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    Eine LED-Beleuchtungsvorrichtung (100, 150, 170) weist eine LED (102, 152, 172) zur Erzeugung eines Lichtstrahls und einen Reflektor (104, 154, 174) auf, der den Lichtstrahl so konzentriert, dass er eine helle Beleuchtung, ein gleichmäßiges Lichtfeld und einen scharfen Randkontrast erzeugt. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung kann in einem Röntgenkollimator (204) dazu verwendet werden, die gegenseitige Positionierung eines Patienten (206) und eines Röntgengeräts (200) zu erleichtern, derart, dass ein Röntgenstrahl (212) längs einer definierten Achse (214) und auf ein definiertes Zielgebiet (220) auf dem Patienten (206) geleitet wird. Der Kollimator (204) verfügt über wenigstens ein Hochleistungs-LED-Array (202) zur Erzeugung eines Lichtstrahls und zum Leiten des Lichtstrahls längs der definierten Achse (214), wobei sich der Lichtstrahl von dem LED-Array nach außen zu mit einem Strahlkegelwinkel erweitert und über einen optischen Konzentrator (104, 154, 174), der eine reflektierende Oberfläche aufweist, wobei der Lichtstrahl von dem LED-Array mit einem Strahlkegelwinkel emittiert wird, der durch die reflektierende Oberfläche des optischen Konzentrators definiert ist.An LED lighting device (100, 150, 170) has an LED (102, 152, 172) for generating a light beam and a reflector (104, 154, 174) that concentrates the light beam so that it provides bright lighting uniform light field and a sharp edge contrast. The LED lighting device can be used in an X-ray collimator (204) to facilitate the mutual positioning of a patient (206) and an X-ray device (200) such that an X-ray beam (212) is along and along a defined axis (214) defined target area (220) on which the patient (206) is guided. The collimator (204) has at least one high-performance LED array (202) for generating a light beam and for guiding the light beam along the defined axis (214), the light beam expanding outward from the LED array to a beam cone angle and via an optical concentrator (104, 154, 174) having a reflective surface, the light beam being emitted from the LED array at a beam cone angle defined by the reflective surface of the optical concentrator.
    公开号:DE102004001183A1
    申请号:DE200410001183
    申请日:2004-01-05
    公开日:2004-07-22
    发明作者:Frank Jakob John Mueller；Ljubisa Montreal Stevanovic；Dietmar Karl Sundermann；Pingfan Wu
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:G21K1-02
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft allgemeineine Lichtquelle auf LED-Basis und Systeme, die eine solche Lichtquellebenutzen. Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eineLichtquelle auf LED-Basis, die ein gleichmäßiges Lichtfeld mit gut definiertenRändernmit hohem Kontrast und auf Systeme oder Geräte, die eine solche Lichtquelleverwenden.The invention relates generallyan LED-based light source and systems using such a light sourceto use. More specifically, the invention relates to aLED-based light source that provides a uniform light field with well-definededgeswith high contrast and on systems or devices that have such a light sourceuse.
    [0002] Es besteht ein weit verbreitetesBedürfnis nachLichtquellen, die ein gleichmäßiges Lichtfeldmit gut definierten Rändernliefern. Eine solche Lichtquelle kann z.B. bei Anwendungen für Kraftfahrzeug- oderLaboratoriumsausrüstungenoder fürandere Anwendungen verwendet werden, die ein homogenes Lichtfeldmit gut definierten Rändernerfordern. Als weiteres Beispiel können diese Lichtquellen in verschiedenenmedizinischen Systemen, etwa solchen Systemen eingesetzt werden,die unsichtbare, elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlen erzeugenoder nutzen.There is a widespread oneNeed forLight sources that have an even light fieldwith well defined edgesdeliver. Such a light source can e.g. in applications for automotive orlaboratory equipmentor forother applications are used that have a homogeneous light fieldwith well defined edgesrequire. As another example, these light sources can be in differentmedical systems, such as systems are used,that generate invisible electromagnetic radiation or particle beamsor use.
    [0003] Medizinische Systeme mit unsichtbarerelektromagnetischer Strahlung oder Partikelstrahlen sind heute sowohlfür diagnostischeals auch fürtherapeutische Zwecke weit verbreitet. In der Regel muss der Patientsowohl fürdie Therapie als auch fürdie Diagnose in eine genau definierte Stellung bezüglich der Bestrahlungsvorrichtunggebracht werden und eine genau begrenzte Bestrahlung empfangen,um eine minimale unerwünschteBestrahlung des restlichen Körperssicher zu stellen. Diese Positionierung des Patienten relativ zuder Strahlungsquelle wird durch eine Quelle sichtbaren Lichts sichtbargemacht, die die Strahlengeometrie der Bestrahlung simuliert.Medical systems with invisibleElectromagnetic radiation or particle beams are both todayfor diagnosticfor as wellwidely used for therapeutic purposes. As a rule, the patientas well asthe therapy as well forthe diagnosis in a precisely defined position with respect to the radiation devicebe brought and receive precisely limited radiation,to a minimal unwantedIrradiation of the rest of the bodymake sure. This positioning the patient relative tothe radiation source becomes visible through a source of visible lightmade that simulates the radiation geometry of the radiation.
