CN101815897B - Led手术室光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手术室光源，具有一个光源外壳(2)、多个为聚焦可调整的LED发光模块和一个用于使发光模块聚焦的聚焦单元。为避免光源从在万向悬架上的重心意外转移，依据本发明建议，发光模块包括可摆动地固定在光源外壳(2)上的摆动板(32)，摆动板具有设置在其上的LED装置(34)。

Description

LED手术室光源
技术领域
本发明涉及一种手术室(OP)光源，具有一个光源外壳、多个为聚焦可调整的LED发光模块和一个作为线性传动装置构成的用于使发光模块聚焦的聚焦单元。
背景技术
发光模块优选卫星式铰接在一个中心光源主体上。光源主体在此确定手术室光源的一个工作平面，发光模块绕该工作平面可偏转。一种这样的光源在医院的手术室内提供一种可聚焦到不同焦点上的在焦点内具有特别高的光密度的光锥。
因为不同的手术具有不同大小的手术区面积，所以需要使手术室光源的光场直径与手术区面积相匹配并能够使该手术室光源聚焦，以避免由于周围组织的反射使手术医生炫目。
为聚焦到不同光场直径上，发光模块的偏转一般通过伺服电机电动地进行。这些电动机成本高且易受干扰。其他已知的手术室光源包括一个中心光源，它构成是为了能够聚焦不同的光场直径。这种聚焦要么通过调整发光器材，要么通过调整在后侧设置在发光器材后的反射器进行。
光源主体及可摆动地固定在其上的包括带有围绕光源外壳的LED的卫星体在现有的手术室光源中一般通过一个万向悬架固定在天花板上或结构支架上。相当重的卫星的运动在此还改变了整个光源的重心，这会使光源在万向悬架上产生不希望的转动。
发明内容
从开头所述的现有技术出发，第一目的在于，至少部分地避免上述缺点并提供一种手术室光源，该手术室光源能够成本低廉和不受干扰地聚焦，特别是无需在悬架上进行不希望的调整。
依据本发明，该目的以这样的方式实现，即发光模块包括可摆动地固定在光源外壳上的摆动板，摆动板具有设置在其上的LED装置。
通过依据本发明的构成，现在通过聚焦单元或调整单元仅需调整可偏转地支承在光源外壳内的摆动板，而无需使沉重的光源外壳本身运动，光源外壳可能改变光源重心。与现有技术相反，整个光源外壳因此是刚性的并且没有可摆动地在中心区段上的星形伸出的卫星。取而代之的是，一个或多个摆动板优选固定在放射状从光源中心伸出的臂中。
摆动板一般支承在摆动轴上。摆动轴在此优选横向于一个通过手术室光源的中点延伸的轴线延伸，也就是横向于一个从中点径向星形向外的轴线延伸。
优选还有一个或者多个摆动杆沿这些径向星形伸出的轴线延伸，摆动杆用于传递通过转动手柄可高度调整的中心件的平移运动，摆动轴可摆动地固定在中心件上。这些按照跷跷板的工作原理发挥作用的并支承在摇摆或摆动点上的摆动杆将中心件的升降运动传递到用于使LED装置聚焦的摆动板上。
在用于摆动杆的摇摆点上可以设置能够同时执行平移运动和旋转运动的轴承座。在该优选的实施形式中，这些轴承座包括可转动地容纳在容纳件内的具有用于摆动杆的居中贯通孔的球接头。借助圆周上容纳摆动杆的球接头，摆动杆可以同时实施其摆动运动，并且在作为滑动轴承作用的球接头内还执行平移运动。优选球接头的球体由一种具有良好滑动特性的塑料构成，以实现杆的移动和角度调整。
依据本发明，多个发光模块可以设置在多个径向从手术室光源的中心伸出的臂内，其中每个发光模块都可摆动地设置一个摆动板上，摆动板通过线性传动装置可调整。原则上虽然各个摆动板可以彼此独立地调整，但优选的实施形式设定，各个LED装置的摆动板通过聚焦单元的统一转动可统一聚焦。在此，所有发光模块的调整因此同步进行。
本发明的另一个方面涉及准直透镜的构成。准直透镜用于使由LED射出的光聚束，特别是用于强力LED(Power-LED)。在现有的准直透镜中存在的问题是，在外围的边缘区域内产生蓝光，它在手术区域内导致了光继而色彩重现率不希望的变化，从而在手术创伤上可以出现不自然的色彩印象。
