光纤照明系统的色彩校正技术方案

一种光纤照明系统（１００），其中，使用滤波器（３０）对弧光灯（１０）的输出光谱加以修正，以减小光谱中尖峰脉冲的幅度，以致于最终的输出拥有所希望的白光的色品和色彩表现指标。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

总的来说，本专利技术涉及一种在医疗手术期间所使用的光纤照明系统。过去，一直把卤灯用于这样的照明装置系统。这些照明装置系统是低成本的，但通常光通量低于所希望的水平，而且色温通常偏低。使用氙弧光灯的较高档的系统提供了更接近人们所希望的水平的色温，几乎与太阳光的色温相同，并提供了足够的光通量。缺点是由于灯的较低的内在功效，并要求复杂的和贵重的整流器，所以这些系统通常较为昂贵。金属卤化物和水银灯也用于这样的目的，因为与氙灯相比这些灯的功效大约高出2～3倍，从而提供了一种较低成本的照明装置。由于在放电灯泡的内部使用了金属卤化物与/或水银，所以输出光谱包括尖峰光谱脉冲，这些尖峰光谱脉冲相应于所使用的材料的特性。就色温、色品、以及色彩的表现指标而言，这些尖锋脉冲的影响改变了输出的特性。尽管在金属卤化物灯系统中一直在使用滤波器校正输出的色温，但色品和色彩表现指标在很大程度上为人们所忽视。因此，本专利技术的目标是提供这样的一种照明系统包括一个色彩校正系统，以致于可对那些其光谱中具有尖峰脉冲的灯例如金属卤化物灯和水银灯的输出加以校正，以能够以较低的成本提供具有所希望的色温、色品、以及色彩表现指标的光输出。图2(现有技术)是一个人们所熟悉的具有一个椭圆形反射器的光纤照明装置的示意图；图3(现有技术)是一个人们所熟悉的具有一个离轴超环面反射器的光纤照明装置的示意图；图4A是一个具有5500°K色温的典型的太阳黑体辐射的光谱图；图4B是具有均匀输出功率的白光源的光谱图；图5(现有技术)是一个典型的金属卤化物灯的输出光谱图；图6描述的是根据本专利技术的一个实施例的光滤波器的光谱透射率；图7是在使用图6的光滤波器滤波之后图5的金属卤化物灯的输出光谱图；图8是一个色品坐标及相关色温图，描述了太阳光(SOLAR)、白光(WHITE)、金属卤化物灯(MH)、以及滤波后的金属卤化物灯(FMH)的坐标；图9A描述了CRI与长波长切口(notch)反射率的关系；图9B描述了色温与长波长切口反射率的关系；附图说明图10是一个离轴照明装置的示意图，这一离轴照明装置具有一个根据本专利技术的实施例的平光滤波器；图11是一个离轴照明装置的示意图，这一离轴照明装置具有一个根据本专利技术的实施例的曲面滤波器；优选实施例详述图1说明了现有技术中人们所熟悉的一个普通光纤照明装置的内部部件。所说明的照明装置是一个同轴的抛物面反射器照明系统200，包括一个光源10、一个具有抛物面形状的主反射器40a、一个聚焦透镜210、以及一条输出光纤60。根据具体的应用，可以从包括氙弧光、水银氙弧光、金属卤化物弧光、或卤灯的一组光源中选择光源10。在照明系统200中，把光源10的发射区域放置在抛物面反射器40a的焦点处的光轴80上，从而使输出20能够得以校准。可以为抛物面反射器40a涂上一个涂层，以择优地反射某些所希望的波长。例如，在可视的应用中，可以把一种冷色涂料用于传输紫外和红外辐射，以致于反射器40a仅对准作为输出20的光谱的可视部分。然后，通过聚焦透镜210把平行的输出20朝输出光纤60聚焦成一个较小的点70。图2描述了一个同轴的椭圆形反射器照明系统300的配置。椭圆形反射器照明系统300使用一个椭圆形反射器40b对准光输出20。把灯10的发射区域放置在椭圆形反射器40b的一个焦点处的光轴80上，并把输出光纤60放置在椭圆形反射器40b的另一个焦点处的光轴80上。因此，根据具体的应用，也可以为椭圆形反射器40b的表面涂上一个涂层，如以上所描述的。图1和2中所说明的人们所熟悉的照明系统200和300具有共同的缺点系统的放大倍数大于1，而且放大倍数随角度变化，因而降低了输出焦点70的亮度。图3说明了一个人们所熟悉的离轴照明系统400，其中具有近似为1的放大倍数并且在所有角度上基本保持不变的主反射器40把发射区域映象到输出光纤60上，因而可在聚焦输出点70处保持输出20的亮度。