(57)【要約】      （修正有）【課題】外科医又は医師に良好な照明状況を提供するのに適した簡単な手術用照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ及び光ファイバを有する照明装置１０であって、第１の色温度を有する白色光を発生する第１のＬＥＤ１１ａと、第１の色温度と異なる第２の色温度を有する白色光を発生する第２のＬＥＤ１１ｂと、第１及び第２のＬＥＤにより生成された光を照明出口２０に運ぶ光ファイバのハーネス１３と、それぞれ異なる電流をＬＥＤ１１ａ、１１ｂに電力供給する電源手段１７ａ、１７ｂとを備え、その結果、各照明出口２０は、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの電源電流を変化させることにより第１の色温度から第２の色温度の範囲にわたって調節することが可能な色温度を有する白色光を生成する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを使用した手術用照明装置（１０）であって、
第１の色温度を有する白色光を発生するようになされた第１のＬＥＤ（１１ａ）と、
前記第１の色温度と異なる第２の色温度を有する白色光を発生するようになされた第２のＬＥＤ（１１ｂ）と、
それぞれ異なる電流を前記ＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）に電力供給するようになされた電源手段（１７ａ、１７ｂ）とを備え、
前記第１及び第２のＬＥＤは照明装置の複数の照明出口（２０）に光ファイバの２つのヘッド束（１５ａ、１５ｂ）と光ファイバの複数の出口束（１８）を有する光ファイバハーネスにより結合され、前記２つの光ファイバヘッド束（１５ａ、１５ｂ）はそれぞれ前記第１及び第２のＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）に結合され、前記出口束は前記照明出口にそれぞれ結合され、２つのヘッド束の前記光ファイバは、各出口束（１８）がヘッド束のそれぞれから来る同じ割合の光ファイバを有するようにハーネス内で均一に交差接続され、その結果、各照明出口（２０）は、前記ＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）が電力供給されるそれぞれの電流を変化させることにより前記第１の色温度から前記第２の色温度の範囲にわたって調整することが可能な色温度を有する白色光を生成するのに適切であることを特徴とする、手術用照明装置。
【請求項２】
前記電源手段（１７ａ、１７ｂ）がコミュニケーション容器の原理に基づき前記ＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）に伝達されるそれぞれの電流を変化させるようになされている、請求項１に記載の照明装置（１０）。
【請求項３】
各ＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）が３０００Ｋから６７００Ｋの範囲にある色温度を有する、請求項１又は２に記載の照明装置（１０）。
【請求項４】
各ＬＥＤ（１１ａ、１１ｂ）が８５から１００の範囲、好ましくは９０から１００の範囲にある演色評価数を有する、請求項３に記載の照明装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はＬＥＤ及び光ファイバを有する照明装置に関し、特に医療手術分野の照明のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医学的状況、特に手術室では、照明状況は外科医又は医師が正確に操作できるよう適合される必要がある。
【０００３】
特に、照明は、外科医が様々な種類の組織を区別できるようにする必要がある。この目的のため、一般に白色光は、様々な基準に適合し、８５から１００の範囲の演色評価数（ＣＲＩ）、及び３０００ケルビン（Ｋ）から６７００Ｋの範囲の色温度である光を提供しなければならない。
【０００４】
より詳細には、光の「色温度」の用語は、国際照明委員会（ＣＩＥ）の色図における光の色座標（ｘ、ｙ）に基づく従来の方法で評価された対応する色温度を意味するように本明細書では使用される。
【０００５】
