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Die Erfindung betrifft eine Operationsleuchte, wie sie beispielsweise durch die
DE 198 38 627 A1 bekannt geworden ist.
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Die Dimmung einer Operationsleuchte oder einer medizinischen Leuchte erfolgt zur Vermeidung einer Blendung des Operateurs bei unterschiedlichen Gewebefarben. Helle Haut und weißes Fettgewebe führen zu einer hohen Reflexion. Rotes Gewebe absorbiert viel Licht und erscheint deshalb dunkler. Eine Dimmung wird auch zur Kompensation von Ermüdungseffekten des Auges des Operateurs eingesetzt. Eine Operation beginnt im gedimmten Zustand der Leuchte. Lichtreserven können die Ermüdung des Auges bei abnehmender Empfindlichkeit im Verlauf der Operation ausgleichen.
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Der Operateur benötigt zur naturgetreuen Wahrnehmbarkeit und optimalen Beurteilung der beleuchteten Objekte von der Helligkeit unabhängige, möglichst konstante lichttechnische Eigenschaften der Leuchte.
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Als Leuchtmittel in einer medizinischen Leuchte kommen vorwiegend Halogen- bzw. Gasentladungslampen oder auch LEDs zum Einsatz. Alle diese Leuchtmittel weisen aber die Eigenschaft auf, dass sich bei der elektrischen/elektronischen Dimmung die Farbtemperatur des Lichtes stark verändert.
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Das menschliche Auge ist an Tageslicht gewähnt. Der Sehvorgang ist an das Tageslicht angepasst. Bei Tageslicht erkennt das menschliche Auge am exaktesten Konturen, unterscheidet am differenziertesten Farben und erkennt Bewegungen am deutlichsten.
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Daher ist es wünschenswert, im Operationssaal Verhältnisse zu schaffen, welche dem Tageslicht vergleichbar sind. Der Operateur benötigt ein intensives und tageslichtähnliches Licht. Hinzu kommt, dass die Operationsstelle Licht nicht reflektiert, sondern dieses absorbiert wird.
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Jeder Farbeindruck wird durch die spektrale Verteilung des Lichtes bestimmt. Einer spektralen Verteilung kann eine Farbtemperatur zugeordnet werden. Tageslicht beispielsweise hat eine Farbtemperatur von 5.600 Kelvin. In der Literatur ist bekannt, dass gemäß der Kruithoffschen Behaglichkeitskurve die Farbtemperatur mit der Beleuchtungsstärke abgestimmt sein muss, um eine angenehme Beleuchtungssituation zu schaffen. Für das Licht im Operationssaal wird weißes Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 4.500 Kelvin bei hohen Beleuchtungsstärken (> 100.000 Lux) empfohlen.
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Die ideale Farbtemperatur wird vorwiegend durch den Einsatz von bekannten Farbkonversionsfiltern erzielt. Anstelle der Farbkonversionsfilter zur Korrektur der Farbtemperatur ist es auch bekannt, dem weißen Licht farbiges Licht zuzumischen.
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Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, die lichttechnischen Verhältnisse bei Operationen zu verbessern, bei einer Dimmung einer Operationsleuchte, die durch eine Farbtemperaturänderung und der Farbwiedergabeänderung auftretende Nachteile zu vermeiden und bei einer konstanten Helligkeit die Farbtemperatur und Farbwiedergabe einstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Operationsleuchte gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Durch Zumischen farbigen Lichtes, z. B. erzeugt durch farbige LEDs, kann ein Mischlicht mit einstellbaren lichttechnischen Daten erzeugt werden. Dabei können die elektrischen Parameter der Dimmung in der Steuerelektronik so hinterlegt werden (z. B. Kennfeld, Kennlinie), dass bei einer stufenlosen Veränderung der Helligkeit die vorgewählte Farbtemperatur und die Farbwiedergabe konstant gehalten werden,
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Eine Regeleinrichtung in Verbindung mit entsprechenden Sensoren kann es ermöglichen, dass eine gewünschte Farbtemperatur und/oder Farbwiedergabe eingestellt und überwacht, sowie nachgeregelt und bei einer definierten Helligkeit konstant gehalten werden kann.
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Insbesondere erlaubt es die Regeleinrichtung dem Operateur, individuell auf seine Bedürfnisse abgestimmte Beleuchtungsverhältnisse im Operationsfeld zu schafften. Je nach Farbtemperatur oder Farbwiedergabe sind Hervorhebungen von verschiedenen Gewebestrukturen oder Gewebemerkmalen innerhalb der Operationsstelle möglich.
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Die Dimmung kann durch mechanische und/oder optische Mittel erreicht werden. Eine Dimmung kann durch eine Änderung des der LED zugeführten elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung erzeugt werden. Alternativ können Blenden, Linsen oder optische Filter, welche in den Strahlengang hinein bewegt werden, eine Veränderung des Lichtstromes bewirken. Die Farbtemperatur bzw. die Farbwiedergabe bleibt bei einer mechanischen Dimmung konstant.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Operationsleuchte;
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2 mehrere Lichtmodule der Operationsleuchte gemäß 1;
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3 den näheren Aufbau eines Lichtmoduls gemäß 2;
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4 ein Wellenlängenspektrum bei konstanter Farbtemperatur und Farbwiedergabe;
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5a, 5b, 5c Wellenlängenspektren nach Einstellung der Farbtemperatur und Helligkeit.
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Aus der Seitenansicht einer Operationsleuchte 1 (1) ist deren prinzipieller an sich bekannter Aufbau ersichtlich. Die Operationsleuchte 1 umfasst einen Leuchtenkörper 2, welcher in seinem Innenraum in der 1 nicht sichtbare Leuchtmittel aufweist. Der Leuchtenkörper 2 ist über einen in der 1 nicht vollständig gezeigten Schwenkarm schwenkbar an einer stationären Halterung an einer Decke oder einer Wand eines Gebäudes oder einer mobilen Einheit befestigt. Der Schwenkarm ist aus mehreren über Gelenke miteinander verbundenen Elementen aufgebaut. Ein mit der Operationsleuchte 1 fest verbundenes Element 4 des Schwenkarms ist in der 1 lediglich angedeutet. Daher lässt sich die Operationsleuchte 1 in X-, Y-, Z-Richtung dreidimensional bewegen und schwenken. Ein an dem Leuchtenkörper 2 angebrachter Handgriff 3 ermöglicht die Positionierung der Operationsleuchte an beliebiger Stelle über einem Operationstisch. Der Handgriff 3 ist lösbar an der Unterseite 5 der Operationsleuchte angebracht. An der Unterseite 5 tritt Licht aus, um die Operationsstelle auszuleuchten.
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2 zeigt, dass als Lichtquelle einzelne Lichtmodule 6a bis 6g nahezu randlos aneinander gefügt sind. Randlos bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Übergänge zwischen den einzelnen Lichtmodulen 6a bis 6g keinen wesentlichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften, insbesondere auf den Lichtaustritt in Richtung der Operationsstelle, besitzen. Das erzeugte Licht wird trotz der aus mehreren Lichtmodulen 6a bis 6g zusammengesetzten Lichtquelle als einheitlich wahrgenommen. Jedes Lichtmodul 6a bis 6g umfasst wiederum eine Vielzahl einzelner LEDs, beispielsweise 10 bis 50. Hieraus ergeben sich lichttechnische Vorteile analog zu Großspiegelleuchten, wie eine theoretisch optimale Schattenfreiheit durch großflächigen Lichtaustritt. Jedes Lichtmodul 6a bis 6g kann selbst eine komplette Operationsstelle ausleuchten. Von den Lichtmodulen 6a bis 6g erzeugtes Licht ist durch die Lichtstrahlen 7 gestrichelt angedeutet, so dass ein Leuchtfeld 8 entsteht. Das Leuchtfeld 8 ist die auf dem Operationstisch beleuchtete Fläche. Die Lichtmodule 6a bis 6g können durch beliebige Kombination mit weiteren Lichtmodulen zu unterschiedlichsten Gesamtmodulen als Lichtquelle zusammengesetzt werden. Dies kann die Leuchtfeldgröße, die Beleuchtungsstärke und die Form des Leuchtfeldes 8 verändern.
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Die einzelnen Lichtmodule, beispielsweise das in der 3 gezeigte Lichtmodul 6a, bestehen alle jeweils aus einem Gehäuse 9 mit mechanischen und/oder elektrischen oder elektronischen Verbindungselementen oder Konnektoren zu benachbarten Lichtmodulen 6b bis 6g. Die Form der Lichtmodule 6a bis 6g ist so gestaltet, dass sie auf einer Kugelfläche mit typischem Radius 1000 mm ohne Zwischenräume angeordnet werden können. Um dies zu erreichen, sind die Lichtmodule 6a bis 6g als Sechsecke ausgebildet. In zusammengesetzter Form ergibt sich eine Art Wabenstruktur oder Facettenstruktur. Die der Operationsstelle zugewandte Fläche der Lichtmodule 6a bis 6g muss auch nicht zwingend eben ausgebildet sein, sondern kann leicht konkav sein, um die Krümmung der Kugelfläche besser nachzubilden. Die optische Achse jedes Lichtmoduls 6a bis 6g weist im Allgemeinen in den Brennpunkt der Kugelfläche.
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Unterschiedliche Lichtfeldformen können durch die Aneinanderreihung von Modulen mit verändertem Anstellwinkel erzeugt werden. Dazu können auch Zwischenelemente zum Einsatz kommen. In jedem Lichtmodul 6a bis 6g sind mehrere, ca. 10 bis 50 LEDs, gleichmäßig verteilt angeordnet, von denen in der 3 lediglich drei gezeigt und mit Bezugszeichen 10a bis 10c bezeichnet sind. Die Schattenbildung wird durch einen flächigen Lichtaustritt optimiert. Hierzu sind jeder der nahezu punktförmig strahlenden LEDs geeignete optische Elemente, z. B. Linsen 11a bis 11c, zugeordnet (gestrichelt angedeutet sind beispielhaft die LED-Lichtstrahlen 12a bis 12c). Die Form der Linsenelemente 11a bis 11c ist so gestaltet, dass sie das Lichtmodul 6a möglichst bis zum Rand ausfüllen. Die Linsenelemente 11a bis 11c können zudem über eine Streustruktur zur Vergleichmäßigung des Lichtfeldes verfügen. Die Unterseite 5 der Lichtmodule kann durch eine transparente Scheibe abgedeckt sein.
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Die einzelnen Lichtmodule 6a bis 6g bilden zusammen eine Lichtquelle mit einer Farbtemperatur von ca. 4.500 K sowie eines Farbwiedergabeindexes Ra > 93, um eine natürliche Farbdarstellung, beispielsweise des zu operierenden Gewebes, zu erreichen. Deshalb kommen nicht nur LEDs zum Einsatz, welche weißes Licht erzeugen, sondern auch LEDs 10a bis 10c, welche farbiges Licht erzeugen In der 3 sind diejenigen LEDs zur Erzeugung weißen Lichtes nicht mit Bezugszeichen bezeichnet. Die weißen LEDs sind analog zu den farbigen ausgebildet. Durch Zumischung farbiger Lichtanteile, wie z. B. Cyan und Blau, wird ein Einbruch im Spektrum wie bei einer Anordnung mit rein weißen LEDs teilweise kompensiert. Ferner können gezielt Farbmischungen erzeugt werden, die die Sehleistung des Operateurs verbessern. Bei konstanter Helligkeit der weißen LEDs können durch ausschließliche stufenlose Dimmung der Intensität der farbigen LEDs die Farbtemperatur und Farbwiedergabe des durch das Gesamtmodul, bestehend aus allen einzelnen Lichtmodulen 6a bis 6g (Gesamtlichtquelle), erzeugten Mischlichts variabel eingestellt werden. Die Lichtstromintensität der farbigen LEDs 10a bis 10c kann stufenlos verändert werden. Anzustreben wäre ferner das Konstanthalten der Gesamtbeleuchtungsstärke durch abgestimmte Intensitätsregelung aller LEDs.
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Die LEDs 10a bis 10c sind über Stromleitungen 13a bis 13c und 14 mit einer Regeleinrichtung 15 verbunden, welche eine elektrische Dimmung des Lichtstroms der LEDs ermöglicht. Die elektrische Dimmung der farbigen LEDs 10a bis 10c bewirkt eine Änderung der Farbtemperatur und/oder der Farbwiedergabe.
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Es wird eine Grundeinstellung einer Farbtemperatur von 4.500 K vorgegeben, welche beim Einschalten der Operationsleuchte automatisch erzeugt wird.
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Durch stufenlose Dimmung der Intensität der weißen und der zusätzlichen farbigen Leuchtmittel kann die Helligkeit, Farbtemperatur und Farbwiedergabe des Mischlichtes variabel eingestellt werden. Dabei soll entweder eine konstante Helligkeit bei variabler Farbtemperatur bzw.
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Farbwiedergabe oder ein gewünschter Dimmzustand bei konstanter Farbtemperatur bzw. Farbwiedergabe erreicht werden.
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Bei der Dimmung verändern die weißen und die farbigen Leuchtmittel die Farbtemperatur des emittierten Lichtes. Damit ändert sich die Farbtemperatur sowie die Farbwiedergabe des Mischlichtes.
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Über den gesamten Dimmbereich der Leuchte kann die Helligkeit, die Farbtemperatur und Farbwiedergabe messtechnisch erfasst werden. Durch geeignete Ansteuerparameter (z. B. Spannung, Stromstärke) der weißen und der farbigen Leuchtmittel können die Einzelintensitäten so geregelt werden, dass sich eine konstante Helligkeit, eine konstante Farbtemperatur oder wahlweise eine konstante Farbwiedergabe ergibt. Diese Parameter können als Kennlinie in der Regeleinrichtung hinterlegt werden. Für unterschiedliche Farbtemperaturen bzw. Farbwiedergabeindizes werden verschiedene Kennlinien aufgenommen und als Kennfeld hinterlegt.
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Anstelle der hinterlegten Kennlinien/Kennfelder kann die Ansteuerelektronik mit Sensoren zur Messung der Helligkeit, Farbtemperatur und Farbwiedergabe gekoppelt werden.
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Andere je nach Anwendung der Operationsleuchte gewünschte Farbtemperatur kann mithilfe eines Bedienfeldes oder einer Tastatur der Regeleinrichtung vom Operateur eingestellt werden. Die notwendigen Einstellparameter können in einem Speicher der Regeleinrichtung abgelegt werden. Weiterhin denkbar ist es, dass der Operateur weitere selbst gewählte Einstellungen zusätzlich abspeichern und diese Einstellungen auch nachträglich verändern kann.
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4 zeigt, dass bei einer Veränderung der Intensität (I) des Lichtes das Wellenlängenspektrum (Wellenlänge λ) nicht geändert wird. Bezugsziffer 16 kennzeichnet eine größere Helligkeit. Bezugsziffer 17 kennzeichnet eine geringere Helligkeit. Farbtemperatur und Farbwiedergabe bleiben unverändert.
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Alternativ kann bei einer konstanten Helligkeit die Farbtemperatur eingestellt werden. Hierbei wird zur Veränderung der Farbtemperatur das Spektrum (Wellenlänge λ) verändert und gleichzeitig die Intensität so geregelt, dass die Helligkeit (Intensität I) unverändert bleibt. Ausgehend von dem Spektrum 18 gemäß 5a wird durch Veränderung von Wellenlängenanteilen eine unterschiedliche Farbtemperatur eingestellt, so dass sich als Zwischenschritt das Spektrum 19 gemäß 5b ergibt. Im nächsten Schritt wird analog zur Vorgehensweise gemäß 4 die Helligkeit konstant gehalten (siehe 5c), so dass sich das Spektrum 20 als gewünschte Endeinstellung, d. h. eine veränderte Farbtemperatur bei konstanter Helligkeit, ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Operationsleuchte
- 2
- Leuchtenkörper
- 3
- Handgriff
- 4
- Element
- 5
- Unterseite
- 6a
- Lichtmodul
- 6b
- Lichtmodul
- 6c
- Lichtmodul
- 6d
- Lichtmodul
- 6e
- Lichtmodul
- 6f
- Lichtmodul
- 6g
- Lichtmodul
- 7
- Lichtstrahl
- 8
- Leuchtfeld
- 9
- Gehäuse
- 10a
- LED
- 10b
- LED
- 10c
- LED
- 11a
- Linse
- 11b
- Linse
- 11c
- Linse
- 12a
- Lichtstrahl
- 12b
- Lichtstrahl
- 12c
- Lichtstrahl
- 13a
- Stromleitung
- 13b
- Stromleitung
- 13c
- Stromleitung
- 14
- Stromleitung
- 15
- Regeleinrichtung
- 16
- Wellenlängenspektrum
- 17
- Wellenlängenspektrum
- 18
- Wellenlängenspektrum
- 19
- Wellenlängenspektrum
- 20
- Wellenlängenspektrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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