DE102007053597A1

DE102007053597A1 - Beleuchtungsvorrichtung, die eine erhöhte Strahldichte liefert

Info

Publication number: DE102007053597A1
Application number: DE102007053597A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Polland
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009059937A2; EP2217134A2; WO2009059937A3

Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Emitterfläche und einen Reflektor aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren. Außerdem eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine erste Emitterfläche und einen Reflektor aufweist, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren. Die Emitterfläche kann die Oberfläche eines LED-Chips sein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung und insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine erhöhte Strahldichte liefert.
Hintergrund der Erfindung
Eine Kenngröße einer Beleuchtungsvorrichtung ist die Strahldichte (L). Die Strahldichte einer Quelle ist definiert durch die folgende Gleichung. L = P(∅)/(A·cos∅·Ω) Gleichung 1wobei

A: eine Fläche der emittierenden Oberfläche der Quelle ist (die z. B. in Quadratmillimetern gemessen wird),
P(∅): ist die Strahlungsleistung von Licht, das durch die Fläche A der Quelle (z. B. in Watt) als Funktion des Winkels ∅ emittiert wird,
Ω: ist der Raumwinkel (z. B. in Steradiant), in den die Fläche das Licht emittiert, und
∅: ist der Winkel relativ zur Normalen der emittierenden Oberfläche.

Setzt man eine gegebene Eingangsleistung (z. B. Watt elektrische Leistung) voraus, wird im allgemeinen angenommen, daß die Strahldichte für eine gegebene Quelle unveränderlich ist. Es wäre jedoch wünschenswert, die Strahldichte einer gegebenen Quelle zu erhöhen.
Übersicht
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zum Erhöhen der Strahldichte einer Quelle gerichtet.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf eine Beleuchtungsvorrichtung gerichtet, die eine Emitterfläche mit einem Reflexionsvermögen von mindestens 30% und einen Reflektor aufweist. Der Reflektor ist gestaltet und angeordnet, Licht von der Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren.
In einigen Ausführungsformen weist die Emitterfläche einen integralen Abschnitt einer Lichtquelle auf. Zum Beispiel kann die Emitterfläche eine Oberfläche eines LED-Chips aufweisen.
Die Emitterfläche kann planar sein. Der Reflektor kann ein metallischer oder dielektrischer Spiegel sein. In einigen Ausführungsformen weist mindestens eines der Emitterfläche und des Reflektors eine konkave Reflexionsfläche auf.
Der Reflektor kann an einer Emitterverkleidung angeordnet sein. Der Reflektor kann eine planare Reflexionsfläche aufweisen. Der Reflektor kann mindestens zwei optische Komponenten aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist der Reflektor mindestens eine Emitterfläche auf.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf eine Beleuchtungsvorrichtung gerichtet, die eine erste Emitterfläche und einen Reflektor aufweist, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren.
In einigen Ausführungsformen ist die erste Emitterfläche planar, ist die zweite Emitterfläche planar und weist der Reflektor ferner eine gekrümmte Reflexionsfläche auf. In einigen Ausführungsformen weist der Reflektor eine dritte Emitterfläche auf, und die zweite Emitterfläche und dritte Emitterfläche sind gestaltet und angeordnet, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf eine Beleuchtungsvorrichtung gerichtet, die eine erste Emitterfläche und eine zweite Emitterfläche aufweist, die Licht emittiert, die einge richtet ist, einen Anteil des Lichts auf die erste Emitterfläche zu richten, wobei die erste Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche einem Raumwinkel von mehr als 5·10^–3 srad gegenüberliegt (der z. B. einem Kegel entspricht, der einen Winkel von annährend 5° aufweist).
Die Vorrichtung kann ferner eine dritte Emitterfläche aufweisen, die ein zweites Licht emittiert, die eingerichtet ist, einen Anteil des Lichts auf die zweite Emitterfläche zu richten, wobei die zweite Emitterfläche für einen Punkt auf der dritten Emitterfläche einem Raumwinkel von mehr als 5·10^–3 srad gegenüberliegt, wobei die erste Emitterfläche, die zweite Emitterfläche und dritte Emitterfläche so angeordnet sind, daß das zweite Licht durch die zweite Emitterfläche auf die erste Emitterfläche reflektiert wird.
In einigen Ausführungsformen emittiert die erste Emitterfläche Licht mit einem ersten Spektralgehalt, und die zweite Emitterfläche emittiert Licht mit einem zweiten Spektralgehalt. Die erste Emitterfläche kann Licht einer ersten Farbe emittieren, und die zweite Emitterfläche kann Licht einer zweiten Farbe emittieren.