    [0004] Insbesondere bei medizinischen Systemen, dieRöntgenstrahlenbenutzen, begrenzt eine Kollimator genannte Vorrichtung den Röntgenstrahlmittels beweglicher Blenden aus einem Röntgenstrahlen absorbierendenMaterial kegelförmig.Ein solcher Kollimator kann eine sichtbare Lichtquelle enthalten, umdie jeweilige Position des Röntgenstrahlsbezüglichdes Patienten sichtbar anzuzeigen, so dass die Röntgenstrahlen auf das zweckentsprechendeDiagnose- oder Behandlungsgebiet des Patienten projiziert werden.Zur genauen Darstellung des Belichtungsbereiches bei jedem Abstandvon dem Kollimator müssendie Lichtstrahlen mit den Röntgenstrahlenzusammenfallen. Da die Licht- und die Röntgenstrahlenquelle voneinanderverschiedene Einheiten sind, könnensie nicht physikalisch zusammenfallen, und deshalb wird die Lichtquelleseitlich des Röntgenstrahlsin dem gleichen optischen Abstand von dem Ziel wie die Röntgenstrahlquelleangeordnet. Ein fürRöntgenstrahlengut durchlässigeroptischer Spiegel wird auf die Achse des Röntgenstrahls zentriert undin gleichem Abstand von der Licht- und der Röntgenstrahlquelle angeordnet.Der Spiegel ist um einen Winkel gekippt, um den Lichtstrahl so zureflektieren, dass er mit dem Röntgenstrahlzusammenfällt.Eine präziseAusrichtung der Lichtquelle und des Winkels des Spiegels sind notwendig,um die Überlappungdes Lichtstrahls und des Röntgenstrahlszu erreichen. Es gibt noch mehrere zusätzliche Anforderungen bezüglich derLichtquelle. Sie muss billig sein, eine große Helligkeit aufweisen, gut definierteLichtfeldränder(guten Kontrast) aufweisen und eine lange Nutzungsdauer haben.Especially in medical systems thatX-raysa device called a collimator limits the x-ray beamby means of movable screens from an X-ray absorbing oneMaterial conical.Such a collimator can contain a visible light source in order tothe respective position of the x-ray beamin terms ofto display the patient visibly so that the x-rays on the appropriateDiagnosis or treatment area of the patient can be projected.For precise representation of the exposure area at every distancefrom the collimatorthe rays of light with the x-rayscoincide. Because the light and the x-ray source from each otherare different units, canthey don't physically coincide and therefore the light sourceto the side of the x-rayat the same optical distance from the target as the x-ray sourcearranged. One forX-rayswell drainedoptical mirror is centered on the axis of the x-ray beam andarranged at the same distance from the light and the X-ray source.The mirror is tilted at an angle to block the light beamreflect that he was using the x-raycoincides.A precise oneAlignment of the light source and the angle of the mirror are necessaryaround the overlapof the light beam and the x-rayto reach. There are several additional requirements regarding theLight source. It has to be cheap, high brightness, well definedLight field edges(good contrast) and have a long service life.
    [0005] Die Mehrzahl der Röntgenstrahlkollimatoren undanderer Lichtquellen in medizinischen Systemen verwenden als VisierlichtNiedervolthalogenprojektorlampen (z.B. 12 V/150 W). Diese Lampenliefern wegen ihrer kleinen Wendelgröße eine ausreichende Lichtabgabeund einen genügendenRandkontrast. Wegen der naturbedingten Abwägung der Lichtabgabe mit derLebensdauer der Wendel haben die Halogenprojektorlampen jedoch eineverhältnismäßig kurzeNutzungsdauer, die typischerweise lediglich einige 100 Betriebsstundenbeträgt.Dies ergibt Nachteile bei der Anwendung in einem Kollimator, woein Lampenaustausch eine genaue optische Ausrichtung der Lampe erforderlichmacht, eine Aufgabe, die von einem erfahrenen Service Ingenieuroder Techniker wahrgenommen werden muss. Das führt bei öfterem Lampenaustausch zu unvorhergesehenenBetriebsunterbrechungen und zu einem Arbeitskostenaufwand.The majority of X-ray collimators anduse other light sources in medical systems than visor lightLow-voltage halogen projector lamps (e.g. 12 V / 150 W). These lampsprovide sufficient light output due to their small coil sizeand a sufficient oneEdge contrast. Because of the natural weighing of the light output with theHowever, the halogen projector lamps have a life span of the filamentrelatively shortService life, which is typically only a few 100 operating hoursis.This results in disadvantages when used in a collimator wherea lamp replacement requires a precise optical alignment of the lampdoes a job by an experienced service engineeror technician must be noticed. With frequent lamp replacement, this leads to unforeseen situationsBusiness interruptions and labor costs.
    [0006] Unter einem ersten Aspekt der Erfindung wirdeine LED-Beleuchtungsvorrichtunggeschaffen, die eine LED (Leucht oder Lumineszenzdiode) zur Erzeugungeines Lichtstrahls und eine reflektierende Fläche aufweist, die den Lichtstrahlso bündelt,dass eine helle Beleuchtung, ein gleichmäßiges Lichtfeld und ein scharferRandkontrast erzielt werden.In a first aspect of the inventionan LED lighting devicecreated an LED (light or luminescent diode) for generationof a light beam and has a reflective surface that the light beamso bundlesthat bright lighting, an even light field and a sharp oneEdge contrast can be achieved.
    [0007] Als ein Beispiel und unter einemzweiten Aspekt der Erfindung kann die LED-Beleuchtungsvorrichtungbei einem Röntgenstrahlkollimatordazu verwendet werden, die Positionierung eines Patienten und einesRöntgengeräts relativzueinander zu erleichtern, sodass ein Röntgenstrahl von dem Röntgengerät längs einerdefinierten Achse und auf ein spezielles Zielgebiet auf dem Patientenausgerichtet wird. Die Lichtquelle des Kollimators weist wenigstensein LED-Array hoher Energie, einen optischen Konzentrator und einenSpiegel auf. Der Lichtstrahl wird von dem LED-Array unter einemStrahlkegelwinkel emittiert, der von der reflektierenden Fläche des optischenKonzentrators definiert ist.As an example and under onesecond aspect of the invention, the LED lighting devicewith an X-ray collimatorused to position a patient and oneX-ray machine relativeto facilitate each other, so that an X-ray beam from the X-ray device along onedefined axis and to a specific target area on the patientis aligned. The light source of the collimator has at leasta high energy LED array, an optical concentrator and oneMirror on. The light beam is from the LED array under oneBeam cone angle emitted by the reflective surface of the opticalConcentrator is defined.
