DE3523243C2 - Flüssigkeitslichtleiter zum Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung und Verwendung für medizinische Zwecke - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitslichtleiter zum Einsatz in einer Beleuch­ tungseinrichtung, wie er im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 im Hinblick auf die DE 24 06 424 C2 und die dieser weitgehend entsprechende US 40 09 382 als bekannt vorausgesetzt wird.

Die aus den oben erwähnten Patentschriften bekann­ te Beleuchtungseinrichtung ist in erster Linie zur Strah­ lungspolymerisation von Dentalkunsstoffen durch kurz­ wellige Strahlung einschließlich des nahen Ultravioletts bestimmt. Die Füllflüssigkeit kann aus wässrigen Salzlö­ sungen oder mehrwertigen Alkoholen wie Glycerin oder Ethylenglycol bestehen und soll möglichst wasser­ ähnlich sein, d. h. möglichst viele OH-Gruppen enthal­ ten, damit die Füllflüssigkeit den sie einschließenden Schlauch aus Fluorkohlenstoff-Kunststoff möglichst wenig be­ netzt und ein Abdiffundieren der Flüssigkeit dadurch weitestgehend vermieden wird. Als Schlauchmaterial kann PTFE, PFA oder ein Copolymer von Tetrafluoret­ hylen und Hexafluorpropylen (FEP) verwendet werden, wobei das letztgenannte Material in Kombination mit einer Füllung aus einer wässerigen Calciumchloridlö­ sung bevorzugt wird.

Die obengenannte Beleuchtungseinrichtung hat sich bei der Polymerisation von Dentalkunststoffen ausge­ zeichnet bewährt. Es gibt auch Anwendungen, z. B. Be­ leuchtungseinrichtungen für Endoskope, bei denen die­ se bekannte Beleuchtungseinrichtung noch Wünsche of­ fen läßt, insbesondere hinsichtlich der Transmission im sichtbaren Spektralbereich.

Durch die Erfindung soll daher eine Beleuchtungsein­ richtung der eingangs genannten Art vor allem hinsicht­ lich der Erhöhung der mit einer vorgegebenen Licht­ quelle erzielbaren Beleuchtungsstärke im Sichtbaren verbessert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Beleuchtungseinrich­ tung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß die Füllflüssigkeit mindestens eine der Verbindungen, Triethylenglykol und Tetraethylenglykol enthält.

Bevorzugte wird eine Füllung, die ausschließlich aus Triethylenglykol besteht.

Als Schlauchmaterial wird FEP bevorzugt.

Durch die vorliegende Erfindung werden eine Reihe ganz wesentlicher Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt:

Erstens ist die Transmission im roten Spektralbereich besser als bei den bekannten Füllflüssigkeiten, was be­ sonders für Endoskop-Beleuchtungseinrichtungen wichtig ist. Die Transmission im blauen Spektralbereich ist mindestens ebenso gut wie bei den bekannten Füll­ flüssigkeiten, im UV und im IR sinkt die Transmission jedoch in sehr erwünschter Weise stark ab, so daß die schädliche kurzwellige Strahlung und die unerwünschte langweilige Strahlung weitgehend unterdrückt werden.

Bei den erfindungsgemäßen Füllflüssigkeit wird also von der in den obenerwähnten Patentschriften gegebe­ nen Lehre, möglichst wasserähnliche (ionische) Füllflüs­ sigkeiten zu verwenden, abgewichen und der relative Anteil an OH-Gruppen erheblich verringert, ohne daß dadurch jedoch die Vorteile verloren gehen, die sich durch die Hygroskopizität der Füllflüssigkeit und die Nichtbenetzung der Schlauchwand durch die Füllflüs­ sigkeit ergeben. Die hohen Siedepunkte der neuen Füll­ flüssigkeiten tragen ebenfalls zur Langzeitstabilität des Lichtleiters bei.

Die neuen Füllflüssigkeiten sind außerdem lichtstabil, d. h. sie werden durch die hindurchgeleitete Strahlung nicht zersetzt, sie sind ferner ungiftig und elektrisch nichtleitend. Gegenüber wässrigen Lösungen haben die vorliegenden Füllflüssigkeiten außerdem den großen Vorteil, daß der sie enthaltende Lichtleiter mit Ethylen­ oxid sterilisierbar ist.

Ein anderer, erheblicher Vorteil der erfin­ dungsgemäßen Füllflüssigkeiten ist ihr relativ hoher Brechnungsindex, der insbesondere bei Triethylenglykol sehr gut mit dem von Quarz übereinstimmt, aus dem vorzugsweise die den Schlauch verschließenden Stop­ fen bestehen. Es wird dadurch also eine optimale Anpas­ sung zwischen dem Stopfenmaterial und der Füllflüssig­ keit und damit eine entsprechende Verringerung der Reflexionsverluste an den Grenzflächen erreicht. Ein weiterer Vorteil, der sich durch den hohen Brech­ nungsindex ergibt, ist die größere Apertur, die bis etwa 60° betragen kann. Hierdurch ist eine sehr gute Anpas­ sung an die Emissionscharakteristik von Wolfram-Halo­ gen-Lampen gewährleistet, die üblicherweise mit einem Hohlspiegel zur Fokussierung der emittierten Strahlung geliefert werden. Durch den höheren Brechungsindex wird ferner die Abhängigkeit der Transmission von ei­ ner Biegung des Lichtleiters ganz erheblich verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert:

Die in der Zeichnung dargestellten Beleuchtungsein­ richtung 10 enthält eine Lichtquelle 12 und einen Licht­ leiter 14. Die Lichtquelle 12 hat ein nur schematisch angedeutetes Gehäuse 16, in dem sich eine Wolfram- Halogen-Lampe 18 befindet, die mit einem ellipsoidför­ migen Kaltlichtspiegel 20 versehen ist und beispielswei­ se eine handelsübliche 150 W-Prokjektionslampe sein kann. Die Lampe 18 ist mit einer nur schematisch darge­ stellten, konventionellen Stromversorgung 22 verbun­ den, die beispielsweise einen Netztransformator enthal­ ten und durch einen Fußschalter schaltbar sein kann (nicht dargestellt), wie es bei Endoskop-Lichtquellen all gemein üblich ist.

Der Lichtleiter 14 enthält einen flexiblen Schlauch 24, der mit einer transparenten, lichtleitenden Flüssigkeit 26 gefüllt und am Lichteintrittsende sowie am Lichtaus­ trittsende jeweils durch einen Quarzstopfen 28 bzw. 30 verschlossen ist. Das Lichteintrittsende mit dem Quarz­ stopfen 28 ist im Fokusbereich des Ellipsopidspiegels 20 angeordnet, so daß das Licht von der Lampe 18 in das Lichteintrittsende des Lichtleiters 14 fokussiert wird.

Der Lichtleiter 14 des dargestellten Ausführungsbei­ spieles ist so bemessen, daß er in den Biopsiekanal eines Endoskops eingeführt werden kann. Der Lichtleiter 14 kann beispielsweise eine Länge von 2 bis 3 m haben, und der Innendurchmesser des Schlauches 24 kann beispiels­ weise 3 mm betragen.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Füllflüssigkeit 26 erfindungsgemäß reinstes Triethylenglykol, das einen Brechungsindex von etwa 1,46 hat, der sehr gut mit dem Brechungsindex des Quar­ zes oder Quarzglases, aus dem die Stopfen 28, 30 beste­ hen, übereinstimmt. Der Schlauch 24 besteht aus FEP. Mit FEP als Schlauchmaterial und Triethylenglykol als Füllflüssigkeit ergibt sich nunmehr eine Eingangs-Aper­ tur von ca 60° und damit eine ausgezeichnete Ausnut­ zung der Lichtstrahlung der Wolfram-Halogen-Glüh­ lampe 18. Außerdem ist die Transmission vor allem im Roten erheblich besser als bei den eingangs erwähnten bekannten Lichtleitern. In der Praxis erreicht man letz­ teren gegenüber bei sonst gleichen Verhältnissen eine um etwa 30% höhere Beleuchtungsstärke (Lux) am Lichtaustrittsende des Lichtleiters, was bei der Endo­ skopie besonders wichtig ist. Die Transmission des Lichtleiters ist relativ unempfindlich gegen ein Biegen des Lichtleiters. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Lichtleiter mit den in Kliniken üblichen Ethylen­ oxid-Sterilisatoren sterilsierbar und wegen des hohen Siedepunktes von 280° des Triethylenglykols auch ver­ hältnismäßig wärmeunempfindlich ist. Der hohe Siede­ punkt und die Tatsache, daß Triethylenglykol trotz des relativ geringen Anteils an OH-Gruppen den FEP- Schlauch 24 nicht benetzt, ergeben eine geringe Ver­ dunstungs- bzw. Abdiffusionsrate und damit eine große Lebensdauer.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwan­ deln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Die Füllflüssigkeit kann beispielsweise auch Tetraethylenglykol enthalten. Man kann auch eine andere Licht­ quelle verwenden. Anstatt des bevorzugten FEP kann man auch andere geeignete Fluorkohlenstoff-Kunststoffe als Schlauchmaterial verwenden.

Für manche Anwendungen sind Lichtquellen zweck­ mäßig, die eine Metalldampf- insbesondere Quecksil­ berdampf-Bogenentladungslampe oder eine Edelgas- insbesondere Xenon-Bogenentladungslampe enthalten. Es kann bei solchen Hochdruckentladungslampen, aber auch bei Glühlampen, zweckmäßig sein, an der Lichtein­ trittsseite des Lichtleiters ein dielektrisches Wärme­ schutzfilter vorzusehen, das vorteilhafterweise auf die der Lichtquelle zugewandte Stirnfläche des Stopfens 28 aufgedampft wird, wie es bei 32 angedeutet ist, aber auch auf einem eigenen Träger angeordnet sein kann.

Die Stirnfläche der Stopfen, insbesondere die äuße­ ren Stirnflächen, können mit reflexionsvermindernden dielektrischen Beschichtungen versehen sein.

Der hohe Siedepunkt der entsprechenden Füllflüssigkei­ ten ermöglicht es, den Schlauch 24 durch Erhitzen (bei FEP auf etwa 230-240°C) mit den Stopfen 28, 30 zu verschmelzen, wodurch eine sehr gute Abdichtung ge­ währleistet ist.

Claims (8)

1. Flüssigkeitslichtleiter zum Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung, der einen zumindest an der Innenseite aus einem Fluorkunststoff bestehenden Schlauch enthält, der an den Enden durch transparente Stopfen verschlossen und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, welche einen mehrwertigen Alkohol enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mindestens eine der Verbindungen Triethylenglykol oder Tetraethylenglykol enthält.

2. Flüssigkeitslichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus Triethylenglykol besteht.

3. Flüssigkeitslichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlauch aus FEP, dem Copolymer von Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen besteht.

4. Flüssigkeitslichtleiter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Lichtleiters mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, welche eine Wolfram-Halogen- Glühlampe sowie eine optische Einrichtung zur Fokussierung der Strahlung der Glühlampe in das genannte Ende des Lichtleiters enthält.

5. Flüssigkeitslichtleiter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Lichtleiters mit einer Lichtquelle gekoppelt ist, die eine Metalldampflampe, insbesondere eine Quecksilberdampflampe, oder eine Edelgasbogenentladungslampe, insbesondere eine Xenon- Bogenentladungslampe, enthält.

6. Flüssigkeitslichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche des der Lichtquelle zugewandten Stopfens des Lichtleiters mit einer dielektrischen Wärmeschutzfilterbeschichtung ausgebildet ist.

7. Flüssigkeitslichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stirnflächen der Stopfen mit einer reflexionsvermindernden Beschichtung ausgebildet sind.

8. Verwendung des Lichtleiters nach einem der voran­ gehenden Ansprüche in einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Wolfram-Halogen-Glühlampe, einer Metalldampflampe, vorzugs­ weise einer Quecksilberdampflampe, oder einer Edelgas- Bogenentladungslampe, vorzugsweise einer Xenon-Lampe als Lichtquelle, die mit dem Lichteintrittsende des Lichtleiters optisch gekoppelt ist, wobei die Lichteintrittsfläche des der Lichtquelle zugewandten Stopfens des Lichtleiters mit einer dielektrischen Wärmeschutzfilterbeschichtung und/oder die äußeren Stirnflächen der Stopfen mit einer reflexionsvermindernden Beschichtung versehen sind für medizinische Zwecke, insbesondere zur Strahlenpolymerisation von Dentalmassen oder zur Beleuchtung in der medizinischen Endoskopie.