DE3733905C1 - Treatment luminaire emitting linearly polarised light - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine linear-polarisiertes Licht ausstrahlende Behandlungs
leuchte, bei der das aus der Leuchte austretende, aus parallelen Lichtstrahlen be
stehende Lichtbündel einen Querschnitt von mehr als 100 cm2 aufweist, die
Leuchte eine Lampe enthält, deren Leistung zwischen etwa 30 W und 200 W liegt,
hinter der Lampe ein Reflektor und im Lichtweg ein Brewster-Polarisator ange
ordnet sind.
Eine derartige Behandlungsleuchte ist z. B. aus der EP 1 48 144 A2 offenbart.
Die bekannte Behandlungsleuchte weist ein Gehäuse auf, das weitgehend wie ein
sogenannter Overhead-Projektor ausgebildet ist und das an seiner Oberseite von
einer Fresnel-Linse abgeschlossen wird. Im Gehäuse ist eine Metall-Halogen-Glüh
lampe mit einer Leistung von 200 bis 800 W in der optischen Achse der Fresnel-
Linse angeordnet, und eine parabolische Fläche unterhalb der Lampe dient der
Reflexion jener Lichtanteile, die nach unten abgestrahlt werden. Die Lampe wird
mittels eines Ventilators, der sich im Inneren des Gehäuses befindet, intensiv ge
kühlt.
Der Brewster-Polarisator bildet bei der bekannten Behandlungsleuchte eine ge
trennte Einheit, die am oberen Gehäuserand befestigt ist und von hier schräg nach
oben ragt. Der Platzbedarf und das Gewicht dieser Leuchte sind sehr groß, die in
tensive Kühlung der Lampe führt zu Lärm und Staub und eine Verschmutzung der
optischen Elemente ist wegen des offenen Aufbaus nicht ausgeschlossen. Diese
Leuchte erfordert ferner eine ziemlich große Haltevorrichtung, was die Handha
bung erschwert.
Aus der DE 32 20 218 C2 ist eine linear-polarisiertes Licht aussendende Be
handlungsleuchte bekannt, bei welcher sich ein Brewster-Polarisator zusammen
mit einer Lichtquelle in einem ersten, rohrförmigen Gehäuseteil, das über eine
Lichtaustrittsöffnung mit einem zweiten Gehäuseteil verbunden ist, befinden. Das
Licht trifft nach der Reflexion am Brewster-Polarisator auf einen in diesem
zweiten Gehäuseteil befindlichen, parallel zum Brewster-Polarisator angeordneten
Spiegel und verläßt das Gehäuse in axialer Richtung durch eine Lichtfilterplatte.
Ein Ventilator ist bei der bekannten Behandlungsleuchte nicht vorgesehen.
Aus der WO 84 03 049 ist eine Behandlungsleuchte bekannt, bei der das Leuchten
gehäuse aus zwei zylinderförmigen Teilen besteht, die unter einem Winkel, der
ungefähr gleich dem doppelten Brewster-Winkel ist, aneinander stoßen. Hinter der
Lampe ist ein Ventilator angeordnet, durch den Kühlluft in das Leuchtengehäuse
gesaugt wird. Im lichtaustrittsseitigen Ende des vorderen Gehäuseteils ist ein
Luftfilterelement angebracht, um ein Eindringen von Staub und Bakterien in das
Gehäuse über die angesaugte Kühlluft zu verhindern.
Der Behandlungsquerschnitt einer derartigen Behandlungsleuchte kann nicht ohne
Schwierigkeiten vergrößert werden. Bei der Vergrößerung des Querschnittes wird
die dort beschriebene Kühlung ungenügend oder bei einer entsprechend erhöhten
Ventilatorleistung erhöht sich trotz der Verwendung des Luftfilterelements die
Gefahr des Verschmutzens der optischen Elemente. Auch das Volumen und das
Gewicht der Behandlungsleuchte werden wesentlich größer, was die Handhabung
und das Halten der Leuchte erschwert.
Für die meisten Anwendungen reicht es aus, wenn die behandelte Oberfläche eine
Größe zwischen etwa 100 und 300 cm2 hat. Für derartige Anwendungen ist eine
bequemer handhabbare, ohne etwaigen Lärm funktionierende Behandlungsleuchte
erforderlich, bei der die Gefahr des Verstaubens nicht auftreten kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Behandlungsleuch
te, die linear-polarisiertes Licht mit einem Bündelquerschnitt oberhalb von
100 cm2 erzeugen kann, deren Handhabung bequem ist und deren Betrieb die An
wendung eines Ventilators nicht erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus
gestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der Behandlungsleuchte, teilweise im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Viertelteil des Verschlußelementes des Polarisators der Behandlungs
leuchte,
Fig. 3 ein vergrößertes Detail des Brewster-Polarisators im Schnitt,
Fig. 4 den Reflektor und den Lampenhalter mit der Lampe im Schnitt.
