CN104854398A

CN104854398A - 用于对照明区域进行照明的照明设备

Info

Publication number: CN104854398A
Application number: CN201380067774.XA
Authority: CN
Inventors: L.福纳西罗; H.克雷奇曼
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draeger Medical GmbH
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-08-19
Also published as: WO2014101994A1; US20150345746A1; US9869451B2; DE102012025396A1

Abstract

本发明涉及一种用于对照明区域（110）、尤其是手术区域进行照明的照明设备（10），具有：至少一个光源（20），所述光源具有至少一个用于发射激光（L）的激光器；和至少一种激发介质（30），所述激发介质在吸收激光（L）的至少一部分的条件下被激发并且发射一定波长的发射光（E），所述波长至少部分地与激光（L）的波长不同。

Description

用于对照明区域进行照明的照明设备

技术领域

本发明涉及一种用于对照明区域、尤其是手术区域进行照明的照明设备，以及一种用于对手术区域的形式的照明区域进行照明的手术照明设备。

背景技术

用于对照明区域进行照明的照明设备基本上是已知的。尤其是，这种照明设备用作为用于对手术区域形式的照明区域进行照明的手术照明设备。在此，目标是，在手术区域中、即在手术伤口的区域中提供尤其逼真的和亮的照明。这种照明设备的传统的实施方式具有传统的发光介质，例如以气体放电灯的形式的发光介质。所述气体放电灯已知用于：提供足够亮的光、尤其是具有高的蓝色部分的光并且于此相应地提供尤其白的光。光示出良好的颜色重现指数并且与此相应地在照明区域中示出高的颜色真实性。也已经已知的是，将LED作为新的发光介质用于照明设备。然而，单个LED的功率不足以用于提供必要的亮度。因此，在已知的照明设备中，通常使用多个LED，所述LED例如矩阵形地布置。

已知的照明设备的缺点一方面是放热。尤其在卤素灯中但是也在气体放电灯中，消耗的能量的大部分转换成热量。用于照明设备的必要的高功率的LED也产生不可忽视的余热。然而，所产生的热量是不利的，因为所述热量妨碍手术医生。此外，散热引起热流，所述热流妨碍照明区域的区域中的空气流动。如果该区域为手术区域，那么在那里创造尽可能无菌的环境。如果经由热流动干扰所述无菌环境，那么因此手术伤口感染的风险增大，所述手术伤口处于照明区域中。也不利的是，在已知的气体放电灯中以及在已知的卤素灯中，辐射出相当大部分的红外光。所述红外光部分在入射到以手术伤口的形式的照明区域中的情况下引起所述手术伤口变干的风险并且同样是不利的。在使用LED并且将其在所属的光源中相应地分布布置时，此外结果是不舒服的光图像。因此，在此可以以阴影为出发点，，所述阴影作为部分阴影负面地影响颜色重现和对于手术医生在照明区域中的可视性。也需要耗费的光学元件，以便将所述多个LED的光聚束并且以期望的方式转向。这在较小效率下的已知的照明设备中引起明显密集的成本耗费。

发明内容

本发明的任务是，至少部分地消除上述缺点。尤其是，本发明的任务是，提供一种用于对照明区域进行照明的照明设备以及一种用于对手术区域的形式的照明区域进行照明的手术照明设备，其能够以成本适当的并且简单的方式在照明区域中产生改进的照明环境。

上述任务通过具有权利要求1的特征的照明设备以及具有权利要求10的特征的手术照明设备来解决。本发明的其他的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的照明设备描述的特征和细节当然也适合于与根据本发明的手术照明设备结合并且反之亦然，使得关于各个发明方面的公开始终能够相互地参考。

根据本发明的照明设备用于对照明区域、尤其是手术区域进行照明。这种照明设备具有至少一个光源，所述光源具有至少一个用于发射激光的激光器。此外，设有至少一种激发介质，所述激发介质在吸收激光的至少一部分的条件下被激发并且发射一定波长或一定波长谱的发射光。发射光的波长范围至少部分地不同于激光的波长。