    [0008] Die LED-Lichtquelle hat mit Vorzugeine Nennnutzungsdauer die längerist als die Nutzungsdauer des Kollimators (z.B. 50.000 Betriebsstunden), eineIntensitätvon mehr als 200 Lux in einem Abstand von 100 cm von der Quelle,und die LED-Lichtquelle passt in einen Bereich von 2 × 2 mm.Außerdemerweitert sich bei der bevorzugten Ausführungsform der Lichtstrahlvon der LED-Quelle nach außen miteinem Strahlelkegelwinkel von größer 45°, wobei deroptische Konzentrator den Strahlkegelwinkel auf etwa 35 bis 40° bündelt. DieseAusführungsform weistmit Vorzug eine Röntgenstrahlabsorbierende Blende auf, die etwa in ein fünftel des Abstandes von derLichtquelle zu dem Bildrezeptor angeordnet ist, um einen guten Lichtfeldrandkontrastzu ergeben.The LED light source preferably has a nominal service life that is longer than the service life of the collimator (e.g. 50,000 operating hours), an intensity of more than 200 lux at a distance of 100 cm from the source, and the LED light source fits into a range of 2 × 2 mm. In addition, in the preferred embodiment, the light beam extends outward from the LED source with a beam cone angle of greater than 45 °, the optical concentrator bundling the beam cone angle to approximately 35 to 40 °. This embodiment preferably has an X-ray-absorbing diaphragm, which is arranged approximately one fifth of the distance from the light source to the image receptor, in order to provide a good light field edge contrast.
    [0009] Die vorliegende Erfindung kann zweckmäßigerweisedazu verwendet werden, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtabgabeund einem Randkontrast ähnlichdem was mit einer 150 W Halogenlampe erreicht wird zu entwickeln,wobei sie aber eine wesentlich längereNutzungsdauer aufweist und deutlich weniger Energie verbraucht.Der Einsatz einer Leit- oderVisierlampe mit einer Nennnutzungsdauer die länger ist als die Nutzungsdauerdes Systems, in das sie eingefügtist, bspw. eines medizinischen Kollimators, hat eine erheblicheBedeutung. Sie beseitigt Stillstandszeiten des Systems und den damitzusammenhängendenKostenaufwand, die von einem Lampenaustausch an Ort und Stelle herrühren. Außerdem vereinfachtsie die mechanische Konstruktion des Systems (Kollimators), da sieVorkehrungen füreinen leichten Lampenzugang und für eine einfache Lampenausrichtungentfallen lässt.The present invention can be convenientlyused to be a lighting device with a light outputand similar to an edge contrastto develop what can be achieved with a 150 W halogen lampbut it is much longerHas a useful life and consumes significantly less energy.The use of a guide orVisor lamp with a nominal service life that is longer than the service lifeof the system into which they are insertedis, for example a medical collimator, has a significantImportance. It eliminates system downtimes and thusrelatedCosts that result from replacing the lamp on the spot. Also simplifiedthe mechanical construction of the system (collimator) because itArrangements foreasy lamp access and easy lamp alignmentomitted.
    [0010] 1 veranschaulichteine erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsvorrichtung; 1 illustrates an LED lighting device according to the invention;
    [0011] 2 veranschaulichteine von der Vorrichtung nach 1 beleuchteteFläche; 2 illustrates one of the device according to 1 illuminated area;
    [0012] 3 istein Diagramm zur Veranschaulichung der Beleuchtungsintensität über einevon der Beleuchtungsvorrichtung nach 1 beleuchtete Fläche; 3 FIG. 14 is a diagram illustrating the lighting intensity over one of the lighting device of FIG 1 illuminated area;
    [0013] 4 veranschaulichteinen Rand einer von der Beleuchtungsvorrichtung nach 1 beleuchteten Fläche; 4 illustrates an edge of one of the lighting device of FIG 1 illuminated area;
    [0014] 5 veranschaulichtein LED-Array, das bei der Beleuchtungsvorrichtung nach 1 verwendet werden kann; 5 illustrates an LED array according to the lighting device 1 can be used;
    [0015] 6 veranschaulichteine LED-Vorrichtung mit dem Array nach 5; 6 illustrates an LED device with the array of FIG 5 ;
    [0016] 7 veranschaulichtdas Ausgangsspektrum des LED-Arrays nach 5 als Funktion der Intensität über derWellenlänge; 7 illustrates the output spectrum of the LED array 5 as a function of intensity over wavelength;
    [0017] 8 veranschaulichteine alternative erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsvorrichtunggemäß der Erfindung; 8th illustrates an alternative LED lighting device according to the invention according to the invention;
    [0018] 9, 10, 11 entsprechen jeweils den 2, 3, 4 undveranschaulichen die Lichtabgabe der LED-Beleuchtungsvorrichtungnach 8; 9 . 10 . 11 correspond to each 2 . 3 . 4 and illustrate the light output of the LED lighting device according to 8th ;
    [0019] 12 veranschaulichteine weitere erfindungsgemäße LED-Lichtquelle; 12 illustrates another LED light source according to the invention;
    [0020] 13, 14, 15 entsprechen jeweils den 2, 3, 4 undveranschaulichen die Lichtabgabe der LED-Beleuchtungsvorrichtungnach 12; 13 . 14 . 15 correspond to each 2 . 3 . 4 and illustrate the light output of the LED lighting device according to 12 ;
    [0021] 16 veranschaulichtschematisch ein Röntgenstrahlsystemmit einem Kolimator gemäß der Erfindung; 16 schematically illustrates an x-ray system with a colimator according to the invention;
    [0022] 17 isteine schematische Darstellung einer Röntgenstrahl-Kolimatorbeleuchtungunter Verwirklichung der vorliegenden Erfindung und bei Verwendungin dem Röntgenstrahlsystemnach 16; 17 FIG. 14 is a schematic illustration of an X-ray colimator illumination embodying the present invention and used in the X-ray system of FIG 16 ;
    [0023] 18 veranschaulichteine alternative LED-Beleuchtungseinrichtung. 18 illustrates an alternative LED lighting device.