因此，与使用同样的灯10的先前所描述的系统相比，离轴照明系统400拥有一个较高的输出，特别是在小的广延(etendue)处。在离轴照明系统400中，还可以通过包括一个逆反射器50进一步增加输出20，如图3中所示。逆反射器50反射在输出70的方向中主反射器40的相反侧所发射的光。与以上所描述的同轴照明系统200和300中的反射器相类似，也可以为离轴照明系统400中的反射器40和50涂上一个涂层，以有选择地传输和反射特定的辐射范围。为了理解光的可视方面，图4描述了一个具有5500°K色温的典型的黑体辐射源的输出光谱图。所说明的光谱还代表从直接太阳光所测的输出。尽管5500°K黑体辐射源的输出辐射在所有波长处不尽相同，但根据定义，色彩表现指标、对一个具体的照明保持一个所观察物体的原始色彩的好坏程度的测量为100％。图4B描述了在可视光谱上功率为恒定的白光的输出光谱图。把图4B中所说明的光源的色温计算为5455°K以及把色彩表现指标计算为95.11％，这意味着，与由图4A的黑体辐射所产生的标准光源相比，使用这样的一个光源所照射的物体的色彩将稍有偏差。在这两个指标内或接近这两个指标的照明被视为是好的照明。总的来说，这一范畴中的各种照明均拥有5500°K量级上的色温以及85％以上的CRI，而且在实践上相互间没有差别。一种普通的灯10是氙弧光灯。它由一个具有一个阳极和一个阴极的灯泡组成，并在高压下向其填充氙气。当流经气体的电流点燃这一灯时，形成一个发射辐射的弧光，具有跨越整个可视光谱近乎均匀的输出，并拥有良好的色温和色彩表现指标。氙灯泡的输出十分接近白光或太阳光的输出，具有大约6200°K的色温、X＝0.30、Y＝0.30的色品坐标、以及大约0.93的CRI。尽管氙灯的输出特性总体上十分接近所希望的状态，但把氙灯用于照明的缺点是，在把电能转换成光输出的过程中，灯泡内在的低效率以及灯和相关整流器的相当高的成本。对于那些需要较高效率和较低成本的应用来说，通常使用金属卤化物灯。为了提高灯的功效，把少量的掺杂物，通常为金属卤化物、水银、钠等，引入灯泡。在发射过程中，这些少量的掺杂物提供了附加的转换能级，在弧光灯泡中产生了有效的电子量子级转换，以产生更多的光能。这种掺杂的灯泡的缺点是，额外的光引入了这些掺杂物转换的光谱特性。特别是，灯泡发射的是集中在某些波长上的光能，这一光能将作为光谱中的尖峰脉冲出现在输出中。图5中描述了一个典型的金属卤化物灯泡的输出光谱。这一光谱与图4A和4B的光谱之间的主要不同之处是尖峰脉冲500b和500g的存在。在图5的光谱中，在光谱的蓝色区域中存在2个尖峰脉冲500b，在绿色区域中存在2个尖峰脉冲500g。这些尖峰脉冲在某些波长上有效地提供了额外的光，并特别加重了相应的可使被照物体的原始色彩成分失真的色彩。这一色彩失真改变了物体的面貌。例如，在对某一病人做外科手术期间，这一照明可能导致淡红色的肉组织呈浅蓝色。这样的金属卤化物灯的相应的特性通常拥有图8中所示的5225°K范围内的色温、大约X＝0.34和Y＝0.36的色品坐标、以及68％左右的CRI。为了能够以较低的成本获得具有足够光能量并拥有所希望的色温、色品、以及CRI的光输出，本专利技术提供了一种照明系统100，照明系统100拥有一个填充了气体和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤照明系统，包括：一个弧光灯，充有气体和掺杂物，该弧光灯所发射的光的光谱具有上述掺杂物的特性的尖峰脉冲；一个光学系统，用于把来自上述弧光灯的光耦合于一个输出光纤系统；以及一个滤波器装置，放置在上述弧光灯和上述输出光纤系统之 间，以使可修正上述弧光灯所发射的上述光的上述光谱，以提供一个基本上等于白光的色品和色彩表现指标的色品和色彩表现指标。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德A费兰特，
申请(专利权)人：考金特光学技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]