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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ausleuchtung eines Ausleuchtbereichs einer Ausleuchtvorrichtung, eine entsprechende Ausleuchtvorrichtung sowie die Verwendung einer solchen Ausleuchtvorrichtung für eine Operationsleuchtvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass Ausleuchtvorrichtungen z.B. für Operationsleuchtvorrichtungen Verwendung finden. Hierfür weisen die Ausleuchtvorrichtung wenigstens zwei Lichtmodule auf, welche in der Lage sind Licht zu emittieren. Dieses ausgesendete Licht dient dazu, eine Aufhellung eines Ausleuchtbereichs zur Verfügung zu stellen. Dabei handelt es sich insbesondere um den Operationsbereich, so dass das Ausleuchten einer Wunde während einer Operation durch eine solche Ausleuchtvorrichtung gewährleistet werden kann. Dabei ist entscheidend, dass ein ausreichender Helligkeitsgrad innerhalb des Ausleuchtbereichs erreicht wird, um insbesondere Farbunterschiede und Schattierungen innerhalb des Ausleuchtbereichs eindeutig und möglichst spezifisch wahrnehmen zu können.
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Nachteilhaft bei bekannten Ausleuchtvorrichtungen ist es, dass innerhalb des Ausleuchtbereichs gearbeitet werden muss. Dies führt dazu, dass zwangsläufig Schlagschattenbildung innerhalb des Ausleuchtbereichs stattfindet. Handelt es sich bei der Ausleuchtvorrichtung z.B. um eine Operationsleuchte, so muss der zuständige Operateur mit seinen Händen, seinen Armen und teilweise sogar mit seinem Kopf zwischen der Ausleuchtvorrichtung und dem Ausleuchtbereich positioniert sein. Dies führt dazu, dass diese einzelnen Körperteile einen Schatten auf den Ausleuchtbereich werfen. Üblicherweise handelt es sich beim Ausleuchtbereich um eine Fokussierung ausgehend von einer relativ breit ausgebildeten Ausleuchtvorrichtung. Befindet sich ein Körperteil des Operateurs zwischen der Ausleuchtvorrichtung und dem Ausleuchtbereich, so erfolgt ein im Wesentlichen sogar vollständiges Abdunkeln des Ausleuchtbereichs und damit eine Verschlechterung der Sichtverhältnisse. Die bisher bekannten Lösungen für solche Vermeidungen von Schattenbildungen zielen darauf ab besonders breite Ausleuchtvorrichtungen zur Verfügung zu stellen. Dies führt jedoch zu hohem konstruktivem Aufwand, so dass derartige Ausleuchtvorrichtungen besonders kostenintensiv sind. Auch ist nicht an jedem Einsatzort ausreichend Platz, um solche besonders groß ausgebildeten Ausleuchtvorrichtungen überhaupt anzubringen. Nicht zuletzt ist die Bedienbarkeit solcher besonders groß ausgebildeter Ausleuchtvorrichtungen nachteilhaft.
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EP 1741975 A2 beschreibt eine Operationsleuchte mit mehreren unabhängig voneinander bewegbaren Trägerplatten, wobei an jeder Trägerplatte mehrere Leuchten befestigt sind. Dabei wird weiter beschrieben, dass eine Steuerung einzelne Leuchten selektiv ansteuern kann, um nicht abgeschattete Leuchten mit etwas mehr Leistung anzusteuern als abgeschattete Leuchten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen der voranstehend beschriebenen Nachteile zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine verbesserte Ausleuchtsituation für den Ausleuchtbereich zur Verfügung zu stellen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Ausleuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und eine Verwendung einer Ausleuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Verwendung einer Ausleuchtvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Verbesserung der Ausleuchtung eines Ausleuchtbereichs, insbesondere eines Operationsbereichs, einer Ausleuchtvorrichtung. Hierfür weist diese Ausleuchtvorrichtung, insbesondere in Form einer Operationsleuchtvorrichtung, mindestens zwei Lichtmodule und wenigstens eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von Tiefeninformationen auf. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Überwachen eines Überwachungsvolumens zwischen den Lichtmodulen und dem Ausleuchtbereich,
- - Erkennen der Position und der Geometrie als Objektdaten zumindest eines Objekts innerhalb des Überwachungsvolumens anhand von durch die Sensorvorrichtung erfassten Tiefeninformationen,
- - Vergleich der erkannten Objektdaten mit Strahlengängen der Lichtmodule,
- - Verändern der Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls auf Basis des Vergleichs der erkannten Objektdaten mit Strahlengängen der Lichtmodule.
