WO2012173515A1 - Lighting device - Google Patents

Lighting device Download PDF

Info

Publication number
WO2012173515A1
WO2012173515A1 PCT/RU2012/000272 RU2012000272W WO2012173515A1 WO 2012173515 A1 WO2012173515 A1 WO 2012173515A1 RU 2012000272 W RU2012000272 W RU 2012000272W WO 2012173515 A1 WO2012173515 A1 WO 2012173515A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lighting device
crystal
light
fiber bundle
bundle
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000272
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсберг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсберг" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсберг"
Publication of WO2012173515A1 publication Critical patent/WO2012173515A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407Optical details
    • G02B23/2461Illumination
    • G02B23/2469Illumination using optical fibres
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661Endoscope light sources
    • A61B1/0669Endoscope light sources at proximal end of an endoscope
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661Endoscope light sources
    • A61B1/0684Endoscope light sources using light emitting diodes [LED]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/07Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268Cooling
    • G02B6/4272Cooling with mounting substrates of high thermal conductivity
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Definitions

  • the invention relates to the field of illuminators based on the use of fiber optics and LEDs.
  • the invention relates to illuminators used to illuminate various cavities, including in medical and technical endoscopes (borescopes).
  • medical illuminators as a rule, contain a powerful light source and a fiber optic bundle optically connected with it, transmitting light from the radiation source to a given zone.
  • halogen, metal halide and xenon lamps with a power of 100-150 W and halogen lamps with a power of at least 250 W have been used as sources of light radiation in endoscopes.
  • halogen, metal halide and xenon lamps with a power of 100-150 W and halogen lamps with a power of at least 250 W have been used as sources of light radiation in endoscopes.
  • a large amount of heat is released, which determines their main disadvantage. Since the input end of the fiber lighting bundle must be protected from strong thermal influences, it is necessary to create cooling devices inside the light source.
  • tube light sources The disadvantage of tube light sources is the need to collect the light flux using an optical system, filter it and focus on the input end of the lighting bundle.
  • each LED is optically connected to an individual fiber conductor, stretched to the distal end of the endoscope, where an image sensor is located, the proximal end of which is connected to the tube, at the distal end of which all individual conductors are assembled into a single bundle.
  • the fiber core is located directly in front of the emitting LED, in another embodiment, there is a collection of optics between it and the LED.
  • the design of the illuminator is complex and expensive to manufacture, requires a large consumption of fiber.
  • the tube in which the LEDs are located heats up and heats the distal end of the endoscope.
  • a lighting device contains many light emitting diodes, each of which is connected to a light-conducting fiber core, through which light enters a common radiating surface at the output of the device.
  • the fiber core is located in close proximity to the radiating surface
  • this device also uses additional optics to collect light in order to increase the intensity of the total light flux.
  • the crystal is mounted on a heat sink element. Energy is supplied to the crystal from the battery by wire.
  • the harness is sealed with epoxy in a stainless steel cage. However, the cage may not be necessary if it is not necessary to group the fibers (for example, when instead of a plurality of fibers, one large fiber or a core is used).
  • the polished end of the tow is in contact with the surface of the crystal and is as close to it as technically possible. However, there are light losses.
  • the invention returns to the use of collecting optics, with the tourniquet being placed in close proximity to the lens. This allows you to collect enough light. However, the efficiency of such an optical transmission is low, and as a result, the coverage of the subject of interest will be less than in the previous case.
  • the technical task of the claimed invention is to increase the efficiency of a lighting device based on the use of LEDs and fiber optics, reduce the cost of its manufacture, save electrical energy consumed by the device and simplify its installation in any type of endoscopes and other devices where high-quality lighting of the object in question is required.
  • the lighting device contains a light source installed in the housing in the form of an LED crystal and a light-conducting fiber bundle of high-aperture optical fiber, having a flat end face perpendicular to the fibers and located in close proximity to the radiating surface of the crystal.
  • the proximal end of the fiber bundle is enclosed in a rigid clip, for example, metal.
  • the size of the cross section of the end of the bundle corresponds to the size of the radiating surface of the crystal.
  • the device casing is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, for example, aluminum.
  • the housing includes a sleeve with a Central hole to accommodate the proximal end of the fiber bundle, while the sleeve further has a side hole for the locking screw for fixing the aforementioned fiber bundle.
  • FIG. 1 shows a general view of a lighting device.
  • FIG. 2 ′ is a cross-sectional view of a lighting device along its center line.
  • FIG. 3 schematically shows the relative position of the LED crystal and the fiber bundle, side view.
  • FIG. 4 is a plan view of an LED crystal.