    [0024] Unter einem ersten Aspekt der Erfindung wirdeine Lichtquelle geschaffen, die eine helle Beleuchtung, ein gleichmäßiges Lichtfeldund einen scharfen Randkontrast liefert. Um einen scharfen Randkontrastmit einer Blende in einem gegebenen Abstand von der Quelle zu erzielen,muss die Größe der Lichtquelleklein sein.In a first aspect of the inventioncreated a light source that provides bright lighting, an even light fieldand provides a sharp edge contrast. A sharp edge contrastwith an aperture at a given distance from the sourcemust be the size of the light sourcebe small.
    [0025] Es gibt verschiedene optische Konstruktionen,um den LED-Lichtstrahl auf den jeweils gewünschten Kegelwinkel zu bündeln. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 100.Die Vorrichtung 100 verfügt über eine LED 102 zurErzeugung eines Lichtstrahls, übereine Blende 104, die den Lichtstrahl zur Erzielung einerhellen Beleuchtung, eines gleichmäßigen Lichtfelds und eines scharfenRandkontrasts konzentriert. Bei der Vorrichtung 100 weistdie Blende 104 die Gestalt eines parabolischen Verbundkontraktors(CPC) auf; und bei dieser Vorrichtung ist der CPC 104 unmittelbar über demChip (die) angeordnet. Der Kontraktor weist an seinem linken undrechten Ende jeweils eine kreisförmiggestaltete Öffnungauf, wobei der Radius der Öffnungam linken Ende (R1) 1,5mm und der Radius am rechten Ende (R2) 4,5mm beträgt.Die Länge(L) des Kontraktors beträgt15 mm und der Kegelwinkel („Winkel") des von dem Kontraktor(FWHM) emittierten Lichts beträgt17,7°.There are various optical designs to focus the LED light beam on the desired cone angle. 1 shows a first lighting device according to the invention 100 , The device 100 has an LED 102 to generate a light beam, via an aperture 104 , which concentrates the light beam to achieve bright lighting, an even light field and a sharp edge contrast. With the device 100 points the aperture 104 the shape of a parabolic compound contractor (CPC); and in this device is the CPC 104 immediately above the chip (die). The contractor has a circular opening at its left and right ends, the radius of the opening at the left end (R1) being 1.5 mm and the radius at the right end (R2) being 4.5 mm. The length (L) of the contractor is 15 mm and the cone angle ("angle") of the light emitted by the contractor (FWHM) is 17.7 °.
    [0026] Außerdem betragen der durchschnittliche Ausleuchtungswirkungsgrad39,5°, dieBeleuchtungsstärkeim Mittelpunkt jedes Quadranten 182,2 Lux, die minimale Beleuchtungsstärke 136 Luxund die maximale Beleuchtungsstärke195 Lux.In addition, the average illumination efficiency is 39.5 °, the illuminance at the center of each quadrant is 182.2 lux, and the minimum illuminance 136 Lux and the maximum illuminance 195 lux.
    [0027] 2 veranschaulichtdas Beleuchtungsbild auf dem Ziel von dem LED-Chip 102 undgebündelt durchden integrierten PCT-Kegel 104. Das Lichtfeld 110 ist,wie das Diagramm 112 zeigt, gleichmäßig, so dass das Verhältnis zwischender geringsten Beleuchtungsstärkeund der höchstenBeleuchtungsstärkeetwa 62° beträgt. DerKegel weist eine Austrittspupille von 7 mm Durchmesser auf. DerAusleuchtungswirkungsgrad von dem LED-Chip zu dem 1 m entfernten0,5 × 0,5m Ziel liegt über35%. Die 3, 4 veranschaulichen den mitder Vorrichtung 100 erzielten scharfen Randkontrast. Beider Vorrichtung 100 beträgt der durchschnittliche Randkontrast(3 mm unterhalb der Mittellinie und 3 mm oberhalb der Mittellinie)1,5, der Bereich von 10% bis 90% längs des Randes 140 beträgt 30 mmund der Randabfall 116 beträgt 4,79 Lux pro mm. 5 gibt ein zum Einsatz inder Vorrichtung 100 geeignetes LED-Array 120 wieder,das aus vier 1 mm2 LEDs auf einem einzigenSubstrat besteht. 6 veranschaulichtdas LED-Array 120 in einem Modul 122 mit einerintegrierten Linse. Der Leuchtfluss (Lichtstrom) des Moduls mit5 W Eingangsleistung beträgt120 lm bei einem Strahlwinkel von 120° FWHM. 7 veranschaulicht das sichtbare Ausgangsspektrum 124 des LEDArrays 120. 2 illustrates the lighting image on the target from the LED chip 102 and bundled by the integrated PCT cone 104 , The light field 110 is like the diagram 112 shows, evenly, so that the ratio between the lowest illuminance and the highest illuminance is about 62 °. The cone has an exit pupil of 7 mm in diameter. The illumination efficiency from the LED chip to the 0.5 x 0.5 m target 1 m away is over 35%. The 3 . 4 illustrate that with the device 100 achieved sharp edge contrast. With the device 100 the average edge contrast (3 mm below the center line and 3 mm above the center line) is 1.5, the range from 10% to 90% along the edge 140 is 30 mm and the edge drop 116 is 4.79 lux per mm. 5 gives one for use in the device 100 suitable LED array 120 again, which consists of four 1mm 2 LEDs on a single substrate. 6 illustrates the LED array 120 in one module 122 with an integrated lens. The luminous flux (luminous flux) of the module with 5 W input power is 120 lm with a beam angle of 120 ° FWHM. 7 illustrates the visible output spectrum 124 of the LED array 120 ,