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Unter einem Ausleuchtbereich ist insbesondere ein Bereich des gesamten Lichtfeldes der Ausleuchtvorrichtung zu verstehen. Selbstverständlich können das gesamte Lichtfeld und der Ausleuchtbereich auch deckungsgleich ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass einzelne Bereiche oder mehrere Bereiche des Lichtfeldes als Ausleuchtbereich ausgebildet sind.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erfolgt eine Anpassung der Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls an erkannte Objekte innerhalb des Überwachungsvolumens. Das Überwachungsvolumen ist dabei definiert als ein Volumen, welches sich zumindest teilweise zwischen der Ausleuchtvorrichtung und dem Ausleuchtbereich erstreckt. Insbesondere deckt dieses Überwachungsvolumen zumindest teilweise das Ausleuchtvolumen ab, also die Summe sämtlicher Strahlengänge ausgehend von den Lichtmodulen, welche auf den Ausleuchtbereich treffen. Vorteilhaft ist es, wenn die Überschneidung zwischen diesem Ausleuchtvolumen und dem Überwachungsvolumen möglichst groß ausgebildet ist. Insbesondere wird der Bereich ausgehend vom Ausleuchtbereich für das Ausleuchtvolumen im Wesentlichen komplett von dem Überwachungsvolumen überschnitten. In Richtung der Ausleuchtvorrichtung kann es jedoch sein, dass ein Erkennungsabstand eingehalten wird, so dass direkt im Anschluss an den Ausleuchtbereich keine Überschneidung zwischen Überwachungsvolumen und Ausleuchtvolumen bestehen muss. Unter der Tiefeninformation ist insbesondere eine dreidimensionale Rauminformation zu verstehen.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird es möglich, eine Überwachung von potentiellen Objekten hinsichtlich Position und Geometrie innerhalb des voranstehend beschriebenen Überwachungsvolumens durchzuführen. Wird ein solches Objekt erkannt, so wird nicht nur das grundsätzliche Vorhandensein, sondern die Position und zumindest aus Sicht der Sensorvorrichtung die Geometrie als Objektdaten dieses Objekts erkannt. Diese Objektdaten können nun verglichen werden mit den einzelnen Strahlengängen der Lichtmodule, also grundsätzlich mit dem bereits beschriebenen Ausleuchtvolumen. Jedoch werden das Objekt bzw. die Objektdaten nicht nur grundsätzlich mit dem Ausleuchtvolumen, sondern mit den einzelnen Strahlengängen einzelner Lichtmodule verglichen, so dass eine Korrelation von abgedeckten und freien Strahlengängen zwischen Lichtmodulen und den Objektdaten des Objekts erstellt werden kann. Mit anderen Worten lässt sich eine Korrelation ziehen, welche Strahlengänge von welchen Lichtmodulen durch das erkannte Objekt abgedeckt werden. Im Umkehrschluss sind Strahlengänge definierbar, welche von dem erkannten Objekt unbeeinflusst von dem jeweiligen Lichtmodul zum Ausleuchtbereich gelangen können. So lassen sich durch das Erkennen der Objektdaten und deren Vergleich mit den Strahlengängen der Lichtmodule beeinflusste Strahlengänge von unbeeinflussten Strahlengängen hinsichtlich einer Beeinflussung, also einer Verschattung, durch das Objekt unterscheiden. Damit lassen sich die Lichtmodule im Wesentlichen in drei unterschiedliche Verschattungssituationen unterteilen. Sind sämtliche Strahlengänge eines Lichtmoduls unbeeinflusst von dem Objekt und somit keine Schattenbildung innerhalb dieser Strahlengänge ausgebildet, handelt es sich um ein unverschattetes Lichtmodul. Ist im Gegensatz dazu eine Beeinflussung sämtlicher Strahlengänge dieses Lichtmoduls durch das Objekt der Fall, so handelt es sich um ein vollverschattetes Lichtmodul. Wird nur ein Teil der Strahlengänge eines Lichtmoduls, z.B. bei einem Lichtmodul mit einer Mehrzahl von Lichtquellen, durch das Objekt beeinflusst, also verschattet, so kann dies als teilverschattetes Lichtmodul verstanden werden.