  • the lighting device 1 comprises a housing 2 in which a light source in the form of a crystal 3 of an LED is mounted and fixed.
  • the housing 2 in addition to the main function of the placement and protection of the elements of the device 1 additionally performs the function of a radiator to remove heat generated by the crystal 3 when light is emitted.
  • it is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, and its side surface is provided with ribs.
  • the housing 2 also includes a sleeve 4 fixed therein, in the central opening of which is located the proximal end 5 of the fiber bundle b, which transmits the emitted light to the lighting object.
  • the proximal end 5 of the bundle b is enclosed in a rigid clip 7.
  • the shape of the proximal end 5 of the bundle b has a circular cross section.
  • the clip 7 can be made in the form of a metal tube, for example, stainless steel. Other clip materials may be used, such as metals, heat-resistant alloys, or plastics.
  • the following requirements are imposed on the shape of the bundle at the proximal end: the end of the bundle 8 should be flat, polished and generally perpendicular to the fibers grouped in the ferrule.
  • the shape of the tow at the distal end may be different depending on the purpose of the illuminator, in particular, it can be divided into separate branches to illuminate the object of study from different sides.
  • the fiber bundle b does not have c crystal 3 of direct mechanical contact, but located as close to its radiating surface as technically feasible.
  • the sleeve 4, which serves as a retainer for the proximal end 5 of the fiber bundle b, can be fixed in the housing 2 of the lighting device 1 by any known method, for example, using screws 9.
  • the sleeve 4 has a through hole 10 with a screw thread for the locking screw 11, which provides rigid fixation of the fiber bundle b inside the sleeve, which, in turn, ensures the stability of the interaction of the optical bundle 6 with the crystal 3.
  • FIG. 3 and 4 explain the essence of this interaction.
  • Crystal 3 has the shape of a square (Fig. 2), placed in the center of the standard substrate 12, equipped with
  • the elements 14 are made with leads 15 leading the current to the crystal.
  • the angle of radiation of crystals of the currently known high-power LEDs is approximately 120 ° . Therefore, to prevent loss of emitted light, the angle within which the light can be transmitted by the optical fiber should be approximately the same.
  • the present invention has been embodied as a lighting device for use in a flexible endoscope.
  • the housing of the lighting device was made of aluminum. Its overall dimensions are partially determined by the dimensions, end ..
  • FIG. 1 shows the surface of the endoscope body to which the illuminator is attached.
  • the depth of the illuminator is selected taking into account
  • the lighting device uses a 3 W Cree EZ 1000 LED crystal.
  • the crystal is a square with a side of 1 mm, placed on the above-mentioned standard substrate containing two conductive tracks with leads at their ends for connection to a power source.
  • the luminous crystal surface has the shape of a square with a side ; 960 microns.
  • a light guide bundle with a diameter of 1, 34 mm was made of a LIFaTe C optical fiber having an angular aperture of 120 ° .
  • the harness was carried out using traditional technology.
  • the fibers are assembled in a stainless steel * tube, the outer diameter of which is 2 mm, and the inner diameter is 1.5 mm, the length of the tube is 15 mm.
  • the butt of the formed tourniquet is polished and sealed with epoxy. In this case, the flat surface of the end of the bundle is perpendicular to the fibers filling the bundle.
  • Varying the position of the end of the fiber bundle relative to the surface of the crystal we measured the intensity of the light flux using a photodetector, after which, in the position providing the maximum intensity, the illuminator was mounted on the body of a flexible endoscope, while its distal end was introduced into the trunk of the endoscope .. Amount of light measured a light meter at the distal end of the endoscope, amounted to 15,000 lux, i.e. significantly more than flexible endoscopes available on the modern market:
  • the LOMO video gastroendoscope uses a 2.5 mm diameter fiber with a 60 ° aperture and
  • the amount of light at the distal end of the endoscope is (8000 - 9000) lux.
  • the manufactured sample of the illuminator based on a crystal of a high-power LED and high-aperture fiber required a significantly smaller amount of fiber both in diameter (fiber bundle is approximately 3.4 times thinner) and in length. The latter is explained by the fact that there is no need to guide the fiber from the endoscope body to the illuminator, because The inventive illuminator due to its low heating can be placed directly in the endoscope body, thus, the bundle becomes half as long.
  • Another undoubted advantage is that the flexible endoscope sample prepared by the Applicant does not need a sufficiently complex cooling system, since such a need exists only when using powerful lamps as a light source. At the same time, energy consumption has significantly decreased than in the aforementioned LOMO endoscope.

Abstract

The lighting device comprises a light source, which is in the form of a high-power light-emitting diode crystal and is mounted in a body, and a light guiding fiber bundle consisting of a high-aperture optical fiber having a planar end perpendicular to the fibers. Furthermore, the end of the fiber bundle is arranged in the direct vicinity of the exit surface of the crystal. The proximal end of the fiber bundle is enclosed in a rigid jacket, for example a metal jacket. In order to dissipate heat emitted by the light-emitting diode during luminescence, the body of the device is made from a material with a high thermal conductivity, for example from aluminum.

Description

ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО  LIGHTING DEVICE
Изобретение относится к области осветителей, основанных на использовании волоконной оптики и светодиодов. В частности, изобретение касается осветителей используемых для освещения различных полостей, в том числе в медицинских и технических эндоскопах (бороскопах). The invention relates to the field of illuminators based on the use of fiber optics and LEDs. In particular, the invention relates to illuminators used to illuminate various cavities, including in medical and technical endoscopes (borescopes).
j  j
Для качественного визуального контроля объектов необходимо их хорошее освещение. В связи с этим осветители медицинского назначения, как правило, содержат мощный источник света и оптически связанный с ним волоконно-оптический жгут, передающий свет от источника излучения в заданную зону.  For high-quality visual control of objects, their good lighting is necessary. In this regard, medical illuminators, as a rule, contain a powerful light source and a fiber optic bundle optically connected with it, transmitting light from the radiation source to a given zone.
В качестве источников светового излучения в эндоскопах на протяжении многих лет использовали лампы, например, галогенные, металлогалоидные и ксеноновые, мощность которых составляет 100 - 150 Вт и галогенные лампы мощностью не менее 250 Вт. При работе упомянутых ламповых источников света выделяется большое количество тепла, что определяет их основной недостаток. Поскольку входной торец волоконного осветительного жгута должен быть защищен от сильных тепловых воздействий, необходимо внутри источника света создавать устройства охлаждения. Другим For many years, for example, halogen, metal halide and xenon lamps with a power of 100-150 W and halogen lamps with a power of at least 250 W have been used as sources of light radiation in endoscopes. During the operation of the aforementioned lamp light sources, a large amount of heat is released, which determines their main disadvantage. Since the input end of the fiber lighting bundle must be protected from strong thermal influences, it is necessary to create cooling devices inside the light source. Other
недостатком ламповых источников света является необходимость собирать световой поток с помощью оптической системы, фильтровать его и фокусировать на входном торце осветительного жгута. The disadvantage of tube light sources is the need to collect the light flux using an optical system, filter it and focus on the input end of the lighting bundle.
Альтернативный способ освещения в электронном эндоскопе описан в патенте США 6331 156. Внутри эндоскопа расположена трубка, содержащая множество An alternative method of lighting in an electronic endoscope is described in US Pat. No. 6,331,156. A tube containing multiple
светодиодов, вытянутых вдоль оси трубки в линию. При этом каждый светодиод- оптически связан с индивидуальным волоконным светопроводником, протянутым к дистальному концу эндоскопа, где расположен датчик изображения, проксимальный конец которого соединен с упомянутой трубкой, на дистальном конце которой все индивидуальные проводники собраны в единый жгут. В одном из вариантов этого изобретения волоконная жила расположена непосредственно перед излучающим светодиодом, в другом варианте между нею и светодиодом имеется собирающая оптика. - Конструкция осветителя сложна и дорога в изготовлении, требует большого расхода оптоволокна. Кроме того, при использовании большого количества светодиодов для получения требуемой освещенности объекта выделяется большое количество тепла, трубка, в которой расположены светодиоды, нагревается и нагревает дистальный конец эндоскопа. LEDs elongated along the axis of the tube in line. Moreover, each LED is optically connected to an individual fiber conductor, stretched to the distal end of the endoscope, where an image sensor is located, the proximal end of which is connected to the tube, at the distal end of which all individual conductors are assembled into a single bundle. In one embodiment of this invention, the fiber core is located directly in front of the emitting LED, in another embodiment, there is a collection of optics between it and the LED. - The design of the illuminator is complex and expensive to manufacture, requires a large consumption of fiber. In addition, when using a large number of LEDs to obtain the desired illumination of the object, a large amount of heat is generated, the tube in which the LEDs are located heats up and heats the distal end of the endoscope.
Другой пример использования светодиода в медицинских осветителях описан в заявке США на изобретение 2003/0231843. В заявке описано осветительное устройство, используемое в стоматологическом приборе, осуществляющем вулканизацию Another example of the use of LEDs in medical illuminators is described in US patent application 2003/0231843. The application describes a lighting device used in a dental appliance performing vulcanization
полимерных материалов. Осветительное устройство содержит множество светодйодов, каждый из которых связан с проводящей свет волоконной жилой, по которой свет попадает на об ую излучающую поверхность на выходе прибора. При этом волоконная жила расположена в непосредственной близости от излучающей поверхности polymeric materials. A lighting device contains many light emitting diodes, each of which is connected to a light-conducting fiber core, through which light enters a common radiating surface at the output of the device. In this case, the fiber core is located in close proximity to the radiating surface
светодиода. Однако и в этом устройстве использована дополнительная оптика для сбора света с целью увеличения интенсивности суммарного светового потока. LED. However, this device also uses additional optics to collect light in order to increase the intensity of the total light flux.