借助于根据本发明的照明设备，能够使用简单的并且可成本适当地提供的激光。激光为唯一波长的单色光的缺点通过借助于激发介质的转换而消除。作为激发介质例如能够使用发光材料或光致发光的材料。激光能够在这种光致发光的材料中将电子提升到更高的能级上。在此，至少部分地吸收激光。在电子从所述更高的能级跃回时，释放的能量作为具有比吸收的激光光子更小的能量的光子释放。

因此，在根据本发明的照明设备中，能够将至少一部分激光转换成发射光。通过选择激光并且相应地构造激发介质，现在能够以成本适当的和简单的方式定义发射光的期望的波长或者甚至定义用于发射光的不同波长的整个频带。

与传统的气体放电灯不同，借助于激光器能够提供冷光源。关于放热和出现的热流动以及对手术医生的热影响的所有缺点以所述方式有效地消除。通过选择激发介质，也能够明确地实现排除发射光中的红外部分。手术区域的、即照明区域中的手术伤口的所述变干同样能够以所述方式减少。

同样地，根据本发明的照明设备的大的优点是，经由与激光器相关地相应地选择激发介质，由激光和发射光组成的混合光或者甚至仅发射光能够被选择成，使得能够实现以良好的颜色重现指数的形式的尤其高的颜色真实性。由于激光的高的空间射束质量（优秀的可聚焦性，小的射束直径）可以的是，开发很小的光学***，在所述光学***中进行激发进而将激光和发射光构成的混合光聚焦或对准，以便使其朝向工作空间（例如，伤口区域）的方向偏转。简单的更小的光学元件能够更容易地并且更好地制造，得到光学元件的效率的以及其成本的优点。

根据本发明的照明设备尤其作为手术照明设备运行。因此，关于颜色重现指数能够如下实现尤其有利的颜色重现，能够为手术医生提供手术伤口中的非常自然的颜色重现。激发介质能够至少部分地构造为扩散器并且与此相应地扇状放射射入的激光。所述扇状放射和至少部分的吸收将激光的能量密度减少，使得以所述方式能够有效地实现眼睛保护。

在本发明的意义中，激光尤其是单色光，该单色光尤其有利地利用在蓝色范围和/或UV范围中的短的波长来构造。通过激发介质的光走向不仅能够作为反射、散射和/或而且能够作为透射发生。这表示，对于激发和吸收激光，所述激光不仅能够至少部分地由激发介质反射或能够至少部分地透射激发介质。

当然，在本发明的意义中，不仅在以激光器的形式的光源和激发介质之间、而且也在激发介质的下游提供多个光学构件。这例如是反射罩或小的反射器、透镜或还有遮光物。以封闭片的形式的保护玻璃在本发明的意义中也是能够考虑的。

有利的是，将激光的尤其大的部分吸收进而转换成发射光。优选地，将激光的多于大约90%吸收并且转换成发射光。这引起，激光的主要能量部分转换成发射光。因此，由照明设备放射的光中的剩余的激光被减少。以所述方式，能够明显地减少周围人员的眼睛的危险。尤其优选地，激发介质不仅仅针对转换单独的波长，而是也针对产生尽可能宽的光谱、尤其是在蓝色范围中的光谱来构造。

能够有利的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质被构造为在通过激光激发的条件下发射不同频率的、尤其是以频带的形式的光谱作为发射光。不同频率的光谱例如能够是不同频率峰值的光谱。优选地，然而为具有不同波长的尽可能均匀的显示（Auspraegung）的频带。在此，要注意的是，在本申请中，术语“频率”和“波长”被用作同义词。发射不同频率的、尤其是以频带的形式的光谱作为发射光的激发介质的设置在照明区域中产生尤其有利的照明。尤其是，能够以有针对性的方式提供以下光谱，所述光谱提供尤其高的颜色重现指数。因此，也就是说，总体上提供尤其白的光。光谱在此优选地考虑吸收激光的程度，使得总体上例如未吸收的激光和发射的发射光的组合产生照明区域中的光。

在此，可以的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质被构造为在通过激光激发的条件下发射在可见光谱范围中的光谱。尤其是，激发介质被构造为，在通过激光激发的条件下发射在可见光谱范围中的具有高的颜色重现值的光谱（Ra，Rx，x=1至15，一些或全部＞80）。

能够有利的是，在根据本发明的发光设备中，激发介质被构造为用离子掺杂的固体晶体、由玻璃或由所述材料制成的陶瓷、浇注体或粉末。此外，可以的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质是氧化的或氟化的晶体，例如YAG、YLF、YalO、YVO、GdVO（……LF）或氧化的或氟化的玻璃。也可以的是，掺杂的离子至少部分地包含Ce、Pr或Er或其组合。同样有利的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质是光致发光的颜料或发光物质或包含这种光致发光的颜料或发光物质。

此外，有利的是，在根据本发明的照明设备中，至少一个光学构件被布置成，使得所述光学构件将激光偏转到激发介质上，例如聚焦到激发介质上。这种光学构件例如能够用于主动的光控制。因此，能够使用遮光物、反射器、光导体或透镜，以便以相应的方式移动激光。例如，能够考虑镜，所述镜能够用作为光学构件。有效的光控制在此能够用作激光的聚焦。也能够考虑激光分配到不同的激发介质上。附加地或替代地，多个激光器的光也能够在光学构件中会聚到同一激发介质上。

此外，有利的是，在根据本发明的照明设备中，设有至少一个下述光学构件：

- 反射器；

- 遮光物；

- 光导体；

- 透镜；

- 衍射的光学元件。

基于并非最后的列表的上述光学构件，能够进行激光器的更自由的布置。因此，可以的是，激光器能够与照明设备的壳体无关地设立。甚至原则上能够考虑的是，将激光器安置在单独的空间中，以便更进一步地减小对手术空间的影响。例如借助于光导体，能够以所述方式将激光置于期望的位置上并且聚焦到激发介质上。这可以简单地实现，因为激光具有高的空间射束质量。在此，光导体例如被构造为TIR体（Total Internal Reflection，完全内反射）。在此，光学构件、尤其是以这种光导体的形式的光学构件能够同时用于激光的改进的均匀性。因此，以所述方式能够在限定的优选与激发介质的出射横截面相对应的横截面上实现激光的均匀化。因此，能够以更有针对性的方式执行发射光的发射。以所述方式，对称的聚焦变得可能，所述对称的聚焦对于继续的光学投影是有帮助的。这种光导体也能够用于，将光、尤其是激光和/或发射光更强地均匀化，尤其是以主动的方式。

此外，有利的是，在根据本发明的照明设备中，至少一个光学构件、尤其是以光导体的形式的光学构件至少部分地具有激发介质。因此，光导体例如能够具有以下结构，所述结构是光致发光的。因此，在激光的通过在光导体中引导造成的光学影响的情况下，已经能够进行激发进而转换成发射光。尤其是，光学构件在此构成为，使得没有自由的激光或仅需要用于产生优化的具有高的颜色重现的光谱的自由的激光朝向照明区域的方向离开照明设备。因此，能够提供足够的保护，以便保护周围人员的眼睛。在另一个方案中，激光在穿过光导体并且部分地转换成光谱更宽的发射光之后的空间相干性例如能够通过感应的散射减少。这也引起更多的眼睛安全性。因此，照明设备能够以至少部分地集成到光学构件之一中的方式具有激发介质。

能够有利的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质本身承担用于激光的光导体的或波导的功能或者作为这样的来构造。也可以的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质将激光的未被吸收的部分散射进而至少部分地破坏其空间相干性。此外可以的是，激发介质至少部分地在其表面上反射激光和/或发射光，以便将所述激光和/或发射光偏转到期望的方向中。在此，反射能够通过镜面化的表面产生。反射也能够为全反射。

同样地，此外有利的是，在根据本发明的照明设备中，激发介质具有至少两个激发部段，所述激发部段在吸收激光的条件下发射彼此不同的光谱的发射光。具有两个不同的激发部段的激发介质在此优选地用相同的激光照射。

通过用于两个激发部段的材料的化学差异，产生不同的频谱的发射光。通过所述实施方式，能够进行两个发射光的光谱的有效的切换或结构的变化和/或混合。因此，例如照明设备的照明能够国家特定地进行。通过切换和与此相应地改变激发部段或激光的聚焦，能够实现照明通过发射光的变化。例如，替代于国家特定的照明方式，能够进行对标记颜料、即所谓的肿瘤标记的激发。有针对性地，以所述方式能够提供一定光谱的发射光，所述光谱的发射光例如引起这种标记颜料的荧光。因此，照明设备通过简单地切换激发部段并且在没有改变实际光源的情况下成本适当地、快速地并且简单地提供不同的照明环境。也可以的是，不同的激发部段被共同地照射，使得因此进行发射光的光混合。有利地，在此顺序的布置能够是依次的，使得激光射束通过两个或更多个激发部段依次辐射并且在此产生不同的发射光谱，所述发射光谱的总和与其余的、没有吸收的激光一起生成手术照明光。

本发明能够如下地改进，在照明设备中，激发介质可运动地、尤其是可转动地在照明设备中布置，以便激发部段中的分别一个移动到激光的焦点中。可运动性在此经由机械装置或电机的控制装置进行。也能够考虑激发介质的手动的运动或转动。以所述方式能够主动地由根据本发明的照明设备的用户进行发射光的切换。因此，灵活地匹配于相应的使用环境、即匹配于相应的手术环境是可以的。也可以的是，在根据本发明的照明设备中，光源由具有在uv或蓝色光谱范围中的激光的激光器构成。在此，光源能够具有带有在大约395nm至大约420nm的范围中、优选地在大约405nm附近的激光的激光器。也可以的是，光源具有带有在大约445nm至大约475nm的范围中、例如在大约455nm附近的激光的激光器。

此外，有利的是，在根据本发明的照明设备中，光源具有至少两个激光器，所述激光器发射具有不同波长的激光。所述实施方式不仅能够与相同的激发介质一起、而且能够与具有不同的激发部段的激发介质一起使用。因此，经由具有至少两个激光器的光源能够实现在激发介质上的不同的激发。激光的未被吸收并且与此相应地与发射光混合地实现照明的部分也能够以所述方式带来整个照明光谱的移动。优选地，在此，激光器能够具有不同的蓝色调，以便在蓝色光谱中提供较大的宽度。在此，两个激光器能够彼此单独地或也共同地、也就是说并行地运行。替代地，激光器之一也能够位于红色的或其他的光谱范围中，以便在照明光谱中强调特殊的颜色区域或者优化单独的或共同的颜色重现区域。

此外，有利的是，在根据本发明的照明设备中，激光器和/或激发介质被构造用于发射激光和/或在频率范围中具有UV部分和具有适合于照明区域的消毒的能量密度的发射光。因此，UV消毒能够至少分部段地使照明区域的区域中的病菌或细菌无效。在此，激光单独地、发射光单独地或激光和发射光的组合当然能够施加所述必要的UV部分。替代地，对此感兴趣的例如还有大约405nm的波长。消毒优选地关于医院病菌进行。在此可以的是，在根据本发明的照明设备中，激光器和/或激发介质被构造用于发射激光和/或具有在大约405nm波长处的主要的光部分的发射光，所述波长适合于对照明区域进行消毒。此外，可以的是，激光器和/或激发介质被构造用于发射激光和/或具有用于激发标记颜料的主要的光部分的发射光。

同样地，本发明的主题是用于对手术区域的形式的照明区域进行照明的手术照明设备。这种手术照明设备的特征在于，设有至少一个具有本发明的特征的照明设备。与此相应地，根据本发明的手术照明设备带来与详尽地关于根据本发明的照明设备阐述的优点相同的优点。

根据本发明的手术照明设备能够如下地改进，设有多个照明设备，所述照明设备可相对于彼此运动地布置。在此，不仅根据本发明的照明设备与传统的照明设备的组合、而且以根据本发明的方式的唯一的构造方案能够被设置用于全部照明设备。因此，能够将不同的激光器类型和不同的激发介质彼此组合，以便提供不同的频谱。也能够将共同的光源和优选地唯一的激光器用于全部的照明设备上的分支，以便更进一步地减小成本。在此，可以的是，一个或多个照明设备或多个照明设备的部分可运动地布置在手术照明设备中，以便通过运动可调节地构成手术照明设备的光场参数。

附图说明

根据所附的附图详细阐述本发明。在此使用的术语“左边”、“右边”和“下边”涉及具有正常可读的附图标记的附图的定向。其中示意地：

图1示出根据本发明的照明设备的第一实施方式，

图2示出根据本发明的照明设备的另一个实施方式，

图3示出根据本发明的照明设备的另一个实施方式，

图4示出用于透射的激发介质，

图5示出用于反射的激发介质，

图6示出具有三个激发部段的激发介质，和

图7示出发射光谱与激光的光谱的比较。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明的照明设备10的第一实施方式。在此，为手术照明设备100，所述手术照明设备设有灯罩形式的反射器120。经由反射器120能够将发射光偏转到照明区域110中。

为了在照明设备10的所述实施方式中提供期望的发射光E，光源20设有激光器22。在此，朝向激发介质30的方向发射激光L。激发介质30基本上完全执行激光L的吸收并且发射发射光E，所述发射光又经由反射器120朝向照明区域110的方向反射。

在该实施方式中，激光L到发射光E的转换用于改变光谱，所述光谱存在于照明区域110中。

用于本发明的全部实施变型形式的光谱的改变作为示例在图7中示出。因此，提供具有非常窄的光谱、例如在蓝色范围中的激光L（作为虚线示出）。随后，从所述具有高的能量密度的波长中在激发介质30上吸收激光L的大部分。所述吸收的能量被转换成新的发射光E，所述发射光优选地提供与激光相比不同波长的宽的频带。所述转换在发射光E（图7中的点划线）中示出。

图2示出以手术照明设备100的形式的根据本发明的照明设备10的另一实施方式。在所述实施方式中，设有两个激光器22a和22b作为光源20。经由光导体42形式的光学构件40，能够进行发射的激光L的组合并且共同地被偏转到激发介质上。其他的工作原理与根据图1的实施方式相同。在所述变型形式中，不仅两个激光器22a、22b中的一个激光器、或者但是两个激光器22a和22b能够共同地运行。借此，能够实现关于发射光E的提供的光谱的较大的变形宽度。

图3示出另一个手术照明设备100。因此，在此设有三个根据本发明的照明设备10，其中两个外面（左边和右边）布置的照明设备10较小地构造。共同的激光器22能够经由光导体42照射中间的照明设备10中的激发介质30。用于手术照明设备100的左臂和右臂的光导体42本身已经被构造为激发介质30，使得在那里直接地出射发射光E。在此，当然也能够使用多个不同的激光器22。

在图4和5中示出用于构造激发介质30的两个不同的基本原理。因此，图4示出透射情况，其中高能量的单色的激光L从左边射到激发介质30上。激光L的大部分在此被吸收，使得仅具有相对较小的能量密度的较小部分的激光L在右边离开激发介质30。其余的激光L被转换成发射光E。在此，用于激光L的激发介质30用作为扩散器。

替代地或附加地，激发介质30能够被构造为反射器，如图5示出的那样。在此，也将高能量的激光L射到激发介质30上并且大部分被吸收，使得激光L向下以较低的能量密度反射。其余的激光L也在此被转换成发射光E。

图6示出具有三个不同的激发部段30a、30b和30c的激发介质30的实施方式。所述激发部段30a、30b和30c关于其化学组成、尤其根据光致发光的材料的类型有所不同。因此，根据用激光L照射不同的激发部段32a、32b和32c，能够提供不同的光谱的发射光E。在发射光E的不同的光谱之间的切换因此通过激发介质30的旋转进行，如这通过图6中的箭头来示出。因此，激光L的聚焦发生改变，所述聚焦在根据图6的布置中刚好定向到激发部段30a上。

对实施方式的上述阐述仅在示例的范围中描述了本发明。当然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征能够自由地彼此组合，而不脱离本发明的范围。

附图标记列表：

10 照明设备

20 光源

22 激光器

22a 第一激光器

22b 第二激光器

30 激发介质

32a 激发部段

32b 激发部段

32c 激发部段

40 光学构件

42 光导体

100 手术照明设备

110 照明区域

120 反射器

E 发射光

L 激光。

Claims

1. 用于对照明区域（110）、尤其是手术区域进行照明的照明设备（10），具有：至少一个光源（20），所述光源具有至少一个用于发射激光（L）的激光器（22）；和至少一种激发介质（30），所述激发介质在吸收所述激光（L）的至少一部分的情况下被激发并且发射一定波长的发射光（E），所述波长至少部分地与所述激光（L）的波长不同。

2. 根据权利要求1所述的照明设备（10），其特征在于，所述激发介质（30）被构造为在通过所述激光（L）激发的条件下发射不同频率的、尤其是以频带的形式的光谱作为发射光（E）。

3. 根据上述权利要求中任一项所述的照明设备（10），其特征在于，至少一个光学构件（40）被布置成，使得所述光学构件将所述激光（L）偏转到所述激发介质（30）上。

4. 根据权利要求3所述的照明设备（10），其特征在于，设有至少一个下述光学构件（40）：

反射器；

遮光物；

光导体（42）；

透镜；

衍射光学元件。

5. 根据权利要求3或4所述的照明设备（10），其特征在于，至少一个所述光学构件（40）、尤其是以光导体（42）的形式的光学构件至少部分地具有所述激发介质（30）。

6. 根据上述权利要求中任一项所述的照明设备（10），其特征在于，所述激发介质（30）具有至少两个激发部段（32a，32b，32c），所述激发部段在吸收所述激光（L）的条件下发射彼此不同光谱的发射光（E）。

7. 根据权利要求6所述的照明设备（10），其特征在于，所述激发介质（30）能运动地、尤其能转动地布置在所述照明设备（10）中，以便使所述激发部段（32a，32b，32c）中的分别一个运动到所述激光（L）的焦点中。

8. 根据上述权利要求中任一项所述的照明设备（10），其特征在于，所述光源（20）具有至少两个激光器（22a，22b），所述激光器发射具有不同波长的激光（L）。

9. 根据上述权利要求中任一项所述的照明设备（10），其特征在于，所述激光器（22）和/或所述激发介质（30）被构造用于发射激光（L）和/或在频率范围中具有UV部分和具有适合于所述照明区域（110）的消毒的能量密度的发射光（E）。

10. 用于对手术区域的形式的照明区域（110）进行照明的手术照明设备（100），其特征在于，设置至少一个具有权利要求1至9中任一项的特征的照明设备（10）。

11. 根据权利要求10所述的手术照明区域（100），其特征在于，设有多个照明设备（10），所述照明设备能相对于彼此运动地布置。