从这种现有技术出发，本发明此外的目的在于，至少部分地避免这种缺点并提供一种准直透镜，该准直透镜在外围的边缘区域内没有或仅有少量干扰色彩重现率的蓝光。
依据本发明，该目的以这样的方式实现，即外部的外周面的曲率半径、准直透镜的高度、光入射面、光出射面的尺寸和几何形状以及光出射面的表面这样相互一致，以致避免了在透镜的边缘区域内的蓝光通过干涉进入中心区域内。此外，用于产生确定光折射的光出射面设有确定的结构化的表面。外周面优选凸面略微向外拱起。
此外在进一步扩展中，准直透镜为实现一种光分布曲线而构成，该光分布曲线具有一个在±2至±2.5度范围内，优选±2度的半值角度，而第十值角度(Zehnwertswinkel)具有一个4.0至5.0度的范围，优选4.0度。
为避免漫射光，每个准直透镜在安装时都装入一个设置在LED上方的罐状保持架内，该保持架能够通过一个下部开口实现光入射并且在前端上通过准直透镜的光出射面实现光出射。这种罐状保持架优选由一种黑色塑料构成并且作为压力注塑件构成。依据本发明，每个准直透镜都设置在一个LED前的一个这样的保持架内。在此，通常利用双面胶带将保持架粘贴在LED前。
本发明的第三方面研究的问题是，在手术区内的色彩分布方面实现一种尽可能均匀的照明。原则上值得追求的是，由LED产生的光具有一种尽可能类似于自然光或太阳光的尽可能高的色彩重现率，因为这种光不改变创伤的色彩印象。但现有的LED产生一种具有相当高比例白光的光，这会导致不希望的创伤色彩印象。
本发明的另一目的在于，同样至少部分地避免这些缺点并提供一种光源，该光源为实现一种尽可能高的色彩重现率可以在手术室光源内使用LED。
依据本发明，该目的基本上以这样的方式实现，即设置各个LED的不同的LED装置，这些LED装置具有彩色LED的不同配置。为了在色彩分布方面实现一种尽可能均匀的照明，优选除了白色LED外，使用绿色LED和红色LED。在此事实证明特别适用的是，LED装置更多地在边缘区域内具有彩色LED的实施形式与更多地在中心内部区域内具有彩色LED的另一实施形式这样组合，使得为了得到一个大于90的色彩重现率，优选为了得到一个在整个焦点区域内大于95的色彩重现率，在焦点内的色彩叠加。不同的配置在此起到混匀各个色彩的作用，以提高色彩重现率。依据本发明的配置此外还避免了色影。
依据一种优选的进一步扩展设定，给不同颜色的LED通以不同的电流。为遵照低压规程具有优点的是，多个串联设置的LED的连接负载不超过最大50V的电压。特别具有优点的是，运行两个用于白色LED的电路、一个用于红色LED的电路和一个用于绿色LED的电路。得到最佳结果的是，红色电路以白色和绿色电路的电流的大约40至50％运行。
此外开发中还表明，通过使用一种电流变光(Stromdimmung)取代在现有技术中已知的脉冲宽度调制，在很大程度上避免了可能在摄像系统中导致图像干扰的电磁干扰。因此通过依据本发明的电流变光可以明显改善摄像系统的拍摄效率。
附图说明
本发明的其他细节、优点和特征可以由后面的说明书部分得出，其中详细介绍了依据本发明的手术室光源的优选实施例。其中：
图1具有四个臂的手术室光源的俯视图；
图2沿图1的手术室光源的其中一个臂的纵剖面图；
图3依据本发明的准直透镜的侧视图；
图4图3的准直透镜的光入射端的部分剖面俯视图；
图5图3的准直透镜的光出射端的部分剖面俯视图；
图6在手术室光源的第二和第四臂中的LED装置的第一种实施形式；以及
图7在手术室光源的第一和第三臂中的LED装置的第二种实施形式。
具体实施形式
据此依据本发明的手术室光源包括一个具有中心区域4的光源外壳2，其中一个第一臂6、一个第二臂8、一个第三臂10和一个第四臂12星形分别以约45°的角度从中心区域4的中点延伸。在这些臂6、8、10、12的外端的下侧上，用于LED装置34的圆形摆动板32可摆动地设置在摆动轴42上，以便聚焦。