Известно также изобретение, описанное в международной заявке WO 2006034171 и в патенте США 7198397. Описан «Способ установки источника света в рукоятке эндоскопа». В соответствии с изобретением сначала удаляют из стандартной упаковки светодиода часть линзы и часть оболочки, используемой для согласования показателей преломления, затем размещают открытый светодиод в рукоятке эндоскопа таким образом, чтобы излучающая поверхность кристалла светодиода оказалась в контакте с контактным концом осветительного волоконного жгута, передающего свет на рабочий конец эндоскопа. В соответствии с формулой изобретение не содержит оптики, например линз или зеркал, расположенных между источником света и волоконным жгутом. Однако при описании вариантов осуществления изобретения приводятся рисунки и поясняющий их текст, из которых становится ясно, что для увеличения интенсивности светового потока приходится использовать собирающую оптику. В частности, при описании Фиг. , поясняющей изобретение, говорится о том, что для достижения максимального сбора излученного светодиодом света сначала удаляют линзу и соединяющий гель, открывая кристалл светодиода и его покрытие из фосфора. Затем между светодиодом и жгутом помещают пластиковый или стеклянный конус (solid plastic or glass taper), Also known is the invention described in international application WO 2006034171 and in US patent 7198397. Described "Method of installing a light source in the handle of the endoscope". In accordance with the invention, first, a part of the lens and part of the shell used to match the refractive indices are removed from the standard LED package, then an open LED is placed in the endoscope handle so that the emitting surface of the LED crystal is in contact with the contact end of the illuminating fiber bundle transmitting light to the working end of the endoscope. In accordance with the claims, the invention does not contain optics, such as lenses or mirrors, located between the light source and the fiber bundle. However, when describing embodiments of the invention, drawings and text explaining them are provided, from which it becomes clear that to increase the intensity of the light flux, it is necessary to use collecting optics. In particular, in the description of FIG. explaining the invention, it is said that in order to achieve maximum collection of light emitted by the LED, the lens and the connecting gel are first removed, revealing the LED crystal and its phosphorus coating. Then a plastic or glass cone (solid plastic or glass taper) is placed between the LED and the bundle
функционирующий как адаптер, который собирает практически весь излученный ,.,, светодиодом поток и эффективно направляет его в жгут, который доставляет свет в дистальный конец прибора. В соответствии с этим изобретением кристалл установлен на теплоотводящем элементе. Энергия поступает к кристаллу от батарейки по проводам. Жгут заклеен эпоксидной смолой в обойме из нержавеющей стали. Однако обоймы может и не быть, если нет необходимости в том, чтобы сгруппировать волокна (например, когда вместо множества волокон используют одно волокно большого диаметра или стержень). Полированный конец жгута контактирует с поверхностью кристалла и находится настолько близко к ней, насколько это технически возможно. Тем не менее, потери света имеются. Поэтому в другом варианте осуществления изобретения возвращаются к использованию собирающей оптики, при этом жгут помещают в непосредственной близости к линзе. Это позволяет собрать достаточное количество света. Однако эффективность такой оптической передачи низка, и в результате освещение предмета интереса будем меньшим, чем в предыдущем случае. functioning as an adapter that collects almost all the emitted,. ,, LED stream and effectively directs it into a bundle that delivers light to the distal end of the device. In accordance with this invention, the crystal is mounted on a heat sink element. Energy is supplied to the crystal from the battery by wire. The harness is sealed with epoxy in a stainless steel cage. However, the cage may not be necessary if it is not necessary to group the fibers (for example, when instead of a plurality of fibers, one large fiber or a core is used). The polished end of the tow is in contact with the surface of the crystal and is as close to it as technically possible. However, there are light losses. Therefore, in another embodiment, the invention returns to the use of collecting optics, with the tourniquet being placed in close proximity to the lens. This allows you to collect enough light. However, the efficiency of such an optical transmission is low, and as a result, the coverage of the subject of interest will be less than in the previous case.
Изобретение, описанное в международной заявке WO 2006034171 и в патенте США 7198397, наиболее близко по технической сущности к заявляемому осветителю и принято за прототип. The invention described in international application WO 2006034171 and in US patent 7198397, the closest in technical essence to the claimed illuminator and taken as a prototype.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности осветительного устройства, основанного на использовании светодиода и волоконной оптики, снижение затрат на его изготовление, экономия потребляемой устройством электрической энергии и упрощение процедуры его установки в эндоскопах любого типа и иных приборах, где требуется качественное освещение рассматриваемого объекта. The technical task of the claimed invention is to increase the efficiency of a lighting device based on the use of LEDs and fiber optics, reduce the cost of its manufacture, save electrical energy consumed by the device and simplify its installation in any type of endoscopes and other devices where high-quality lighting of the object in question is required.