Fig. 5 erläutert das Einstellen der Lampe und
Fig. 6 zeigt einen Teil der Haltevorrichtung im Schnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte Behandlungsleuchte 1 besteht aus zwei aneinanderge
schweißten zylindrischen Rohren 2 und 3, deren Achsen einen Winkel von etwa
114° einschließen, der dem Doppelten des Brewster-Winkels entspricht. Die
beiden Rohre 2 und 3 sind im Scheitel des eingeschlossenen Winkels entlang einer
den Schnittpunkt der Rohrachsen enthaltenden Ebene angeschnitten, die mit jeder
der Rohrachsen den Brewster-Winkel einschließt, und die dadurch entstehende
elliptische Öffnung ist von einem Brewster-Polarisator 4 abgedeckt.
An dem freien Ende des Rohres 3 ist eine Reflektorvorrichtung 5 angebracht, de
ren Aufbau aus den Fig. 4 und 5 ersichtlicht ist.
An dem Vorderende des Rohres 2 ist eine Verschlußhülse 6 derart befestigt, daß
zwischen einer axialen Innenschulter der Hülse 6 und dem Stirnrand des vorderen
Rohres 2 eine Lichtfilterplatte 7 festgelegt ist. Die Lichtfilterplatte 7 ist vorzugs
weise als Gelbfilter ausgebildet, der nur die Lichtkomponenten oberhalb einer Wel
lenlänge von etwa 400-450 nm durchläßt und den Innenraum der Behandlungs
leuchte 1 mechanisch verschließt.
Aus der Fig. 1 ist auch eine Haltevorrichtung 8 aus einem Geräteständer ersichtlich,
die mit einem seitlich des Rohres 3 an diesem angeschweißten Zapfen 9 (siehe
Fig. 6) verbunden ist.
Mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 wird der Aufbau der Reflektorvorrichtung 5 nä
her erläutert. Die Reflektorvorrichtung 5 besteht aus einem Reflektor 10, der aus
einer speziellen Aluminiumlegierung gegossen und nachträglich bearbeitet ist. Der
Reflektor 10 weist eine polierte innere Parabolfläche 11 auf, deren Öffnungs
durchmesser bei einer bevorzugten Ausführungsform 140 mm beträgt. Nahe an die
ser Öffnung weist der Reflektor 10 eine axiale Innenschulter auf, an der das Ende
des Rohres 3 mit seiner Stirnfläche anliegt. In Fig. 4 ist dieses Ende des Rohres
gezeigt, welches in einen an die Innenschulter angrenzenden Zylinderabschnitt des
Reflektorrandes gesteckt ist. Der Reflektor 10 ist an der Außenseite mit mehreren
konzentrischen Kühlrippen 12 versehen, von denen die Rippen 12 a am Reflektor
rand senkrecht zu den Rippen 12 b an der Außenseite des Parabolteils des Reflek
tors verlaufen. Die Rippen können auch anders ausgerichtet und angeordnet wer
den.
Der Reflektor 10 ist am Reflektorgrund mit einer zentrischen Bohrung 13 ver
sehen, die einen äußeren kürzeren zylindrischen Abschnitt und einen sich daran an
schließenden längeren kegelförmigen Abschnitt enthält, der sich zur Innenseite des
Reflektors hin erweitert.
Der Reflektor 10 ist aus einer Zinklegierung gegossen, die etwa 22 bis 35% Zink
und vorzugsweise auch Eisen in einer Menge von 0,3 bis 0,6% enthält. In einer be
vorzugten Zusammensetzung beträgt die Zinkmenge 30%, die Eisenmenge 0,4%
und der Rest der Legierung ist Aluminium. Die Werte sind in Vol.-% angegeben. Eine
derartige Zusammensetzung hat überraschend günstige Eigenschaften.
