DE102016114242A1

DE102016114242A1 - Abstrahleinheit für eine Operationsleuchte

Info

Publication number: DE102016114242A1
Application number: DE102016114242.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Rommel
Original assignee: Frowein EZH GmbH
Current assignee: Frowein EZH GmbH
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: DE102016114242B4

Abstract

Abstrahleinheit (01) für eine Leuchte (02) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (07, 07.1, 07.2) und je einem dem Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) zugeordneten Abstrahlelement (09, 09.1, 09.2) zur Erzeugung je eines Abstrahlfeldes (06) eines Leuchtmittels (07, 07.1, 07.2), wobei dass die Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) in Richtung einer optischen Achse (A) der Abstrahleinheit (01) hintereinander angeordnet sind und wobei Hauptabstrahlrichtungen 08 der Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (A) verlaufen, insbesondere mit der optischen Achse (A) zusammenfallen. Und eine Operationsleuchte (02) mit einer entsprechenden Abstrahleinheit (01).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstrahleinheit für eine Leuchte mit mindestens zwei Leuchtmitteln und je einem dem Leuchtmittel zugeordneten Abstrahlelement zur Erzeugung eines Abstrahlfeldes eines Leuchtmittels. Die Erfindung betrifft ferner eine Operationsleuchte mit zumindest einer Abstrahleinheit.
Derartige Abstrahleinheiten und Operationsleuchten werden u.a. im medizinischen Anwendungsbereich zur Ausleuchtung von Operationsfeldern, z.B. im Rahmen von medizinischen Untersuchungen oder chirurgischen Eingriffen eingesetzt.
Das von den Leuchtmitteln emittierte Licht wird über das jeweilige Abstrahlelement in Richtung des Operationsfelds gelenkt, so dass ein Abstrahlfeld erzeugt wird, welches beispielsweise den Spezifikationen für Operationsleuchten entspricht. Zur Lenkung der Lichtstrahlen der Leuchtmittel sind verschiedene Ausführungsformen von Abstrahlelementen bekannt.
Dabei sind bereits Abstrahleinheiten bekannt, bei denen jedem Leuchtmittel ein Abstrahlelement zugeordnet ist. Dies kann beispielsweise die optischen Eigenschaften des Abstrahlfeldes verbessern.
Bei Abstrahleinheiten, insbesondere für Operationsleuchten, ist es zudem besonders wünschenswert, dass das jeweilige Abstrahlfeld einer Abstrahleinheit und die aus mehreren Abstrahlfeldern mehrerer Abstrahleinheiten kombinierte Lichtaustrittsfläche einer Operationsleuchte möglichst groß und homogen sind. Dadurch wird ermöglicht, dass Hindernisse zwischen der Abstrahleinheit oder der Operationsleuchte und dem Operationsfeld "hinterleuchtet" werden können. Dies bedeutet, dass bei entsprechend großen und homogenen Abstrahlfeldern Hindernisse, wie beispielsweise Operationsbesteck sowie Hände und weitere Gliedmaßen, keinen oder nur einen minimal ausgeprägten Schatten im Operationsfeld ausbilden.
Aus dem Stand der Technik sind dabei bereits verschiedene Abstrahlelemente bekannt, die ein entsprechend räumlich aufgeweitetes und zudem homogenes Abstrahlfeld eines zugeordneten Leuchtmittels ermöglichen. Diese haben jedoch mitunter den Nachteil, dass sie verhältnismäßig groß sind und bei einer vorgegebenen Größe der Leuchte, insbesondere Operationsleuchte, nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Abstrahlelemente aufweisenden Abstrahleinheiten von der Leuchte oder Operationsleuchte aufgenommen werden können. Gleichzeitig besteht jedoch das Problem, dass bei einer entsprechenden Miniaturisierung der je einem Leuchtmittel zugeordneten Abstrahlelemente und damit der Abstrahleinheiten die besonders gewünschten Eigenschaften eines homogenen und großen Abstrahlfeldes negativ beeinflusst werden.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Abstrahleinheit für eine Leuchte anzugeben, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Im Hinblick auf eine Abstrahleinheit der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die zumindest zwei Leuchtmittel auf einer optischen Achse der Abstrahleinheit hintereinander angeordnet sind, wobei Hauptabstrahlrichtungen der Leuchtmittel im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufen, insbesondere mit der optischen Achse zusammenfallen.