- Решение поставленной задачи достигается тем, что осветительное устройство содержит установленный в корпусе источник света в виде кристалла светодиода и светопроводящий волоконный жгут из высокоапертурного оптического волокна, 'имеющий плоский перпендикулярный волокнам торец и расположенный в непосредственной близости к излучающей поверхности кристалла. - The solution to this problem is achieved by the fact that the lighting device contains a light source installed in the housing in the form of an LED crystal and a light-conducting fiber bundle of high-aperture optical fiber, having a flat end face perpendicular to the fibers and located in close proximity to the radiating surface of the crystal.
Для обеспечения стабильного фиксированного взаимного расположения торца волоконного жгута и излучающей поверхности кристалла проксимальный конец волоконного жгута заключен в жесткую обойму, например, металлическую. To ensure a stable fixed relative position of the end of the fiber bundle and the radiating surface of the crystal, the proximal end of the fiber bundle is enclosed in a rigid clip, for example, metal.
С целью максимального сбора излученного света размер поперечного сечения торца жгута соответствует размеру излучающей поверхности кристалла. In order to maximize the collection of emitted light, the size of the cross section of the end of the bundle corresponds to the size of the radiating surface of the crystal.
Для отвода тепла, выделяемого светодиодом при свечении, корпус устройства выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например, из алюминия. To remove the heat generated by the LED during the glow, the device casing is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, for example, aluminum.
Для удерживания проксимального конца волоконного жгута в положении, обеспечивающем максимальный сбор и передачу излученного света, корпус включает втулку с центральным отверстием для размещения проксимального конца волоконного жгута, при этом втулка дополнительно имеет боковое отверстие под стопорный винт для фиксации упомянутого волоконного жгута. To keep the proximal end of the fiber bundle in a position that ensures maximum collection and transmission of emitted light, the housing includes a sleeve with a Central hole to accommodate the proximal end of the fiber bundle, while the sleeve further has a side hole for the locking screw for fixing the aforementioned fiber bundle.
Сущность заявляемого осветительного устройства поясняется фиг. 1 - 4. На Фиг. 1 показан общий вид осветительного устройства. The essence of the claimed lighting device is illustrated in FIG. 1 to 4. In FIG. 1 shows a general view of a lighting device.
На Фиг. 2'представлен поперечный разрез осветительного устройства вдоль его осевой линии. In FIG. 2 ′ is a cross-sectional view of a lighting device along its center line.
На Фиг. 3 схематически показано взаимное расположение кристалла светодиода и волоконного жгута, вид сбоку. На Фиг. 4 представлен вид сверху кристалла светодиода. In FIG. 3 schematically shows the relative position of the LED crystal and the fiber bundle, side view. In FIG. 4 is a plan view of an LED crystal.
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, осветительное устройство 1 содержит корпус 2, в котором установлен и закреплен источник света в виде кристалла 3 светодиода. Корпус 2 помимо основной функции размещения и защиты элементов устройства 1 дополнительно выполняет функцию радиатора для отвода тепла, выделяемого кристаллом 3 при излучении света. В связи с этим он выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а его боковая поверхность снабжена ребрами. Корпус 2 включает также закрепленную в нем втулку 4, в центральном отверстии которой размещен проксимальный конец 5 волоконного жгута б, передающего излученный свет к объекту освещения. Проксимальный конец 5 жгута б заключен в жесткую обойму 7. Форма проксимального конца 5 жгута б имеет круглое сечение. Обойма 7 может быть выполнена в виде металлической трубки, например, из нержавеющей стали. Могут быть использованы и другие материалы для обоймы, такие как металлы, термоустойчивые сплавы или пластики. К форме жгута на проксимальном конце предъявляются следующие требования: торец 8 жгута должен быть плоским, полированным и, в основном, перпендикулярным по отношению к сгруппированным в обойме волокнам. При этом форма жгута на дистальном конце может быть различной в зависимости от назначения осветителя, в частности, он может быть разделен на отдельные ветви для освещения объекта исследования с разных сторон. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the lighting device 1 comprises a housing 2 in which a light source in the form of a crystal 3 of an LED is mounted and fixed. The housing 2 in addition to the main function of the placement and protection of the elements of the device 1 additionally performs the function of a radiator to remove heat generated by the crystal 3 when light is emitted. In this regard, it is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, and its side surface is provided with ribs. The housing 2 also includes a sleeve 4 fixed therein, in the central opening of which is located the proximal end 5 of the fiber bundle b, which transmits the emitted light to the lighting object. The proximal end 5 of the bundle b is enclosed in a rigid clip 7. The shape of the proximal end 5 of the bundle b has a circular cross section. The clip 7 can be made in the form of a metal tube, for example, stainless steel. Other clip materials may be used, such as metals, heat-resistant alloys, or plastics. The following requirements are imposed on the shape of the bundle at the proximal end: the end of the bundle 8 should be flat, polished and generally perpendicular to the fibers grouped in the ferrule. Moreover, the shape of the tow at the distal end may be different depending on the purpose of the illuminator, in particular, it can be divided into separate branches to illuminate the object of study from different sides.