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Die anschließende Veränderung der Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls auf dem voranstehenden Vergleich zieht nun die im voranstehenden Absatz erläuterte unterschiedliche Definition der einzelnen Lichtmodule in Betracht. So wird grundsätzlich ein Objekt zu einer Verschattung und damit zu einer Reduktion der Lichtintensität im Ausleuchtbereich führen. Diese Reduktion der Lichtintensität ist, wie erläutert worden ist, unerwünscht, so dass eine Kompensation erfolgen soll. Diese Kompensation erfolgt dadurch, dass unverschattete Lichtmodule mit einer höheren Lichtintensität bzw. mit einer höheren Lichtimmissionsleistung betrieben werden. Mit anderen Worten erfolgt ein Ausgleich im Ausleuchtbereich, so dass abgeschattete Strahlengänge durch intensivierte Strahlengänge von unbeeinflussten Lichtmodulen kompensiert werden können. Aufgrund des Eindringens eines Objekts in das Überwachungsvolumen findet eine Verschiebung der Gewichtung der Lichtintensität zwischen den einzelnen Lichtmodulen statt. Unverschattete Lichtmodule übernehmen damit die Lichtemission von verschatteten oder teilverschatteten Lichtmodulen, so dass in Summe eine konstante oder im Wesentlichen konstante Lichtintensität im Ausleuchtbereich zur Verfügung gestellt werden kann.
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Unter einer Veränderung der Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls ist auch ein Beeinflussen der teilverschatteten oder der vollverschatteten Lichtmodule zu verstehen. So können vollverschattete Lichtmodule hinsichtlich ihrer Lichtemission reduziert oder sogar komplett ausgeschaltet werden. Da die Strahlengänge komplett vom Objekt beeinflusst sind und dementsprechend nicht mehr den Ausleuchtbereich zur Ausleuchtung desselben erreichen können, bringen sie für die gewünschte Gesamtintensität im Ausleuchtbereich auch keinen Beitrag. Um Energie zu sparen und auch hinsichtlich Wärmeemission eine Verbesserung zu erzielen, können solche vollverschatteten Lichtmodule dementsprechend hinsichtlich ihrer Lichtemission reduziert oder sogar komplett ausgeschaltet werden.
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Bei teilverschatteten Lichtmodulen sind wiederum zwei grundsätzliche Betriebsweisen unterscheidbar. So ist zu unterscheiden welche Gesamtlichtintensität im Ausleuchtbereich gewünscht ist und ob diese durch die verbleibenden unverschatteten Lichtmodule durch Erhöhung der Lichtintensität derselben erreicht werden kann. Kann dies der Fall sein, so ist eine zusätzliche Lichtemmission nicht mehr notwendig, so dass die teilverschatteten Lichtmodule hinsichtlich ihrer Lichtintensität gleichbleiben oder sogar reduziert werden können. Reicht jedoch durch eine z.B. großflächig angelegte Verschattung eines Objekts die gesteigerte Lichtintensität der unverschatteten Lichtmodule nicht aus, um die Verschattung zu kompensieren oder im Wesentlichen zu kompensieren, so können auch teilverschattete Lichtmodule mit einer erhöhten Lichtintensität betrieben werden, um mit den unverschatteten Strahlengängen eine Kompensation oder eine Teilkompensation der Verschattung im Ausleuchtbereich mit sich zu bringen. Auf diese Weise wird zwar für die verschatteten Strahlengänge eine unnötige Erhöhung der Lichtintensität mit sich gebracht, jedoch können die unverschatteten Strahlengänge ihren Kompensationsbeitrag liefern, um auch bei großflächiger Verschattung eine möglichst gute Kompensation der Verschattung hinsichtlich der Gesamtleuchtintensität im Ausleuchtbereich mit sich zu bringen.
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Bei einer Sensorvorrichtung handelt es sich im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere um eine Kameravorrichtung, vorzugsweise eine sogenannte 3D-Kamera. Sie ist als Tiefeninformationssystem (sogenanntes TIS) ausgebildet und liefert eine Tiefeninformation, anhand derer die Position und die Geometrie als Objektdaten eines Objekts innerhalb des Überwachungsvolumens erkannt werden können. Selbstverständlich kann eine Sensorvorrichtung ein oder auch mehrere Sensormittel aufweisen. Insbesondere erfolgt eine Überlagerung einzelner Tiefeninformationsbilder, um die beschriebenen Objektdaten besonders genau zur Verfügung stellen zu können.