In der Bohrung 13 kann ein Halter 14 für eine Lampe 15 befestigt werden. Die
Lampe 15 ist vorzugsweise eine Metall-Halogen-Lampe, die eine Nennleistung von
50 W hat. Die Lampe 15 hat einen kurzen Glühfaden und kann deshalb im wesent
lichen als eine Punktlichtquelle betrachtet werden. Die Lampe 15 ist in einer Fas
sung 16 genormter Ausführung gehalten und die Fassung 16 ist über Schrauben im
Halter 14 befestigt. Die elektrischen Zuleitungen 17 der Lampe 15 sind durch eine
Zentralbohrung 18 des Halters 14 herausgeführt. Diese Leitungen 17 werden von
einem am hinteren Ende des Halters 14 angebrachten Stützelement 19 festge
halten.
Die Lampe 15 ist derart im Reflektor 10 angeordnet, daß ihr Glühfaden im Brenn
punkt der Parabolfläche 11 liegt. Fig. 4 ist im wesentlichen in einem Maßstab
von 1 : 1 gezeichnet und aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, daß die Öffnung
der Parabolfläche 11 weit vor dem Brennpunkt liegt. Daraus ergibt sich, daß ein
bedeutender Teil des abgestrahlten Lichtes der Lampe 15 an der Parabolfläche 11
parallel zu deren Achse 20 nach vorne reflektiert wird. Zur vollkommenen Licht
ausnützung ist der der Lampe 15 benachbarte Stirnrand 22 des Halters 14 als
Fortsetzung der Parabolfläche 11 ausgebildet und entsprechend poliert. Auch der
Halter 14 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Das genaue Einstellen des Glühfadens in den Brennpunkt kann mittels vier Ein
stellschrauben 21 gelöst werden. Das Bild des Glühfadens muß auf einer fernlie
genden Oberfläche projiziert werden und das Optimum kann durch die Verän
derung der Lage des Halters 14 in der kegelförmigen Bohrung 13 eingestellt
werden. Durch dieses Einstellen können die Ungenauigkeiten der in Massenproduk
tion hergestellten Lichtquelle 15 sowohl in Seiten- als auch in Längsrichtung
korrigiert werden. Der Halter 14 kann nämlich vor- und zurückgeschoben und in
einem geringen Maß gekippt werden. Durch Festziehen der Einstellschrauben 21
kann die optimale Lage bleibend gesichert werden.
Der Aufbau des Brewster-Polarisators 4 wird nun anhand der Fig. 1 bis 3
näher erläutert. Der Brewster-Polarisator 4 besteht aus einer Mehrzahl (z. B. 5)
von hintereinander angeordneten dünnen planparallelen elliptischen Glasplatten (23,
zwischen denen jeweils ein Abstand verbleibt. Hinter den Glasplatten 23 ist eine
elliptische Verschlußplatte 24 angeordnet, die vorzugsweise aus einer Aluminium
legierung gegossen, danach bearbeitet und dicht an die Rohre 2, 3 angeschlossen
ist. Zur besseren Wärmeaufnahme ist die innere Fläche der Verschlußplatte 24
schwarz gefärbt oder eloxiert. Die Abstände zwischen den einzelnen Glasplatten
23 bzw. der oberen Glasplatte und der Verschlußplatte 24 sowie zwischen der un
teren Glasplatte und dem elliptischen Stützrand der in den Rohren 2, 3 ausgebil
deten Öffnung werden von dünnen Kunststoffstreifen gehalten.
Die den Glasplatten 23 abgewandte Außenseite der Verschlußplatte ist mit Kühl
rippen 25 versehen, die abstandsgleich zur Umfangskante 26 der Verschlußplatte 24
verlaufen. Die Umfangskante 26 kann als Rand eines an der Verschlußplatte aus
gebildeten, nach unten gerichteten Flansches 27 betrachtet werden. Der Schnitt
eines Viertels des Flansches 27 ist in Fig. 2 gezeigt. Der Verlauf der Umfangs
kante 26 ist durch zwei einander beidseitig der Verschlußplatte gegenüberliegenden
parallelen Linien 28, 29 und zwei diese verbindenden Kreisbögen 30, 31 bestimmt.
Da die schräge Anschnittslinie der Rohre 2, 3 elliptisch ist, ändert sich die Dicke
des Flansches entlang von dessen Umfang. Der innere Flanschkontur 32 hat el
liptische Form, die dieser Abschnittlinie und der Form der Glasplatten 23 ent
spricht. Auch die Höhe des Flansches 27 ändert sich entlang von dessen Länge, da
der Flansch der räumlichen Verschneidungslinie der Mantelflächen der Rohre 2, 3
und einer zur Ebene der Verschlußplatte 24 parallelen Ebene folgen muß. Durch
diese räumliche Ausbildung der Verschlußplatte 24 wird die Kopplung zwischen den
Rohren 2, 3 und der Verschlußplatte 24 ästhetisch sehr wohlgefällig.