    [0028] 8 veranschaulichteine andere alternative LED-Beleuchtungsvorrichtung 150,die eine LED 152 und einen Reflektor (CPC) 154 aufweist,währenddie 9 bis 11 die Ausgangsbeleuchtungsintensität der Vorrichtung 150 darstellen.Das LED-Chip 152 ist in eine integrierten Linse 156,die im Handel erhältlichist, eingepackt. Das von der Packung beleuchtete Lichtfeld kannaber zu schwach sein, um heute bei medizinischen oder anderen Anwendungenverwendet zu werden. Deshalb ist auf der Oberseite der LED integriertenLinsenpackung ein CPC-Kegel 154 ausgebildet, um den Strahlzu bündeln.Die Austrittspupille des außenliegenden CPC-Kegels beträgtetwa 15 mm. 9 veranschaulichteine von der Vorrichtung 150 beleuchtete Fläche 156,wobei ein Diagramm 160 zeigt wie sich die Beleuchtungsintensität über dieseFläche ändert. Bei dieserAusführungsformliegt der CPC 154 überder Chippackung 152, R1 = 3,2 mm, R2 = 7,5 mm, der Winkel= 150° undL = 10 mm. Außerdembeträgtder durchschnittliche Ausleuchtungswirkungsgrad 37,2%, die Beleuchtungsstärke im Mittelpunktdes Quadranten beträgt167 Lux, die minimale Beleuchtungsstärke beträgt 108 Lux und die maximaleBeleuchtungsstärkebeträgt203 Lux. Bei der Ausführungsform150 beträgtder durchschnittliche Randkontrast (3 mm unterhalb der Mittellinieund 3 mm oberhalb der Mittellinie) 1,458, der Bereich von 10% bis90% längsdes Randes 162 beträgt38 mm und der Randabfall 164 beträgt 4,17 Lux pro mm. 8th illustrates another alternative LED lighting device 150 who have an LED 152 and a reflector (CPC) 154 has while the 9 to 11 the output lighting intensity of the device 150 represent. The LED chip 152 is in an integrated lens 156 that is commercially available. However, the light field illuminated by the package can be too weak to be used in medical or other applications today. That is why there is a CPC cone on the top of the LED lens package 154 trained to focus the beam. The exit pupil of the external CPC cone is approximately 15 mm. 9 illustrates one of the device 150 illuminated area 156 , taking a diagram 160 shows how the lighting intensity changes over this area. In this embodiment, the CPC is 154 over the chip package 152 , R1 = 3.2 mm, R2 = 7.5 mm, the angle = 150 ° and L = 10 mm. In addition, the average illumination efficiency is 37.2%, the illuminance at the center of the quadrant is 167 lux, the minimum illuminance is 108 lux and the maximum illuminance is 203 lux. In embodiment 150, the average edge contrast is (3 mm below the center line and 3 mm above the center line) 1.458, the range from 10% to 90% along the edge 162 is 38 mm and the edge drop 164 is 4.17 lux per mm.
    [0029] 12 veranschaulichteine dritte erfindungsgemäße Konstruktion 170,die ähnlichder zweiten Konstruktion 150 ist, wobei jedoch der TIR-Kegel 174 eineelliptische Gestalt aufweist. Die Austrittspupille des außenliegendenelliptischen Kegels beträgtebenfalls 15 mm. Verglichen mit den beiden vorstehenden Konstruktionen 104, 154 weistder Kegel 174 einen besseren Randkontrast auf. Die 13 bis 15 veranschaulichen die Ausgangsbeleuchtungsintensität der Vorrichtung 170.Die Konstruktion 170 ist ähnlich der in 8 dargestellten Konstruktion 150,wobei jedoch der TIR-Kegel 174 eine elliptische Gestaltaufweist. 13 zeigt eine vonder Vorrichtung 170 beleuchtete Fläche 172, während dasDiagramm 174 angibt, wie sich die Beleuchtungsintensität über dieseFläche ändert. Die Vorrichtung 170 weisteine LED 172 und einen TIR-Kegel 174 auf. Beidieser Ausführungsformist die Blende 174 ein elliptischer Kegel über demChippacken 172, R1 = 3,2 mm, R2 = 7 mm und L = 10 mm. Derdurchschnittliche Ausleuchtungswirkungsgrad beträgt 37,2. Die Beleuchtungsstärke im Mittelpunkt jedesQuadranten beträgt169,14 Lux, die minimale Beleuchtungsstärke beträgt 125,13 Lux und die maximaleBeleuchtungsstärkebeträgt194,68 Lux. Bei der Ausführungsform170 beträgtder durchschnittliche Randkontrast (3 mm unterhalb der Mittellinieund 3 mm oberhalb der Mittellinie) 1,923, der Bereich von 10%bis 90% längsdes Randes 182 beträgt19 mm und der Randabfall 184 beträgt 7,713 Lux pro mm. 12 illustrates a third construction according to the invention 170 that are similar to the second construction 150 is, however, the TIR cone 174 has an elliptical shape. The exit pupil of the external elliptical cone is also 15 mm. Compared to the two previous constructions 104 . 154 points the cone 174 a better edge contrast. The 13 to 15 illustrate the output lighting intensity of the device 170 , The construction 170 is similar to that in 8th shown construction 150 , but with the TIR cone 174 has an elliptical shape. 13 shows one of the device 170 illuminated area 172 while the diagram 174 indicates how the lighting intensity changes over this area. The device 170 has an LED 172 and a TIR cone 174 on. In this embodiment, the aperture 174 an elliptical cone over the chip package 172 , R1 = 3.2 mm, R2 = 7 mm and L = 10 mm. The average illumination efficiency is 37.2. The illuminance at the center of each quadrant is 169.14 lux, the minimum illuminance is 125.13 lux, and the maximum illuminance is 194.68 lux. In embodiment 170, the average edge contrast is 3 mm below the center line and 3 mm above the center line ) 1 , 923, the range from 10% to 90% along the edge 182 is 19 mm and the edge drop 184 is 7.713 lux per mm.
