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Die
Erfindung betrifft eine Lichtquellenvorrichtung für ein Endoskop
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Im engeren Sinne betrifft
die Erfindung eine Lichtquellenvorrichtung, die eine Blende zum Einstellen
der Menge des Beleuchtungslichtes hat, das einer Eintrittsfläche eines
in dem Endoskop vorgesehenen Lichtleiters von einer Lichtquelle
zugeführt
wird.
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Ein
Endoskop hat ein flexibles Rohr, das in die inneren Organe eines
menschlichen Körpers
einführbar
ist. In dem flexiblen Rohr ist zur Übertragung des Beleuchtungslichtes
ein Lichtleiter vorgesehen. An ein Ende des Lichtleiters ist eine
Lichtquellenvorrichtung angeschlossen. Das von der Lichtquellenvorrichtung
abgestrahlte Beleuchtungslicht wird zu einer Eintrittsfläche geleitet
und tritt durch den Lichtleiter, bis es dessen distales Ende erreicht,
so dass das Beleuchtungslicht von der Endfläche des Endoskops ausgegeben
wird, um den beleuchteten Körperteil
zu beleuchten. Im Falle eines Fiberskops wird das an dem beleuchteten
Teil reflektierte Licht zu einem in der Bedieneinheit vorgesehenen
Okular geleitet. Im Falle eines elektronischen Endoskops wird das
reflektierte Licht von einer in einem Endteil des Endoskops vorgesehenen
CCD in ein elektrisches Signal gewandelt, und ein Monitorgerät stellt
das Bild dar. Der beleuchtete Teil kann also durch das Okular oder über das
Monitorgerät
betrachtet werden.
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In
der oben beschriebenen, für
ein Endoskop bestimmten Lichtquellenvorrichtung sind eine Blende zum
Einstellen der Lichtmenge und eine Kondensorlinse zum Konzentrieren
des Lichtes auf eine Eintrittsfläche
des Lichtleiters vorgesehen. Diese Komponenten sind zwischen der
Lichtquelle und der Eintrittsfläche
angeordnet. Der Blendenmechanismus hat ein Paar ebene Platten, die
in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse und bezüglich dieser
symmetrisch angeordnet sind. Die Platten werden um eine zur optischen
Achse parallele Drehachse gedreht, so dass der Lichtfluss von außerhalb
seines Querschnitts her horizontal abgeblendet wird. Der Grad der
Blendenöffnung
wird also so eingestellt, dass die Beleuchtungslichtmenge oder die
Helligkeit des beleuchteten Körperteils
entsprechend eingestellt wird.
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Üblicherweise
wird eine Xenonlampe als Lichtquelle für die Beleuchtung des Endoskops
verwendet, da sie eine hohe Leuchtkraft hat und nur vergleichsweise
wenig Wärme
entwickelt. Wegen der Konvektion des in der Lampe eingeschlossenen
Xenonglases oder einer Schwingungserscheinung etc., die in der elektrischen
Entladung auftreten, zeigt das von der Xenonlampe abgestrahlte Licht
in einem Bereich oberhalb der Mitte des Lichtflusses eine Schwankung
der Lichtmenge, so dass Beleuchtungslicht, dessen Lichtmenge im
Querschnitt seines Lichtflusses gleichmäßig ist, nicht realisiert werden
kann. Ist die Blende fast vollständig
offen und damit die Lichtmenge vergleichsweise groß, so stellt
diese Lichtschwankung kein wesentliches Problem dar. Ist dagegen
die Blende zur Verringerung der Lichtmenge geschlossen, so macht
sich die Lichtschwankung bemerkbar und kann die Betrachtung des
beleuchteten Körperteils
durch das Okular oder das Monitorgerät stören.
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Aus
der
US 4 706 657 ist
eine Lichtquellenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bekannt. Diese Lichtquellenvorrichtung hat eine Lichtquelle, die
Beleuchtungslicht auf eine Eintrittsfläche eines Lichtleiters abstrahlt.
In dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Lichtleiter befindet
sich ein Blendenmechanismus, der zwei Lamellenpaare umfasst, die
so zusammenwirken, dass der Strahlengang des Beleuchtungslichtes
geeignet abgeblendet wird.
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In
der JP 11-271 648 A ist eine Lichtquellenvorrichtung für ein Endoskop
beschrieben, die einen Blendenmechanismus mit zwei senkrecht zueinander
verschiebbaren Blendenlamellen aufweist.
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In
der älteren,
nachveröffentlichten
Patentanmeldung
DE
100 49 345 A1 ist eine Lichtquellenvorrichtung für ein Endoskop
mit einem paar Blendenlamellen beschrieben, die zur Einstellung
der Beleuchtungslichtmenge geöffnet
und geschlossen werden. Die beiden Blendenlamellen sind um eine Schwenkachse,
die parallel zur optischen Achse liegt, schwenkbar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lichtquellenvorrichtung für ein Endoskop
anzugeben, bei der der Einfluss der Lichtschwankung selbst dann
gering ist, wenn die Lichtmenge durch den Blendenmechanismus verringert
wird, so dass man Beleuchtungslicht erhält, bei dem die Lichtmenge
im Querschnitt des Lichtflusses gleichmäßig ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Abblendelement kann
einfach gefertigt werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht des Gesamtaufbaus einer für ein Endoskop bestimmten Lichtquellenvorrichtung
als Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Draufsicht des Blendenmechanismus von oben betrachtet,
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3 eine
Darstellung der Lichtführung
in Blickrichtung der in 2 gezeigten Linie III-III,
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4 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges im voll geöffneten
Zustand zueinander angeordnet sind,
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5 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges zueinander angeordnet sind, wenn sich die Blende
auf halbem Wege zwischen voll geöffnetem
und halb geöffnetem Zustand
befindet,
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6 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges zueinander angeordnet sind, wenn sich die Blende
im halb geöffneten
Zustand befindet,
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7 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges zueinander angeordnet sind, wenn sich die Blende
in einer ersten Stellung zwischen halb geöffnetem Zustand und voll geschlossenem
Zustand befindet,
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8 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges zueinander angeordnet sind, wenn sich die Blende
in einer zweiten Stellung zwischen halb geöffnetem Zustand und vollständig geschlossenem
Zustand befindet, und
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9 eine
Darstellung zur Erläuterung,
wie die einzelnen Elemente des Blendenmechanismus und der Schnitt
des Strahlenganges zueinander angeordnet sind, wenn sich die Blende
im voll geschlossenen Zustand befindet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
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1 ist
eine Schnittansicht und zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer
für ein
Endoskop bestimmten Lichtquellenvorrichtung 10. Die Lichtquellenvorrichtung
hat ein kastenförmiges
Gehäuse 12.
An einer Seitenwand 12a des Gehäuses 12 ist ein Befestigungselement 14 befestigt.
Ein Lichtleiter 22 steht von einem Endteil eines Endoskops 20 hervor und
ist lösbar
an dem Befestigungselement 14 angebracht. Ein Lichtquellenhalteelement 16 ist
starr an einem zentralen Teil einer Bodenplatte 12b des
Gehäuses 12 befestigt
und erstreckt sich senkrecht hierzu. Eine Öffnung 16a, deren
Mittelachse horizontal verläuft,
ist in dem Halteelement 16 ausgebildet. In der Öffnung 16a ist
eine Lichtquelle befestigt. Wie in 1 gezeigt,
ist eine Lichtquelle 30 bei in das Befestigungselement 14 eingeführtem Lichtleiter 22 einer
Eintrittsfläche 22a des
Lichtleiters 22 in einem vorbestimmten Abstand davon zugewandt.