Noch ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf eine Spaltabtastvorrichtung zur Verwendung in der Messung eines Auges eines Patienten gerichtet, die eine Spaltprojektionsvorrichtung und eine Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen von Bildern aufweist, die einen Anteil des Lichts enthalten, nachdem das Licht durch das Auge gestreut wird. Die Spaltprojektionsvorrichtung weist I) eine Beleuchtungsvorrichtung und einen Spalt auf, wobei die Beleuchtungsvorrichtung und der Spalt so angeordnet sind, daß das Licht im Ausgang auf das Auge gerichtet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine erste Emitterfläche und einen Reflektor auf, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und das Licht zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren, wobei das Licht durch die erste Emitterfläche in einen Ausgang reflektiert wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Reflektor gestaltet und angeordnet, das Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren. In einigen Ausführungsformen emittiert die zweite Emitterfläche ein zweites Licht, wobei die zweite Emitterfläche eingerichtet ist, einen Anteil des zweiten Lichts auf die erste Emitterfläche zu richten, wobei die erste Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche einem Raumwinkel von mehr als 5·10^–3 srad gegenüberliegt.
Noch ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Beleuchtungsverfahren gerichtet, das aufweist: Richten von Licht aus einer Emitterfläche mit einem Reflexionsvermögen von mindestens 30% auf einen Reflektor, und Reflektieren von mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche.
In einigen Ausführungsformen wird das Licht von der Emitterfläche direkt in einen Ausgang der Vorrichtung reflektiert, wobei der Ausgang nicht-koaxial mit Licht ist, das durch den Reflektor auf die Emitterfläche gerichtet wird. In einigen Ausführungsformen ist das Licht im Ausgang nicht-kohärent.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Beleuchtungsverfahren gerichtet, das aufweist: Bereitstellen einer ersten Emitterfläche, Bereitstellen eines Reflektors, der eine zweite Emitterfläche aufweist, Richten von Licht von der ersten Emitterfläche auf den Reflektor einschließlich auf die zweite Emitterfläche, und Reflektieren eines Anteils des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Beleuchtungsverfahren gerichtet, das aufweist: Richten von Licht aus einer zweiten Emitterfläche auf eine erste Emitterfläche, wobei die erste Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche einem Raumwinkel von mehr als 5·10^–3 srad gegenüberliegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es werden veranschaulichende, nicht einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen dieselbe Bezugsziffer verwendet wird, um dieselben oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren zu bezeichnen, und in denen:
1–10 schematische Darstellungen von Beispielen von Beleuchtungsvorrichtungen gemäß Aspekten de Erfindung sind; und
11 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Spaltabtastinstruments zur Verwendung in der Messung eines Auges eines Patienten ist, wobei das Instrument eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung aufweist.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung wird Licht in einem ersten Raumwinkel durch eine reflektierende emittierende Oberfläche auf einen Reflektor projiziert und ein Anteil des Lichts wird durch den Reflektor zurück auf die Emitterfläche reflektiert. Die Emitterfläche reflektiert das Licht, das vom Reflektor empfangen wird, in einen Ausgang mit einem zweiten Raumwinkel. Es wird erkannt werden, daß das in den zweiten Raumwinkel projizierte Licht im wesentlichen gleich einer Summe 1) des Lichts, das durch Lichtemission aus der emittierenden Oberfläche direkt in den zweiten Raumwinkel, in den zweiten Raumwinkel projiziert wird, und 2) des Lichts ist, das in den ersten Raumwinkel projiziert wird, das durch den Reflektor zurück auf die Emitterfläche reflektiert wird und dann durch die Emitterfläche in den zweiten Raumwinkel reflektiert wird. Es wird ferner erkannt werden, daß indem so das Licht im zweiten Raumwinkel erhöht wird und indem die emittierende Fläche konstant gehalten wird, die Strahldichte im zweiten Raumwinkel über die erhöht wird, die die Strahldichte im zweiten Raumwinkel beim Fehlen des Reflektors gewesen wäre.
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 weist einen Emitter 110 mit einer Emitterfläche 112 und einen Reflektor 120 auf. Der Reflektor 120 ist gestaltet und angeordnet, Licht aus der Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren. Ein repräsentativer Abschnitt der Emitterfläche emittiert Licht in einen ersten Raumwinkel Ω₁ auf den Reflektor. Der Reflektor reflektiert mindestens 50% des Lichts im Raumwinkel Ω₁ zurück auf die Emitterfläche 112, um die Strahldichte in einem Ausgang O zu erhöhen, der einen Raumwinkel Ω₂ aufweist. In einigen Ausführungsformen ist der Raumwinkel Ω₁ gleich den Raumwinkel Ω₂; jedoch brauchen die Raumwinkel nicht gleich sein.
