DE102010005093A1 - Illumination device of e.g. operating microscope, has optical portion connected with light guard entry end in fixed strands, such that spatial relationship does not change by relative movement between light sources and guard entry end - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer ersten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht und wenigstens einer zweiten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht sowie mit einem Lichtleiter, welcher ein Eintrittsende umfasst, in das das Beleuchtungslicht eingekoppelt wird. Daneben betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Beobachtungsgerät mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung.The present invention relates to a lighting device having a first light source for emitting illumination light and at least one second light source for emitting illumination light and having a light guide, which comprises an entrance end, in which the illumination light is coupled. In addition, the present invention relates to an optical observation device with such a lighting device.
Bei Beleuchtungsvorrichtungen von optischen Beobachtungsgeräten wie beispielsweise Operationsmikroskopen oder Endoskopen ist es von großer Bedeutung, dass ein rascher Lampenwechsel erfolgen kann, wenn die bisher verwendete Lampe ausfällt. Bei den genannten Operationsmikroskopen und Endoskopen ist dies insbesondere wichtig, da bei einem Ausfall während einer Operation möglichst rasch eine neue Lampe einsetzbar sein muss. Es finden daher Lampenwechsler Verwendung, die eine Ersatzlampe beinhalten, welche nur an die Stelle der ursprünglichen Lampe gebracht werden muss, ohne dass hierfür die Beleuchtungsvorrichtung geöffnet zu werden braucht. Oft werden die Beleuchtungsvorrichtungen zudem entfernt vom optischen Beobachtungsgerät, beispielsweise am Stativ, angeordnet, um das optische Beobachtungsgerät von durch die Kühlung der Lampen entstehenden Vibrationen soweit wie möglich zu entkoppeln. Das Licht der Lampen wird dann durch Lichtleiter zum optischen Beobachtungsgerät geleitet. Ein Operationsmikroskop, mit einer Beleuchtungsvorrichtung, in der das Licht der Lampe in einen Lichtleiter eingekoppelt wird und die eine Lampenwechselvorrichtung zum raschen Lampenwechsel aufweist, ist beispielsweise in
Bisherige fasergekoppelte Lichtquellen mit Lampenwechsel weisen jedoch den Nachteil auf, dass kleine Verschiebungen auf Faserseite oder Lampenseite große Lichtschwankungen am Faseraustrittsende, also am optischen Beobachtungssystem, zur Folge haben können.However, previous fiber-coupled light sources with lamp replacement have the disadvantage that small shifts on the fiber side or lamp side large light fluctuations at the fiber exit end, so the optical observation system, can result.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer ersten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht und wenigstens einer zweiten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht sowie mit einem Lichtleiter zur Verfügung zu stellen, bei der die Empfindlichkeit gegenüber kleinen Verschiebungen auf Lichtleiterseite oder Lampenseite weniger große Lichtschwankungen als im Stand der Technik mit sich bringt.It is therefore an object of the present invention to provide a lighting device with a first light source for emitting illumination light and at least one second light source for emitting illumination light and with a light guide available, in which the sensitivity to small shifts on the light guide side or lamp side less large light fluctuations as in the prior art brings with it.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Beobachtungsgerät mit einer Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Wechsel der Lichtquelle ermöglicht, wobei kleine Verschiebungen auf Faserseite oder Lampenseite weniger große Lichtschwankungen als im Stand der Technik zur Folge haben.It is a further object of the present invention to provide an optical observation apparatus with a lighting device that allows the light source to be changed, with small shifts on the fiber side or lamp side resulting in less large light fluctuations than in the prior art.