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Die
Lichtquelle 30 ist eine Xenonlampe mit einem Entladungsrohr 32,
in dem Xenongas eingeschlossen ist. In dem Entladungsrohr 32 tritt
zwischen zwei Elektroden eine elektrische Kurzbogenentladung auf,
so dass ein Plasma erzeugt wird, um Licht hoher Intensität zu entwickeln.
Um das Entladungsrohr 32 ist ein halbkreisförmiger Reflexionsspiegel 34 so
angeordnet, dass das durch die elektrische Entladung erzeugte Licht
als auf die Eintrittsfläche 22a gerichteter
paralleler Lichtfluss abgestrahlt wird. In 1 ist die
optische Achse des von der Lichtquelle 30 auf die Eintrittsfläche 22a gerichteten Lichtflusses
durch die gestrichelte Linie La und die äußere Begrenzung des Lichtflusses
durch die gestrichelte Linie Lb dargestellt.
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In
einem zwischen der Lichtquelle 30 und der Eintrittsfläche 22a ausgebildeten
Strahlengang sind ein Blendenmechanismus 40 und eine Kondensorlinse 36 angeordnet.
Die Menge des als paralleler Lichtfluss abgestrahlten Beleuchtungslichtes
wird über den
Blendenmechanismus 40 eingestellt. Das Beleuchtungslicht
wird dann durch die Kondensorlinse 36 auf die Eintrittsfläche 22a konzentriert.
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Der
Blendenmechanismus 40 ist an einer Halteplatte 46 gehalten,
die an der Innenfläche
der Seitenwand 12a des Gehäuses 12 befestigt
ist. Der Blendenmechanismus 40 hat eine erste und eine zweite
Blendenlamelle 42 und 44, die jeweils als opake,
dünne,
ebene Platte ausgebildet sind und über einen Motor 41 in
einer Ebene senkrecht zur optischen Achse La geschwenkt werden.
Die von der Lichtquelle 30 vorgenommene Abstrahlung und
das Drehen des Motors 41 werden über eine nicht dargestellte Steuerschaltung
gesteuert. Eine nicht dargestellte Versorgungsschaltung liefert
der Lichtquelle 30 und dem Motor 41 elektrische
Energie.
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Unter
Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 wird
im Folgenden die Konstruktion des Blendenmechanismus 40 im
Detail erläutert. 2 ist eine
Draufsicht des Blendenmechanismus 40 und zeigt ihn von
oben betrachtet. 3 zeigt den Blendenmechanismus 40 in
der auf den Lichtleiter 22 gerichteten Blickrichtung der
in 2 dargestellten Linie III-III. In 3 ist
die Halteplatte 46 weggelassen.
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Ein
lichtquellenseitiges Ende 46a der Halteplatte 46 verläuft nach
oben. An diesem Ende 46a ist parallel zu diesem eine Montageplatte 48 befestigt. Der
Motor 41 ist an der Montageplatte 48 befestigt. Eine
Drehwelle 41a des Motors 41 geht durch die Montageplatte 48 und
steht zur Lichtquelle 30 hervor. Ein Arm 50 hat
an seinem Ende ein erstes Eingriffsloch, in dem die Drehwelle 41a des
Motors 41 untergebracht und befestigt ist. Der Arm 50 ist
so um die Drehwelle 41a des Motors 41 schwenkbar.
An dem anderen Ende des Arms 50 ist ein zweites Eingriffsloch 54 ausgebildet,
in dem ein Ende eines bewegbaren Schafts 56 untergebracht
ist. Der Schaft 56 erstreckt sich von dem Arm 50 zur
entgegengesetzten Seite des Motors 41, d.h. auf die Lichtquelle 30 zu.
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Der
bewegbare Schaft 56 geht durch in den oberen Enden der
beiden Blendenlamellen 42 und 44 ausgebildete
Schaftlöcher 42a und 44a.