Der Emitter kann jeder geeignete Emitter sein, für den Licht aus einer Emitterfläche des Emitters hervorgeht und für die die Emitterfläche geeignet reflektierend ist, wie unten detaillierter erläutert wird. In einigen Ausführungsformen kann der Emitter eine Lichtquelle sein. Zum Beispiel kann der Emitter eine LED mit einem lichtemittierenden Halbleiterchip aufweisen, dessen Oberfläche die Emitterfläche bildet (d. h. der Chip erzeugt Photonen infolge einer Rekombination von Elektronen und Löchern). Jedoch ist in einigen Ausführungsformen der Emitter keine Lichtquelle. Unabhängig davon, ob der Emitter eine Lichtquelle ist oder nicht, geht mindestens ein Anteil des Lichts, das durch den Emitter emittiert wird, aus der Emitterfläche hervor (um Licht in einen Lichtweg einzuleiten), und die Emitterfläche ist geeignet reflektierend. Vorrichtungen, die gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, sind insbesondere zur Verbesserung der Ausgangemitter (oder Emitterflächen) nützlich, die nicht-kohärentes Licht abgeben, und wo nicht-kohärentes Licht im Ausgang O erzeugt werden soll.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Emitterfläche 112 planar. Jedoch kann die emittierende Oberfläche jede geeignete Form aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Emitterfläche ein integraler Teil einer Lichtquelle sein (z. B. eine Oberfläche des LED-Chips). Andere Ausführungsformen, in denen die Emitterfläche einen integralen Teil einer Lichtquelle bildet, können zum Beispiel ein erwärmtes Metallstück umfassen, das eine geeignete reflektierende Emitterfläche aufweist.
Typischerweise wird die Emitterfläche ein Reflexionsvermögen von mindestens 30% und in einigen Ausführungsformen mindestens 40% aufweisen. Jedoch kann durch Erhöhen des Reflexionsvermögens die Strahldichte einer Beleuchtungsvorrichtung erhöht werden. Zum Beispiel ist festgestellt worden, daß LEDs eine Emitterfläche aufweisen, die ein geeignetes Reflexionsvermögen aufweist. Beispiele geeigneter LEDs umfassen die Modellnummern LXHL_LB3C, LXK2_PR14_R01, wobei beide der LEDs Luxeon LEDs von Phillips Lumileds Corporation sind.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Reflektor 120 zum Beispiel einen metallischen Spiegel auf. Jedoch kann jeder geeignete Reflektor mit einem Reflexionsvermögen von mehr als 50% verwendet werden. Zum Beispiel kann der Reflektor ein dielektrischer Spiegel sein. In einigen Ausführungsformen kann ein dielektrischer Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von mehr als 98% verwendet werden. Im allgemeinen kann durch Erhöhen des Reflexionsvermögens des Reflektors die Strahldichte einer Beleuchtungsvorrichtung erhöht werden. Es wird erkannt werden, daß je niedriger das Reflexionsvermögen des Reflektors ist, je größer der Anteil des Lichts ist, das durch den Reflektor reflektiert wird, das zurück auf die Emitterfläche gerichtet werden muß, um zu erreichen, daß mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche reflektiert werden.
Im allgemeinen ist die Bestrahlungsstärke (Strahlungsleistung pro Fläche) um so größer, je größer der Raumwinkel ist, der Licht enthält, der dem Reflektor gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen kann eine Kondensorlinse 130 verwendet werden, um die Strahlen im Ausgang der Beleuchtungsvorrichtung zu steuern.
Um eine Konfiguration zu erzielen, in der Licht von der Emitterfläche durch den Reflektor empfangen wird und mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche reflektiert werden, wird der Spiegel vorzugsweise vor der Emitterfläche angeordnet und angewinkelt, um Licht zurück zur Emitterfläche zu reflektieren. Der Reflektor wird so ausgewählt, daß er eine passende Form aufweist, um das Licht zurück auf den Emitter zu reflektieren. In einigen Ausführungsformen weisen die Emitterfläche oder der Reflektor oder beide eine konkave Reflexionsfläche auf, um Licht konvergieren zu lassen. In 1, wo die Emitterfläche eine planare Emitterfläche aufweist, kann der Reflektor eine sphärische Form aufweisen, so daß Licht im Raumwinkel Ω₁ gesammelt und zurück auf die Emitterfläche reflektiert wird.
Es werden im folgenden mehrere zusätzliche Beispiele geeigneter Formen und Konfigurationen für Emitterflächen und Reflektoren gezeigt. Jedoch können andere Techniken zur Sammlung von Licht verwendet werden.
Es wird festgestellt werden, daß eine Ausgabe der Beleuchtungsvorrichtung in einem Kegel projiziert wird, der einen Winkel ∅ mit einer Normalen der emittierenden Oberfläche bildet. Typischerweise liegt der Winkel ∅ im Bereich von 10–80 Grad. Obwohl der Ausdruck Kegel verwendet wird, wird erkannt werden, daß das Ausgangslicht in jeder geeigneten Form projiziert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform bildet die Lichtausgabe einen Winkel mit der Normalen der Emitterfläche von etwa 50 Grad. Es wird erkannt werden, daß der Ausgangsweg nicht mit dem Weg aus dem Reflektor zur emittierenden Oberfläche kollinear ist.
2 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. In 2 weist die Vorrichtung einen Emitter 210 mit einer gekrümmten Emitterfläche 212 und einen Reflektor 220 mit einer planaren Form auf. Obwohl der Reflektor planar ist, erleichtert die gekrümmte Emitterfläche, daß Licht durch den Reflektor 220 zurück auf den Emitter reflektiert wird. Wie oben angegeben, sollte der Reflektor eine geeignete Form aufweisen, um einen geeigneten Anteil des Lichts zurück auf den Emitter zu reflektieren. Es wird erkannt werden, daß wenn der Emitter eine Emitterfläche aufweist, die konvergentes Licht erzeugt, der Reflektor 220 nicht so konvergent sein braucht oder überhaupt nicht konvergent sein braucht.
3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 300 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. In 3 weist der Emitter 310 eine ebene Emitterfläche 312 und einen gekrümmten Reflektor 320 auf, der an einer Emitterverkleidung 314 angeordnet ist (z. B. eine integrierte Kunststofflinse, die unter Verwendung herkömmlicher Techniken gefertigt ist). In einigen Ausführungsformen ist die Verkleidung direkt mit der emittierenden Oberfläche verbunden (d. h. die Verkleidung ist ohne einen Luftspalt zwischen der Verkleidung und der emittierenden Oberfläche ausgebildet). Licht wird durch den Reflektor 320 gesammelt und zurück auf den Emitter konvergieren gelassen. Es wird erkannt werden, daß eine Vorrichtung, wie in 3 gezeigt, erzielt werden kann, indem zum Beispiel ein Reflektor auf einer geeignet geformten Verkleidungslinse abgeschieden wird, die direkt mit der emittierenden Oberfläche des LED-Chips verbunden ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 400 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung, in der der Emitter 410 eine gekrümmte Emitterfläche 412 aufweist (wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben) und ein Reflektor 420 eine planare Form aufweist. Folglich erleichtert es die gekrümmte Emitterfläche, daß Licht durch den Reflektor 420 zurück auf den Emitter reflektiert wird. Auch kann der Reflektor 420 ähnlich zu 3 an einer Emitterverkleidung 414 angeordnet werden, die direkt mit der emittierenden Oberfläche der Quelle verbunden ist; jedoch ist in 4 die Oberfläche, auf der der Reflektor abgeschieden wird, planar.
5 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 500 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung, in der ein Emitter 510 eine planare Emitterfläche 512 und einen planaren Reflektor 520 aufweist; jedoch weist die Vorrichtung 500 ein optisches Element 530 mit einer positiven Brechkraft auf (z. B. eine bikonvexe Linse, ein beugendes Element), so daß Licht gesammelt und konvergieren gelassen wird, bevor und nachdem es vom Reflektor reflektiert wird. In solchen Ausführungsformen kann die Leistung verbessert werden, indem das optische Element mit einem Antireflexionsüberzug überzogen wird, der auf die Wellenlänge abgestimmt ist, bei der die LEDs Licht emittieren.
6 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 600, die eine planare Emitterfläche 512 und einen planeren Reflektor 520 aufweist; jedoch weist die Vorrichtung 500 ein konvergentes optisches Element (z. B. a bikonvexe Linse) auf, das integral mit einer Verkleidung 614 ausgebildet ist, die direkt mit der emittierenden Oberfläche des Emitters verbunden ist. Ähnlich zu 5 wird Licht gesammelt und konvergieren gelassen, bevor und nachdem es vom Reflektor reflektiert wird.
Es wird erkannt werden, daß in der Vorrichtung, die in den 1–6 dargestellt wird, die Komponenten so konfiguriert sind, daß ein Lichtanteil direkt von einer Reflexionsfläche in den Ausgang O projiziert wird und ein anderes Licht im Ausgang von der Emitterfläche höchstens einmal weg reflektiert wird, bevor es in einen Ausgang O eintritt. Licht im Ausgang wird durch Reflexion von einer Emitterfläche geformt. Es wird außerdem erkannt werden, daß der Ausgangsweg nicht mit dem Weg vom Reflektor zur Emitterfläche koaxial ist.
Obwohl die obigen Ausführungsformen Beleuchtungsvorrichtungen darstellen, die eine Emitterfläche in Kombination mit einem Reflektor aufweisen, der nur ein Reflektorelement aufweist, um geeignet Licht zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren, kann in anderen Ausführungsformen ein Reflektor zwei oder mehr optische Elemente (einschließlich einen oder zwei Spiegel, eine oder mehrere Linsen oder ein anderes optisches Element) aufweisen, um Licht zurück auf die Emitterfläche zu richten. Im allgemeinen wird das Hinzufügen zusätzlicher optischer Elemente eine Komplexität hinzufügen und den Wirkungsgrad reduzieren, mit dem Licht zurück auf die Emitterfläche übertragen wird; jedoch können in einigen Ausführungsformen mehrere Elemente vorteilhaft sein.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf die Kaskadierung zweier oder mehrerer Emitterflächen gerichtet, um die Strahldichte einer Quelle in einem gegebenen Ausgang weiter zu erhöhen. In Ausführungsformen gemäß dieses Aspekts bildet eine Emitterfläche einen Reflektor (oder die emittierende Oberfläche bildet ein Element eines Mehrelementreflektors), der bewirkt, daß Licht längs eines Weges gerichtet wird, so daß das Licht geeignet auf eine andere Emitterfläche reflektiert wird. Die Strahldichte wird in der oben beschriebenen Weise über jene einer einzelnen Emitterfläche hinaus erhöht. Es wird erkannt werden, daß die Emitterfläche längs des Weges als ein aktiver Reflektor arbeitet (d. h. ein Reflektor, der zu dem Licht, das längs des Weges gerichtet ist, Licht hinzufügen kann).