    [0030] Als ein Beispiel dafür, wie dieErfindung bei medizinischen Röntgensystemenangewandt werden kann, veranschaulicht 6 in allgemeiner Weise ein Röntgengerät 200,das eine Lichtquelle 202 auf LED-Basis in einem Kollimator 204 aufweist.Ein zu behandelnder oder zu untersuchender Patient 206 ist nebendem Gerät 200 positioniertund eine Röntgenstrahlenquelle 210 projizierteinen Strahl 212 einer Röntgenstrahlung längs einerAchse 214 von einem Brennfleck 216 auf ein Behandlungsgebiet 220 des Patienten.Der Strahl der Strahlung kann aus einer Elektronenstrahlung (z.B.Radiotherapie) oder Photonenstrahlung bestehen. Das Röntgengerät 200 kannauf einer (nicht dargestellten) Gantry gelagert sein, die es erlaubtdas Gerätum eine horizontale Achse zu verschwenken oder in Umlauf zu versetzen,wodurch die Röntgenstrahlenauf verschiedene Bereiche des Patienten gerichtet werden können.Illustrated as an example of how the invention can be applied to medical x-ray systems 6 an x-ray machine in general 200 that is a light source 202 LED-based in a collimator 204 having. A patient to be treated or examined 206 is next to the device 200 positioned and an x-ray source 210 projects a beam 212 an x-ray along an axis 214 from a focal spot 216 to a treatment area 220 of the patient. The radiation beam can consist of electron radiation (eg radiotherapy) or photon radiation. The X-ray machine 200 can be mounted on a gantry (not shown) which allows the device to be pivoted or rotated around a horizontal axis, as a result of which the X-rays can be directed onto different areas of the patient.
    [0031] Ein Strahl 230 sichtbarenLichtes aus der Quelle 202 wird längs der Achse 214 projiziert,wobei ein Bediener die Möglichkeithat, diese Achse und die Abmessungen des längs dieser Achse projizierten Strahlesnicht-intrusiv einzustellen. Beim Umschalten des Systems 200 aufden Betriebsmodus wird das sichtbare Licht durch den Röntgenstrahl 212 ersetzt. Bleiblenden 234 begrenzenoder kollimieren den Lichtstrahl 230 und den Röntgenstrahl 212 aufdas Behandlungsgebiet 24.A ray 230 visible light from the source 202 will along the axis 214 projected, an operator being able to non-intrusively set this axis and the dimensions of the beam projected along this axis. When switching the system 200 on the operating mode is the visible light by the x-ray 212 replaced. lead aperture 234 limit or collimate the light beam 230 and the x-ray 212 to the treatment area 24 ,
    [0032] 17 veranschaulichtdie Beleuchtungseinrichtung 240, die Teil eines Kollimators 204 ist,der mit Vorzug in dem Röntgenstrahlsystem 202 dazu verwendetwird, die Grundeinstellung des Röntgengeräts 200 vorzunehmen.In der Regel weist der Kollimator 204 wenigstens ein Hochleistungs-LED-Array 242 undeinen optischen Konzentrator 244 auf, um den Strahl mitdem jeweils gewünschtenKegelwinkel zu bündeln.Auch muss bei der bevorzugten Ausführungsform die Größe des LED-Arrays 242 soklein sein, dass es in einen Kreis oder ein im Quadrat mit einerFlächevon weniger als 2 × 2mm2 passt. Für allgemeinere Anwendungsfälle brauchtdie Blende nicht röntgenstrahlabsorbierendzu sein; fürviele Nicht-Röntgenstrahlanwendungenbraucht sie nur lichtabsorbierend zu sein. 17 illustrates the lighting device 240 that are part of a collimator 204 is that which is preferred in the X-ray system 202 the basic setting of the X-ray machine is used 200 make. As a rule, the collimator 204 at least one high performance LED array 242 and an optical concentrator 244 to focus the beam with the desired cone angle. The size of the LED array must also be in the preferred embodiment 242 be so small that it fits into a circle or square with an area of less than 2 × 2 mm 2 . For more general applications, the screen does not have to be X-ray absorbing; for many non-X-ray applications, it only needs to be light absorbing.
    [0033] Die Verwendung einer lokalisiertenLampe mit einer Nennnutzungsdauer die länger ist als die Nutzungsdauerdes Kollimators, birgt einen wesentlichen Vorteil in sich. Sie beseitigtSystemstillstandszeiten und damit verbundenen Arbeitskostenaufwand,die durch einen Lampenaustausch an Ort und Stelle bedingt wären. Außerdem vereinfachtsie die mechanische Konstruktion des Kollimators, weil sie die Notwendigkeitentfallen lässt,Vorkehrungen für einenleichten Lampenzugang und eine einfache Lampenausrichtung zu treffen.The use of a localized lamp with a nominal useful life that is longer than the useful life of the collimator has a significant advantage. It eliminates system downtimes and associated labor costs that would be due to lamp replacement on the spot. It also simplifies the mechanical design of the collimator because it the need to take precautions for easy lamp access and easy lamp alignment is eliminated.
    [0034] 18 veranschaulichteine alternative LED-Beleuchtungseinrichtung 260, die Teildes Kollimators 204 sein kann. Allgemein gesehen, weistdie LED-Beleuchtungseinrichtung 260 wenigstens ein LED-Array 262 hoherAusgangsleistung mit engem Strahlwinkel und einer oder mehrerenLinsen 264 auf. Das LED-Array erzeugt einen Lichtstrom 266, wobeidieser Lichtstrom vorzugsweise eine Helligkeit von wenigstens 200Lux in einem Abstand von 100 cm von der Quelle aufweist. Die Größe des LED-Arrays 262 solltemit Vorzug so klein sein, dass es in einen Kreis oder ein Quadratmit einer Flächevon weniger als 300 mm2 passt. Jedes LED 262 musseinen engen Strahlwinkel (kleiner als 15° Kegel) aufweisen. Unter Verwendungeiner optischen Linse oder von optischen Linsen 264 wirdder Strahl 266 zur Beleuchtung des Zielbereichs 220 desPatienten 206 auf den jeweils gewünschten Kegelwinkel (35°–45°) aufgeweitet.Die Optik des Kollimators 260 trägt auch dazu bei, die Größe der virtuellenLED-Quelle 260 zu verkleinern,wodurch sich ein wesentlich besserer Randkontrast in dem Patientenzielbereichergibt. 18 illustrates an alternative LED lighting device 260 that are part of the collimator 204 can be. Generally speaking, the LED lighting device has 260 at least one LED array 262 high output power with narrow beam angle and one or more lenses 264 on. The LED array generates a luminous flux 266 This luminous flux preferably has a brightness of at least 200 lux at a distance of 100 cm from the source. The size of the LED array 262 should preferably be so small that it fits into a circle or square with an area of less than 300 mm 2 . Every LED 262 must have a narrow beam angle (less than 15 ° cone). Using an optical lens or lenses 264 becomes the beam 266 to illuminate the target area 220 of the patient 206 widened to the desired cone angle (35 ° –45 °). The optics of the collimator 260 also contributes to the size of the virtual LED source 260 to reduce, which results in a much better edge contrast in the patient target area.