Желательно, чтобы площадь торца 8 волоконного жгута б позволяла полностью закрыть излучающую поверхность кристалла 3. При этом волоконный, жгут б не имеет с кристаллом 3 непосредственного механического контакта, но расположен настолько близко к его излучающей поверхности, насколько это технически выполнимо. Втулка 4, выполняющая функцию фиксатора проксимального конца 5 волоконного жгута б, может быть закреплена в корпусе 2 осветительного устройства 1 любым известным способом, например, с использованием винтов 9. Как видно из Фиг. 1, втулка 4 имеет сквозное отверстие 10 с винтовой нарезкой под стопорный винт 11, обеспечивающий жесткую фиксацию волоконного жгута б внутри втулки, что, в свою очередь, обеспечивает стабильность взаимодействия оптического жгута 6 с кристаллом 3. It is desirable that the area of the end face 8 of the fiber bundle b would completely cover the radiating surface of the crystal 3. Moreover, the fiber bundle b does not have c crystal 3 of direct mechanical contact, but located as close to its radiating surface as technically feasible. The sleeve 4, which serves as a retainer for the proximal end 5 of the fiber bundle b, can be fixed in the housing 2 of the lighting device 1 by any known method, for example, using screws 9. As can be seen from FIG. 1, the sleeve 4 has a through hole 10 with a screw thread for the locking screw 11, which provides rigid fixation of the fiber bundle b inside the sleeve, which, in turn, ensures the stability of the interaction of the optical bundle 6 with the crystal 3.
Фиг. 3 и 4 поясняют сущность этого взаимодействия. Кристалл 3 имеет форму квадрата (Фиг. 2), размещенного в центре штатной подложки 12, снабженной FIG. 3 and 4 explain the essence of this interaction. Crystal 3 has the shape of a square (Fig. 2), placed in the center of the standard substrate 12, equipped with
центрирующей оправой 13. В штатной подложке 12 выполнены элементы 14 с выводами 15, подводящими ток к кристаллу. a centering frame 13. In the standard substrate 12, the elements 14 are made with leads 15 leading the current to the crystal.
Угол излучения кристаллов известных на сегодняшний день мощных светодиодов составляет примерно 120°. Следовательно, для предотвращения потерь излученного света угол, в пределах которого свет может передаваться оптическим волокном, должен быть примерно таким же. Высокоапертурное волокно, используемое в соответствии с The angle of radiation of crystals of the currently known high-power LEDs is approximately 120 ° . Therefore, to prevent loss of emitted light, the angle within which the light can be transmitted by the optical fiber should be approximately the same. High aperture fiber used in accordance with
настоящим изобретением для изготовления волоконного жгута б, соответствует этому требованию. the present invention for the manufacture of fiber tow b, meets this requirement.
Настоящее изобретение было осуществлено в виде осветительного устройства для использования в гибком эндоскопе. Корпус осветительного устройства, был изготовлен из алюминия. Его габаритные размеры частично определись размерами , торцевой .. The present invention has been embodied as a lighting device for use in a flexible endoscope. The housing of the lighting device was made of aluminum. Its overall dimensions are partially determined by the dimensions, end ..
поверхности корпуса эндоскопа, к которой прикреплен осветитель. На Фиг. 1 показаны длина п = 38,4 мм и ширина d=30,4 мм. Глубина осветителя выбрана с учетом the surface of the endoscope body to which the illuminator is attached. In FIG. 1 shows the length n = 38.4 mm and the width d = 30.4 mm. The depth of the illuminator is selected taking into account
обеспечения эффективного отвода тепла и составила 30 мм. Эксперимент показал, что пользователь эндоскопа может удерживать его в руке длительное время, не ощущая никакого дискомфорта от нагрева корпуса. В осветительном устройстве использован кристалл светодиода Cree EZ 1000 мощностью 3 Вт. Кристалл представляет собой квадрат со стороной 1 мм, размещенный на упомянутой выше штатной подложке, содержащей две токопроводящие дорожки с выводами на их концах для соединения с источником питания. При этом светящаяся поверхность кристалла имеет форму квадрата со стороной;960 мк. ensure effective heat dissipation and amounted to 30 mm. The experiment showed that the endoscope user can hold it in his hand for a long time, without feeling any discomfort from heating the case. The lighting device uses a 3 W Cree EZ 1000 LED crystal. The crystal is a square with a side of 1 mm, placed on the above-mentioned standard substrate containing two conductive tracks with leads at their ends for connection to a power source. In this case, the luminous crystal surface has the shape of a square with a side ; 960 microns.
Между подложкой 12 и корпусом 2 была нанесена теплопроводящая паста 16 (см. Фиг. 2). Светопроводный жгут диаметром 1 ,34 мм был изготовлен из 'оптического волокна марки LIFaTe С, имеющего угловую апертуру 120°. Жгут выполнялся с использованием традиционной технологии. Волокна собраны в трубку из нержавеющей* стали, наружный диаметр которой составляет 2 мм, а внутренний диаметр - 1,5 мм, длина трубки - 15 мм. Торец образованного жгута отполирован и заклеен эпоксидной смолой. При этом плоская поверхность торца жгута перпендикулярна по отношению к наполняющим жгут волокнам. При установке жгута в корпус осветителя осуществлялась юстировка. Варьируя положением торца волоконного жгута относительно поверхности кристалла, измеряли с помощью фотодетектора интенсивность светового потока, после чего в положении, обеспечивающем максимальную интенсивность, осветитель был закреплен на корпусе гибкого эндоскопа, при этом его дистальный конец был введен в ствол эндоскопа.. Количество света, измеренное люксметром на дистальном конце эндоскопа, составило 15000 люкс, т.