Die erste Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 13. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by a lighting device according to claim 1, the second object by an optical observation device according to claim 13. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer ersten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht und wenigstens einer zweiten Lichtquelle zum Abgeben von Beleuchtungslicht zur Verfügung gestellt. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung einen Lichtleiter mit einem Eintrittsende, in den das Beleuchtungslicht eingekoppelt wird, und eine Einkopplungsoptik zum Einkoppeln des Beleuchtungslichtes in das Eintrittsende des Lichtleiters. Die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und das Eintrittsende des Lichtleiters sind relativ zueinander beweglich angeordnet und derart relativ zueinander positionierbar, das wahlweise das Beleuchtungslicht der ersten Lichtquelle oder das Beleuchtungslicht der zweiten Lichtquelle in das Eintrittsende des Lichtleiters eingekoppelt werden kann. Die Einkopplungsoptik steht mit dem Eintrittsende des Lichtleiters derart in einer festen räumlichen Beziehung, das diese räumliche Beziehung durch eine Relativbewegung zwischen den Lichtquellen und dem Eintrittsende des Lichtleiters keine Veränderung erfährt. Mit anderen Worten, die Einkopplungsoptik ist dem Eintrittsende in seiner Position räumlich fest zugeordnet.According to the invention, a lighting device is provided with a first light source for emitting illumination light and at least one second light source for emitting illumination light. In addition, the lighting device according to the invention comprises a light guide with an entrance end, in which the illumination light is coupled, and a coupling optics for coupling the illumination light in the inlet end of the light guide. The first light source, the second light source and the entrance end of the light guide are arranged movable relative to each other and positioned relative to each other, which can optionally be coupled to the illumination light of the first light source or the illumination light of the second light source in the inlet end of the light guide. The coupling optics is in a fixed spatial relationship with the entrance end of the light guide in such a way that this spatial relationship does not change due to a relative movement between the light sources and the entrance end of the light guide. In other words, the coupling optics is spatially fixedly assigned to the entry end in its position.
In der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind die Auswirkungen einer Fehlpositionierung der Lichtquelle bezogen auf das Eintrittsende des Lichtleiters im Vergleich zu Beleuchtungsvorrichtungen nach Stand der Technik, in denen die Einkopplungsvorrichtungen mit der Lichtquelle in fester räumlicher Beziehung stehen und nicht mit dem Eintrittsende des Lichtleiters, verringert. Ursache hierfür ist, dass die optische Achse der Einkopplungsvorrichtung auch bei einer Fehlpositionierung weiterhin mit der optischen Achse des Eintrittsende des Lichtleiters in einer festen Beziehung steht und somit der Brennpunkt der Einkopplungsvorrichtung im Bezug auf das Eingangsende des Lichtleiters in seiner Position verbleibt. Die Lichtverluste am Austrittsende des Lichtleiters aufgrund einer Fehlpositionierung lassen sich dadurch bei der erfindungsgemäßen Lichtquellenvorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik verringern.In the lighting device according to the invention, the effects of mispositioning of the light source with respect to the entrance end of the light guide are reduced as compared to prior art lighting devices in which the launching devices are in fixed spatial relationship with the light source and not with the entrance end of the light guide. The reason for this is that the optical axis of the coupling device continues to be in a fixed relationship with the optical axis of the incident end of the optical fiber, even in the case of mispositioning, and thus the focal point of the coupling device remains in its position with respect to the input end of the optical fiber. The light losses at the exit end of the light guide due to incorrect positioning can thereby be reduced in the light source device according to the invention in comparison to the prior art.
Wenn anders als in der vorliegenden Erfindung die Einkopplungsoptik in einer festen räumlichen Beziehung zur Lichtquelle stehen, wird bei einer Fehlpositionierung der Lichtquelle die optische Achse der Einkopplungsoptik relativ zur optischen Achse des Eintrittsendes des Lichtleiters verschoben, was zu einer Verschiebung des Brennpunktes der Einkopplungsoptik relativ zur optischen Achse des Eintrittsendes des Lichtleiters führt. Dadurch wird ein erheblicher Teil des Beleuchtungslichtes im Falle einer Fehlpositionierung nicht mehr in das Eintrittsende des Lichtleiters eingekoppelt, was zu einer deutlich verringerten Lichtintensität am Austrittsende des Lichtleiters führt.In contrast to the present invention, when the coupling optics are in fixed spatial relationship to the light source, if the light source is misplaced, the optical axis of the coupling optics becomes relative to the optical axis of the entrance end of the optical fiber, resulting in a shift of the focal point of the coupling optics relative to the optical axis of the entrance end of the optical fiber. As a result, a considerable part of the illumination light is no longer coupled into the entry end of the light guide in the event of incorrect positioning, which leads to a significantly reduced light intensity at the exit end of the light guide.