加えて、良好な照明は、外科医が色温度を要件に適合するように変化させることを可能にしなければならない。
【０００６】
現在、可変の色温度で白色照明を得るために白色光及び着色光を混合することによりそれらの要件を満たす様々な種類の照明装置が存在する。
【０００７】
従来の方法では、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源からの光束は前記光源により発せられる光パワー（ルーメンで表される）として規定され、照明領域の照明装置の可視照明は単位面積あたりの照明領域を照明する光束の量として規定される（ルクス、即ち、平方メートル当たりのルーメン（ｌｍ／ｍ２）で表される）。
【０００８】
特に、特許文献米国特許第６５１３９６２号は上記の照明装置を開示しており、２つの光源、つまり白色光を発するハロゲンランプ及び赤色光を発するＬＥＤが使用される。この文献において、２つの光源は、良質の白色照明を得るために白色光及び赤色光を均一に適切な割合で混合することに供される光ガイドに接続される光ファイバに結合される。それでもなお、その装置は白色光及び赤色光の割合を調整するために、照明光の色温度の計測を必要とし、その計測は実行するのに大変複雑である。
【０００９】
また、光源として、複数の白色ＬＥＤ、及び緑色又は赤色ＬＥＤのような着色ＬＥＤを使用する照明装置も存在し、各ＬＥＤは照明領域に焦点を当てるための光学系に結合され、共に調整可能な色温度を有する白色の光源を形成する。それでもなお、この種類の装置では、均一な照明を得ることは難しく、手術領域の照明は外科医により選択される色温度に応じて変化する。加えて、その種類の照明装置は例えば外科医の頭等により照明光の一部が遮られた場合、手術領域に色のついた影ができるという大きな欠点を有する。
【００１０】
さらに、ＬＥＤは色に応じて様々な方法で経年劣化することが知られており、特に赤色ＬＥＤは白色ＬＥＤより早く経年劣化し、よってＬＥＤからの光束が時間と共に変化するという問題が生じる。
【００１１】
特許文献ドイツ特許第１０２００６０４０３９３号は、そのような改良された照明装置の例を開示し、白色及び着色ＬＥＤが共に、照明のために良質の白色光を得ることができる共通の焦点光学系に結合される。光ガイドが、色の混合の改良のためにＬＥＤと焦点光学系の間に介入されてもよい。それでもなお、その種類の装置は照明領域における色のついた影の形成を部分的に減らすのみであり、色に応じたＬＥＤの様々な経年劣化に関連した問題を克服できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６５１３９６２号明細書
【特許文献２】独国特許第１０２００６０４０３９３号明細書
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１３】
本考案の目的は、外科医又は医師に良好な照明状況を提供するのに適した簡単な照明装置を提案することによりこれらの欠点の全てを改善することにあり、特に選択された色温度にかかわらず均一であり、時間がたっても安定し、手術領域に色のついた影を生じない照明を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本考案が基づく概念は、例えば異なる色温度を有する以外は同一である２つの白色ＬＥＤを有する照明装置である。２つのヘッド束を有する光ファイバハーネスが２つの白色ＬＥＤに結合されている。ハーネスは白色ＬＥＤから来る光を伝達するアームを有していてもよく、アームの数と直径はハーネスに依存する。各アームは手術領域において光を集束させる集束光学系が設けられることが可能である照明出口に結合される。ハーネスからの出口において、ＬＥＤにより生成された２つの白色光を一緒に混合することから来る白色光が得られ、ＬＥＤごとに電源電流を適切に調節することにより出口光束の色温度を調節することができる。
【００１５】
より詳細には、本考案はＬＥＤを使用した手術用の照明装置を提供し、照明装置は第１の色温度を有する白色光を発生するようになされた第１のＬＥＤと、前記第１の色温度と異なる第２の色温度を有する白色光を発生するようになされた第２のＬＥＤと、それぞれ異なる電流を前記ＬＥＤに電力供給するようになされた電源手段とを備え、前記第１及び第２のＬＥＤは照明装置の複数の照明出口に光ファイバの２つのヘッド束及び光ファイバの複数の出口束を有する光ファイバハーネスにより結合され、２つの光ファイバヘッド束はそれぞれ前記第１及び第２のＬＥＤに結合され、前記出口束は前記照明出口にそれぞれ結合され、２つのヘッド束の前記光ファイバは、各出口束がヘッド束のそれぞれから来る同じ割合の光ファイバを有するようにハーネス内で均一に交差接続され、その結果、各照明出口は、前記ＬＥＤが電力供給されるそれぞれの電流を変化させることにより前記第１の色温度から前記第２の色温度の範囲にわたって調節することが可能な色温度を有する白色光を生成するのに適切である。
【００１６】
この配置により、色温度の全体の範囲にわたって均一な照明を有する照明出口において白色光を得ることが容易になり、光束に障害がある場合、照明領域に色のついた影が形成されない。加えて、異なる方法で経年劣化する異なる色のＬＥＤの結果としての、時間により変化する光束の問題がもはや存在しない。
【００１７】
さらに、ＬＥＤは手術室で必要な頭上灯及び光束間との適合性を得るために照明出口から離れて配置されてもよい。さらに、離れて配置されることにより、ＬＥＤが外科医の視界を妨げず、よって外科医が全体の視界のより良い快適さを利用できる。
【００１８】
本考案の照明装置は以下の特徴を有利に有する：
−  電源手段は、コミュニケーション容器の原理に基づきＬＥＤに伝達されるそれぞれの電流を変化させるようになされ、それにより照明出口からの色温度を変化させる時に照明を一定に保つことができるという利点がある。
【００１９】
−  各ＬＥＤは３０００Ｋから６７００Ｋの範囲にある色温度を有し、各ＬＥＤは８５から１００の範囲、好ましくは９０から１００の範囲の演色評価数を有することができる。
【００２０】
本考案は制限しない例として与えられ、かつ添付の図面に示された実施例の以下の詳細な説明を読むとより良く理解され、他の利点も明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】手術領域を照らし、本考案の照明装置を含む照明器具の斜視図である。
【図２】図１の照明装置の詳細な線図である。
【図３】照明出口で様々な異なる色温度を得るための図２の照明装置のＬＥＤを通過する電流の例を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
図１は照明のために手術領域２を照らす照明器具１を示し、ここは外科医が患者に手術を行う領域である。
【００２３】
この例での照明器具１は従来の方法で手術室の天井から吊り下げるタイプのものであり、例として、それぞれが頭上灯４を支えているヒンジで接続された２つのサスペンションアーム３を備える。図１に見られるように、各灯４は本考案の照明装置の２０のような複数の照明出口を有していてもよい。
【００２４】
図２は本考案の照明装置１０の実施例の高度な線図である。
【００２５】
この例では照明装置は２つの光源を備え、各光源はそれぞれ白色光を発生するＬＥＤ１１ａ及び１１ｂを備える。２つのＬＥＤ１１ａ、１１ｂは光ファイバハーネス１３内の光ファイバの２つのヘッド束１５ａ、１５ｂにそれぞれ結合されている。ＬＥＤ１１ａ、１１ｂはハーネス１３の頭部に対し直接圧接されてもよいし、或いはそれらはレンズ、プリズム、反射器、コリメータ等やそれらの組み合わせといった集束光学要素１４ａ、１４ｂを介して結合されてもよい。ハーネス１３の頭部から上流において、各ＬＥＤ１１ａ、１１ｂは好ましくは例えば熱グリースを使用して冷却ラジエーター１２ａ、１２ｂに接続される。
【００２６】
２つのヘッド束１５ａ、１５ｂ内の光ファイバは、例えばそれぞれの集束光学要素を介してそれぞれの照明出口２０に結合される光ファイバの複数の出口束又はアーム１８に分配されるよう、ハーネス１３の本体１６内で交差接続される（つまり混合される）。そのような光学要素はレンズ、プリズム、反射器、コリメータ等やそれらの組み合わせであってもよい。
【００２７】
よって、２つのヘッド束１５ａ、１５ｂ及び例えば３２本や６４本の多数の出口束１８を有するハーネス１３が見られる。なお、ハーネス１３は数百又は数千の光ファイバを有していてもよいことを理解すべきである。ハーネス１３の光ファイバは、かなりの長さである光ファイバのハーネスの赤色が弱まることなく良好な照明効率に貢献し、またハーネスが引火する危険性を減らすために、ガラスで作られるのが好ましい。加えて、ハーネス１３のより良い効率のために、ハーネス１３の光ファイバはハーネス１３内で共に熱融合され、損失を減らすために、大きな受容角を有する光ファイバを使用することが好ましい。
【００２８】
ハーネス１３内の光ファイバの交差接続、即ち混合は、ファイバの均一な分配を達成し、その結果、各出口束１８は、例えば半分がヘッド束１５ａから来て半分がヘッド束１５ｂから来る同数の光ファイバである２つのヘッド束１５ａ、１５ｂのそれぞれから来る同じ割合の光ファイバを有する。
【００２９】
図２は２つのヘッド束１５ａ、１５ｂから始まり、例えば２つの頭上灯４又は１つの頭上灯４の２つの部分に嵌め込まれるれる１６本の出口束１８の２つの群１９ａ、１９ｂを形成するハーネス１３における光ファイバの交差接続を示す。
【００３０】
本考案において、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂに別々に異なる電流を伝達するようになされた電源手段によりＬＥＤ１１ａ、１１ｂは電力供給される。電源手段は単一の電源の形式又は図２に示すように２つの電源１７ａ及び１７ｂの形式であってもよい。
【００３１】
本考案において、第１の光源のＬＥＤ１１ａは第１の色温度を有する白色光を発生し、第２の光源のＬＥＤ１１ｂは第１の色温度と異なる第２の色温度を有する白色光を発生する。よって、白色光は第１の色温度及び第２の色温度の間にある中間の色温度を有する照明出口２０から得られ、照明出口２０からの合計の光束はロスを含めた２つのＬＥＤ１１ａ、１１ｂからのそれぞれの光束の合計と等しい（ファイバでは、ファイバと集束光学素子との結合において等）。
【００３２】
選択された白色ＬＥＤは８５から１００の範囲、好ましくは９０から１００の範囲、実際には９５から１００の範囲にある高い演色評価数と、３０００Ｋから６７００Ｋの範囲の色温度を有する必要がある。例として、ＬＥＤ１１ａは３０００Ｋの色温度を有してもよく、ＬＥＤ１１ｂは５０００Ｋの色温度を有していてもよい。このことは両方のＬＥＤ１１ａ及び１１ｂがそれぞれ同じ電流により電力を供給された時、約３９００Ｋの中間の色温度での白色光の照明を提供する。
【００３３】
好ましくは、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂは、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂ間の光束のいかなる他の違いも避けるために、それらの色温度を除き、幾何学的に同一であるように選択される。ＬＥＤ間のこの違いは例えばＬＥＤを形成するリンの粉末の混合物の組成内にあってもよい。特に、例えば同じパッケージ、同じ電子チップを有し、同じタイプの電力供給を必要とするＬＥＤ等の同じサプライヤーから来るＬＥＤを選択するのが好ましい。
【００３４】
本考案の照明装置１０は白色ＬＥＤのみを有し、それにより照明装置からの出口で光束に障害物が存在しても手術領域２に色のついた影が発生しないことを確実にすることが理解される。
【００３５】
本考案はＬＥＤからの光束がＬＥＤを通過する電流に依存するということに依拠している。２つのＬＥＤ１１ａ及び１１ｂがそれぞれ電力供給される電流を変化させることにより、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂのそれぞれからの光束が変化され、その結果、常にＬＥＤ１１ａ及び１１ｂの第１から第２の色温度の範囲にわたって調節可能な中間の温度を有する照明出口２０からの光を得ることが可能になる。
【００３６】
本考案において、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂにそれぞれ電力供給する電流は、コミュニケーション容器の原理に基づきＬＥＤ１１ａ及び１１ｂからの光束のそれぞれを変化させるように、言い換えると合計の光束を一定に保持するように変化し、その結果、照明出口２０からの中間の色温度が変化されて、手術領域２の照明が一定に保たれる。「一定」という用語は光束が５％以内と同じであることを意味するのに用いられる。
【００３７】