Die Haltevorrichtung 8 besteht aus einer breiten Fußplatte 33 (Fig. 1), einem
daran angeschweißten Halterohr 34, einem daran im stumpfen Winkel befestigten
Konsolrohr 35 und einer am Ende des Konsolrohrs 35 angeordneten Feststellvor
richtung. Die Feststellvorrichtung enthält eine Hülse 36, die durch zwei gegenüber
liegende seitliche Bohrungen des Konsolrohrs 35 quer hindurchgeführt und daran
befestigt ist. Der Haltezapfen 9 der Behandlungsleuchte 1 ist in der Hülse 36
gelagert. Auf einen Gewindeteil des Zapfens 9 ist ein Stellrad 37 aufgeschraubt.
Die Scheiben 38, 39 sind aus weichem und reibungsfesten Material. Die
Behandlungsleuchte 1 kann durch Anziehen des Stellrades 37 in der gewünschten
Winkellage festgelegt werden.
Die Behandlungsleuchte gemäß der Erfindung funktioniert wie folgt:
Die Lampe 15 zusammen mit der Reflektorvorrichtung 5 strahlt sichtbares und
infrarotes Licht vorne in Axialrichtung ab, wobei der Einfallswinkel auf den Brew
ster-Polarisator 4 57° ist. Die Glasplatten 23 des Brewster-Polarisators 4 reflek
tieren das Licht parallel zu der Achse des Rohres 2 und das reflektierte Licht ist
linear-polarisiert. Die nicht reflektierten Lichtkomponenten treffen auf die
schwarze innere Oberfläche der Verschlußplatte 24 und die entstehende Wärme
wird durch die Kühlrippen ins Freie abgestrahlt. Wegen der robusten Ausführung
und guten thermischen Leitfähigkeit der Verschlußplatte 24 wird deren Temperatur
überall im wesentlichen gleich.
Eine normale Metall-Halogen-Lampe hat eine Farbtemperatur von etwa 3400°K
bei ihrer Nennspannung. Für Biostimulationszwecke ist es oft günstiger, wenn die
Farbtemperatur leicht unter diesem Wert auf etwa 3000-3200°K eingestellt
wird, da durch eine niedrigere Farbtemperatur die Spektralverteilung des ausge
strahlten Lichtes in Richtung zu dem infraroten Bereich verändert wird. Das
infrarote Licht hat nämlich eine größere Eindringtiefe in die lebenden Gewebe.
Diese niedrigere Farbtemperatur kann durch ein leichtes Unterheizen der Lampe
15 erreicht werden, wodurch auch deren Lebensdauer wesentlich länger wird.
Die Wahl des erwähnten Materials für den Reflektor 10 ist aus mehreren Gründen
günstig. Im polierten Zustand hat diese Zinklegierung nicht nur ausgezeichnete
Reflexionseigenschaften, sondern sie kann ihren Glanz auch während einer langen
Zeit behalten. Diese Eigenschaft ist ganz ungewöhnlich für eine Aluminiumlegie
rung, weil derartige Legierungen mit der Zeit ihren Glanz wegen der Korrosion
oft verlieren. Das Material hat sehr günstige Bearbeitungs- und Gießeigen
schaften, wodurch die Parabolfläche 11 leicht herstellbar ist. Weil die Parabol
fläche 11 die darauf auftreffenden Lichtstrahlen wirksam nach vorne reflektiert,
wird einerseits auch die durch den Reflektor 10 zu dissipierende Wärmeleistung
geringer und andererseits kann für eine vorgegebene Lichtdichte eine Lampe mit
geringerer Leistung gewählt werden. Die durch die kreisförmigen Kühlrippen 12
abzustrahlende Wärme ist im Vergleich zu der großen Oberfläche gering, und bei
einer Lampenleistung von 50 W und einem Rohrdurchmesser von 140 mm wird die
Temperaturerhöhung auch nach einem langdauernden Betrieb unter 20°C bleiben.
Diese Behandlungsleuchte strahlt paralleles polarisiertes Licht in einem kreiszylin
drischen Bündel mit 140 mm Durchmesser aus und ihre Leistungsdichte beträgt
etwa 50 mW/cm2.
Falls die Lampenleistung erhöht wird, werden auch die Abmessungen entsprechend
erhöht, wodurch die günstigen thermischen Verhältnisse bis zu einer Lampen
leistung von etwa 200 W im wesentlichen unverändert bleiben.