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Selbstverständlich kann für ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Kalibrationsschritt vorab durchgeführt werden, um die einzelnen Strahlengänge den Lichtmodulen in einer Kontrolleinheit zuweisen zu können. Auch eine Kalibrierung der Sensorvorrichtung hinsichtlich der erfassten Tiefeninformationen und einer Korrelation zu den Objektdaten kann als separater Schritt zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden.
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Hinsichtlich der Erkennung der Position und der Geometrie des Objekts ist insbesondere der Umriss in Strahlungsrichtung, also entlang der Strahlengänge für das Objekt entscheidend. Bevorzugt wird somit nicht die dreidimensionale Streckung des Objekts, sondern vielmehr die Projektionsfläche des Objekts in Richtung des Strahlengangs erfasst. Mit anderen Worten wird nicht die dreidimensionale Erstreckung des Objekts, sondern dessen Verschattungswirkung mit Korrelation zu den vorhandenen Strahlengängen der Lichtmodule erfasst. Dabei kann für jedes Objekt relativ für unterschiedlich ausgerichtete Lichtmodule auch eine unterschiedliche Geometrie als Objektdaten erfassbar sein. Dies hängt sozusagen von der Korrelation der Sensorvorrichtung und dem Vergleich des jeweiligen Lichtmoduls ab.
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Die Geschwindigkeit der Veränderung der Lichtintensität, also insbesondere die Geschwindigkeit der Kompensation der Verschattung, wird dabei vorzugsweise geringer als eine Sekunde sein. Bevorzugt ist eine Kompensationsgeschwindigkeit, also eine Veränderungsgeschwindigkeit, im Bereich von weniger als ca. 0,2 Sekunden. Insbesondere erfolgt ein Vergleich hinsichtlich der Ausleuchtintensität im Ausleuchtbereich für eine geforderte Mindestintensität. Jedoch kann es auch vorteilhaft sein, wenn sichergestellt wird, dass durch einen Vergleich eine Maximalintensität nicht überschritten wird. Auf diese Weise wird die Betriebssicherheit weiter erhöht. So kann zusätzlich eine Intensitätsüberwachungsvorrichtung angeordnet sein, welche in der Lage ist die tatsächliche Ist-Situation hinsichtlich der Ausleuchtqualität im Ausleuchtbereich zu bestimmten.
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Für die Ausleuchtung des Ausleuchtbereichs mit den Lichtmodulen ist neben einer Fokussierung des Lichts auch eine Kollimierung oder eine Beinahekollimierung möglich, insbesondere mit kleinen Divergenzwinkeln. Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Reduktion unnötiger Wärmeabgabe der Ausleuchtvorrichtung, eine Reduktion des Platzbedarfs der Ausleuchtvorrichtung und eine Vermeidung von unerwünschten Lichtschwankungen.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Verfahrensschritte, insbesondere das Erkennen der Objektdaten und der Vergleich mit den Strahlengängen der Lichtmodule, in einer Schleife wiederholend durchgeführt werden. Beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren somit kontinuierlich oder semikontinuierlich bzw. quasikontinuierlich die Überwachung auf verschattende Objekte durchgeführt. Die Schleife ist sozusagen eine Iteration des Verfahrens, so dass ständig eine Überwachung auf potentielle Objektverschattungen durchgeführt wird. Wird ein Objekt erkannt, so kann über die Schleifenwiederholung auch eine Mittelung der Objektdaten erfolgen, um über mehrere Erfassungsrunden in dem Verfahren eine verbesserte Erkennung und eine fehlerminimierte Erfassung von Objektdaten zur Verfügung stellen zu können. Dabei wird die Schleife auch hinsichtlich der zeitlichen Durchführung überwacht, um eine Kompensation, z.B. bei besonders kurzzeitigen Verschattungen zu vermeiden. Schnelle Regelunterschiede für die einzelnen Lichtintensitätseinstellungen der Lichtmodule werden auf diese Weise vorzugsweise vermieden. Unerwünschte und unruhige Lichtsituationen, wie z.B. Lichtblitze oder schnelle aufeinanderfolgende Wechsel zwischen Ausleuchtsituationen des Ausleuchtbereichs können auf diese Weise besonders wirksam vermieden werden. Vorzugsweise ist somit eine kontinuierliche Ausübung des Verfahrens für eine kontinuierliche Zurverfügungstellung der erfindungsgemäßen Funktionalität vorgesehen. Dabei kann auch eine Mittelung der über die Iterationen ermittelten Werte erfolgen.