在图2的剖面图中放大示出的手术室光源的聚焦单元包括一个转动手柄14，该转动手柄在下侧可转动地设置在中心区域4的中点上。通过转动该转动手柄14，驱动一个在转动手柄14中容纳在一个止动套管16内的、位于内部的主轴18。取决于转动方向，该主轴18升起或降下一个作为调整十字20构成的调整单元。该调整十字20包括一个圆柱形的下部区段22，在其扩展的上端上设置四个径向伸出的保持臂24，其中每两个保持臂24彼此成对地共线设置并且与另一对共线的保持臂交叉同时形成一个90度的角度。每个两侧削平的保持臂24在其径向外端上具有一个圆形的贯通孔26。当前四个叉头28分别通过一个销子可摆动地固定在贯通孔26上。叉头28在其外自由端上设置摆动杆30的容纳套。容纳套包括内螺纹，摆动杆30的内端的对应构成的螺纹旋入该内螺纹内。该摆动杆30形成依据本发明的摆动杠杆结构，用于使作为摆动板32构成的摆动件连同设置在其上的LED装置34一起偏转，LED装置当前分别包括37个不同颜色LED。
每个摆动杆30在其内端与一个可摆动地在调整十字20的保持臂24上的叉头28连接而在其外端可摆动地与一个摆动板32可摆动连接。摆动杆30大致在中心分别穿过一个球接头36。该球接头36分别包括一个环形的、具有上侧伸出并固定在光源外壳上的固定板的外保持件38以及一个装入环形保持件内的球形滑动轴承40，滑动轴承的外径与保持件38的内径相对应并且具有一个与摆动杆30的外径尺寸相应的中心贯通孔。摆动杆30穿过该中心贯通孔。在通过转动手柄14高度调整调整十字20时，导致摆动杆30绕径向伸出的保持臂24偏转。通过将摆动杆30支承在滑动轴承40内，实现一种摇摆杠杆结构，这种摇摆杠杆结构因此导致摆动板32绕设置在其下的摆动轴42偏转。按照这种方式，通过在转动手柄14上执行旋转运动，定位在摆动板32上的LED装置34可全部同时聚焦到所要求的焦点上。因此与现有技术相比，本发明是一种特别简单、成本低廉和持久耐用的调整装置。
正如从图2和6和7中所看到的那样，当前设置四个卫星式绕着中心区域4设置的LED装置34，其中每个都总共包括37个LED，这些LED分别具有一个配属于各LED的准直透镜50。
在臂6、8、10、12中每两个成对地在直径上相对置的LED装置34具有彩色构成的LED的相同配置。在这种情况下，为了在颜色分布方面实现一种尽可能均匀的照明，除了白色LED56外，在不同的位置上装入绿色LED52和红色LED54，即在依据图6的实施形式中，更多地在LED装置34的外部区域内具有彩色LED而在依据图7的另一种实施形式中，更多地在LED装置34的中间区域内具有彩色LED。各相同的LED装置34镜像对称地在直径上相对置地设置在手术室光源的臂6、8、10和12上。以与光源相距约1米距离，在焦点上，通过叠加颜色红、绿和白，在整个焦点区域内得到一个具有色彩重现率大于95的均匀光场。当前选择的除了25个白色LED56外还分别有6个绿色LED52和6个红色LED54的配置产生一个在光场中在颜色分布方面尽可能均匀的照明。此外，通过这种配置几乎完全避免了色影，这一点对于在手术范围内清晰显示创伤是必要的。
这种色彩重现率也通过给不同颜色的LED通不同的电流来实现。在依据本发明的光源运行时以这样的方式遵守低压规程，即多个LED的每个电路接受最大50V的电压。在此，两个白色电路、一个红色和一个绿色电路分别通过一个EVG运行。通电流在此这样进行，以致红色电路以白色和绿色电路约40至50％的电流运行。
通过使用这种电流变光来取代在现有技术中常用的脉冲宽度调制，避免了在现代摄像系统上通过电磁干扰引起的图像干扰。依据本发明，因此摄像系统的拍摄效率得到明显改善。