Die erfindungsgemäße Behandlungsleuchte ist ergonomisch sehr günstig aufgebaut;
somit können größere Körperoberflächen (wie z. B. das ganze Gesicht) schnell be
handelt werden. Durch die geschlossene Konstruktion wird das Verstauben oder
Verschmutzen der optischen Oberflächen verhindert, d. h. die Strahlungsdichte
bleibt mit der Zeit unverändert.
Zusätzlich zu diesen objektiven Vorteilen kann erwähnt werden, daß die kreis
förmigen Kühlrippen des Reflektors 10 und die ovalen Kühlrippen der Verschluß
platte 24 in Naturfarbe eine sehr gefällige Gestalt darbieten, insbe
sondere wenn die Rohre 2, 3 mattschwarz sind.
Claims (8)
1. Linear-polarisiertes Licht ausstrahlende Behandlungsleuchte, bei der das austre
tende Lichtbündel einen Querschnitt von mehr als 100 cm2 aufweist, mit einer
Lampe (15), deren Leistung zwischen etwa 30 W und 200 W liegt, einem hinter
der Lampe (15) angeordneten Reflektor (10) und einem im Lichtweg angeordne
ten Brewster-Polarisator (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (10)
aus einer Aluminium-Zink-Legierung gebildet ist, der Reflektor (10) eine innere
Parabolfläche (11) aufweist, die der Parabolfläche (11) abgewandte Außenfläche
des Reflektors (10) mit Kühlrippen (12) versehen ist und im Reflektor (10) eine
zentrische Bohrung (13) ausgebildet ist, daß die Lampe (15) mit ihrem Sockel in
einem aus Metall hergestellten Halter (14) und dieser in der Bohrung (13) derart
befestigt ist, daß der Glühfaden der Lampe (15) im Brennpunkt der Parabol
fläche (11) liegt, daß der Rand der Parabolfläche (11) mit einem Ende eines er
sten Rohres (3) verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem Ende eines zwei
ten Rohres (2) verbunden ist, wobei die Achsen der beiden Rohre (2, 3) einen
Winkel einschließen, der dem doppelten Brewster-Winkel entspricht, daß die
beiden Rohre (2, 3) am Scheitel des von den Rohrachsen eingeschlossenen Win
kels entlang einer mit jeder der Rohrachsen den Brewster-Winkel einschließen
den Ebene unter Ausbildung einer Öffnung angeschnitten sind und der Brewster-
Polarisator (4) diese Öffnung in dieser Anschnittsebene abdeckt, daß der
Brewster-Polarisator (4) eine Verschlußplatte (24) aus Metall aufweist, deren
Außenseite mit Kühlrippen (25) versehen ist, und daß das Vorderende des zwei
ten Rohres (2) von einer Lichtfilterplatte (7) dicht verschlossen ist.
2. Behandlungsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brew
ster-Polarisator (4) mehrere planparallele Glasplatten (23) enthält, die vonein
ander bzw. von der Verschlußplatte (24) in einem vorbestimmten kleinen Ab
stand angeordnet sind, und daß die innerste Glasplatte an den Anschnitträndern
der Rohre (2, 3) abgestützt ist.
3. Behandlungsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alumini
umlegierung des Reflektors (10) 22 bis 35 Vol.-% Zink enthält.
4. Behandlungsleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alumini
umlegierung des Reflektors Eisen in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Vol.-% enthält.
5. Behandlungsleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (13) des Reflektors (10) einen kurzen zylindrischen Abschnitt
und einen längeren, in Richtung der Lampe (15) sich verbreiternden kegelförmi
gen Abschnitt aufweist, und die Lage des Halters (14) mit Einstellschrauben
(21) einstellbar ist.
6. Behandlungsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver
schlußplatte (24) eine entlang zweier Kreisbögen abgerundete Form aufweist
und mit einem zu den Rohren hinweisenden Flansch (27) versehen ist, dessen
innere Umrißlinie der im erwähnten Abschnitt befindlichen Ellipse entspricht.
7. Behandlungsleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß an einer Stelle des ersten Rohres (3) ein Zapfen (9) befestigt ist, der an
einer Haltevorrichtung (8) anschließbar ist.
8. Behandlungsleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lampe (15) eine Metall-Halogen-Leuchte ist, die derart unterheizt be
betrieben wird, daß ihre Farbtemperatur zwischen 3000 und 3200°K liegt.
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