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schritte der Veränderung der Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls in gedämpfter, insbesondere in zeitlich gedämpfter, Weise erfolgt. Eine zeitlich gedämpfte Weise der Veränderung bedeutet, dass sprunghafte Veränderungen der Lichtintensität der einzelnen Lichtmodule vermieden werden. Insbesondere werden auf diese Weise schnelle Regelungssprünge bzw. Wechsel in der Regelung vermieden. Lichtblitze bei kurzzeitigen Verschattungen können auf diese Weise unterbunden werden. Mit anderen Worten handelt es sich um eine erzwungene Regelträgheit, um eine verbesserte Akzeptanz beim Nutzer und insbesondere schnelle Helligkeitswechsel, welche zu einer Ablenkung von der eigentlichen Arbeit für den Benutzer führen würden, zu vermeiden. Bevorzugt handelt es sich bei der Dämpfung im Wesentlichen um eine Dämpfung des Schrittes der Reduktion der Lichtintensität, das heißt des Abdunkelns von Lichtmodulen. Das Kompensieren durch das Intensivieren der Lichtintensität einzelner Lichtmodule geschieht vorzugsweise ungedämpft und dementsprechend möglichst schnell. Bei der Entschattung durch das Objekt geschieht vorzugsweise ebenfalls eine ungedämpfte Regelung um möglichst ein zu helles Ausleuchten zu vermeiden. Auch ist es möglich über mehrere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Mittelung der Objekterkennung durchzuführen. Dies vermeidet ein Verändern der Lichtintensität bei nur kurzzeitiger Verschattung.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren durch den Schritt des Vergleichs für jedes Lichtmodul eine lokale Verschattung des Ausleuchtbereichs einem Lichtmodul zugewiesen wird. Durch die bereits beschriebene Korrelation zwischen Strahlengängen und Lichtmodulen können damit Verschattungssituationen einzelnen Lichtmodulen zugewiesen werden. Wie ebenfalls bereits erläutert worden ist, können Lichtmodule in vollverschattete Lichtmodule, unverschattete Lichtmodule und teilverschattete Lichtmodule unterschieden werden. Es entsteht also eine explizite Korrelation zwischen der Verschattung durch das Objekt und das entsprechende Lichtmodul. Damit wird eine verbesserte Grundlage für die nachfolgende Regelung der Kompensation zur Verfügung gestellt, wie sie bereits ausführlich erläutert worden ist.
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Bei einem Verfahren gemäß der Ausführung nach dem voranstehenden Absatz kann es weiter vorteilhaft sein, wenn die Lichtintensität wenigstens eines Lichtmoduls erhöht wird und/oder die Lichtintensität des Lichtmoduls mit der zugewiesenen Verschattung reduziert wird. Hier ist insbesondere zu unterscheiden zwischen vollverschatteten Lichtmodulen und unverschatteten Lichtmodulen. Unverschattete Lichtmodule werden insbesondere hinsichtlich der erzeugten Lichtintensität erhöht, um eine Kompensation der Verschattung zu erreichen. Vollverschattete Lichtmodule werden hinsichtlich ihrer erzeugten Lichtintensität reduziert, um Energieverbrauch und unnötige Wärmeerzeugung zu vermeiden. Bei teilabgeschatteten Lichtmodulen sind beide Richtungen denkbar, um zum einen die bereits beschriebene Kompensation auch bei großflächigen Verschattungen durch Lichtintensitätserhöhung bei teilverschatteten Lichtmodulen zu erreichen. Reicht für die Kompensation eines erzeugten Schattens durch ein Objekt die gesteigerte Lichtintensität der unverschatteten Lichtmodule aus, so können die teilverschatteten Lichtmodule hinsichtlich ihrer Lichtintensität unverändert oder sogar reduziert betrieben werden.