е. значительно больше, чем в имеющихся на современном рынке гибких эндоскопах: В частности, видеогастроэндоскоп фирмы ЛОМО (ГДЕ - ГВК - 40 - ЛОМО) использует осветительное волокно диаметром 2,5 мм с апертурой 60° и Between the substrate 12 and the housing 2 was applied heat-conducting paste 16 (see Fig. 2). A light guide bundle with a diameter of 1, 34 mm was made of a LIFaTe C optical fiber having an angular aperture of 120 ° . The harness was carried out using traditional technology. The fibers are assembled in a stainless steel * tube, the outer diameter of which is 2 mm, and the inner diameter is 1.5 mm, the length of the tube is 15 mm. The butt of the formed tourniquet is polished and sealed with epoxy. In this case, the flat surface of the end of the bundle is perpendicular to the fibers filling the bundle. When installing the harness in the body of the illuminator, alignment was carried out. Varying the position of the end of the fiber bundle relative to the surface of the crystal, we measured the intensity of the light flux using a photodetector, after which, in the position providing the maximum intensity, the illuminator was mounted on the body of a flexible endoscope, while its distal end was introduced into the trunk of the endoscope .. Amount of light measured a light meter at the distal end of the endoscope, amounted to 15,000 lux, i.e. significantly more than flexible endoscopes available on the modern market: In particular, the LOMO video gastroendoscope (WHERE - GWK - 40 - LOMO) uses a 2.5 mm diameter fiber with a 60 ° aperture and
металлогалоидную лампу мощностью 35 Вт в качестве источника света. Количество света на дистальном конце эндоскопа в зависимости от конкретного экземпляра составляет (8000 - 9000) люкс. При этом изготовленный образец осветителя на основе кристалла мощного светодиода и высокоапертурного волокна потребовал значительно меньшего количества волокна как по диаметру (пучок волокна приблизительно в 3,4 раза тоньше), так и по длине. Последнее объясняется тем, что отпала необходимость вести волокно от корпуса эндоскопа до осветителя, т.к. заявляемый осветитель благодаря его малому нагреву может быть размещен непосредственно в корпусе эндоскопа, таким образом, жгут становится вдвое короче. Другое несомненное преимущество состоит в том, что изготовленный Заявителем образец гибкого эндоскопа не нуждается в достаточно сложной системе охлаждения, поскольку такая необходимость существует только при использовании в качестве источника света мощных ламп. При этом существенно снизилось потребление электроэнергии, чем в упомянутом эндоскопе ЛОМО. 35 W metal halide lamp as a light source. The amount of light at the distal end of the endoscope, depending on the particular specimen, is (8000 - 9000) lux. At the same time, the manufactured sample of the illuminator based on a crystal of a high-power LED and high-aperture fiber required a significantly smaller amount of fiber both in diameter (fiber bundle is approximately 3.4 times thinner) and in length. The latter is explained by the fact that there is no need to guide the fiber from the endoscope body to the illuminator, because The inventive illuminator due to its low heating can be placed directly in the endoscope body, thus, the bundle becomes half as long. Another undoubted advantage is that the flexible endoscope sample prepared by the Applicant does not need a sufficiently complex cooling system, since such a need exists only when using powerful lamps as a light source. At the same time, energy consumption has significantly decreased than in the aforementioned LOMO endoscope.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Осветительное устройство, содержащее установленный в корпусе источник света в виде кристалла светодиода и светопроводящии волоконный жгут из высокоапертурного оптического волокна, имеющий плоский перпендикулярный волокнам торец и 1. A lighting device comprising a light source installed in the housing in the form of an LED crystal and a light guide fiber bundle of high aperture optical fiber having a flat end face perpendicular to the fibers and
расположенный в непосредственной близости к излучающей поверхности кристалла. located in close proximity to the radiating surface of the crystal.
2. Осветительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что проксимальный конец волоконного жгута заключен в жесткую обойму, например, металлическую. 2. The lighting device according to claim 1, characterized in that the proximal end of the fiber bundle is enclosed in a rigid clip, for example, metal.
3. Осветительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что размер поперечного сечения торца жгута соответствует размеру излучающей поверхности кристалла. 3. The lighting device according to claim 1, characterized in that the size of the cross section of the end of the bundle corresponds to the size of the radiating surface of the crystal.
4. Осветительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. 4. The lighting device according to claim 1, characterized in that the housing is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.
5. Осветительное устройство по п. 4, отличающееся тем, что корпус выполнен из алюминия. 5. The lighting device according to claim 4, characterized in that the housing is made of aluminum.
6. Осветительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус включает втулку с центральным отверстием для размещения проксимального конца волоконного жгута, при этом втулка дополнительно имеет боковое отверстие под стопорный винт для фиксации упомянутого волоконного жгута. 6. The lighting device according to claim 1, characterized in that the housing includes a sleeve with a central hole for accommodating the proximal end of the fiber bundle, while the sleeve further has a lateral hole for a locking screw for fixing said fiber bundle.
PCT/RU2012/000272 2011-06-14 2012-04-09 Lighting device WO2012173515A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124111 2011-06-14
RU2011124111/28A RU2011124111A (en) 2011-06-14 2011-06-14 LIGHTING DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012173515A1 true WO2012173515A1 (en) 2012-12-20