In Ausführungsformen, die mehr als eine Emitterfläche aufweisen, können die Emitterflächen zueinander gleich oder unterschiedlich voneinander konfiguriert sein. Zum Beispiel können in Ausführungsformen, wo die Emitterflächen Abschnitte von LEDs sind, die LEDs aus LEDs derselben Modellnummer bestehen oder können unterschiedliche Modellnummern aufweisen oder LEDs sein, die durch unterschiedliche Hersteller gefertigt werden. Die Emitterflächen können Abschnitte unterschiedlicher Vorrichtungstypen sein (z. B. eine der Emitterflächen ist ein Abschnitt einer LED, und eine andere Emitterfläche ist ein Abschnitt eines anderen Vorrichtungstyps).
Einige Ausführungsformen mit mehr als einer Emitterfläche weisen eine erste Emitterfläche und einen Reflektor auf, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, um Licht von der Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren. In einigen Ausführungsformen ist der Reflektor gestaltet und angeordnet, um Licht von der Emitterfläche zu empfangen, und mindestens 50% des Lichts gelangt auf die Emitterfläche zurück; jedoch infolge der aktiven Beschaffenheit des Reflektor können weniger als 50% benötigt werden, um eine nutzbare Ausgangsstrahldichte zu erzielen. Zum Beispiel kann der Betrag mehr als 20% des Lichts sein.
7 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 700, die eine erste planare Emitterfläche 712, eine Linse 740, um Licht auf eine zweite planare Emitterfläche 732 zu leiten, und einen gekrümmten Reflektor 720 (d. h. eine gekrümmte Reflexionsfläche) aufweist. Es wird erkannt werden, daß Licht im Ausgang O teilweise durch jedes des folgenden gebildet wird: Licht, das direkt aus der Emitterfläche 712 in den Ausgang O emittiert wird; Licht, das aus der Emitterfläche 732 auf die Emitterfläche 712 und in den Ausgang O emittiert wird; Licht, das aus der Emitterfläche 732 auf den Reflektor 720, zurück auf die emittierende Oberfläche 732 auf die Emitterfläche 712 und dann in den Ausgang O emittiert wird; und Licht, das von der Emitterfläche 712 auf die Emitterfläche 732, dann auf den Reflektor 720 zurück auf die Emitterfläche 732, zurück auf die Emitterfläche 712 und in den Ausgang O emittiert wird.
Es wird erkannt werden, daß in der Vorrichtung 700 ein Reflektor 725 (der den Reflektor 720, die Emitterfläche 732 und die Linse 740 aufweist) konfiguriert und angeordnet ist, um Licht von der Emitterfläche 712 zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die Emitterfläche 712 zu reflektieren.
8 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 800, die eine erste planare Emitterfläche 812, eine erste Linse 840, die mit der Emitterfläche 812 verbunden ist (wie z. B. oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben), eine zweite Emitterfläche 832, eine zweite Linse 850, die mit der Emitterfläche 832 verbunden ist, und einen planaren Reflektor 820 aufweist, um Licht zurück auf die Emitterfläche 832 zu richten.
Es wird erkannt werden, daß in der Vorrichtung 800 ein Reflektor (der den Reflektor 820, die Emitterfläche 832 und die Linsen 840 und 850 aufweist) konfiguriert und angeordnet ist, um Licht von der Emitterfläche 812 zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die Emitterfläche 812 zu reflektieren. Ähnlich zu der Vorrichtung 700 (die in 7 gezeigt wird) arbeitet die zweite Emitterfläche 832 als ein aktiver Reflektor. Die Lichtwege in den Ausgangsweg O der Beleuchtungsvorrichtung sind ähnlich zu jenen in 7.
Es wird erkannt werden, daß in der Vorrichtung, die in den 7–8 dargestellt wird, die Komponenten so konfiguriert sind, daß Licht an der Emitterfläche höchstens zweimal weg reflektiert wird, bevor es in einen Ausgang O eintritt. Licht im Ausgang wird durch Reflexion von einer Emitterfläche gebildet. Es wird außerdem erkannt werden, daß der Ausgangweg nicht koaxial mit dem Weg vom Reflektor zur Emitterfläche ist.
9 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels einer Beleuchtungsvorrichtung 900, die zehn planare Emitterflächen 912_1-10 aufweist, wobei jeweils 912₁ , 912₃ , 912₅ , 912₇ , 912₉ auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind, und jeweils 912₂ , 912₄ , 912₆ , 912₈ , 912₁₀ auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind. Jede Emitterfläche 912_1-10 weist eine entsprechende Linse 940_1-10 auf, die damit verbunden ist. Es ist ein planarer Reflektor 920 angeordnet, um Licht von einer Emitterfläche 912₁₀ zurück auf die Emitterfläche 912₁₀ zu richten, so daß sich ein Anteil des Lichts aus jeder der Emitterflächen in die Richtung des Reflektors 920 ausbreitet und wieder zurück in den Ausgang der Beleuchtungsvorrichtung gerichtet wird. Zusätzlich breitet sich ein Anteil des Lichts von jeder Emitterfläche in die Richtung des Ausgangs O aus (d. h. weg vom Reflektor 920). Es wird erkannt werden, daß 10 Emitterflächen 912₁ –912₁₀ beispielhaft gezeigt werden. Es kann jede geeignete Anzahl verwendet werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung mindestens drei Emitterflächen aufweisen. Zusätzlich können Emitter, Linsen und/oder Spiegel direkt miteinander verbunden werden, um miteinander gemeinsame Pakete zu bilden. Alternativ können die Emitter, Linsen und/oder Spiegel als diskrete Komponenten ausgebildet sein.
Es wird erkannt werden, daß in der Vorrichtung 900 ein Reflektor (der den Reflektor 920, die Emitterflächen 912_1-10 aufweist) konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der Emitterfläche 912₁ zu empfangen und einen geeigneten Anteil des Lichts zurück auf die Emitterfläche 912₁ zu reflektieren. Es wird außerdem erkannt werden, daß für eine ausgewählte der anderen Emitterflächen 912_2-10 in der Vorrichtung 900 ein Reflektor, der eine geeignete Lichtmenge zurück auf die ausgewählte Emitterfläche reflektiert, identifiziert werden kann.
10 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels der Beleuchtungsvorrichtung 1000, die zehn planare Emitterflächen 912_1-10 aufweist, die jeweils eine Linse 940_1-10 aufweisen, wie in 9 gezeigt. Jedoch wird in der Vorrichtung 1000 der (in 9 gezeigte) planare Reflektor 920 weggelassen, so daß die Beleuchtungsvorrichtung einen ersten Ausgang O₁ und einen zweiten Ausgang O₂ aufweist. Jeder Ausgang weist eine verbesserte Strahldichte auf. Natürlich ist die Strahldichte jedes Ausgangs kleiner als die Strahldichte im einzelnen Ausgang der (in 9 gezeigten) Vorrichtung 900.
Es wird erkannt werden, daß im Unterschied zu den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen die Vorrichtung 1000 überhaupt keine Reflexionsfläche aufweist (z. B. ein Reflektorelement oder eine reflektierende Emitterfläche), die konfiguriert und angeordnet ist, um Licht aus einer Emitterfläche zu empfangen und mindestens einen Anteil des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren. Stattdessen wird die Strahldichte in einem Ausgang O₁ oder O₂ erhöht, indem geeignet ein Lichtanteil aus einer zweiten Emitterfläche auf eine erste Emitterfläche gerichtet wird (wobei in 10 z. B. 912₂ ein Beispiel einer solchen zweiten Emitterfläche ist und 912₁ ein Beispiel einer solchen ersten Emitterfläche).
Typischerweise ist eine Vorrichtung so konfiguriert, daß eine erste Emitterfläche für einen Punkt auf einer zweiten E mitterfläche Licht in einen Raumwinkel (θ) von mehr als 0,005·10^–3 Steradiant (srad) (der einem Kegel von annährend 5° entspricht) empfängt (wobei in 10 z. B. 912₁ ein Beispiel einer ersten Emitterfläche ist und 912₂ ein Beispiel einer zweiten Emitterfläche ist). Es wird erkannt werden, daß ein oder mehrere optische Elemente Licht im Raumwinkel sammeln und das Licht zur ersten Emitterfläche richten können, um eine solche Anordnung zu erzielen (z. B. sammeln 940₁ und 940₂ Licht, das durch die zweite Emitterfläche emittiert wird, und richten des Lichts auf die erste Emitterfläche). In einigen Ausführungsformen ist der Raumwinkel größer als 0,02 srad (der einem Kegel von annährend 10° entspricht), und in einigen Ausführungsformen ist der Raumwinkel größer als 0,2 srad (der einem Kegel von annährend 30° entspricht). Es wird erkannt werden, daß der maßgebliche Raumwinkel, dem eine erste emittierende Oberfläche gegenüberliegt, ein Raumwinkel ist, in dem die zweite emittierende Oberfläche Licht projizieren kann.
In einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine dritte Emitterfläche (912₃ ) auf, die ein zweites Licht emittiert. Die dritte Emitterfläche ist eingerichtet, einen Anteil des zweiten Lichts auf die zweite Emitterfläche zu richten. Ähnlich zu der Anordnung, die die erste Emitterfläche und die zweite Emitterfläche aufweist, sind solche Vorrichtungen (d. h., die dritte Emitterflächen aufweisen) so konfiguriert, daß eine zweite Emitterfläche für einen Punkt auf der dritten Emitterfläche Licht in einem Raumwinkel von mehr als 5·10^–3 srad empfängt. Es wird erkannt werden, daß die erste Emitterfläche, die zweite Emitterfläche und der dritte Emitter so angeordnet sind, daß das zweite Licht durch die zweite Emitterfläche auf die erste Emitterfläche reflektiert wird.
Im allgemeinen erhöht eine Erhöhung der Anzahl der LEDs, die in einer solchen Weise kaskadiert sind, wie oben beschrieben, die Strahldichte in einem Ausgang. Außerdem wird erkannt werden, daß die Bestrahlungsstärke (Leistung pro Fläche) der Beleuchtungsvorrichtung um so besser ist, je größer der Raum winkel ist, dem der Reflektor gegenüberliegt; jedoch ändert ein größerer Raumwinkel die Strahldichte nicht beträchtlich.
Obwohl die dargestellte Ausführungsform in 10 zehn LEDs in einer Kaskade aufweist, können Ausführungsformen von Beleuchtungsvorrichtungen gemäß dieses Aspekts der Erfindung zwei oder mehr LEDs aufweisen.
In einigen Ausführungsformen mit mehreren Emittern (wie in den 7–10 gezeigt) emittieren mindestens zwei Emitterflächen Licht, das einen anderen Spektralgehalt als ein anderes aufweist (z. B. emittieren die Emitterflächen Licht mit unterschiedlichen Farben). In einem Beispiel emittiert eine Emitterfläche blaues Licht und eine andere Emitterfläche emittiert gelbes Licht. Es wird erkannt werden, daß solche Anordnungen es ermöglichen, daß eine Lichtabgabe eine andere Farbe als eine der Quellen aufweist. In einigen solchen Ausführungsformen ist die Lichtabgabe von den Emitterflächen variabel, so daß die Farbe der Lichtabgabe der Vorrichtung verändert werden kann. Zum Beispiel kann die Abgabe weißes Licht sein.
11 stellt eine Spaltabtastvorrichtung 1100 zur Verwendung in der Messung eines Auges eines Patienten dar. Die Spaltabtastvorrichtung weist eine Spaltprojektionsvorrichtung 1110, eine Abbildungsvorrichtung 1130 zum Aufnehmen von Bildern des Spaltlichts, nachdem Lichtspalte durch das Auge E gestreut werden, und einen Prozessor 1140 zur Steuerung der Vorrichtung (z. B. eine Spaltprojektionsvorrichtung 1110 und eine Abbildungsvorrichtung 1130) und Erzielen einer Darstellung des Auges aus den Bildern auf. Die Vorrichtung kann als eine herkömmliche Spaltabtastvorrichtung konfiguriert sein, mit der Ausnahme, daß die Spaltprojektionsvorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung 1115 aufweist, wie oben beschrieben. Die Beleuchtungsvorrichtung 1115 kann jede geeignete Beleuchtungsvorrichtung sein, wie oben beschrieben. In einigen Ausführungsformen der Spaltabtastvorrichtung wird das Licht, das durch die Beleuchtungsvorrichtung emittiert wird, infrarot sein.
Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung 1115 wird durch einen Spalt 1120 (z. B. ein lichtundurchlässiges Medium, das eine darin ausgebildete lange, dünne Öffnung aufweist) auf das Auge eines Patienten E projiziert, um mehrere Bilder des Auges zu erhalten, wobei jedes Bild mit dem Licht erhalten wird, das auf einen anderen Abschnitt des Auges projiziert wird. Solche Spaltabtastvorrichtungen werden zum Beispiel in den US-Patenten 5,512,965 , 5,512,966 , beide von Snook, beschrieben, wobei der Inhalt dieser Patente hierdurch durch Verweis aufgenommen ist. Um Licht auf unterschiedliche Abschnitte eines Auges zu projizieren, können eine oder mehrere Komponenten der Projektionsvorrichtung bewegt werden. Es wird erkannt werden, daß die Beleuchtungsvorrichtung, die hierin beschrieben wird, anstelle einer Leuchte 20 in 2 des. Patents verwendet werden kann. Vorteilhafterweise liefert die Beleuchtungsvorrichtung, wie oben beschrieben, eine Strahldichte, die größer ist, als sie mit einer herkömmlichen Beleuchtungsquelle erhalten werden könnte, wodurch die Qualität der Bilder und Messungen des Auges eines Patienten verbessert wird. Typischerweise werden die emittierenden Oberflächen in der Beleuchtungsvorrichtung infolge ihrer langen Lebensdauer und verhältnismäßig niedrigen Kosten LEDs sein; jedoch kann jede geeignete emittierende Oberfläche verwendet werden, wie oben beschrieben.
Nachdem so die erfinderischen Konzepte und eine Anzahl exemplarischer Ausführungsformen beschrieben worden sind, wird für Fachleute deutlich sein, daß die Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann, und daß solchen Personen leicht Modifikationen und Verbesserungen einfallen werden. Folglich sind die Ausführungsformen nicht dazu bestimmt, einschränkend zu sein, und werden nur beispielhaft präsentiert. Die Erfindung ist nur so begrenzt, wie durch die folgenden Ansprüche und den Äquivalenten dazu vorgeschrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5512965 [0059]
- US 5512966 [0059]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist: eine Emitterfläche, die ein Reflexionsvermögen von mehr als 30% aufweist; und einen Reflektor, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emitterfläche einen integralen Abschnitt einer Lichtquelle aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Emitterfläche eine Oberfläche eines LED-Chips aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emitterfläche planar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reflektor ein metallischer oder dielektrischer Spiegel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Emitterfläche und des Reflektors eine konkave Reflexionsfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reflektor auf einer Emitterverkleidung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reflektor eine planare Reflexionsfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reflektor mindestens zwei optische Komponenten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Reflektor mindestens eine Emitterfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung so angeordnet ist, daß Licht von der Emitterfläche direkt in einen Ausgang der Vorrichtung reflektiert wird, wobei das Licht im Ausgang nicht koaxial mit Licht ist, das durch den Reflektor auf die Emitterfläche gerichtet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Licht ausgibt, das nicht kohärent ist.
Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist: eine erste Emitterfläche; einen Reflektor, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste Emitterfläche planar ist, die zweite Emitterfläche planar ist und der Reflektor ferner eine gekrümmte Reflexionsfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Reflektor eine dritte Emitterfläche aufweist, wobei die zweite Emitterfläche und dritte Emitterfläche konfiguriert und angeordnet sind, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und einen Anteil des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren.
Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist: eine erste Emitterfläche; eine zweite Emitterfläche, die Licht emittiert, die eingerichtet ist, einen Anteil des Lichts auf die erste Emitterfläche zu richten, wobei der ersten Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche ein Raumwinkel von mehr als 0,005 srad gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner eine dritte Emitterfläche aufweist, die ein zweites Licht emittiert, die eingerichtet ist, einen Anteil des Lichts auf die zweite Emitterfläche zu richten, wobei der zweiten Emitterfläche für einen Punkt auf der dritten Emitterfläche ein Raumwinkel von mehr als 0,005 srad gegenüberliegt, wobei die erste Emitterfläche, die zweite Emitterfläche und die dritte Emitterfläche so angeordnet sind, daß das zweite Licht durch die zweite Emitterfläche auf die erste Emitterfläche reflektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste Emitterfläche Licht mit einem ersten Spektralgehalt emittiert und die zweite Emitterfläche Licht mit einem zweiten Spektralgehalt emittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste Emitterfläche Licht einer ersten Farbe emittiert und die zweite Emitterfläche Licht einer zweiten Farbe emittiert.
Spaltabtastvorrichtung zur Verwendung in der Messung eines Auges eines Patienten, die aufweist: A) eine Spaltprojektionsvorrichtung, die aufweist I) eine Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist i) eine erste Emitterfläche, ii) einen Reflektor, der eine zweite Emitterfläche aufweist, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und das Licht zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren, wobei das Licht durch die erste Emitterfläche in einen Ausgang reflektiert wird; II) einen Spalt, wobei die Beleuchtungsvorrichtung und der Spalt so angeordnet sind, daß das Licht im Ausgang auf das Auge gerichtet ist; und B) eine Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen von Bildern, die einen Anteil des Lichts enthalten, nachdem das Licht durch das Auge gestreut wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Reflektor konfiguriert und angeordnet ist, das Licht von der ersten Emitterfläche zu empfangen und mindestens 50% des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die zweite Emitterfläche ein zweites Licht emittiert, wobei die zweite Emitterfläche eingerichtet ist, einen Anteil des zweiten Lichts auf die erste Emitterfläche zu richten, wobei der ersten Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche ein Raumwinkel von mehr als 0,005 srad gegenüberliegt.
Beleuchtungsverfahren, das aufweist: Richten von Licht aus einer Emitterfläche mit einem Reflexionsvermögen von mindestens 30% auf einen Reflektor; und Reflektieren von mindestens 50% des Lichts zurück auf die Emitterfläche.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner das Reflektieren des Lichts von der Emitterfläche direkt in einen Ausgang der Vorrichtung aufweist, wobei der Ausgang nicht-koaxial mit Licht ist, das durch den Reflektor auf die Emitterfläche gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Licht im Ausgang nicht kohärent ist.
Beleuchtungsverfahren, das aufweist: Bereitstellen einer ersten Emitterfläche; Bereitstellen eines Reflektors, der eine zweite Emitterfläche aufweist; Richten von Licht von der ersten Emitterfläche auf den Reflektor einschließlich auf die zweite Emitterfläche; und Reflektieren eines Anteils des Lichts zurück auf die erste Emitterfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Reflektors ferner das Bereitstellen einer dritten Emitterfläche aufweist, und der Schritt des Richtens von Licht ferner das Richten des Lichts auf die dritte Emitterfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, das ferner das Reflektieren des Lichts von der ersten Emitterfläche direkt in einen Ausgang der Vorrichtung aufweist, wobei der Ausgang nicht-koaxial mit Licht ist, das durch den Reflektor auf die Emitterfläche gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Licht im Ausgang nicht kohärent ist.
Beleuchtungsverfahren, das aufweist: Richten von Licht aus einer zweiten Emitterfläche auf eine erste Emitterfläche, wobei der ersten Emitterfläche für einen Punkt auf der zweiten Emitterfläche ein Raumwinkel von mehr als 0,005 srad gegenüberliegt.