In der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung können die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle räumlich fixiert angeordnet sein. Der Lichtleiter ist dann zumindest im Bereich seines Eintrittsendes zusammen mit der Einkopplungsoptik beweglich angeordnet, wobei die Einkopplungsoptik relativ zum Eintrittsende des Lichtleiters fixiert ist. Alternativ können die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle beweglich angeordnet sein. In diesem Fall ist der Lichtleiter zumindest im Bereich seines Eintrittsendes zusammen mit der Einkopplungsoptik räumlich stationär angeordnet.In the illumination device according to the invention, the first light source and the second light source can be arranged fixed in space. The light guide is then arranged to be movable at least in the region of its entrance end together with the coupling-in optics, the coupling-in optics being fixed relative to the entry end of the light guide. Alternatively, the first light source and the second light source may be arranged to be movable. In this case, the optical waveguide is spatially stationary at least in the region of its entrance end together with the coupling-in optics.
Zum ermöglichen der Relativbewegung zwischen den Lichtquellen und dem Eintrittsende des Lichtleiters können die erste Lichtquelle sowie die zweite Lichtquelle einerseits und das Eintrittsende des Lichtleiters andererseits relativ zueinander linear verschiebbar angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle in einem Winkel zueinander angeordnet sind und dass die Lichtquellen und das Eintrittsende des Lichtleiters derart relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, das eine Bewegung der Lampen auf einer Kurve um das Eintrittsende des Lichtleiters herum erfolgen kann. Hierbei ist grundsätzlich eine Drehung der Lampen oder eine Drehung des Lichtleiters möglich. Weitere Konfigurationen, die eine Relativbewegung zwischen den Lichtquellen einerseits und dem Eintrittsende des Lichtleiters andererseits zulassen, sind möglich.To enable the relative movement between the light sources and the entrance end of the light guide, the first light source and the second light source on the one hand and the entrance end of the light guide on the other hand can be arranged linearly displaceable relative to each other. Alternatively, it is also possible for the first light source and the second light source to be arranged at an angle to one another and for the light sources and the entry end of the light guide to be movable relative to one another such that the lamps move on a curve around the entry end of the light guide can be done. In principle, a rotation of the lamps or a rotation of the light guide is possible. Other configurations that allow a relative movement between the light sources on the one hand and the entrance end of the light guide on the other hand, are possible.
Die Einkopplungsoptik der Beleuchtungsvorrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Sammellinse. Diese ermöglicht das Fokussieren des Beleuchtungslichtes auf das Eintrittsende des Lichtleiters, wobei die Größe des Leuchtflächendurchmessers des von der Sammellinse erzeugten konvergenten Strahlenbündels an der Stirnfläche des Lichtleiters an die Größe der Fläche und der Öffnungswinkel des Strahlenbündels an den maximal nutzbaren Einfallswinkel der Faser angepasst werden können.The coupling optics of the illumination device comprises in particular at least one convergent lens. This makes it possible to focus the illuminating light on the incident end of the optical waveguide, wherein the size of the luminous surface diameter of the convergent beam generated by the converging lens on the end face of the optical waveguide can be adapted to the size of the surface and the aperture angle of the beam to the maximum usable angle of incidence of the fiber.
