DE1034116B

DE1034116B - Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Operationsleuchte

Info

Publication number: DE1034116B
Application number: DEH29428A
Authority: DE
Inventors: Adolf Weyrauch; Dr Kurt Raentsch
Original assignee: Optische Werke A G; M Hensoldt and Soehne Optische Werke AG
Current assignee: Optische Werke A G; Carl Zeiss Sports Optics GmbH
Priority date: 1957-02-23
Filing date: 1957-02-23
Publication date: 1958-07-17

Description

Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Operationsleuchte Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Operationsleuchte, zur Abbildung einer Lichtquelle an einem Bildort, bei der in dem Abbildungsstrahlengang außer einem Hohlspiegel zwei aus Elementarlinsen bestehende Linsenraster vorgesehen sind, von denen der eine die Lichtquelle auf den zweiten Raster abbildet und der zweite Raster die Elementarlinse des ersten an den Bildort wirft. Derartige Beleuchtungseinrichtungen sind bei Projektionsgeräten bekannt. Sie haben den Vorteil, daß mit ihnen am Bildort ein homogenes Leuchtfeld entsteht und die Leuchtfeldbegrenzung durch Ausbildung der Elementarlinsen scharf und in geeigneter Form gewählt werden kann. Diese bekannte Einrichtung ist für Projektionszwecke gedacht, also für Zwecke, bei denen der Abstand zwischen Lichtquelle und Bildort der Lichtquelle konstant ist.
Ist man nun jedoch gezwungen, den Bildort zu verlagern, dann erhält man mit der bekannten Einrichtung kein einheitliches Leuchtfeld mehr, und auch die Begrenzung wird unscharf. Dieser Fall tritt z. B. dann auf, wenn man die bekannte Beleuchtungseinrichtung als Operationsleuchte benutzen will, weil hier der Abstand zwischen Lichtquelle und dem Operationsort (Bildort der Lichtquelle) häufig gewechselt werden muß.
Es wurde nun erkannt, daß man solche Abstandsänderungen durchführen kann, ohne auf den bekannten Vorteil des homogenen und scharf begrenzten Leuchtfeldes verzichten zu müssen, wenn man nach der Erfindung die Linsenraster im nicht parallelen Strahlengang anordnet und wenigstens einen der beiden Linsenraster in Richtung der optischen Achse verschiebbar ausbildet. Durch Verschieben des Linsenrasters kann nämlich erreicht werden, daß sämtliche Elementarlinsen des der Lichtquelle benachbarten Linsenrasters gemeinsam am Bildort überlagert werden, wobei der Abstand des Bildortes von der Lichtquelle beliebig wählbar ist.
Um nicht zu große Verschiebungswege zu erhalten, ist zweckmäßig der zwischen der Lichtquelle und den Linsenrastern angeordnete Hohlspiegel ein Hyper boloidspiegel, den die Lichtstrahlen stark divergent verlassen. Zwischen den Rastern und dem Bildort ist dann vorteilhaft noch eine Sammellinse angeordnet.
An Stelle des Hyperboloidspiegels kann aber auch zwischen der Lichtquelle und den Linsenrastern ein Ellipsoidspiegel vorgesehen sein, den die Lichtstrahlen dann stark konvergent verlassen sollen. In diesem Fall ist zwischen Linsenrastern und Bildort vorteilhaft eine Zerstreuungslinse angeordnet.
Die Linse zwischen den Linsenrastern und dem Bildort kann in beiden Fällen eine Stufenlinse sein. Es sind dann die Elementarlinsen zweckmäßig ringförmig um die optische Achse angeordnet, so daß wenigstens ein solcher Ring einer Stufe der Stufenlinse zugeordnet werden kann und es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich ist, die Stufenlinse und den benachbarten zweiten Linsenraster durch eine gemeinsame Linse zu ersetzen, die auf der einen Seite die Elementarlinsen aufweist und auf der anderen Seite die Linsenstufen. In diesem Fall ist zweckmäßig diese Linse in Richtung der optischen Achse verschiebbar.
Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Ausbildung die Elementarlinsen vorteilhaft durch sich aneinander anschließende Ringsegmente gebildet werden.
Auch die Elementarlinsen des der Lichtquelle benachbarten ersten Linsenrasters können durch Ringsegmente gebildet sein, wenn man auf. eine scharfe Bildfeldbegrenzung keinen großen Wert legt. Diese Ausbildung hat jedoch den Vorteil, daß jeder Elementarlinse des ersten Rasters eine Elementarlinse des zweiten Rasters zugeordnet sein kann und die die beiden Elementarlinsen verbindende Lichtröhre durch Blenden gegen die Lichtröhren zwischen den benachbarten Elementarlinsen abgeschirmt sein kann. Durch diese Blenden wird erzwungen, daß jede Elementarlinse des zweiten Rasters nur Licht von genau einer, nämlich der zugeordneten Elementarlinse des ersten Rasters erhält, wodurch die Homogenität des Leuchtfeldes erhöht wird.
Zweckmäßig sind bei der letzten Ausbildung die beiden Linsenraster mit den dazwischenliegenden Blenden und gegebenenfalls eine Stufenlinse, die wie oben beschrieben, mit dem zweiten Raster zusammengebaut sein kann, zu einem einheitlichen optischen Teil zusammengefaßt. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig.l eine Anordnung zur Erklärung der Wirkungsweise der Erfindung, Fig.2 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, - .
Fig. 3 ein geändertes Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, Fig. 5 a eine Elementarlinsenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, Fig. 6 eine geänderte Elementarlinsenanordnung, Fig. 7 ein geändertes Ausführungsbeispiel und Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Beleuchtungsvorrichtung. Die von einer Lichtquelle 1 ausgehenden Lichtstrahlen treffen auf einen Hohlspiegel 2, welcher sie parallel richtet und über Linsenraster 3 und 4 und eine Sammellinse 5 auf einen Bildschirm 6 wirft. Wie die Strahlengänge in Fig. 1 veranschaulichen, bilden die Elementarlinsen 3 a, 3 b, 3 c ... die Lichtquelle 1 auf die Elementarlinsen 4 a, 4 b, 4 c ... ab, und die Elementarlinsen 4 a, 4b, 4 c ... bilden die Elementarlinsen 3 a, 3 b, 3 c . . übereinander auf den Bildschirm 6 ab. Zwischen den Punkten A und B entsteht somit auf dem Bildschirm 6 ein vollkommen gleichmäßig ausgeleuchtetes Lichtfeld.
In Fig. 2 sind die Lichtquelle 1, der Hohlspiegel 2 und die Linsenraster 3 und 4 in einem Gehäuse 10 angeordnet. Die Linse 5 bildet den vorderen Abschluß des Gehäuses. Der Linsenraster 3 ist im Gehäuse 10 fest angeordnet. Der Linsenraster 4 ist mittels eines Schraubentriebes 11 in Richtung der optischen Achse verschiebbar. Bei Verschiebung des Linsenrasters 4 nach 4' (gestrichelt dargestellt) werden jetzt die Lichtstrahlen nicht mehr bei C gesammelt, sondern bei C. Das homogene Leuchtfeld bei C ist damit nach C verlagert.
In Fig.3 ist der Hohlspiegel 2 der Fig.2 ein Hyperboloidspiegel 20, und die Sammellinse 21 zwischen Linsenraster 4 und Bildebene 6 ist stark gekrümmt. Um eine Verlagerung des Bildortes C nach C' zu erzielen, sind bei dieser Ausbildung nur geringe Verschiebungswege des Linsenrasters 4 erforderlich.
In Fig.4 ist der Hohlspiegel 2 der Fig.2 durch einen Ellipsoidspiegel30 ersetzt, und die Linse zwischen Linsenraster 4 und Bildebene 6 ist eine starke Zerstreuungslinse 22. Die von der Lichtquelle 1 kommenden Lichtstrahlen werden durch den Hohlspiegel 30 stark gesammelt, so daß ebenfalls nur kleine Verschiebungswege des Linsenrasters 4 notwendig sind, um eine starke Bildfeldverlagerung zu erhalten.
In Fig. 5 sind der Linsenraster 4 und die zwischen Raster 4 und Bildebene 6 angeordnete Linse 5 zu einer baulichen Einheit 50 zusammengefaßt worden. Die linke Seite des Glaskörpers 50 zeigt die Linsenraster 51 a, 51 b, 51 c ... Auf der rechten Seite sind Linsenstufen 52 a, 52 b, 52 c . . ., welche nach Art einer bekannten Stufenlinse die Sammellinse 5 der Fig. 2 oder 21 der Fig.3 ersetzen. Zur Bildortverlagerung wird der Körper 50 in Richtung der optischen Achse verschoben.
Um eine bessere Abbildungsgüte zu erhalten, sind die Elementarlinsen 51 a, 51 b, 51 c . . , wie in Fig. 5 a dargestellt, kreisförmig um die optische Achse angeordnet, und den Ringzonen sind die Linsenstufen 52 a, 52 b, 52 c . . . zugeordnet.
In Fig.6 sind die kreisförmigen Elementarlinsen 51 a., 51 b, 51 c ... der Fig. 5 a durch Kreissegmente 61 a, 61 b, 61 c ... ersetzt. Die Zuordnung dieser Segmente zu den Stufen der Linse ist die gleiche wie in Fig. 5 a.
Fig.7 zeigt eine Ausbildung, bei der die Lichtquelle 1 wieder, etwa in der Nähe des Brennpunktes eines Hohlspiegels 2 angeordnet ist. Da wegen der räumlichen Ausdehnung der Lichtquelle 1 eine Zone in der Nähe der optischen Achse für die Abbildung der Lichtquelle entfällt, ist zwischen Lichtquelle 1 und Linsenraster3 eine Linse70 angeordnet, um einen möglichst großen Raumwinkel der die Lichtquelle 1 verlassenden Lichtstrahlen zu erfassen.
In Fig. 8 sind die Zylinderlinsenraster 3 und 4 sowie die Sammellinse 5 der Fig. 2 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt worden. Sammellinse 5 und Raster 4 bilden wie in Fig. 5 einen Körper 50. Zwischen Raster 3 und Körper 50 sind Blenden 80 vorgesehen. Die Blenden 80 sind so angeordnet, daß jede Elementarlinse 3 ä, 3 b, 3 c ... des Rasters 3 mit einer Elementarlinse 51 a, 51 b, 51 c ... des Glaskörpers 50 eine Lichtröhre bildet und die Lichtstrahlen, welche beispielsweise die Elementarlinse 3 b durchsetzen, nicht auf eine Elementarlinse 51a oder 51c fallen können, sondern nur auf die zugeordnete Elementarlinse 51b. Hierdurch wird die Abbildungsgüte erhöht. Zur Verlagerung des Bildortes kann das System 3, 80 oder der Glaskörper 50 in Richtung der optischen Achse verschoben werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Operationsleuchte, zur Abbildung einer Lichtquelle an einem Bildort, bei der in dem Abbildungsstrahlengang außer einem Hohlspiegel zwei aus Elementarlinsen bestehende Linsenraster vorgesehen sind, von denen der eine die Lichtquelle auf den zweiten Raster abbildet und der zweite Raster die Elementarlinsen des ersten Rasters an den Bildort wirft, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenraster im nicht parallelen Strahlengang angeordnet sind und wenigstens einer der beiden Linsenraster in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist. z. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel zwischen der Lichtquelle und den Linsenrastern ein Hyperboloidspiegel ist, den die Lichtstrahlen stark divergent verlassen. 3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rastern und dem Bildort eine Sammellinse angeordnet ist. 4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel zwischen der Lichtquelle und den Linsenrastern ein Ellipsoidspiegel ist, den die Lichtstrahlen stark konvergent verlassen. 5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Linsenrastern und dem Bildort eine Zerstreuungslinse angeordnet ist. 6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse zwischen den Rastern und dem Bildort eine Stufenlinse ist. 7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarlinsen ringförmig um die optische Achse angeordnet sind. B. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenlinse und vier benachbarte zweite Linsenraster durch eine in Richtung der optischen Achse verschiebbare Linse ersetzt sind, die auf der einen Seite die Elementarlinsen aufweist und auf der anderen Seite die Linsenstufen. 9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarlinsen durch sich aneinander anschließende Ringsegmente gebildet sind. 10. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der die Ringsegmente enthaltenden Ringe einer Stufe der Stufenlinse zugeordnet ist. 11. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarlinsen des der Lichtquelle benachbarten ersten Linsenrasters ebenfalls durch Ringsegmente gebildet sind. 12. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elementarlinse des ersten Rasters eine Elementarlinse des zweiten Rasters zugeordnet ist und die die beiden Elementarlinsen verbindende Lichtröhre durch Blenden gegen die Lichtröhren zwischen den benachbarten Elementarlinsen abgeschirmt ist. 13. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarlinsen des zweiten Rasters ringförmig um die optische Achse angeordnet sind und wenigstens ein solcher Ring einer Stufenlinse zugeordnet ist.