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Erkennen der Objektdaten zumindest eines Objekts innerhalb des Überwachungsvolumens mit einem Überwachungswinkel von ≥ ca. 45° durchgeführt wird. Unter dem Überwachungswinkel ist dabei insbesondere ein im Wesentlichen keglig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildetes Überwachungsvolumen zu verstehen, welches sich ausgehend von einer Kegelspitze an der Sensorvorrichtung erstreckt. Der Überwachungswinkel ist somit der Öffnungswinkel des Kegels dieses Überwachungsvolumens. Je größer dieser Überwachungswinkel ausgebildet ist, umso weiter oben, das heißt umso näher an der Ausleuchtvorrichtung, kann die Überwachung stattfinden. Der Überwachungsabstand bzw. die Überwachungsentfernung, ab welcher die Überwachung des Überwachungsvolumens stattfinden kann, wird also reduziert. Damit verbessert sich die Überwachung durch eine Vergrößerung des Überwachungsvolumens, so dass mit höherer Sicherheit die erfindungsgemäße Verbesserung der Ausleuchtung im Ausleuchtbereich erzielbar wird. Bevorzugt sind sogar Überwachungswinkel von ≥ ca. 60°. Allerdings sind auch andere Winkel auch bis zu ca. 120° oder mehr im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Erkennen der Objektdaten zumindest eines Objekts innerhalb des Überwachungsvolumens mit einem Erkennungsabstand im Bereich zwischen ca. 10 cm und ca. 150 cm durchgeführt wird. Die ersten 10 cm Abstand zwischen Ausleuchtvorrichtung und Überwachungsvolumen sind dabei im Wesentlichen unerheblich, da dort nur mit sehr geringerer Wahrscheinlichkeit ein Objekt angeordnet sein wird. Insbesondere wird ein Nutzer der Ausleuchtvorrichtung vermeiden seine Körperteile dort zu positionieren, da er sonst möglicherweise Sterilitätsprobleme beheben müsste. Entscheidend ist ein Erkennungsabstand ab ca. 10 cm ausgehend von der Ausleuchtvorrichtung bis zu ca. 150 cm. Übliche Beabstandungen zwischen Ausleuchtvorrichtung und Ausleuchtbereich liegen dabei im Bereich ca. 100 cm. Durch die Reduktion des Erkennungsabstands auf die beschriebenen Werte wird insbesondere eine Kostenreduktion der Sensorik, also der Sensorvorrichtung, erzielt.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als erster Schritt ein Kalibrationsschritt für die Erkennung des Arbeitsabstands zwischen der Ausleuchtvorrichtung und dem Ausleuchtbereich durchgeführt wird. Dabei erfolgt bei der Kalibrierung die Erkennung des Arbeitsabstands, also der Abstand zwischen Ausleuchtvorrichtung und Ausleuchtbereich. Dieser Kalibrationsschritt wird vorzugsweise häufiger durchgeführt und kann z.B. in festen Abständen immer wieder eine Zwischenkalibrierung der Ausleuchtvorrichtung zur Verfügung stellen. Mit anderen Worten erfolgt eine Nullsetzung für den Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Vergleich der Erkennung der Objekte erfolgt mit dem kalibrierten Arbeitsabstand, so dass die beschriebenen Vergleiche zu den Strahlengängen der Lichtmodule durchgeführt werden können. Auch ist es möglich, dass durch eine Kalibrierung Transformationsmatrizen zur Verfügung gestellt werden, welche zwischen unterschiedlichen Koordinatensystemen der Lichtmodule, der Sensorvorrichtung und des realen Koordinatensystems berechenbar unterscheiden können. Insbesondere erfolgt dies bei der Kombination mit einer automatisierten Verstellung der Ausleuchtvorrichtung. Dabei ist es möglich für die Kalibration die Sensorvorrichtung zu verwenden. Auch kann die Kalibration iterativ während der Ausleuchtung erfolgen und damit regelmäßig erneuert werden.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich die Schritte der Erkennung des Arbeitsabstands zwischen der Ausleuchtvorrichtung und dem Ausleuchtbereich sowie dem Vergleich des erkannten Arbeitsabstands mit einem vordefinierten Wert für den Arbeitsabstand durchgeführt werden. Neben der grundsätzlichen erfindungsgemäßen Funktionalität einer Kompensation von Verschattungen durch Objekte wird auf diese Weise eine Veränderung der Ausleuchtung durch fehlerhaften Arbeitsabstand erreicht. Eine Ausleuchtvorrichtung weist eine Fokussierung des Strahlengangs auf, so dass ein idealer Arbeitsabstand für ideale Fokussierung mit erhöhter Intensität gegeben ist. Verändert sich der Arbeitsabstand von diesem idealen Arbeitsabstand weg, so reduziert sich auch die Art und Weise der Fokussierung und damit die Lichtintensität im Ausleuchtbereich. Mit anderen Worten wird durch fehlerhaft gewählten Arbeitsabstand ebenfalls eine Reduktion der Ausleuchtung im Ausleuchtbereich erzielt, ohne das verschattende Objekte vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird also auch für eine derartige Reduktion der Lichtintensität zur Kompensation verwendet, und kann durch Erhöhung der Lichtintensität aller Lichtmodule bei falschem oder fehlerhaftem Arbeitsabstand die gewünschte Ausleuchtsituation im Ausleuchtbereich zur Verfügung stellen.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ausleuchtvorrichtung für die Ausleuchtung eines Ausleuchtbereichs, aufweisend zumindest zwei Lichtmodule mit jeweils wenigstens einem Leuchtmittel und wenigstens einer Sensorvorrichtung zur Erfassung von Tiefeninformationen. Dabei ist weiter eine Kontrolleinheit vorgesehen, insbesondere für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine erfindungsgemäße Ausleuchtvorrichtung bringt dementsprechend die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. die Lichtmodule sind dabei mit Lichtquellen ausgestatte, zum Beispiel in Form von LED. Damit kann ein schnelles Schalten bei kleiner Baugröße der Lichtmodule erreicht werden. Auch der Kostenaufwand für die Lichtmodule dieser Bauart ist gering.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung ist es von Vorteil, wenn die Kontrolleinheit weiter ausgebildet ist für die Veränderung der Lichtintensität, wenigstens eines der Lichtmodule auf Basis der erkannten Objektdaten mit Strahlengängen der Lichtmodule. Dabei werden insbesondere die entsprechenden Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt, wodurch die entsprechend beschriebenen Vorteile erzielbar werden.
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Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung zumindest zwei Sensormittel der Sensorvorrichtung vorgesehen sind, welche beabstandet zueinander angeordnet sind. Dabei kann zumindest ein Sensormittel zentral in der Mitte der Ausleuchtvorrichtung angeordnet sein. Auch eine komplett dezentrale Anordnung verschiedener Sensormittel für eine verbesserte Erfassung der gewünschten Tiefeninformationen kann Vorteile mit sich bringen.
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Weiter ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Ausleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Operationsleuchtvorrichtung. Insbesondere bei Operationsleuchtvorrichtungen ist die Ausleuchtung im Ausleuchtbereich, also im Operationsbereich, von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Durchführung der Arbeit, also der Operation. Dementsprechend ist gerade in solchen Einsatzzwecken ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Funktionalität einer Ausleuchtvorrichtung mit besonders großen Vorteilen behaftet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung,
- 2 die Ausführungsform der 1 mit eingezeichneten Strahlengängen,
- 3 die Ausführungsformen der 1 und 2 mit einem eingebrachten Objekt,
- 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung, und
- 5 die Ausführungsform der 4 mit eingebrachtem Objekt.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausleuchtvorrichtung 10. Diese weist eine Vielzahl von Lichtmodulen 20, nämlich die Lichtmodule 20a bis 20g auf. Darüber hinaus sind zwei Sensormittel 32 als Sensorvorrichtung 30 vorgesehen. Auch ist eine Kontrolleinheit 40 ausgebildet, welche mit der Sensorvorrichtung 30 in signalkommunizierendem Kontakt steht. Die Sensormittel 32 sind für die Erfassung von Tiefeninformationen ausgebildet.
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2 zeigt eine mögliche Anordnung einer Ausleuchtvorrichtung 10. Die einzelnen Lichtmodule 20 (20a bis 20g) erzeugen einen Ausleuchtbereich 100, welcher mit einem Arbeitsabstand A zur Ausleuchtvorrichtung 10 angeordnet ist. Schematisch sind einige Strahlengänge S für die Lichtmodule 20 angedeutet. Somit überlappen sämtliche Strahlengänge innerhalb des Ausleuchtbereichs 100 und erzeugen dort in Summe die gewünschte Gesamtintensität in diesem Ausleuchtbereich 100. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass sich die Strahlengänge nur teilweise überlappen oder sogar überhaupt nicht überlappen.
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3 zeigt die Situation gemäß 2 nach dem Eindringen eines Objekts 200 in das entsprechende Überwachungsvolumen 110, welches später z.B. in der 4 gezeigt ist. Das Erkennen des Objekts 200 erfolgt hinsichtlich Objektdaten bezogen auf Geometrie und Position des Objekts 200. Die Erkennung erfolgt durch die Sensormittel 32 der Sensorvorrichtung 30. Anhand der 4 und 5 wird anschließend erläutert, wie ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar wird.
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Auch die 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform einer Ausleuchtvorrichtung 10. Hier sind Lichtmodule 20a bis 20f voneinander unterscheidbar, die jeweils drei Lichtquellen aufweisen. In 4 ist wieder der Arbeitsabstand A gut zu erkennen. Auch weist das Sensormittel 32 der Sensorvorrichtung 30 einen Überwachungswinkel α auf, welcher eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Ausbildung eines Überwachungsvolumens 110 mit sich bringt. Die äußersten Strahlengänge S beschränken hier von den äußersten Lichtmodulen 20 den Lichtkegel, welcher in fokussierender Weise auf den Ausleuchtbereich 100 trifft. Der Schnittpunkt des Lichtkegels und des Überwachungsvolumens 110 bildet hier die Grenze für den Erkennungsabstand E, welcher insbesondere relevant ist für die Erkennung von Objekten 200.
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Dringt ein Objekt 200, wie dies 5 zeigt, in das Überwachungsvolumen 110 ein, so wird es durch die Sensorvorrichtung 30 hinsichtlich seiner Objektdaten, also hinsichtlich der Position und der Größe, erkannt. Anschließend wird, wie 5 es z.B. zeigt, ein Vergleich mit den Strahlengängen S durchgeführt. Bei diesem Vergleich wird erkannt, dass bei der Anordnung gemäß 5 die beiden Lichtmodule 20e und 20f voll verschattet werden. Das bedeutet, dass die Strahlengänge S ausgehend von diesen beiden Lichtmodulen 20e und 20f nicht mehr in der Lage sind, ihren Beitrag zur Ausleuchtintensität im Ausleuchtbereich 100 zur Verfügung zu stellen. Die Strahlengänge der Lichtmodule 20a bis 20c sind unverschattet, so dass eine Erhöhung der Lichtintensität dieser drei Lichtmodule 20 eine Kompensation der Verschattung, das heißt der reduzierten Ausleuchtung der Gesamtintensität im Ausleuchtbereich 100 bewirken kann. Bei dem letzten Lichtmodul 20d handelt es sich um einen teilverschatteten Zustand. So kann, wenn die Erhöhung der Lichtintensität durch die Lichtmodule 20a bis 20c nicht ausreicht, auch die Lichtintensität des Lichtmoduls 20d erhöht werden. Der nichtverschattete Teil der Strahlengänge trägt damit ebenfalls zur beschriebenen Kompensation bei. Reicht jedoch die Erhöhung der Intensität der Lichtmodule 20a bis 20c für die gewünschte Kompensation der Ausleuchtung im Ausleuchtbereich 100 bereits aus, so kann z.B. eine Reduktion der Intensität auch des teilverschatteten Lichtmoduls 20d stattfinden.
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Die Lichtmodule 20e und 20f, welche vollverschattet vom Objekt 200 sind, werden vorzugsweise hinsichtlich ihrer Lichtintensität reduziert oder sogar komplett ausgeschaltet. Damit wird unnötiger Energieverbrauch und unerwünschte Erwärmung des Objekts 200 vermieden bzw. reduziert.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ausleuchtvorrichtung
- 20
- Lichtmodul
- 20a
- Lichtmodul
- 20b
- Lichtmodul
- 20c
- Lichtmodul
- 20d
- Lichtmodul
- 20e
- Lichtmodul
- 20f
- Lichtmodul
- 20g
- Lichtmodul
- 22
- Leuchtmittel
- 30
- Sensorvorrichtung
- 32
- Sensormittel
- 40
- Kontrolleinheit
- 100
- Ausleuchtbereich
- 110
- Überwachungsvolumen
- 200
- Objekt
- A
- Arbeitsabstand 10
- E
- Erkennungsabstand
- α
- Überwachungswinkel
- S
- Strahlengang