Es ist vorteilhaft, wenn die optische Achse der Einkopplungsoptik mit der optischen Achse des Eintrittsendes des Lichtleiters zusammen fällt. Insbesondere ist es zudem vorteilhaft, wenn der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle eine Einrichtung zum Generieren eines parallelen Beleuchtungsstrahlenbündels aus dem von den Lichtquellen abgegebene Beleuchtungslicht zugeordnet ist. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Generieren eines parallelen Beleuchtungsstrahlenbündels wenigstens einen parabolischen Reflektor umfassen, der das von den Lichtquellen abgegebene Beleuchtungslicht parallelisiert. Alternativ kann die Einrichtung zum Generieren eines parallelen Beleuchtungsstrahlenbündels wenigstens eine Sammellinse zum Parallelisieren des den Lichtquellen abgegebene Beleuchtungslichtes umfassen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle zum Parallelisieren des abgegebenen Beleuchtungslichtes jeweils einen eigenen parabolischen Reflektor bzw. eine eigene Sammellinse aufweisen, der bzw. die räumlich relativ zur jeweiligen Lichtquelle fixiert ist. Auf diese Weise ist immer eine hinreichend genaue Parallelisierung des Lichtes der jeweiligen Lichtquelle gewährleistet. Alternativ besteht grundsätzlich aber auch die Möglichkeit, lediglich einen einzigen Reflektor bzw. eine einzige Sammellinse vorzusehen, wobei dann die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen dem Reflektor bzw. der Linse einerseits und den Lichtquellen andererseits gegeben sein muss. Die Parallelisierung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes macht die Einkopplung in das Eintrittsende des Lichtleiters vom axialen Abstand der Lichtquelle zum Eintrittsende des Lichtleiters weitgehend unabhängig.It is advantageous if the optical axis of the coupling optics coincides with the optical axis of the entrance end of the optical waveguide. In particular, it is also advantageous for the first light source and the second light source to be assigned a device for generating a parallel illumination beam from the illumination light emitted by the light sources. By way of example, the device for generating a parallel illumination beam may comprise at least one parabolic reflector, which parallelises the illumination light emitted by the light sources. Alternatively, the means for generating a parallel illumination beam may comprise at least one converging lens for parallelizing the illumination light emitted to the light sources. In particular, it is advantageous if the first light source and the second light source for parallelizing the emitted illumination light each have their own parabolic reflector or a separate converging lens, which is spatially fixed relative to the respective light source. In this way, a sufficiently accurate parallelization of the light of the respective light source is always guaranteed. Alternatively, however, in principle it is also possible to provide only a single reflector or a single converging lens, in which case the possibility of a relative movement between the reflector or the lens on the one hand and the light sources on the other must be provided. The parallelization of the light emitted by the light source makes the coupling into the inlet end of the light guide from the axial distance of the light source to the inlet end of the light guide largely independent.
Die Einkopplungsoptik der Beleuchtungsvorrichtung kann weitere Elemente enthalten, beispielsweise einen Abschwächer und/oder wenigstens einen Filter, mit denen die Intensität und/oder das Spektrum des in das Eintrittsende des Lichtleiters eingekoppelten Lichtes beeinflusst werden können. Außerdem kann sie als mehrlinsiges System ausgebildet sein, um Abbildungsfehler zu vermindern.The coupling optics of the illumination device can contain further elements, for example an attenuator and / or at least one filter with which the intensity and / or the spectrum of the light coupled into the input end of the optical waveguide can be influenced. In addition, it may be designed as a multi-line system to reduce aberrations.
Ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungsgerät ist mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ausgestattet. Aufgrund des Vorhandenseins der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist die Verringerung der Beleuchtungsintensität im Falle einer Fehlpositionierung bei einem Wechsel von der ersten Lichtquelle zur zweiten Lichtquelle im Vergleich zum Stand der Technik verringert. Insgesamt wird das optische Beobachtungsgerät dadurch gegen eine Fehlpositionierung beim Wechsel von der ersten Lichtquelle zur zweiten Lichtquelle unempfindlicher.An optical observation device according to the invention is equipped with a lighting device according to the invention. Due to the presence of the illumination device according to the invention, the reduction of the illumination intensity in the case of an incorrect positioning during a change from the first light source to the second light source is reduced compared to the prior art. Overall, the optical observation device is thus less sensitive to incorrect positioning when changing from the first light source to the second light source.
Das optische Beobachtungsgerät kann insbesondere ein medizinisch optisches Beobachtungsgerät sein, etwa ein Operationsmikroskop oder Endoskop. Bei solchen Geräten, die typischerweise während einer Operation zum Einsatz kommen, können durch die erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen Verminderungen der Lichtintensität auf Grund von einer Fehljustierung beim Wechsel von der ersten Lichtquelle zur zweiten Lichtquelle zuverlässiger vermieden werden als beim Verwendung von Beleuchtungsvorrichtungen nach stand der Technik.The optical observation device may in particular be a medical optical observation device, such as a surgical microscope or endoscope. With such devices, which are typically used during an operation, diminutions of the light intensity due to misalignment in the change from the first light source to the second light source can be made more reliable by the lighting devices according to the invention avoided when using lighting devices according to the prior art.
Weitere Merkmale, Eigenschaften oder Vorteile der vorliegenden Erfindung ergebnen sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties or advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.
Das in
Statt lediglich einer Achromatlinse, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Objektiv
Beobachterseitig des Objektivs
An den Vergrößerungswechsler
An die Schnittstelle
Das Operationsmikroskop
In dem in
Als Lichtquellen kommen alle gängigen Lichtquellen wie beispielsweise Glühlampen, Gasentladungslampen, Halbleiterlichtquellen, etc. in Frage. Häufig finden bspw. Halogenlampen oder Xenonlampen Verwendung. Aber auch beispielsweise LED's kommen immer mehr zur Anwendung.As light sources all common light sources such as incandescent lamps, gas discharge lamps, semiconductor light sources, etc. in question. For example, halogen lamps or xenon lamps are often used. But even LEDs, for example, are increasingly being used.
Mittels der Einkopplungsoptik
Optional kann die Beleuchtungsvorrichtung
In der Beleuchtungsvorrichtung
Obwohl ein Austausch der ersten Lichtquelle
Im Unterschied zum in
Statt wie bisher beschrieben die Lichtquellen
Weitere Abänderungen gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind möglich. So kann etwa statt eines parabolischen Reflektors zum Erzeugen des parallelen Strahlenbündels
Die vorliegende Erfindung stellt eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein medizinisch optisches Beobachtungsgerät wie etwa ein Operationsmikroskop oder ein Endoskop, zur Verfügung, welches einen raschen Austausch der Beleuchtungslichtquelle ermöglicht und dabei eine hohe Toleranz gegenüber Fehlpositionierungen beim Wechsel der Lichtquelle aufweist.The present invention provides an illumination device for an optical observation device, in particular for a medical optical observation device such as a surgical microscope or an endoscope, which enables a rapid replacement of the illumination light source and thereby has a high tolerance to incorrect positioning when changing the light source.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Operationsmikroskopsurgical microscope
- 33
- Beobachtungsobjektobservation object
- 55
- Objektivlens
- 77
- divergentes Strahlenbündeldivergent beam
- 99
- paralleles Strahlenbündelparallel beam
- 1111
- Vergrößerungswechslermagnification changer
- 1313
- SchnittstellenanordnungInterface arrangement
- 1515
- StrahlteilerprismaBeam splitter prism
- 1717
- Binokulartubusbinocular
- 1919
- Tubusobjektivtube objective
- 2121
- ZwischenbildebeneIntermediate image plane
- 2323
- Prismaprism
- 2525
- Okularlinseeyepiece
- 2727
- Beleuchtungsvorrichtunglighting device
- 2929
- Lichtleiteroptical fiber
- 3131
- Lichtquellelight source
- 3232
- parabolischer Reflektorparabolic reflector
- 3333
- Eintrittsendeentry end
- 3535
- Sammellinseconverging lens
- 3737
- Umlenkspiegeldeflecting
- 3939
- paralleles Strahlenbündelparallel beam
- 4040
- konvergentes Strahlenbündelconvergent beam
- 4141
- Filterfilter
- 4343
- mechanischer Abschwächenmechanical weakening
- 4545
- Filterfilter
- FF
- Fokusfocus
- OAL OA L
- optische Achse der Lichtquelleoptical axis of the light source
- OAE OA E
- optische Achse des Eintrittsendes des Lichtleitersoptical axis of the entrance end of the optical fiber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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US20170037855A1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-09 | Hangzhou Sanhua Research Institute Co., Ltd. | Electrically driven pump and method for manufacturing the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL FISCHER, PATENTANWAELTE, DE Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL FISCHER, PATENTANWAELTE, PA |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CARL ZEISS MEDITEC AG, DE Free format text: FORMER OWNER: CARL ZEISS SURGICAL GMBH, 73447 OBERKOCHEN, DE Effective date: 20111125 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20111125 Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL FISCHER, PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20111125 |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
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Effective date: 20120801 |