    [0035] Wenngleich die hier beschriebeneErfindung offensichtlich besonders dazu ausgelegt ist, die eingangsgenannten Aufgaben zu lösen,so versteht sich doch, dass von einem Fachmann zahlreiche Abwandlungenund verschiedene Ausführungsformen angegebenwerden können,weshalb die beigefügten Patentansprüche allederartige Abwandlungen und Ausführungs formenumfassen, die in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen.Although the one described hereInvention is obviously particularly designed to the beginningto solve the tasks mentionedso it goes without saying that from a professional numerous modificationsand specified various embodimentscan bewhich is why the appended claims allsuch modifications and execution formswhich are within the scope of the present invention.
    100100 Beleuchtungsvorrichtunglighting device 102102 LEDLED 104104 Blendecover 106106 parabolischerKonzentratorparabolicconcentrator 110110 Beleuchtungsflächeillumination area 112112 BeleuchtungsintensitätsdiagrammIllumination intensity chart 114114 Randder Beleuchtungsflächeedgethe lighting area 120120 LED-ArrayLED array 122122 LED-ModulLED module 124124 Diagrammdiagram 150150 Beleuchtungsvorrichtungenlighting devices 152152 LEDLED 154154 CPCCPC 156156 Linselens 158158 Beleuchtungsflächeillumination area 160160 BeleuchtungsintensitätsdiagrammIllumination intensity chart 162162 Randder Beleuchtungsflächeedgethe lighting area 164164 Beleuchtungsdiagrammlighting diagram 170170 Beleuchtungsvorrichtunglighting device 172172 LEDLED 174174 elliptischerKegelellipticcone 178178 Beleuchtungsflächeillumination area 180180 BeleuchtungsintensitätsdiagrammIllumination intensity chart 182182 Randder Beleuchtungsflächeedgethe lighting area 200200 RöntgengerätX-ray machine 202202 Lichtquellelight source 204204 Kollimatorcollimator 206206 Patientpatient 210210 RöntgenstrahlquelleX-ray source 212212 RöntgenstrahlX-ray 214214 Achseaxis 216216 Brennfleckdes Röntgenstrahlsfocal spotof the x-ray 220220 Behandlungsbereichtreatment area 234234 Bleiblendenlead aperture 240240 Kollimatorcollimator 242242 LEDLED 260260 LED-BeleuchtungseinrichtungLED lighting device 262262 LED-ArrayLED array 264264 Linselens 266266 Lichtstrahlbeam of light 270270 virtuelleLED-QuellevirtualLED source
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    LED-Beleuchtungsvorrichtung (100, 150, 170), dieaufweist: – eineLED (102, 152, 172) zur Erzeugung eines Lichtstrahls;und – einenReflektor (104, 154, 174), der den Lichtstrahl derartbündelt,dass er eine helle Beleuchtung, ein gleichmäßiges Lichtfeld und einen scharfenRandkontrast ergibt.LED lighting device ( 100 . 150 . 170 ), which has: - an LED ( 102 . 152 . 172 ) to generate a light beam; and - a reflector ( 104 . 154 . 174 ), which bundles the light beam in such a way that it provides bright lighting, an even light field and a sharp edge contrast.
    [2]
    LED-Beleuchtungsvorrichtung (100, 150)nach Anspruch 1, bei der die LED (102, 152) ineinem als parabolischer Konzentrator (CPC) geformtem Verbundkegel(106, 154) eingebettet ist.LED lighting device ( 100 . 150 ) according to claim 1, wherein the LED ( 102 . 152 ) in a composite cone shaped as a parabolic concentrator (CPC) ( 106 . 154 ) is embedded.
    [3]
    LED-Beleuchtungsvorrichtung (100, 150)nach Anspruch 1, bei der ein außenliegenderals parabolischer Konzentrator (CPC) geformter Verbundkegel (102, 152)das Licht von der LED auf einen jeweils gewünschten Kegelwinkel bündelt.LED lighting device ( 100 . 150 ) according to Claim 1, in which an external composite cone (CPC) shaped as a parabolic concentrator (CPC) 102 . 152 ) bundles the light from the LED to a desired cone angle.
    [4]
    Lichtquelle auf LED-Basis in einem Röntgenkollimator(204) zur Erleichterung der gegenseitigen Positionierungeines Patienten (206) und eines Röntgengeräts (200) derart, dassein Röntgenstrahl(212) von dem Röntgengerät längs einerdefinierten Achse (240) und auf ein definiertes Zielgebiet(220) auf dem Patienten gerichtet ist, wobei der Kollimator(204) aufweist: – wenigstensein Hochleistungs-LED-Array (242) zur Erzeugung eines Lichtstrahls(230) und zur Leitung des Lichtstrahls längs derdefinierten Achse (214), wobei der Lichtstrahl sich vondem LED-Array aus nach außenzu unter einem Strahlkegelwinkel erweitert; und – einenoptischen Konzentrator (104, 154, 174)mit einer reflektierenden Oberfläche,wobei der Lichtstrahl von dem LED-Array unter einem Strahlkegelwinkelemittiert wird, der durch die reflektierende Oberfläche desoptischen Konzentrators bestimmt ist.LED-based light source in an X-ray collimator ( 204 ) to facilitate the mutual positioning of a patient ( 206 ) and an X-ray machine ( 200 ) such that an X-ray ( 212 ) from the x-ray machine along a defined axis ( 240 ) and to a defined target area ( 220 ) is aimed at the patient, the collimator ( 204 ) has: - at least one high-performance LED array ( 242 ) to generate a light beam ( 230 ) and for guiding the light beam along the defined axis ( 214 ), the light beam expanding outward from the LED array at a beam cone angle; and - an optical concentrator ( 104 . 154 . 174 ) with a reflective surface, the light beam being emitted from the LED array at a beam cone angle, which is determined by the reflective surface of the optical concentrator.
    [5]
    Kollimator (204) nach Anspruch 5, bei demder Lichtstrahl von dem LED-Array (242) nach außen emittiertwird.Collimator ( 204 ) according to claim 5, wherein the light beam from the LED array ( 242 ) is emitted to the outside.
    [6]
    Verfahren zur gegenseitigen Positionierung einesRöntgengeräts (200)und eines Patienten (206), wobei das Verfahren die folgendenSchritte aufweist: – Versehendes Röntgengeräts (200)mit einem LED-Array(262) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (266) undzur Leitung des Lichtstrahls längseiner vorgegebenen Achse, wobei der Lichtstrahl sich von dem LED-Arraynach außenzu unter einem Strahlkegelwinkel erweitert; – Positioniereneiner Linse (264) in den Weg des Lichtstrahls, um den Strahlkegelwinkelnach außen zuzu erweitern; – gegenseitigesPositionieren des Patienten (206) und des Röntgengeräts (200)derart, dass der Lichtstrahl auf ein definiertes Zielgebiet (220)des Patienten auftrifft; und – Verwenden des Röntgengeräts (200)zur Erzeugung eines Röntgenstrahls(212) und zur Leitung des Röntgenstrahls längs dervorgegebenen Achse (260) und auf das definierten Zielgebiet(220) des Patienten (206).Procedure for the mutual positioning of an X-ray device ( 200 ) and a patient ( 206 ), the method comprising the following steps: - providing the X-ray device ( 200 ) with an LED array ( 262 ) to generate a light beam ( 266 ) and for guiding the light beam along a predetermined axis, the light beam expanding outward from the LED array to a beam cone angle; - positioning a lens ( 264 ) in the path of the light beam to expand the beam cone angle outwards; - mutual positioning of the patient ( 206 ) and the X-ray machine ( 200 ) such that the light beam hits a defined target area ( 220 ) hits the patient; and - using the X-ray machine ( 200 ) to generate an x-ray ( 212 ) and for guiding the X-ray beam along the specified axis ( 260 ) and the defined target area ( 220 ) of the patient ( 206 ).
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Lichtstrahl(266) sich von dem LED-Array (202) nach außen zu miteinem Strahlkegelwinkel zwischen 10° und 15° erweitert; und – die Linse(264) den Strahlkegelwinkel auf etwa 35° erweitert.Method according to Claim 6, in which the light beam ( 266 ) from the LED array ( 202 ) expanded towards the outside with a beam cone angle between 10 ° and 15 °; and - the lens ( 264 ) extends the beam cone angle to approximately 35 °.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Lichtstrahl(266) sich von dem LED-Array (262) nach außen zu miteinem Strahlkegelwinkel von im Wesentlichen 15° erweitert; und – die Linse(264) den Strahlkegelwinkel auf im Wesentlichen 36° erweitert.The method of claim 7, wherein the light beam ( 266 ) from the LED array ( 262 ) expanded towards the outside with a beam cone angle of essentially 15 °; and - the lens ( 264 ) extends the beam cone angle to essentially 36 °.
    [9]
    Röntgengerät (200)das aufweist: einen Strahlgenerator (201) zur Erzeugungeines Röntgenstrahls(202) und zur Leitung des Strahls längs einer vorgegebenen Achse(214); und – einenKollimator (204) zur Erleichterung der gegenseitigen Positionierungeines Patienten (206) und des Röntgengeräts (200) derart, dassder Röntgenstrahlvon dem Röntgengerät auf eindefiniertes Zielgebiet (220) auf den Patienten geleitetwird, wobei der Kollimator (204) aufweist: (i) wenigstensein Hochleistungs-LED-Array (262) zur Erzeugung eines Lichtstrahlsund zur Leitung des Lichtstrahls längs der vorgegebenen Achse,wobei der Lichtstrahl sich von dem LED-Array (262) nach außen zu untereinem Strahlkegelwinkel erweitert und (ii) wenigstens eineLinse (172), die in dem Weg des Lichtstrahls angeordnetist, um den Strahlkegelwinkel zu erweitern.X-ray machine ( 200 ) which has: a beam generator ( 201 ) to generate an x-ray ( 202 ) and to guide the beam along a given axis ( 214 ); and - a collimator ( 204 ) to facilitate the mutual positioning of a patient ( 206 ) and the X-ray machine ( 200 ) such that the X-ray beam from the X-ray device to a defined target area ( 220 ) is directed to the patient, the collimator ( 204 ) has: (i) at least one high-performance LED array ( 262 ) for generating a light beam and for guiding the light beam along the predetermined axis, the light beam extending from the LED array ( 262 ) extended outwards at a beam cone angle and (ii) at least one lens ( 172 ) which is arranged in the path of the light beam in order to expand the beam cone angle.
    [10]
    Röntgengerät (200)nach Anspruch 9, bei dem der Lichtstrahl sich von dem LED-Array(272) nach außenzu mit einem Strahlkegelwinkel zwischen 10° und 15° erweitert; und – die Linse(172) den Strahlkegelwinkel auf im Wesentlichen 35° erweitert.X-ray machine ( 200 ) according to claim 9, wherein the light beam from the LED array ( 272 ) expanded towards the outside with a beam cone angle between 10 ° and 15 °; and - the lens ( 172 ) extends the beam cone angle to essentially 35 °.
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    法律状态:
    2007-11-15| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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