图3至5示出了一个准直透镜50，它也称为整流透镜并沿照射方向上安装到各个LED上，以便使由LED射出的光聚束。这些准直透镜50在手术室光源中承担初级透镜的功能。这些利用全反射原理工作的准直透镜50优选作为具有圆截锥几何形状的PMMA压力注塑体构成，它具有一个外部的且在圆周上延伸的外周面58、一个在安装位置下部的具有安装准直透镜50时用于LED的凹槽62的光入射面60和一个在安装位置上部的其直径以比例3.7∶1大于光入射面62的光出射面64。依据本发明，外周面58略微凸面拱起。通过外部外周面58的曲率半径、光入射面60的尺寸、光出射面64的尺寸、准直透镜50的高度以及光出射面64的表面形状的相互协调，得到一种光分布曲线，该光分布曲线具有一个在+/-2.0至2.5度范围内，优选+/-2.0度的半值角度，而第十值角度具有一个4.0至5.0度的范围，优选4.0度。
光出射面64从外向内首先凸面拱起而后过渡到一个平面的中央66，该中央目前是光出射面64总直径的约1∶1.6倍那样大。通过在光出射面64上的沟纹，由现有技术已且受到指责的蓝光在每个准直透镜50的边缘区域内以这样的方式得以避免，即在中央干涉蓝光。用于实现依据本发明效果的尺寸比例如下：
-光入射面的直径/光出射面的直径：1∶1.7，
-透镜的高度/光出射面的直径：1∶1.7。
在一种优选的实施形式中的尺寸如下：
  光入射面的直径：   7.10mm
  光出射面的直径：   26.50mm
  光出射面的平面的中央的直径：   16.21mm
  透镜的高度：   15.85mm
  光入射面上的凹槽的高度：   5.12mm
  外周面的曲率半径：   5.96mm
在LED装置34中的每个准直透镜50都固定在LED上方的摆动板32上的一个向上敞开的、罐状的保持架68中。该保持架68除光出射面64之外在圆周上包围准直透镜50。由各自的LED在下侧入射到保持架68的一个开口内的光通过准直透镜50聚束并且在降低漫射光的情况下通过由一种黑色塑料构成的保持架68在光出射面64射出。
在图6和7中示出的具有彩色LED不同配置的LED装置34的不同实施形式通过在焦点内叠加颜色进行相互补充，以得到一个具有色彩重现率大于90，优选大于95的均匀光场，在当前情况下，其中的每两个相同的装置34在直径上相对置地设置在臂6、8、10、12中。不言而喻，这种结果也可以通过多个具有相应LED装置34的臂通过叠加从LED射出的颜色得以实现。
摆动板分别具有单侧径向伸出的接线插头70，LED装置34利用这些接线插头可与光源的EVG以及在光源中心区域4内的供电装置连接。
在将所有满足初级透镜功能的准直透镜50安装到LED上之后，还附加安装一个具有开口和装入该开口中的外壳透镜74的外壳盖72。该外壳透镜74承担次级透镜的功能并将通过LED射出的各个光线聚焦成一个总光线。次级透镜作为菲涅耳透镜构成并将各个初级透镜的光聚焦到约1米远的聚焦点上。外壳透镜74包括一个用于保持最小材料厚度的透镜主体和设置在其上的、与中点同心延伸的台阶，这些台阶在外部区域内彼此相互靠得较近而在内部区域内则相距较远，也就是具有更宽的台阶，因为具有相应的曲率的假定透镜的总高度为聚焦投射到所希望的材料厚度上。
在进一步扩展中，可以同心地绕转动手柄14在中心区域4设置一个另外的LED装置。该LED装置优选仅包括白色LED。
本发明当然并不局限于使用四个卫星光源，而是也包括具有或多或少卫星的解决方案。
本发明的主题不仅由各个权利要求的主题给出，而且也由各个权利要求彼此间的组合给出。所有在文件中公开的说明和特征，特别是在附图中所示的立体结构，都作为发明而在本质上要求保护，就此而言它们单独或者组合与现有技术相比均是新颖的。
附图标记一览表
2    光源外壳                36   球接头
4    中心区域                38   保持件
6    第一臂                  40   滑动轴承
8    第二臂                  42   摆动轴
10   第三臂                  50   准直透镜