本考案の照明装置１０は、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂを電力供給するそれぞれの電流を適切に変化させることにより、均一で、一定であり、ＬＥＤ１１ａの第１の色温度からＬＥＤ１１ｂの第２の色温度まで調整可能な色温度を有する白色光の光束を照明出口２０で得られるようにすることが理解される。
【００３８】
図３は、照明出口２０での合計の光束が一定であることを保存する方式の、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂを電力供給する異なる電流と共に得られる照明出口２０からの照明光の様々な色温度を示す表である。この表から、２つのＬＥＤ１１ａ及び１１ｂを電力供給する適切な電流が、コミュニケーション容器の原理、即ち、補完的及び反対の方法で、小さな修正を含めて変化することが見てとれる。
【００３９】
図３の表は分光計を有する照明出口２０により、及びスペクトルに基づき、照明出口２０により生成された光の色温度を評価することによる従来の方法で生成された光スペクトルを計測することにより得ることができる。これにより、照明出口２０で色温度ごとにＬＥＤ１１ａ及び１１ｂに伝達される電源電流を特定することによって照明装置１０を較正することができる。
【００４０】
図３において、５０００Ｋ及び３０００Ｋの色温度をそれぞれ有するＬＥＤ１１ａ及び１１ｂを使用して、照明出口２０での光束の色温度を変化させることが可能であり、この例において約３４００Ｋから約４５００Ｋまで段階的に、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂが約２００ミリアンペア（ｍＡ）から約９００ｍＡの範囲の電流で電力供給されることが見てとれる。
【００４１】
例えば、色温度が５０００ＫのＬＥＤを約２００ｍＡで電力供給し、色温度が３０００ＫのＬＥＤを約９００ｍＡで電力供給した場合、照明出口２０で約３４００Ｋの色温度が得られ、これは照明出口２０からのある光束に対応する。
【００４２】
例として、照明出口２０からの同一の光束を保存しながら照明出口２０から約３８００Ｋの色温度を得るために、色温度が５０００ＫのＬＥＤを電力供給する電流を約４５０ｍＡまで増加させ、色温度が３０００ＫのＬＥＤを電力供給する電流を約６００ｍＡまで減らすことが適切である。
【００４３】
変形例として、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂをそれぞれ電力供給する電流を最適化するために、照明出口２０からの光の色温度を測るセンサ、例えば分光計を設置することができる。
【００４４】
当然、本考案は実施例の１つである上記の記載に制限されず、それにより本考案の範囲を超えずに様々な修正が可能である。
【００４５】
上述のように、ＬＥＤ１１ａ及び１１ｂは手術領域２を照らす頭上灯４から離れていてもよいことが理解され、例えば手術室の外に配置されてもよく、それによりメンテナンス作業が容易になり、衛生面で利点がある。また、頭上灯４はもはや熱源を持たず冷たいままであるため、このことは温度の点でも大きな利点があり、それにより手術室で使用される灯４と光束との適合性が高まる。
【００４６】
また、本考案の照明装置１０のＬＥＤ１１ａ及び１１ｂとハーネス１３は全体として頭上灯４内に配置されてもよく、よってハーネスがサスペンションアーム３に沿って通過することを避けることができる。
【００４７】
市場で入手できるＬＥＤの電力及び所望の照明力に応じて、各照明源に１つ以上のＬＥＤを取り付けることができる。非常に強力なＬＥＤが使用されれば（例えば１３ワット（Ｗ）又は４１Ｗ）、電子カードのサイズを減らすことが可能であり、よって経済的及び環境的に利点がある。
【００４８】
本考案の範囲を超えることなく、ハーネス１３は、好ましくは２の倍数の多数のヘッド束１５ａ、１５ｂを含んでいてもよく、各ヘッド束は１つのＬＥＤを有する。さらに、全てのヘッド束１５ａ、１５ｂがハーネス１３の単一の本体１６内に有利に接続することが可能である。
【００４９】
また、単一の頭上灯４に嵌め込まれた複数のハーネス１３を設けることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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