Aus den Schaftlöchern 42a und 44a steht
ein Kopf 56a des Schafts 56 hervor. Die Blendenlamellen 42 und 44 sind
um den bewegbaren Schaft 56 drehbar, die parallel zur optischen
Achse La oberhalb dieser angeordnet ist. Die erste und die zweite
Blendenlamelle 42 und 44 laufen senkrecht zu der
Drehachse des Schafts 56 und der optischen Achse La. Die
beiden Blendenlamellen 42 und 44 sind längs der
optischen Achse La parallel in einem vorbestimmten Abstand voneinander
angeordnet, so dass sie sich gegenseitig nicht stören.
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Wie
in 3 gezeigt, ist die erste Blendenlamelle 42 so
geformt, dass ihre Breite vom oberen Ende, in dem das Schaftloch 42a ausgebildet
ist, zum unteren Ende hin zunimmt, das sich in 3 unten rechts
befindet. Die erste Blendenlamelle 42 ist fächerförmig ausgebildet,
und zwar mit einem Fächerwinkel
von etwa 20° um
das Schaftloch 42a. In einem Teil unterhalb des Schaftlochs 42a ist
ein bogenförmiger
Führungsschlitz 42b ausgebildet.
Ein fester Schaft 58, der starr an der Montageplatte 48 befestigt ist
und sich zur Lichtquelle 30 erstreckt, ist lose in dem
Führungsschlitz 42b untergebracht.
Eine der optischen Achse La zugewandte Innenseite 42c der ersten
Blendenlamelle 42 ist linear ausgebildet. Etwa in der Mitte
dieser Innenseite 42c ist eine vorspringende Platte 45 ausgebildet,
die zur optischen Achse La hervorragt. Die Platte 45 hat
die Form eines Dreiecks, dessen Basis die Innenseite 42c und
dessen Scheitel die Spitze der Platte 45 ist. Die vorspringende
Platte 45 ist bündig
mit der ersten Blendenlamelle 42 und einstükkig an
der Innenseite 42c ausgebildet.
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Umriss
und Größe der zweiten
Blendenlamelle 44 sind abgesehen von der überstehenden Platte 45 gleich
denen der ersten Blendenlamelle 42. An einer Innenseite 44c der
zweiten Blendenlamelle 44 ist also keine vorspringende
Platte ausgebildet. Die zweite Blendenlamelle 44 ist bezüglich einer
geraden, vertikal durch die optische Achse verlaufenden Linie symmetrisch
zur ersten Blendenlamelle 42. In einem Teil unterhalb des
Schaftlochs 44a ist ein linearer Führungsschlitz 44b ausgebildet,
in dem lose der feste Schaft 58 untergebracht ist.
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Die
beiden Blendenlamellen 42 und 44 sind mit ihren
einen Enden unter Führung
des festen Schaftes 58 an dem bewegbaren Schaft 56 gehalten. Dreht
der Motor 41 den Arm 50, so werden die beiden Blendenlamellen 42 und 44 auf
die optische Achse La zu oder von dieser weg geschwenkt. Auf diese Weise
läuft der
gesamte Lichtfluss oder nur ein Teil davon durch einen fächerförmigen Raum
zwischen den Innenseiten 42c und 44c der beiden
Blendenlamellen 42 und 44 und wird auf die Kondensorlinse 36 geführt.
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Die
beiden Blendenlamellen 42 und 44 dienen als Blende,
welche die Lichtmenge entsprechend dem Öffnungsgrad des Winkels zwischen
den Innenrändern 42c und 44c einstellt.
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Die 4 bis 9 zeigen,
wie die Elemente 41, 42, 44, 56 und 58 des
Blendenmechanismus 40 und der Querschnitt des Strahlenganges
zueinander angeordnet sind, und zwar schrittweise ausgehend vom
voll geöffneten
Zustand zum voll geschlossenen Zustand der Blende. Ein von einer
gestrichelten Linie eingeschlossener kreisförmiger Bereich S1 zeigt dabei
den Schnitt des Lichtflusses nahe den beiden Blendenlamellen 42 und 44,
und ein Lichtdurchtrittsbereich S2, der mit einer von links unten nach
rechts oben geführten
Schraffur angedeutet ist, gibt einen Schnittbereich des Lichtflusses
an, der von den Blendenlamellen 42 und 44 abgeblendet
wird.