Durch das erfindungsgemäße Anordnen der Leuchtmittel hintereinander in Richtung einer optischen Achse und die Anordnung der Leuchtmittel mit deren Hauptabstrahlrichtungen parallel zur optischen Achse, insbesondere auf der optischen Achse, wird eine entsprechende Erhöhung der Leuchtmittel pro Fläche, also eine Erhöhung der Leuchtmitteldichte erreicht, ohne dass dazu die jeweiligen Abstrahlelemente verkleinert werden müssen und ohne dass auf eine Zuordnung eines Leuchtmittels zu je einem Abstrahlelement verzichtet werden muss. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise bei einer Leuchte mit einer vorgegebenen Gesamtgröße die Anzahl der Leuchtmittel und entsprechenden Abstrahlelementen erhöht werden, ohne dass dadurch die optisch vorteilhaften Eigenschaften der Abstrahleinheiten hinsichtlich eines großen und homogenen Abstrahlfeldes durch die Verkleinerung der Abstrahlelemente verschlechtert werden.
Gemäß einer ersten, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leuchtmittel Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugen. Dadurch wird neben der verbesserten räumlichen Integration der Leuchtmittel und dazugehörigen Abstrahlelementen in einem vorgegebenen Bauraum der Abstrahleinheit auch ermöglicht, dass die Abstrahleinheit Licht mit unterschiedlichen, insbesondere variablen Eigenschaften abstrahlt.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein erstes Leuchtmittel weißes Licht mit einer ersten Farbtemperatur beispielsweise kaltes weißes Licht erzeugt und ein zweites Leuchtmittel weißes Licht mit einer zweiten Farbtemperatur beispielsweise warmes weißes Licht erzeugt. Dadurch wird erreicht, dass die Abstrahleinheit, je nach Ansteuerung der beiden Leuchtmittel, weißes Licht mit einer einstellbaren Farbtemperatur erzeugt, welche sich zwischen der Farbtemperatur des ersten Leuchtmittels und der Farbtemperatur des zweiten Leuchtmittels einstellen lässt.
Alternativ zu Leuchtmitteln mit jeweils einer Weißlicht ergebenden spektralen Abstrahlcharakteristik können auch andere Leuchtmittel mit jeweils unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung in einer Abstrahleinheit gemäß der Erfindung kombiniert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Abstrahleinheit ist vorgesehen, dass die Abstrahlelemente so zueinander angeordnet sind, dass der parallel zur optischen Achse abgestrahlte Teil des jeweiligen Abstrahlfelds der Leuchtmittel maximiert wird. Als parallel zur optischen Achse abgestrahlter Anteil des Abstrahlfelds soll dabei ein Lichtstrahl gelten, der das Abstrahlelement oder die Abstrahleinheit mit einem Winkel von kleiner ±10° zur optischen Achse, insbesondere kleiner ±5° zur optischen Achse, verlässt.
Durch die Maximierung des parallelen Anteils des abgestrahlten Lichts bezüglich der optischen Achse wird die Homogenität des Abstrahlfeldes, insbesondere bei einer großen Abstrahlfläche der Abstrahlelemente und der Abstrahleinheit und dadurch die Qualität des abgestrahlten Lichts weiter verbessert. Außerdem wird die Effizienz der Abstrahleinheit weiter verbessert, da ein maximal großer Anteil des erzeugten Lichts parallel zur optischen Achse abgestrahlt wird und damit ein minimaler Anteil an nicht nutzbarem Streulicht verloren geht.
In einer ebenfalls bevorzugten Weiterentwicklung der Abstrahleinheit kann vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente so zueinander angeordnet sind, dass die Abstrahlfelder der jeweiligen Kombination aus Leuchtmittel und Abstrahlelement beim Austritt aus der Abstrahleinheit im Wesentlichen vollständig miteinander überlagert sind. Eine bereits beim Austritt der Strahlung aus der Abstrahleinheit vorliegende vollständige Überlagerung der jeweiligen Abstrahlfelder hat zumindest den folgenden Vorteil. Das von der Abstrahleinheit ausgehende Abstrahlfeld ist mit zunehmender Entfernung von der Abstrahleinheit weitestgehend konstant und unveränderlich. Dies betrifft u.a. keinesfalls jedoch ausschließlich die Ausgestaltung der Abstrahleinheit mit Leuchtmitteln, die Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugen. Denn dann führt die vollständige Überlagerung der Abstrahlfelder beim Austritt aus der Abstrahleinheit dazu, dass das gewünschte Mischlicht nicht erst in einem bestimmten Abstand von der Abstrahleinheit, wie beispielsweise einem Brennpunkt der Abstrahleinheit, vorliegt und abseits dieses Brennpunkts die Eigenschaften des Mischlichts, insbesondere die spektrale Zusammensetzung des Mischlicht, variieren.
Außerdem kann in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Abstrahleinheiten vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente so zueinander angeordnet sind, dass die Abstrahlelemente in Richtung der optischen Achse der Abstrahleinheit hintereinander angeordnet sind. Durch die Anordnung der Abstrahlelemente hintereinander in Richtung der optischen Achse der Abstrahleinheit wird einerseits ermöglicht, dass für jedes Leuchtmittel die Geometrie zwischen einem Leuchtmittel und dem einem Leuchtmittel zugeordneten Abstrahlelement identisch ausgebildet ist. Außerdem wird durch die Anordnung der Abstrahlelemente hintereinander in Richtung einer optischen Achse eine besonders kompakte Bauart, insbesondere besonders geringe Außenabmessungen der Abstrahleinheit erreicht, ohne dass dabei die Größe der Abstrahlelemente und dadurch die optischen Eigenschaften des Abstrahlfeldes wesentlich verringert werden.
Durch das hintereinander Anordnen der Abstrahlelemente in Richtung der optischen Achse wird erreicht, dass die Abstrahleinheit als Stapeleinheit ausgebildet wird. Dies bedeutet, dass zwei oder mehr Abstrahlelemente mit den entsprechend zugeordneten Leuchtmitteln in Richtung der optischen Achse übereinander gestapelt werden können.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstrahleinheit kann vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente so zueinander angeordnet sind, dass das Abstrahlfeld eines in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten Leuchtmittels zumindest das Abstrahlelement eines in Richtung der optischen Achse weiter vorne angeordneten Leuchtmittels transmittiert. Auch durch diese Ausgestaltung wird eine besonders vorteilhafte und kompakte Bauweise der Abstrahleinheiten ermöglicht.
Denn die in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten Abstrahlelemente müssen nicht derart ausgestaltet sein, dass sie die in Richtung der optischen Achse jeweils weiter vorne angeordneten Abstrahlelemente umgehen oder umleuchten. Dadurch wird ebenfalls ermöglicht, dass die Fläche der Abstrahlelemente senkrecht zur optischen Achse, insbesondere die Durchmesser der Abstrahlelemente einer Abstrahleinheit, nur geringfügig variieren. Dies wiederum ermöglicht auch, dass das von der jeweiligen Kombination aus Leuchtmittel und zugeordnetem Abstrahlelement erzeugte Abstrahlfeld hinsichtlich Größe der Fläche und Homogenität weitgehend identisch ist, was insbesondere beim Verwenden von Leuchtmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften von besonderem Vorteil ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente als Linse ausgestaltet sind. Insbesondere kann besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente als Linse ausgestaltet sind, bei dem ein Großteil des von den Leuchtmitteln eingekoppelten Lichts oder eingekoppelter Lichtstrahlen zumindest eine zweifache Totalreflexion (TIR) an den Grenzflächen zwischen der Linse und dem Umgebungsmedium erfährt oder erfahren. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente als Linsen ausgestaltet sind, die einen Brennpunkt aufweisen, wobei die Linse derart ausgestaltet ist, dass die Anordnung eines Leuchtmittels im Brennpunkt ermöglicht wird.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Abstrahleinheiten sieht vor, dass die Abstrahlelemente konzentrisch um die optische Achse der Abstrahleinheit angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Abstrahlelemente wird einerseits eine kompakte Bauform der Abstrahleinheit ermöglicht und andererseits die optischen Eigenschaften des abgestrahlten Lichts positiv beeinflusst. Denn durch eine konzentrische Anordnung der Abstrahlelemente bezüglich der optischen Achse, insbesondere wenn die Abstrahlelemente auf der optischen Achse hintereinander angeordnet sind, wird eine besonders hohe Symmetrie der unterschiedlichen Abstrahlfelder bezüglich der optischen Achse der Abstrahleinheit erreicht, so dass ein hohes Maß an Homogenität der jeweiligen Abstrahlfelder und damit auch des gesamten von der Abstrahleinheit abgestrahlten Lichts gegenüber der optischen Achse erreicht werden kann.
Durch die frühzeitige Überlagerung der Strahlung von unterschiedlichen Leuchtmitteln und einer kleinen Winkeldivergenz der von den Abstrahlelementen erzeugten Abstrahlfeldern mit gegebenenfalls verschiedenen spektralen Zusammensetzungen wird die Ausbildung von Farbschatten auf dem Operationsfeld vermieden bzw. minimiert. Auf diese Weise kann ein hohes Maß an Homogenität der Ausleuchtung des Operationsfeldes erzeugt werden, auch wenn Hindernisse zwischen der Operationsleuchte und dem Operationsfeld Lichtanteile blockieren.
Ebenfalls kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Abstrahlelemente in Richtung der optischen Achse auf der Außenoberfläche eine Stufenstruktur mit Plateauabschnitten, die bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse verlaufen und Reflexionsabschnitten, die bevorzugt gegenüber der optischen Achse geneigt verlaufen, aufweisen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Abstrahlelemente so ausgestaltet sind, dass sie im Inneren im rechten Winkel zur optischen Achse, insbesondere radial verlaufend, abwechselnd Aufweitungsabschnitte und Auskopplungsabschnitte aufweisen. Die Auskopplungsabschnitte fallen mit den Abschnitten der Abstrahlelemente zusammen, in denen die Stufenstruktur der Außenoberfläche einen Reflexionsabschnitt aufweist. Der Reflexionsabschnitt, insbesondere die Neigung des Reflexionsabschnitts gegenüber der optischen Achse des Abstrahlelements ist dabei so ausgestaltet, dass möglichst für alle auftreffenden Lichtstrahlen eine Totalreflexion erfolgt, die insbesondere dazu führt, dass die Lichtstrahlen nach der Totalreflexion im Wesentlichen parallel zur optischen Achse der Abstrahleinheit verlaufen.
In den Aufweitungsabschnitten im Inneren der Abstrahlelemente, die mit den Plateau-Abschnitten der Stufenstruktur der Außenoberfläche der Abstrahlelemente zusammenfallen, erfolgt eine bevorzugt senkrecht zur optischen Achse verlaufende Führung möglichst aller im Abstrahlelement geführten Lichtstrahlen. Dementsprechend weisen die Aufweitungsabschnitte, insbesondere die Außenoberfläche der Abstrahlelemente im Bereich der Plateau-Abschnitte, bevorzugt eine zur optischen Achse im Wesentlichen senkrecht verlaufende Außenoberfläche auf.
Um einen Großteil der Lichtstrahlen innerhalb des Abstrahlelements im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse zu leiten, kann vorgesehen sein, dass die Innenoberfläche der Abstrahlelemente durch eine Parabeloberfläche gebildet wird, die insbesondere als ein um die optische Achse gebildeter Rotationskörper mit einer parabolischen Oberfläche ausgestaltet ist.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Außenoberfläche der Abstrahlelemente in den Reflexionsabschnitten eine Facettenstruktur aufweist. Dies bedeutet, dass die Außenoberfläche der Abstrahlelemente im Bereich der Reflexionsabschnitte neben einer grundsätzlichen Neigung gegenüber der optischen Achse eine Facettenstruktur aufweisen kann, die beispielsweise aus Ausschnitten von ellipsenförmigen Rotationskörpern bestehen. Derartig ausgebildete Facetten der Außenoberfläche unterstützen die Lichtbündelung des Abstrahlelements. Die Facettenstruktur kann auch aus ebenen Flächenelementen bestehen, um die Abstrahlcharakteristik eine Leuchtmittels im Abstrahlelement zu homogenisieren. Weiterhin kann die Facettenstruktur beispielsweise aus 90°-Prismen gebildet sein. Eine derartige Facettierung der Außenoberfläche in den Reflexionsabschnitten der Abstrahlelemente begünstigt die Totalreflexion an der Oberfläche der Abstrahlelemente. Außerdem erlaubt eine Anbringung einer Facettenstruktur, dass die Abstrahlelemente, im Gegensatz zu einer Aufbringung einer etwa metallischen Reflexionsschicht, mit weniger Verfahrensschritten hergestellt werden können. Insbesondere wird so ermöglicht, dass die Abstrahlelemente in einem einzigen Verfahren, wie beispielsweise einem Spritzgussverfahren, hergestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass die Stufenstrukturen der Abstrahlelemente zumindest abschnittsweise gegeneinander versetzt ausgeführt sind. Eine derartige Ausführung der Abstrahlelemente ist insbesondere dann besonders wünschenswert, wenn neben den Leuchtmitteln auch die Abstrahlelemente in Richtung der optischen Achse hintereinander angeordnet sind und das Abstrahlfeld einer in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten Leuchtmittels zumindest das Abstrahlelement eines in Richtung der optischen Achse weiter vorne angeordneten Leuchtmittels passieren oder transmittieren soll.
Denn durch die zumindest abschnittsweise gegeneinander versetzte Stufenstruktur der jeweiligen Abstrahlelemente wird ermöglicht, dass in einem Auskopplungsabschnitt eines in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten Abstrahlelements ein Aufweitungsabschnitt eines in Richtung der optischen Achse weiter vorne angeordneten Abstrahlelements angeordnet ist, so dass ein Großteil der Strahlen des weiter hinten angeordneten Abstrahlelements ohne wesentlichen Brechung, Beugung oder sonstige negative Beeinflussung durch die Aufweitungsabschnitte, insbesondere im Bereich der Plateau-Abschnitte, in das weiter vorne angeordnete Abstrahlelement eingestrahlt und gleichermaßen verlust- und/oder brechungsfrei aus dem weiter vorne angeordneten Abstrahlelement wieder ausgestrahlt werden können.
Bei einer Operationsleuchte der eingangs genannten Art wird die eingangs formulierte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Operationsleuchte zumindest eine Abstrahleinheit nach einer der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen umfasst. Hierbei ergeben sich insgesamt dieselben Vorteile, welche bereits im Zusammenhang mit den Abstrahleinheiten beschrieben wurden. Insbesondere wird eine Operationsleuchte mit einer hohen Dichte an Leuchtmitteln und zugeordneten Abstrahlelementen ermöglicht, die zudem jeweils ein großflächiges und homogenes Abstrahlfeld generieren, so dass insgesamt die Lichtaustrittsfläche der Operationsleuchte besonders groß und besonders homogen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels einer Operationsleuchte;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abstrahleinheit;
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Abstrahleinheit;
4 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Abstrahleinheit samt beispielhafter Strahlenführung; und
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abstrahleinheit samt exemplarischer Strahlenführung.
1 zeigt eine Operationsleuchte 02 mit mehreren Abstrahleinheiten 01, welche beispielsweise bei chirurgischen Eingriffen zur Ausleuchtung eines Operationsfeldes 03 verwendet wird. Die Operationsleuchte 02 kann dabei mehrere nebeneinander liegende Abstrahleinheiten 01 umfassen, welche insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse 04 der Operationsleuchte 02 angeordnet sein können. Um die Lichtaustrittsfläche 05 der Operationsleuchte 02 bei einer vorgegebenen Größe der Operationsleuchte 02 beispielsweise durch eine vorgegebene Größe des Gehäuses 04 möglichst groß und homogen auszugestalten, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Abstrahleinheiten 01 ebenfalls verhältnismäßig groß sind und ihrerseits ein möglichst homogenes Abstrahlfeld 06 erzeugen. Die zur Erreichung dieses Ziels bekannten, verhältnismäßig großen Abstrahlelemente limitieren jedoch die Anzahl der in der Operationsleuchte 02 aufnehmbaren Abstrahleinheiten und damit die Anzahl der möglichen Leuchtmittel, insbesondere wenn jedem Leuchtmittel ein Abstrahlelement zugeordnet ist.
Um bei einer gattungsgemäßen Leuchteinheit mehrere Leuchtmittel und zugeordnete Abstrahlelemente verwenden zu können, ohne dabei die Größe des jeweils dem Leuchtmittel zugeordneten Abstrahlelements verringern zu müssen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, die Leuchtmittel in Richtung einer optischen Achse der Abstrahleinheit 01 hintereinander anzuordnen, wobei die Hauptabstrahlrichtungen der Leuchtmittel im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufen, insbesondere mit der optischen Achse zusammenfallen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird u.a. unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Die 2 zeigt eine Abstrahleinheit 01, bei der ein erstes Leuchtmittel 07.1 und ein zweites Leuchtmittel 07.2 in Richtung einer optischen Achse A der Abstrahleinheit 01 hintereinander angeordnet sind. Die Hauptabstrahlrichtungen 08, Leuchtmittel 90.7 fallen dabei mit der optischen Achse A zusammen.
Bei den Leuchtmitteln 07 kann es sich sowohl um eine einzelne Lichtquelle als auch um eine Mehrzahl von Lichtquellen handeln. Beispielsweise können die Leuchtmittel eine einzelne Leuchtdiode (LED) oder eine Vielzahl von LEDs aufweisen. Es können jedoch auch andere Lichtquellen und deren Kombinationen als Leuchtmittel im Sinne der Erfindung verwendet werden.
Aus der 2 geht weiter hervor, dass die Abstrahleinheit 01 zwei Abstrahlelemente 09 umfasst, wobei ein erstes Abstrahlelement 09.1 dem ersten Leuchtmittel 07.1 zugeordnet ist und entsprechend ein zweites Abstrahlelement 09.2 dem zweiten Leuchtmittel 07.2 zugeordnet ist.
Dabei sind auch die Abstrahlelemente 09 in Richtung der optischen Achse A der Abstrahleinheit 01 hintereinander angeordnet. Insbesondere sind die Abstrahlelemente 09 konzentrisch um die optische Achse A angeordnet und zudem auf der optischen Achse A hintereinander angeordnet. Die Außenoberfläche 10 der Abstrahlelemente 09 weist dabei eine Stufenstruktur 11 auf, die in Richtung der optischen Achse verläuft. Die Stufenstruktur 11 umfasst dabei Plateauabschnitte 12 und Reflexionsabschnitte 13. Die Plateauabschnitte 12 verlaufen senkrecht zur optischen Achse A. Die Reflexionsabschnitte 13 sind zur optischen Achse A geneigt ausgebildet.
Wie anhand der rechten Seite der dargestellten Abstrahleinheiten 01 der 2 erkennbar ist, sind die Plateauabschnitte 12 und die Reflexionsabschnitte 13 der Abstrahlelemente 09.1 und 09.2 vollständig gegeneinander verschoben. Dies bedeutet, dass die Reflexionsabschnitte 13 des in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten zweiten Abstrahlelements 09.2 entlang der optischen Achse A vollständig auf Plateauabschnitte 12 des entlang der optischen Achse A weiter vorn angeordneten Abstrahlelements 09.1 treffen. Die besondere Bedeutung der gegeneinander verschobenen Reflexionsabschnitte und Plateauabschnitte wird im Zusammenhang mit 5 noch eingehender erläutert.
Die Innenoberfläche 14 der Abstrahlelemente 09 ist dabei so ausgebildet, dass ein Rotationskörper um die optische Achse A mit einer parabelförmigen Krümmung gebildet wird. Dadurch wird ermöglicht, dass von den Leuchtmitteln 07 ausgehende Strahlen nach einer ersten Totalreflexion an der Innenoberfläche 14 der Abstrahlelemente 9 weitestgehend unabhängig vom Abstrahlwinkel des Leuchtmittels 07 weitestgehend senkrecht zur optischen Achse A verlaufen. Dementsprechend bildet die Stufenstruktur 11 der Außenoberfläche 10 zusammen mit parabelförmigen Innenoberfläche 14 im Inneren der Abstrahlelemente Aufweitungsbereiche 15 und Auskopplungsbereiche 16 aus. In dem Aufweitungsbereich 15 verlaufen die Lichtstrahlen weitestgehend senkrecht zur optischen Achse A. In den Auskopplungsbereich 16 erfolgt eine weitere Totalreflexion, nach der die Lichtstrahlen weitestgehend parallel zur optischen Achse A verlaufen.
In der 3 ist eine Abstrahleinheit 09 und ein zugeordnetes Leuchtmittel 07 dargestellt, wie es in der erfindungsgemäßen Abstrahleinheit 01 zum Einsatz kommen kann. Neben der mit Bezug auf 2 bereits beschriebenen Stufenstruktur 11 der Außenoberfläche 10 des Abstrahlelements 09 ist in der 3 zudem eine in den Reflexionsabschnitten 13 auf der Außenoberfläche 11 ausgeprägte Facettierung 17 schematisiert dargestellt.
Je nach Ausbildung der Facetten können verschiedene Funktionen begünstigt werden. So können die Fokussiereigenschaften des Abstrahlelements oder eine verbesserte Reflexion an der Außenoberfläche 10 erleichtert werden. Zudem kann dadurch eine Beschichtung der Reflexionsabschnitte 13, beispielsweise mit einem metallischen Material, unterbleiben und damit der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten für die Abstrahlelemente reduziert werden.
Die 4 zeigt ein Leuchtmittel 07 und ein zugeordnetes Abstrahlelement 09 sowie beispielhafte Strahlengänge ausgehend von dem Leuchtmittel 07 durch das Abstrahlelement 09. Nach dem Verlassen des Leuchtmittels 07 werden die einzelnen Lichtstrahlen über eine innere Eintrittsoberfläche 18 in das Abstrahlelement transmittiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung ist die Brechung der Strahlen 19 an der Eintrittsoberfläche nicht dargestellt.
Von der Eintrittsoberfläche aus werden die Strahlen 19 auf die parabelförmig verlaufende Innenoberfläche 14 geleitet, wo eine erste Totalreflexion an der Innenoberfläche 14 erfolgt. Durch die Ausgestaltung der Innenoberfläche 14 wird zudem erreicht, dass nach der Totalreflexion ein Großteil der Strahlen 19 senkrecht zur optischen Achse A verläuft und in einem Aufweitungsbereich 15 geführt wird, bis sie auf die Reflexionsabschnitte 13 der Stufenstruktur 11 der Außenoberfläche 10 treffen. An der Außenoberfläche 10 erfolgt im Bereich der Reflexionsabschnitte 13 eine zweite Totalreflexion, die dazu führt, dass die Strahlen 19 im Wesentlichen parallel zur optischen Achse A verlaufen und so aus dem Abstrahlelement 09 ausgekoppelt werden.
5 zeigt beispielhafte Strahlengänge von Strahlen 19 zweier unterschiedlicher, entlang einer optischen Achse A hintereinander angeordneter Leuchtmittel 07.1 und 07.2. Für die Strahlen 19 des ersten Leuchtmittels 07.1 gilt im Wesentlichen das bereits mit Bezug auf 4 erläuterte Verhalten. Für die Strahlen 19 des in Richtung der optischen Achse A weiter hinten angeordneten Leuchtmittels 07.2 gilt bis zur Auskopplung oder bis zum Verlassen der Strahlen 19 aus dem zweiten Abstrahlelement 09.2 ebenfalls das Verhalten, wie mit Bezug zu 4 beschrieben.
Des Weiteren sind die Abstrahlelemente 09.1 und 09.2 so zueinander angeordnet, dass das Abstrahlfeld einer in Richtung der optischen Achse weiter hinten angeordneten Leuchtmittels 07.2 das Abstrahlelement 09.1 eines in Richtung der optischen Achse A weiter vorne angeordneten Leuchtmittels 07.1 transmittiert. Dazu ist wie bereits in 2 beschrieben in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Stufenstruktur des ersten Abstrahlelements 09.1 vollständig gegenüber der Stufenstruktur 11 des zweiten Abstrahlelements 09.2 versetzt ausgeführt ist. Denn dadurch wird ermöglicht, dass das Transmittieren der Strahlen 19 des zweiten Leuchtmittels 07.2 durch das erste Abstrahlelement 09.1 weitestgehend ohne Brechung oder Streuung erfolgt. Denn sowohl beim Eintritt der Strahlen 19 in das erste Abstrahlelement 09.1 als auch beim Wiederaustritt treffen die Strahlen 19 nur auf im Wesentlichen senkrecht zu den Strahlen 19 verlaufende Oberflächen des Abstrahlelements 09.1.
Wie anhand der in der 5 beispielhaft dargestellten Lichtstrahlen 19 erkenntlich ist, sind die Abstrahlelemente 09 so zueinander angeordnet, dass die Abstrahlfelder der jeweiligen Abstrahlelemente 09.1 und 09.2 beim Austritt aus der der Abstrahleinheit 01 im Wesentlichen vollständig miteinander überlagert sind. Außerdem sind die Abstrahlelemente so zueinander angeordnet, dass der parallel zur optischen Achse abgestrahlte Anteil des jeweiligen Abstrahlfeldes maximiert wird.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abstrahleinheit 01 für den Fall, dass die Leuchtmittel 07.1 und 07.2 Licht mit jeweils unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugen. Wenn beispielsweise das Leuchtmittel 07.1 weißes Licht mit einer ersten Farbtemperatur erzeugt und das zweite Leuchtmittel 07.2 weißes Licht mit einer zweiten Farbtemperatur erzeugt, so kann durch die erfindungsgemäße Anordnung der Leuchtmittel 07.1 und 07.2 erreicht werden, dass bereits beim Verlassen der Abstrahleinheit 01 ein homogen und im Wesentlichen vollständig gemischtes Weißlicht von der Abstrahleinheit 01 abgestrahlt wird, welches zudem weitestgehend parallel zur optischen Achse abgestrahlt wird. Dadurch lassen sich in besonders vorteilhafte Weise Abstrahleinheiten 01 mit einer einstellbaren Farbtemperatur oder sonstigen einstellbaren Eigenschaften des abgestrahlten Lichts erzeugen. Die Homogenität des Operationsfeldes bleibt ebenso erhalten, wenn Hindernisse zwischen Operationsleuchte und Operationsfeld Lichtanteile blockieren.
Bezugszeichenliste

01: Abstrahleinheit
02: Operationsleuchte
03: Operationsfeld
04: Gehäuse
05: Lichtaustrittsfläche
06: Abstrahlfeld
07: Leuchtmittel
07.1: erstes Leuchtmittel
07.2: zweites Leuchtmittel
08: Hauptabstrahlrichtung
09: Abstrahlelement
09.1: erstes Abstrahlelement
09.2: zweites Abstrahlelement
10: Außenoberfläche
11: Stufenstruktur
12: Plateauabschnitt
13: Reflexionsabschnitt
14: Innenoberfläche
15: Aufweitungsbereich
16: Auskopplungsbereich
17: Facettierung
18: Eintrittsoberfläche
19: Strahlen
A: optische Achse

Claims

Abstrahleinheit für eine Leuchte (02) mit mindestens zwei Leuchtmitteln (07, 07.1, 07.2) und je einem dem Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) zugeordneten Abstrahlelement (09, 09.1, 09.2) zur Erzeugung je eines Abstrahlfeldes (06) eines Leuchtmittels (07, 07.1, 07.2), dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) in Richtung einer optischen Achse (A) der Abstrahleinheit (01) hintereinander angeordnet sind, wobei Hauptabstrahlrichtungen (08) der Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (A) verlaufen, insbesondere mit der optischen Achse (A) zusammenfallen.
Abstrahleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (07, 07.1, 07.2) Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugen.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) so zueinander angeordnet sind, dass die Abstrahlfelder (06) beim Austritt aus der Abstrahleinheit (01) im Wesentlichen vollständig miteinander überlagert sind.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) so zueinander angeordnet sind, dass der parallel zur optischen Achse (A) abgestrahlte Anteil des Abstrahlfelds (06) maximiert wird.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) in Richtung der optischen Achse (A) hintereinander angeordnet sind.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) so zueinander angeordnet sind, dass das Abstrahlfeld (06) einer in Richtung der optischen Achse (A) weiter hinten angeordneten Leuchtmittels (07.2) zumindest das Abstrahlelement (09.1) eines in Richtung der optischen Achse weiter vorn angeordneten Leuchtmittels (07.1) transmittiert.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) als Linse ausgestaltet sind.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) konzentrisch um die optische Achse (A) angeordnet sind.
Abstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) in Richtung der optischen Achse auf der Außenoberfläche (10) eine Stufenstruktur (11) mit Plateauabschnitten (12), welche bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu optische Achse (A) verlaufenden, und Reflexionsabschnitten (13), welche bevorzugt zur optischen Achse (A) geneigt verlaufen, aufweist.
Abstrahleinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche (10) in den Reflexionsabschnitten (13) eine Facettenstruktur (17) aufweist.
Abstrahleinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenstrukturen (11) der Abstrahlelemente (09, 09.1, 09.2) zumindest abschnittsweise gegeneinander versetzt ausgeführt sind.
Operationsleuchte gekennzeichnet durch zumindest eine Abstrahleinheit (01) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen.