DE3634651A1

DE3634651A1 - Beleuchtungseinrichtung mit einem fluessigkeitsgefuellten lichtleiterschlauch

Info

Publication number: DE3634651A1
Application number: DE19863634651
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Nath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-10
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1988-04-14

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beleuchtungseinrichtungen mit einem sogenannten Flüssigkeitslichtlei ter, der einen flüssigkeitsgefüllten, an den Enden durch transpa rente Fenster verschlossenen Kunststoffschlauch ("Lichtleiter schlauch") enthält, sind beispielsweise aus der DE-OS 20 12 110 oder der DE-PS 24 06 424 bekannt und werden für die verschiedensten Zwecke verwendet, z. B. zur Lichteinspeisung in Endoskope, zur Polymerisation von Dentalkunststoffmassen, zur Koagulation, als sogenannte Laser-Skalpelle u.a.m.

Da die Lichttransmission eines solchen Flüssigkeitslichtleiters durch starkes Biegen oder Knicken ganz erheblich beeinträchtigt werden kann, ist es üblich, den flüssigkeitsgefüllten Lichtleiter schlauch mit einem Knickschutzschlauch zu armieren, wofür häufig ein Wellschlauch aus Metall verwendet wird, wie er auch für Badezim merbrausen und dergl. gebräuchlich ist. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Lichtleiter starrer und schwerer wird, so daß die Manipulier barkeit der von ihm mit Licht versorgten Einrichtung leidet. Für viele Zwecke, wie z. B. moderne Endoskope für die Artroskopie und Cystoskopie, die immer leichter und dünner werden, benötigt man Beleuchtungseinrichtungen mit entsprechend leichten und hochfle xiblen Lichtleitern, die eine möglichst geringe Hebelwirkung auf das Endoskop ausüben und den Arzt möglichst wenig behindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuch tungseinrichtung mit einem Flüssigkeitslichtleiter zu schaffen, der leicht sowie hochflexibel ist und auch bei starkem Biegen seine hohe Transmission behält.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete und im folgenden näher erläuterte Erfindung gelöst.

Die Erfindung ermöglicht es, dünnwandige und daher entsprechend leichte sowie flexible Lichtleiterschläuche zu verwenden. Der erfindungsgemäße elastische Schutzschlauch, der einen relativ starken radialen Druck auf den Lichtleiterschlauch ausübt, erhöht das Gewicht und die Steifigkeit des Lichtleiterschlauches, also seinen Widerstand gegen Biegekräfte, im Gegensatz zu den als Versteifung dienenden bekannten praktisch nicht, während er anderer seits die Verformung des normalerweise kreisförmigen Innenquer schnitts des Lichtleiterschlauches, die sonst beim Biegen auftritt und eine Verringerung der Transmission des Lichtleiters bewirkt, stark herabsetzt. Wenn es tatsächlich zu einem Knick des Lichtleiter schlauches gekommen sein sollte, bewirkt außerdem der vom vorliegen den Schutzschlauch ausgeübte starke radiale Druck eine rasche Ausheilung der Knickstelle und eine Wiederherstellung des ursprüng lichen kreisförmigen Querschnitts des Lichtleiterschlauches.

Die Unempfindlichkeit des Lichtleiters gegen starke Biegungen wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch zusätzlich gefördert, daß ein Lichtleiterschlauch aus TFB (ein Mischpolymerisat aus Polytetrafluorethylen-, Hexafluorpropylen- und Vinylidenfluo rid-Einheiten) vorzugsweise in Kombination mit hochbrechendem Phenylmethylsiloxan als Füllflüssigkeit verwendet wird. Durch den relativ großen Unterschied zwischen dem Brechungsindex n = 1,36 des TFB-Schlauches und dem Brechungsindex n = 1,557 des Phenylmethyl siloxans sind Biegungen mit engem Radius ohne nennenswerte Herab setzung der Transmission des Lichtleiters möglich und kleinere Verformungen, die bei starkem Knicken trotz des vom Schutzschlauch ausgeübten radialen Druckes zeitweilig zurückbleiben, haben eben falls keinen wesentlichen Einfluß auf die Transmission.

Der unter erheblicher elastischer Vorspannung auf den Lichtleiter schlauch aufgebrachte elastomere Schutzschlauch besteht vorzugs weise aus Silicon-Elastomer, es können jedoch auch andere hochfle xible und hochelastische Materialien verwendet werden, insbesonde re Kunststoffe, wie Polyurethan und gegebenenfalls auch Weich-PVC.