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Dreht
sich die Drehwelle 41a des Motors 41 aus dem in 4 gezeigten
Zustand im Uhrzeigersinn, so schwenkt der Arm 50 im Uhrzeigersinn
um die Drehwelle 41a und der bewegbare Schaft 56 wird nach
unten versetzt, so dass sich die oberen Enden der beiden Blendenlamellen 42 und 44 nach
unten bewegen. Die erste Blendenlamelle 42 wird so derart im
Uhrzeigersinn geschwenkt, dass sich ihr Führungsschlitz 42b längs des
festen Schaftes 58 bewegt. Die zweite Blendenlamelle 44 wird
im Gegenuhrzeigersinn derart geschwenkt, dass sich ihr Führungsschlitz 44b längs des
festen Schaftes 58 bewegt. Die beiden Blendenlamellen 42 und 44 werden also
um den Schaft 56 auf die optische Achse La zu geschwenkt.
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Rotiert
die Drehwelle 41a des Motors im Uhrzeigersinn, so wird
der Winkel zwischen den Innenseiten 42a und 44c allmählich kleiner,
so dass der Lichtfluss von außen
her von den beiden Blendenlamellen 42 und 44 horizontal
abgeblendet wird. Der Öffnungsgrad
der Blende nimmt also ab, so dass die der Eintrittsfläche 22a des
Lichtleiters 22 zugeführte Beleuchtungslichtmenge
verringert wird.
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Nimmt
man an, dass die Fläche
des Lichtdurchtrittsbereiches S2 in dem in 4 gezeigten voll
geöffneten
Zustand gleich einem Wert 500 ist, so beträgt diese Fläche in den in den 5, 6, 7, 8 und 9 dargestellten
Zuständen 440,
250, 102, 40 bzw. 15. Es ist zu beachten, dass in 7 der
Lichtdurchtrittsbereich S2 in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei
die Fläche
des oberen Bereiches gleich 14 und die des unteren Bereiches gleich 88
ist.
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Wird
dagegen die Drehwelle 41a des Motors 41 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht, so nehmen der Öffnungsgrad
und damit die Beleuchtungslichtmenge zu. Beim Öffnen der Blende werden der
Arm 50 und die beiden Blendenlamellen 42 und 44 in
eine Richtung bewegt, die der Richtung beim Schließen der Blende
entgegengesetzt ist. Auf eine Beschreibung des Öffnens der Blende wird an dieser
Stelle verzichtet.
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Im
Folgenden werden die Eigenschaften der Xenonlampe beschrieben, welche
die Lichtquelle 30 darstellt. Die Xenonlampe ist als Beleuchtungslichtquelle
für ein
Endoskop geeignet, da sie eine hohe Leuchtstärke hat und eine vergleichsweise geringe Wärmeentwicklung
zeigt. Da jedoch in der elektrischen Entladung Xenongas hoher Temperatur
aufsteigt und so in dem Entladungsrohr 32 eine Konvektion
erzeugt, ist die Stelle, an der die elektrische Entladung erfolgt,
instabil. Auf diese Weise tritt eine Schwankung des Beleuchtungslichtes
in einem oberen Teil oberhalb der Mitte des Strahlengangquerschnitts
auf. Außerdem
tritt in der elektrischen Entladung mit Erzeugen eines Magnetfeldes,
das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, ein als Plasmaschwankung
bezeichnetes Schwingungsphänomen auf.
Auch dieses Phänomen
kann die Lichtschwankung beeinflussen.