Family

ID=47357316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000272 WO2012173515A1 (en) 2011-06-14 2012-04-09 Lighting device

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2011124111A (en)
WO (1) WO2012173515A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105090818A (en) * 2015-07-07 2015-11-25 深圳市科曼医疗设备有限公司 Light source component and operating lamp with same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1409793A (en) * 1972-06-08 1975-10-15 Standard Telephones Cables Ltd Light emissive diode to optical fibre coupling
US4613931A (en) * 1984-05-24 1986-09-23 501 Olympus Corporation Portable fiberoptic light source for use in hazardous locations
US6921920B2 (en) * 2001-08-31 2005-07-26 Smith & Nephew, Inc. Solid-state light source
US20050251119A1 (en) * 2004-05-07 2005-11-10 Muniz Engineering, Inc. Illuminated stylet
US7229201B2 (en) * 2003-03-26 2007-06-12 Optim Inc. Compact, high-efficiency, high-power solid state light source using a single solid state light-emitting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1409793A (en) * 1972-06-08 1975-10-15 Standard Telephones Cables Ltd Light emissive diode to optical fibre coupling
US4613931A (en) * 1984-05-24 1986-09-23 501 Olympus Corporation Portable fiberoptic light source for use in hazardous locations
US6921920B2 (en) * 2001-08-31 2005-07-26 Smith & Nephew, Inc. Solid-state light source
US7229201B2 (en) * 2003-03-26 2007-06-12 Optim Inc. Compact, high-efficiency, high-power solid state light source using a single solid state light-emitting device
US20050251119A1 (en) * 2004-05-07 2005-11-10 Muniz Engineering, Inc. Illuminated stylet

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105090818A (en) * 2015-07-07 2015-11-25 深圳市科曼医疗设备有限公司 Light source component and operating lamp with same
CN105090818B (en) * 2015-07-07 2017-12-12 深圳市科曼医疗设备有限公司 Light source assembly and the operating lamp with the light source assembly

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011124111A (en) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7490967B2 (en) Solid state light source including cooling system
US7229201B2 (en) Compact, high-efficiency, high-power solid state light source using a single solid state light-emitting device
US10768407B2 (en) Embeddable module for high output LED
US9116282B2 (en) Solid-state light source
EP3494862A1 (en) Illumination system for an endoscope
WO2006034171A1 (en) Methods of mounting an led endoscope illuminator within an endoscope
US20090147531A1 (en) Oral illuminator
WO2007078941A1 (en) Illumination device
JP2004065989A (en) Curing light instrument
TR201816576T4 (en) An endoscope comprising a rigid arcuate shaft and a method for producing such an endoscope.
JP2005027851A (en) Endoscope
US8613538B2 (en) Illumination system for endoscopy or microscopy
WO2012173515A1 (en) Lighting device
RU110817U1 (en) LIGHTING DEVICE
JP6184001B2 (en) Endoscope lighting system
RU2559860C1 (en) Light-emitting diode based endoscopic illumination device
RU146973U1 (en) LED LIGHTING DEVICE FOR ENDOSCOPES
RU112338U1 (en) LIGHTING DEVICE
JP2013075027A (en) Illumination optical system for endoscope and illumination device
WO2012011988A2 (en) High-efficiency illumination system
RU38582U1 (en) DEVICE FOR PHOTOPOLYMERIZATION OF DENTAL RESTORATION MATERIALS
KR20160150351A (en) Endoscope apparatus and light source apparatus
TW201000064A (en) An endoscopic light module with light emitting diodes
JP2007229038A (en) Illuminator for endoscope

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12800065

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WA Withdrawal of international application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE