DE3328483A1

DE3328483A1 - Optisches system fuer beleuchtete sichtinstrumente

Info

Publication number: DE3328483A1
Application number: DE19833328483
Authority: DE
Inventors: William C. Moore; Richard W. 13021 Auburn N.Y. Newman; Byron A. 13152 Skaneateles N.Y. Richards
Original assignee: Welch Allyn Inc
Current assignee: Welch Allyn Inc
Priority date: 1982-08-16
Filing date: 1983-08-06
Publication date: 1984-02-16
Also published as: JPH0348807B2; GB2125576B; DE3328483C2; US4526449A; GB8320189D0; JPS5949734A; GB2125576A

Description

BESCHREIBUNG:

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Systeme, genauer gesagt ein neuartiges optisches System für beleuchtete Sichtinstrumente. Das optische System der Erfindung findet insbesondere bei elektrisch beleuchteten Diagnose-Instrumenten Verwendung, beispielsweise bei Ophthalmoskopen (Augenspiegeln) u.a.

Bei beleuchteten Diagnoseinstrumenten, die zur Überprüfung von engen Körperkanälen oder anderen kleinen Öffnungen dienen, hat es immer Schwierigkeiten bereitet, das Instrument so zu konstruieren, daß die Sichtlinie des Betrachters im wesentlichen mit dem vom Instrument abgegebenen Lichtstrahl zusammenfällt. Dies trifft insbesondere auf Instrumente zur Untersuchung der Augen zu, beispielsweis Ophthalmoskope, da hierbei die Pupille die einzige natürliche Öffnung darstellt, durch die das Innere des Auges beobachtet werden kann.

Selbst im erweiterten Zustand ist die Pupille noch eine relativ kleine Öffnung. Es kommt ferner sehr häufig vor, daß der Hintergrund des Auges untersucht werden muß, aber keine Pupillenerweiterung möglich ist. In diesen Fällen kann das Auge daher nur sehr vorsichtig untersucht werden, beispielsweise wenn der Patient gegen grünen Star behandelt wird oder ein Kleinkind ist bzw. in bestimmten anderen Situationen, beispielsweise in Notfällen, in denen aus Zeitgründen keine Pupillenerweiterung möglich ist. In jedem Falle ist der Betrachter hierbei nicht in der Lage, auf den Mittelpunkt des erleuchteten Bereiches zu sehen, wenn eine geringfügige Winke!verschiebung zwischen dem Lichtstrahl und der Lichtlinie des Betrachters überschritten wird.

Bisher fanden in den optischen Systemen für Ophthalmoskope Prismen zur Änderung der Richtung des Lichtstrahles aus einer Axiallage relativ zum Instrument in die Normallage dazu Verwendung, um den Strahl in das Auge des Patienten zu richten. Dies ist bei diesem Instrumententyp erforderlich, da es vom praktischen Standpunkt her nicht geeignet ist, die Lichtquelle im oberen Teil des Instrumentes in einer Linie mit dem Auge des Patienten zu montieren. Da der Betrachter nicht durch das Prisma sehen kann, muß seine Sichtlinie sich gerade über dem oberen Ende des Prismas befinden, was bedeutet, daß das von der Lichtquelle abgegebene Licht so nahe wie möglich am oberen Ende des Prismas abgegeben werden müßte, um mit der Sichtlinie nahezu zusammenzufallen. Dies macht jedoch ein Präzisionsprisma erforderlich. Selbst bei den genauesten Instrumenten kann jedoch der Optimalzustand, bei dem die Sichtlinie und der Lichtstrahl zusammenfallen, niemals erreicht werden.

Gegenwärtig findet bei den meisten Ophthalmoskopen ein erster Oberflächenspiegel anstelle eines Prismas Verwendung, um die Richtung des Lichtstrahles zu ändern. Beim größten Teil der Instrumente wird dadurch die Winkelverschiebung zwischen dem Lichtstrahl und der Sichtlinie des Betrachters reduziert. Eine weitere Reduzierung ist jedoch dringend erforderlich, insbesondere dann, wenn man keine Pupillenerweiterung erreichen kann. Bei diesen gegenwärtig im Gebrauch befindlichen Spiegeln muß sich die Sichtlinie des Betrachters immer noch über dem oberen Spiegelende befinden.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft Verbesserungen an einem optischen System für ein Ophthalmoskop, mittels denen die Sichtlinie des Betrachters und der Sichtstrahl in einen nahezu zusammenfallenden Zustand gebracht werden können. Diese Verbesserungen umfassen eine als Lichtquelle dienende Lampe mit einem bogenförmigen Glühfaden und einem damitzusammenwirkenden Spiegel, der an seiner Oberkante eine bogen-

förmige Sichtpassage aufweist. Die optischen Bestandteile des Systems funktionieren so, daß das Bild des Glühfadens auf dem Spiegel fokussiert wird, und zwar konzentrisch zu der bogenförmigen Sichtpässage, so daß die Achse des reflektierten Fadenlichtstrahles und die Sichtlinie des Betrachters nahezu zusammenfallen.

Um den gesamten gekrümmten Glühfaden im Brennpunkt auf dem Spiegel zu erhalten, ist der Faden verschwenkt oder unter einem schiefen Winkel zur Längsachse der Lampe angeordnet, wie hiernach im einzelnen beschrieben wird. Das erfindungsgemäße optische System ermöglicht ferner die Verwendung eines Fixiermusters und stellt Einrichtungen zum genauen Fokussieren des Musters auf dem Äugenhintergrund des Patienten

zur Verfügung. .

Wenn die Pupille des Patienten nicht erweitert werden kann, kann der Arzt aufgrund des bogenförmigen Glühfadens und der bogenförmigen Sichtpassage im Spiegel durch die Sichtpassage sehen, wobei seine Sichtlinie und der reflektierte Lichtstrahl . (Belichtungsachse) nahezu zusammenfallen. Wenn die Pupille erweitert werden kann, kann der Arzt in üblicherweise über die Oberkante des Spiegels sehen, da auf diese Weise ein größerer Anteil des vom Auge des Patienten reflektierten Lichtes in das Auge des Arztes dringen kann.

Als nächstkommender Stand der Technik werden die US-PS 2 823 666 und die GB-PS 799 812 angesehen. In der genannten amerikanischen Patentschrift ist ein otoskopisches Instrument (Ohrenspiegel) mit einer Lampe mit einem halbkreisförmigen Glühfaden und einem Spiegel· mit einer mittieren Sichtöffnung beschrieben. Es sind des weiteren Einrichtungen zur Erzeugung eines Bildes des Glühfadens auf dem Spiegel in konzentrischer Beziehung zur öffnung erwähnt. Die Aufgabe dieses Instrumentes besteht darin, den zu untersuchenden

Bereich allgemein zu erleuchten? das Instrument ist somit nicht in der Lage, auf dem zu untersuchenden Bereich ein scharf eingestelltes Fixiermuster zu erzeugen, da Probleme mit der Sichtöffnung existieren. Einerseits sollte die öffnung so groß wie möglich sein, damit so viel Licht wie möglich in das Auge des Arztes reflektiert werden kann. Andererseits sollte die Öffnung so klein wie möglich sein, damit sich das Fadenbild soweit wie möglich an eine Punktquelle annähern kann, so daß das Fixiermuster exakt scharf gestellt ist. Beide Forderungen sind somit diametral entge genge setzt.

In der GB-PS 799 812 ist ein Instrument zur Zuführung einer beträchtlichen Lichtmenge auf die Retina für fotografische Zwecke beschrieben. Die in dieser Patentschrift angegebene Hauptaufgabe besteht darin, Hornhautreflektionen in das Auge des Arztes oder die fotografische Linse auszuschalten. Bei diesem Instrument sind jedoch die gleichen Öffnungsprobleme vorhanden, wie bei dem aus der US-PS 2 823 666 bekannten Instrument, und das entsprechende optische System ist zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ungeeignet.

Als weiterer relevanter Stand der Technik werden genannt: US-PS'en669 949, 1 235 474, 1 461 367, 1 791 604, 2 301 185, 2 82 3 666 und 3 146 775, GB-PS 782 318 und FR-PS 70 397.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Die Figuren

1A und 1B in schematischer und vereinfachter Weise optische Systeme eines Ophthalmoskopes nach dem Stande der Technik;

JO/.Ü.HQO

Figur 1C

eine Ansicht entsprechend den Figuren 1A und 1B, die das erfindungsgemäß ausgebildete optische System zeigt;

Figur 2

eine schematische Darstellung des erleuchteten Bereiches und des Sichtbereiches am Augenhintergrund eines Patienten, wobei das optische System der Figur 1a Verwendung findet;

Figur 3

eine Teilvorderansicht eines erfindungsgemäß ausgebiIdeten Ophthalmoskopes;

Figur 4

einen vergrößerten Vertikalschnitt durch das optische System des Ophthalmoskopes entlang Linie IV-IV in Figur 3, wobei die Lichtstrahlen sowie das Auge des Patienten ebenfalls dargestellt sind und das äußere Gehäuse des Instrumentes weggelassen ist?

Figur 5

Figur 6

Figur 7

Fi gur 8

eine Ansicht entsprechend Figur 4, jedoch rechtwinklig zu dieser;

eine vergrößerte Draufsicht auf die als Lichtquelle dienende Lampe;

eine Teilseitenansicht der Lampe; und

eine vergrößerte Vorderansicht des Spiegels mit zugehöriger Haube*

Nachfolgend wird das erfindungsgemäß ausgebildete optische System in Verbindung mit einem Ophthalmoskop (Augenspiegel) beschrieben, obwohl das System auch in vorteilhafter Weise in Verbindung mit verschiedenen anderen Arten von Instrumenten und Vorrichtungen verwendet werden kann.

Bei dem in Figur 1A dargestellten Ophthalmoskop, bei dem ein Prisma 10 Verwendung findet, kann man erkennen, daß die Sichtachse 11 des Arztes über den oberen Rand des Prismas und die von der Lampe 14 herrührende Beleuchtungsachse 12 nicht zusammenfallen, sondern am Augenhintergrund 15 des Patienten divergieren.. Diese Winke !verschiebung zwischen den beiden Achsen am Augenhintergrund 15 führt zu einem Ablenkfehler, der in übertriebener Form in Figur 2 dargestellt ist, wobei sich der beleuchtete Bereich 16 über dem Sichtbereich 17 des Arztes befindet, so daß nur der schraffierte Überlappungsabschnitt 18 der beiden Bereiche vom Arzt aus hell erleuchtet gesehen wird.

Bei dem in Figur 1B dargestellten Ophthalmoskop nach dem Stand der Technik findet ein Spiegel 20 anstelle eines Prismas Verwendung. Mit diesem Spiegel kann das Bild der Lampe näher an das obere Ende des Spiegels herangebracht werden, so daß sich die Sichtachse 21 des Arztes und die Beleuchtungsachse 22 mehr annähern. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt der Winkel zwischen den Achsen 2° und 30 Minuten. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber dem Prisma dar. In bezug auf eine nichterweiterte Pupille sind die Ergebnisse jedoch immer noch gänzlich unbefriedigend, da der Arzt nicht den gesamten beleuchteten Bereich erfassen kann.

In Figur 1C ist das erfindungsgemäß ausgebildete optische System schematisch dargestellt. Hierbei besitzt der Spiegel 24 in seinem oberen Rand eine Sichtpassage 25, durch die der Arzt blicken kann. Durch dieses Merkmal in Verbindung mit einem bogenförmigen Glühfaden in der Lampe 26, der später im einzelnen beschrieben wird, können die Sichtachse des Arztes und die Beleuchtungsachse nahezu zusammenfallen, wie dies gezeigt ist. Hierbei beträgt der Winkel zwischen den Achsen nur 1° und 15 Minuten, und der Arzt ist in der

O O L O 4 O O

Lage, im wesentlichen den gesamten Bereich des beleuchteten Gebietes zu erfassen.

Wie man Figur 3 entnehmen kann, ist das erfindungsgemäß ausgebildete Ophthalmoskop 28 lösbar an einem üblichen Batteriehandgriff 30 befestigt. Eine Lichtquelle, wie beispielsweise ein Lampenkolben (in Figur 3 nicht gezeigt), ist normalerweise innerhalb des hohlen Schaftes (31) des Ophthalmoskopes montiert, wobei dem Lampenkolben über im Handgriff 30 angeordnete Batterien Strom zugeführt wird. Vom Ophthalmoskop 2 8 wird Licht durch eine Öffnung 32 in das Auge des Patienten abgegeben. Das Ophthalmoskop umfaßt eine öffnungswählscheibe 34 und eine übliche Linsenwählscheibe 35.

Es wird nunmehr auf die Figuren 4-8 Bezug genommen, in denen die Details des optischen Systems dargestellt sind, wobei das äußere Gehäuse des Ophthalmoskopes in den Figuren 4 und 5 weggelassen ist. Wie vorstehend erwähnt, ist die Lichtquelle in der Form einer Lampe 36 innerhalb des Schaftes 31 montiert, der lösbar mit dem Batteriehandgriff 30 (Figur 3) verbunden werden kann. Die von der Lampe abgegebenen Lichtstrahlen dringen nach oben durch das optische System und treffen auf einen vorderen Oberflächenspiegel 37, der gegenüber der Vertikalachse 38 des Ophthalmoskopes um etwa 45° winklig versetzt angeordnet ist. Der Spiegel ändert die Richtung der Lichtstrahlen, so daß diese vom Instrument nach außen in das Auge des Patienten dringen, wie bei 40 in Figur 4 gezeigt.

Erfindungsgemäß besitzt der Glühfaden 41 für die Lampe 36 eine bogenförmige Gestalt, wie in den Figuren 6 und 8 gezeigt ist. Ein Bild 41' dieses Fadens wird durch das optische System auf den Spiegel 37 fokussiert (Figur 8) . Um jedoch den gesamten gekrümmten Faden scharf eingestellt auf dem Spiegel abzubilden, muß die Ebene des Fadens gegenüber einer Ebene 42, die normal zur Längsachse der Lampe verläuft, wie in Figur 7 gezeigt, verschwenkt oder winklig

versetzt sein. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung beträgt dieser Versatz 15 - 20°.

Wie die Figuren 5 und 8 zeigen, ist der Spiegel 37 etwa am Mittelpunkt seines oberen Randes mit einer bogenförmigen Sichtpassage 44 versehen und das Fadenbild 41' ist so auf den Spiegel fokussiert, daß es im wesentlichen konzentrisch zu dieser Sichtpassage angeordnet ist, wie in Figur 8 gezeigt. Das genaue Fokussieren des Fadenbildes auf den Spiegel wird durch das optische System erreicht, das eine Sammellinse 45 und eine Objektivlinse 46 umfaßt, deren Positionen auf der Vertikal- oder Längsachse 38 des Ophthalmoskopes vom Hersteller eingestellt werden, um die gewünschte Scharfeinstellung zu erhalten. Die Sammellinse 45 ist in einer axial verstellbaren Manschette 47 montiert, deren Position mit einer Stellschraube 48 eingestellt wird. In ähnlicher Weise ist die Objektivlinse 46 in einer axial verstellbaren Manschette 50 montiert und wird durch eine Stellschraube 51 justiert.

Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, ist die Öffnungswählscheibe 34 zwischen der Sammellinse 45 und der Objektivlinse 46 angeordnet und wirkt auf eine Welle 52 ein, um verschiedene Muster, beispielsweise ein Schlitz- und ein Fixiermuster, in Übereinstimmung mit der optischen Achse, die mit der vorstehend erwähnten Vertikal- oder Längsachse 38 zusammenfällt, zu bringen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Fixiermuster bei 54 gezeigt. Dieses Muster wird durch das optische System bei 55 auf dem Augenhintergrund des Patienten scharf abgebildet.

Da der Glühfaden 41 bogenförmig ausgebildet ist, ist sein Schwerpunkt über der neutralen Achse des Fadens angeordnet, wie bei 56 in Figur 8 gezeigt. Bei den rechteckförmigen Glühfäden der Ophthalmoskope des Standes der Technik be-

fand sich der Schwerpunkt direkt auf der neutralen Achse.

Die optische Achse 38 trifft am Punkt 61 auf den Spiegel 37, der sehr nahe am Schwerpunkt des Glühfadens liegt, und wird vom Spiegel als Beleuchtungsachse 57 reflektiert, wie in Figur 4 geziegt. Wenn das Ophthalmoskop eine exakte vertikale Lage einnimmt, ist die Beleuchtungsachse um 2° gegenüber der Horizontalen geneigt.

Wenn der Arzt durch die Siehtpassage 44 des Spiegels blickt, verläuft seine Sichtachse wie bei 58 in Figur 4 gezeigt. Aus Figur 8 geht hervor, daß diese Sichtachse und der Schwerpunkt des Glühfadens sehr nahe beieinander liegen. Dies ist auch in Figur 4 gezeigt, aus der man entnehmen kann, daß am Augenhintergrund 55 des Patienten nur eine sehr geringe Divergenz zwischen der Beleuchtungsachse 57 und der Sichtachse 58 des Arztes besteht, so daß auf diese Weise der Arzt nahezu das gesamte beleuchtete Fixiermuster erblickt, das am Augenhintergrund fokussiert wird.

Aus den Figuren 4, 5 und 8 geht hervor, daß der Spiegel mit einer Haube 60 versehen ist, die Reflektionen in das Auge des Arztes minimal hält. Diese Haube ist an den oberen Rand des Spiegels angepaßt und folgt der Krümmung der bogenförmigen Sichtpassage 44, wie in Figur 8 gezeigt.

Bei der Bestimmung der Krümmung des Glühfadens 41 und der Siehtpassage 44 muß eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Wenn die Krümmung des Fadens ansteigt, wird sein Schwerpunkt nach oben verschoben und kommt näher an die Sichtachse heran. Wenn jedoch der Radius des Fadens und somit der der Siehtpassage zu klein ist, kommt keine ausreichende Lichtmenge mehr zum Arzt zurück. Wenn andererseits die Krümmung des Fadens zu groß ist, wirkt dieser nicht als Punktquelle, so daß ein Muster, beispielsweise

ein Fixiermuster, nicht mehr auf dem Augenhintergrund exakt scharf abgebildet werden kann. Die Krümmung des Fadens und des Kanales ist daher so ausgebildet, daß eine ausreichende Lichtmenge zum Arzt zurückgeführt werden kann und daß der Schwerpunkt des beleuchteten Bereiches des Fadens so hoch wie möglich gehalten wird.

Obwohl vorstehend betont wurde, daß der Arzt die Sichtpassage 44 benutzt, kann der Betrachter bei der beschriebenen opti-

TO sehen Anordnung auch in herkömmlicher Weise über das obere Ende des Spiegels blicken, wobei sich verbesserte Ergebnisse erzielen lassen. Dies stellt einen wichtigen Vorteil der Erfindung dar, da dadurch ein wirksamer Einsatz des Instrumentes sowohl bei einer nicht erweiterten als auch bei einer erweiterten Pupille möglich gemacht wird. Die vorstehend erläuterte Ausführungsform wurde in Verbindung mit einem bogenförmigen Glühfaden beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß dieser.Faden auch durch ein optisches Faserbündel ersetzt werden kann, das die gleiche bogenförmige Gestalt aufweist 0 und dann als Lichtquelle wirkt.

0.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

T. Optisches System, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (36) mit einem bogenförmigen Glühfaden (41), Einrichtungen zum Reflektieren von Licht, die im Abstand von der Lichtquelle (36) und unter einem schiefen Winkel zur Längsachse derselben angeordnet sind sowie an einem Rand eine relativ kleine bogenförmige Sichtpassage (44) aufweisen,und Einrichtungen, die einen Teil des optischen Systems bilden und Lichtstrahlen von der Lichtquelle (36) auf die Reflektionseinrichtungen in der Form eines Bogens richten, der im wesentlichen konzentrisch zu der Sichtpassage (44) angeordnet ist.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Reflektieren von Licht als allgemein rechteckförmige Platte ausgebildet sind, wobei die bogenförmige Sichtpassage (44) im oberen Rand der Platte vorgesehen ist.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden(41) der Lichtquelle (36) unter einem schiefen Winkel zur Längsachse derselben angeordnet ist.
4. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Teil eines Ophthalmoskopes (2 8) bildet und daß die auf die Licht reflektierenden Einrichtungen abgegebenen Lichtstrahlen von diesen in das Auge (40) eines Pa-

3Ό tienten reflektiert werden, um den Augenhindergrund (55) zu erleuchten.
5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fixiermuster (54) und Einrichtungen zum Fokussieren des Bildes des Fixiermusters

0.0/LOMO

am Augenhintergrund (55) umfaßt.
6. Optisches System für elektrisch beleuchtete, medizinische Instrumente, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle in der Form einer Lampe (36) mit einem bogenförmigen Glühfaden (41), einen Spiegel (37), der im Abstand von der Lichtquelle und unter einem schiefen Winkel zu deren Längsachse angeordnet ist sowie eine aus seinem oberen Rand herausgeschnittene bogenförmige Sichtpassage (44) aufweist, und Einrichtungen, die einen Teil des optischen Systems bilden und Lichtstrahlen von dem Lampenglühfaden (41) auf den Spiegel (37) in der Form eines Bogens richten, der im wesentlichen konzentrisch zur Sichtpassage (44) ist.
7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenglühfaden (41) unter einem schiefen Winkel zur Längsachse der Lampe (36) angeordnet ist.
8. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Teil eines Ophthalmoskopes (28) bildet und daß die auf den Spiegel (37) gerichteten Lichtstrahlen vom Spiegel in das Auge (40) eines Patienten reflektiert werden, um den Augenhintergrund 5 (55) zu erleuchten.
9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fixiermuster (54) und Einrichtungen zum Fokussieren des Bildes des Fixiermusters am Augenhintergrund (55) umfaßt.
10. Optisches System für ein Ophthalmoskop, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (36), die Lichtstrahlen in Form eines Bogens abgibt, einen Spiegel (37), der im Abstand von der Lichtquelle angeordnet, zur Längs-

achse der Lichtquelle ausgerichtet, jedoch schief zu dieser montiert ist und in seinem oberen Rand eine bogenförmige Sichtpassage (44) für den das Ophthalmoskop (2 8) verwendenden Arzt aufweist, und optische Einrichtungen, die zwischen der Lichtquelle und dem Spiegel angeordnet sind und Linsen (45, 46) und ein Fixiermuster (54) umfassen, wobei die Linsen die Lichtstrahlen von der Lichtquelle auf den Spiegel in der Form eines Bogens richten, der konzentrisch zur Sichtpassage des Spiegels ist, so daß die Sichtlinie des Arztes durch die Sichtpassage im wesentlichen mit der Achse der vom Spiegel reflektierten Lichtstrahlen der Lichtquelle zusammenfällt und die reflektierten Lichtstrahlen den Augenhintergrund eines Patienten erleuchten.
11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (36) einen bogenförmigen Glühfaden (41) aufweist, der unter einem schiefen Winkel zur Längsachse der Lichtquelle angeordnet ist.
12. Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen eine verstellbar montierte Sammellinse (45) und Objektivlinse (46) umfassen, wobei durch Verstellung der Linsenpositionen der Glühfaden (41) der Lichtquelle genau auf den Spiegel (37) fokussiert werden kann.