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Der
Bereich, in dem die Schwankung des Beleuchtungslichtes versweise
groß ist,
ist als Schwingbereich S3 durch eine von rechts oben nach links
unten geführte
Schraffur angedeutet. Der von der vorspringenden Platte 45 ausgeschnittene
Bereich ist dabei mit einer gestrichelten Schraffur dargestellt.
Wird Beleuchtungslicht eingesetzt, bei dem eine solche Lichtschwankung
auftritt, so flackert das in dem Monitorgerät oder dem Okular erzeugte
Bild, so dass letzteres nur noch unter Schwierigkeiten zu sehen
ist. Dies stört
die Betrachtung.
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Das
Bildflackern spielt keine Rolle, wenn die Blende fast vollständig geöffnet und
damit die Lichtmenge vergleichsweise groß ist, da der Schwankungsbereich
S3 im Vergleich zu dem Lichtdurchtrittsbereich S2 vergleichsweise
klein ist. Wird jedoch die Blende zum Verringern der Lichtmenge
geschlossen, so macht sich das Flackern bemerkbar, da das Verhältnis von
Schwankungsbereich S3 zu Lichtdurchtrittsbereich S2 groß wird.
In dem vorgestellten Ausführungsbeispiel
ist deshalb die vorspringende Platte 45 vorgesehen, um
den Schwankungsbereich S3 abzublenden, wenn die Blende allmählich geschlossen
wird. Mit dieser Konstruktion erhält man Beleuchtungslicht, dessen
Lichtmenge weniger stark schwingt, so dass das Bildflackern vermieden
werden kann.
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Die
vorspringende Platte 45 blendet den Schwankungsbereich
S3 allmählich
ab, und zwar ausgehend von dem in 6 gezeigten
halb geöffneten
Zustand, in dem die Fläche
des Lichtdurchtrittsbereichs S2 halb so groß wie die Fläche in dem
in 4 gezeigten voll geöffneten Zustand (S2 = 500) wird,
nämlich
250. In dem in 7 gezeigten Zustand blendet
die vorspringende Platte 45 annähernd die gesamte Fläche des
Schwankungsbereiches S3 ab. In dem in 8 gezeigten
Zustand, in dem die Blendenlamellen 42 und 44 weitergeschwenkt
sind, ist der Schwankungsbereich S3 vollständig geschlossen. In dem in 9 gezeigten
Zustand, in dem die Blendenlamellen 42 und 44 weitergeschwenkt
sind, ist auch der Lichtdurchtrittsbereich S2 annähernd vollständig geschlossen.
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Wenn
die Blende zum Verringern der Lichtmenge geschlossen wird, blendet
also die vorspringende Platte 45 den das Bildflackern verursachenden
Lichtfluss des Schwankungsbereiches S3 ab. Dadurch wird der Eintrittsfläche 22a des
Lichtleiters 22 stets Beleuchtungslicht zugeführt, dessen
Beleuchtungslichtmenge gleichmäßig ist,
wodurch das Bild gut zu betrachten ist.
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In
dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
ist die vorspringende Platte 45 dreieckig. Größe und Form
der vorspringenden Platte 45 unterliegen jedoch keinen
Einschränkungen.
Die vorspringende Platte kann eine beliebige Form haben, sofern
sie den Schwankungsbereich S3 oberhalb der Mitte des Lichtflusses
ausgehend von dem halb geöffneten zum
vollständig
geschlossenen Zustand der Blende abblendet. In dem Ausführungsbeispiel
ist die vorspringende Platte 45 einstückig an der ersten Blendenlamelle 42 ausgebildet.
Sie kann jedoch auch an der zweiten Blendenlamelle 44 oder
an beiden Blendenlamellen 42 und 44 ausgebildet
sein.
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Wie
aus dem oben erläuterten
Ausführungsbeispiel
hervorgeht, ist es durch die Erfindung möglich, selbst bei kleiner Blendenöffnung den
Einfluss der Lichtmengenschwankung zu verringern, so dass man Beleuchtungslicht
mit gleichmäßiger Lichtmenge
erhält.