Der Schutzschlauch ist vorzugsweise dunkel, insbesondere schwarz eingefärbt, um das Austreten von Licht aus dem Lichtleiter zu verhindern. Das von dem dunklen Schutzschlauch absorbierte Licht führt im Gebrauch zu einer Erwärmung des Lichtleiters, was dessen Flexibilität in vorteilhafter Weise weiter erhöht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrich tung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein stark vergrößerter Querschnitt in einer Ebene II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Beleuchtungseinrichtung enthält eine Lichtquelleneinheit (10), die beispielsweise einen Laser, oder, wie dargestellt, eine Wolfram-Halogen-Glühlampe (12) als Lichtquelle enthalten kann. Die Glühlampe (12) ist in einem Ellipsoidspiegel (14) angeordnet, bei dem es sich um einen selektiven Spiegel handeln kann, der die Nutzstrahlung in ein Eintrittsende eines Flüssigkeitslichtleiters (16) reflektiert, während störende, z. B. langwellige Spektralanteile der von der Lampe (12) emittierten Strahlung durchgelassen werden. Die Lichtquel leneinheit (10) kann ferner ein vor dem Lichteintrittsende des Lichtleiters (16) angeordnetes optisches Filter (18) enthalten. Das Lichtaustrittsende des Flüssigkeitslichtleiters (16) ist mit einem nur schematisch angedeuteten Gerät (20), z. B. einem Endoskop, gekoppelt.

Wie in Fig. 2 genauer dargestellt ist, enthält der Lichtleiter einen Lichtleiterschlauch (22), der mit einer lichtleitenden Flüssigkeit (24) gefüllt ist. Der Lichtleiterschlauch kann aus irgendeinem geeigneten Kunststoff bestehen, wie es z. B. aus der DE-OS 20 12 100 oder der DE-PS 24 06 424 bekannt ist. Der Lichtleiterschlauch (22) ist mit einem Kompressions-, "Korsett"- oder Schutzschlauch (26) umgeben, der aus einem möglichst flexib len und elastischen Werkstoff besteht, im allgemeinen dünner als der Lichtleiterschlauch sein wird und so bemessen ist, daß er einen relativ starken radialen Druck auf den Lichtleiterschlauch (22) ausübt. Der Innendurchmesser des Schutzschlauches im entspann ten Zustand ist bei Verwendung üblicher gummielastischer Mate rialien, gegebenenfalls mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% oder 30% kleiner als der Außendurchmesser des Lichtleiter= schlauches. Der Schutzschlauch kann direkt auf den Lichtleiter schlauch aufgezogen oder aufgeschrumpft sein und ist vorzugsweise dunkel, insbesondere schwarz eingefärbt, damit keine weitere optische Abdeckung des gewöhnlich transparenten Lichtleiterschlau ches (22) erforderlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Lichtleiterschlauch (22) aus TFB (ein Copolymer aus Tetrafluor ethylen-, Hexalfluorpropylen- und Vinylidenfluorid-Einheiten) mit einem Brechungsindex von etwa 1,36. Die lichtleitende Flüssig keit besteht vorzugsweise im wesentlichen aus Phenylmethylsiloxan mit einem Brechungsindex von 1,557 und der mit erheblicher Vorspan nung auf den Lichtleiterschlauch (22) aufgezogene Überzugs- oder Schutzschlauch (26) besteht aus hochflexiblem und hochelastischen, schwarz eingefärbten Silicongummi. Die Enden des Lichtleiterschlau ches sind, wie üblich, durch transparente Stopfen oder Fenster aus einem Material mit einem Brechungsindex größer als 1,6, z. B. aus einem hochbrechenden Glas, verschlossen.

Bei einer praktischen Ausführungsform eines aus diesem Material bestehenden Lichtleiters hatte der TFB Lichtleiterschlauch (22) eine Länge von 1800 mm, einen Außendurchmesser von 6 mm und einen Innendurchmesser von 5 mm. Der aus Silicongummi bestehende Schutz schlauch (26) hatte im entspannten Zustand einen Innendurchmesser von 3,5 mm und einen Außendurchmesser von 4,5 mm.

Zur Knickunempfindlichkeit eines solchen Lichtleiters trägt nicht nur der Schutzschlauch (26), sondern auch der große Unterschied zwischen dem Brechungsindex n = 1,36 des TRB-Schlauches und dem Brechungsindex n = 1,557 der aus Phenylmethylsiloxan bestehenden lichtleitenden Flüssigkeit (24) bei.

Die Erzeugung von sechs Knickstellen längs des Lichtleiterschlauches der oben beschriebenen Ausführungsform verringerte die Transmis sion des Lichtleiters nur um etwa 3%. Nach 20 Minuten war selbst diese geringe Transmissionsverschlechterung wieder vollständig ausgeheilt und der Lichtleiter hatte wieder seinen ursprünglichen Transmissionswert. Die Ausheilung der durch Knicken entstandenen Verformungen wird durch den allseitigen radialen Druck bewirkt, den der Schutzschlauch (26) auf den Lichtleiterschlauch (22) ausübt. Im Gegensatz hierzu erzeugt eine einzige Knickstelle in einem bekannten Lichtleiter, der einen Lichtleiterschlauch aus FEP, Innendurchmesser 5 mm, Außendurchmesser 6 mm, enthält, eine bleibende Transmissionsverschlechterung von 5 bis 10%. Eine größere Anzahl von Knickstellen erzeugt entsprechend größere Verluste.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich in der verschie densten Weise abwandeln. So kann, z. B. der radial vorgespannte Schutzschlauch durch eine hochelastische Kleberschicht (30) (Fig. 3) mit der Außenfläche des Lichtleiterschlauches verklebt werden. Geeignete Kleber und Klebeverfahren für Fluor-Kunststoffe, wie PTFE, FEP, TFB sind bekannt.

Zwischen dem Überzugsschlauch und dem Lichtleiterschlauch kann sich auch eine Zwischen- oder Schutzschicht befinden, die beispiels weise ein Material mit hygroskopischen Eigenschaften, wie Glyzerin, Glycol enthält. Eine solche hygroskopische Zwischenschicht hat bei Verwendung von Phenylmethylsiloxan und ähnlichen organischen lichtleitenden Flüssigkeiten den Vorteil, daß sie Wasser bindet, welches durch die Schläuche hindurchdiffundiert und dadurch die gewünschte Wasserfreiheit der lichtleitenden Flüssigkeit über lange Zeiten gewährleistet bzw. sogar verbessert. Die Zwischen schicht kann auch als Gleitmittel dienen, die das Einziehen des Lichtleiterschlauches in den Schutzschlauch erleichtert.

Der Schutzschlauch kann, wie ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist, auch mehrschichtig ausgebildet sein und z. B. eine dunkel, insbesondere schwarz eingefärbte Innenschicht (26 a) und eine gegebenenfalls mit dieser zusammen extrudierte helle, insbesondere weiße Außenschicht (26 b) enthalten. Das enge Anliegen eines dunkel eingefärbten Überzuges auf dem transparenten Lichtleiterschlauch ergibt einen guten thermischen Kontakt. Der dunkle Überzugs- oder Schutzschlauch heizt sich durch die Streustrahlung (in der Praxis etwa 1 bis 2 Watt) auf und gibt die Wärme durch Wärmelei tung an den Lichtleiterschlauch weiter. Dieser wird dadurch erwärmt, was zu einer erwünschten Flexibilitätserhöhung des Lichtleiterschlau ches führt. Der mehrschichtige Schutzschlauch mit innen schwarzer und außen weißer Schicht hat den Vorteil, daß einerseits der Lichtleiterschlauch in erwünschter Weise erwärmt wird, während andererseits wenig Wärme nach außen abgestrahlt wird, was für die Endoskopie von Bedeutung ist, wo ein zu starkes Aufheizen des Endoskops auch bei länger dauernden Eingriffen nach Möglichkeit zu vermeiden ist.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle (12) und einem Lichtleiter (16), der einen flüssigkeitsgefüllten Lichtleiterschlauch (22) und einen diesen umgebenden Schutzschlauch (26) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschlauch (26) aus einem flexiblen, elastischen Werkstoff besteht und so bemessen ist, daß er einen erheblichen radialen Druck auf den Lichtleiterschlauch (22) ausübt.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Schutzschlauches (26) im entspannten Zustand mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 20% oder 30% kleiner ist als der Außendurchmesser des Lichtleiterschlauches (22).

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schutzschlauch (26) mit Vorspannung direkt auf die Außenseite des Lichtleiterschlauches (22) aufgezogen ist.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß sich zwischen dem Lichtleiterschlauch (22) und dem Schutzschlauch (26) eine Zwischenschicht (30) befindet.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Kleberschicht ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein hygroskopisches Material enthält.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterschlauch aus einem Fluorpolymer oder -copolymer besteht.

8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterschlauch aus TFB besteht.

9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllflüssigkeit wenigstens zum Teil aus Phenylmethylsiloxan besteht.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschlauch aus Silicongummi besteht.

11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschlauch dunkel, insbesondere schwarz eingefärbt ist.

12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschlauch eine innere, dunkel, insbesondere schwarz eingefärbte Schicht und eine äußere, hell, insbesondere weiß eingefärbte Schicht (26 b) enthält.