12   第四臂                  52   绿色LED
14   转动手柄                54   红色LED
16   止动套管                56   白色LED
18   主轴                    58   外周面
20   调整十字                60   光入射面
22   下部区段                62   凹槽
24   保持臂                  64   光出射面
26   贯通孔                  66   中央
28   叉头                    68   保持架
30   摆动杆                  70   接线插头
32   摆动板                  72   外壳盖
34   LED装置                 74   外壳透镜

Claims (13)

1.手术室光源，具有一个光源外壳(2)，该光源外壳具有一个中心区域(4)和与中心区域连接的包括多个为聚焦可调整的LED发光模块的臂，和一个用于使发光模块聚焦的聚焦单元，其特征在于，所述臂与中心区域一起限定刚性连接的光源外壳(2)，所述发光模块包括可摆动地固定在光源外壳(2)上的摆动板(32)，摆动板具有设置在其上的LED装置(34)，并且聚焦单元包括一个通过转动手柄(14)可高度调整的调整件，至少一个可摆动地支承在摇摆点上的用于调整摆动板(32)的摆动杆(30)铰接在该调整件上，同时执行摇摆运动，并且摆动板(32)支承在摆动轴(42)上，摆动轴(42)横向于通过手术室光源的中点延伸的轴线延伸。
2.按权利要求1所述的手术室光源，其特征在于，摆动轴(42)与通过手术室光源的中点延伸的轴线形成直角。
3.按权利要求1所述的手术室光源，其特征在于，在摇摆点上设置能同时执行平移运动和旋转运动的轴承座。
4.按权利要求3所述的手术室光源，其特征在于，轴承座包括可转动地容纳在保持件(38)内的球接头(36)。
5.按权利要求1至4之一所述的手术室光源，其特征在于，具有设置在其上的LED装置(34)的多个摆动板(32)的聚焦同步进行。
6.按权利要求1所述的手术室光源，其特征在于，调整件作为调整十字(20)构成。
7.按权利要求1至4之一所述的手术室光源，其特征在于，手术室光源具有一个准直透镜，该准直透镜具有圆截锥的几何形状，圆截锥具有一个圆周上延伸的外周面(58)、一个在安装位置下部的具有凹槽(62)的光入射面(60)和一个在安装位置上部的光出射面(64)，外部的外周面(58)的曲率半径、准直透镜(50)的高度、光入射面(60)、光出射面(64)的尺寸和几何形状以及光出射面(64)的表面相互一致，以避免在透镜边缘区域内的蓝光通过干涉进入中心区域内。
8.按权利要求1所述的手术室光源，其特征在于，手术室光源具有多个成组设置的用于形成LED装置(34)的LED，设置至少两种不同实施形式的LED装置(34)，这些实施形式具有彩色LED的不同配置。
9.按权利要求8所述的手术室光源，其特征在于，LED装置的第一种实施形式更多地在外部区域内具有彩色LED，而第二种实施形式更多地在中心区域内具有彩色LED。
10.按权利要求8或9所述的手术室光源，其特征在于，彩色LED包括红色和绿色LED。
11.按权利要求8所述的手术室光源，其特征在于，给不同颜色的LED通不同的电流。
12.按权利要求11所述的手术室光源，其特征在于，给红色LED的电路通以白色和绿色LED的电流的40％至50％的电流。
13.按权利要求1至4之一所述的手术室光源，其特征在于，该手术室光源用于遵照低压规程构成，为遵照低压规程，LED装置的多个串联设置的LED的连接负载不超过最大50V的电压。
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