一个有利特征，该照明器可以包括被容纳在分立高热导率封装中的LED光源。LED管芯可以是边缘发射或表面发射的，并且其可以按照单或多管芯配置来被封装。

根据本发明的一个有利特征，该照明器可以包含红色、绿色和蓝色LED光源的组合。替换地或另外，根据对于应用而言所要求或期望的（例如在内窥镜中），这些LED光源中的一个或多个可以具有其他色调的可见光谱，包括紫色、黄色、黄褐色/橙色LED。替换地或另外，单个LED封装可以包含这些彩色管芯的任何组合。