DE3920494A1 - Beleuchtungseinrichtung fuer optische systeme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrich­ tung zur Verwendung in einem optischen System, z. B. in einem Kondensor, die zum raschen Lampenwechsel beim Aus­ fall einer Lampe eine zweite Lampe aufweist. Da in einer solchen Einrichtung die Lampe exakt an einem vorgegebenen Ort positioniert sein muß, weisen solche Beleuchtungsein­ richtungen eine Lampenhalterung mit zwei Lampen auf, mit deren Hilfe die zweite Lampe bei Ausfall der ersten in deren Position gebracht werden kann.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsein­ richtung für den Einsatz im medizinischen Bereich, wo es beispielsweise bei einer Operation darauf ankommt, die Zeit für den Wechsel einer ausgefallenen Lampe so kurz wie möglich zu halten. Ein Anwendungsbeispiel ist eine Be­ leuchtungseinrichtung für ein Fersehkamera-System zur Verwendung im Sterilbereich, dessen Fernsehkamera an ein Endoskop anflanschbar ist.

Es ist bekannt, bei Beleuchtungseinrichtungen mit zwei Lampen, die gemeinsame Lampenhalterung mit der Hand so zu verschieben, daß die zweite Lampe die Position der erstem einnimmt. Es sind auch Beleuchtungseinrichtungen bekannt, bei denen der Lampenwechsel durch Betätigung eines Schal­ ters mit Hilfe einer elektromechanischen Einrichtung vor­ genommen werden kann.

Bei den bekannten Beleuchtungseinrichtungem muß eine Be­ dienungsperson auf den Ausfall einer Lampe reagieren und den Lampenwechsel vornehmen. Dadurch verstreicht eine gewisse Zeit, während der der Operateur seine Arbeit un­ terbrechen muß. Handelt es sich beim Bedienungspersonal um steril bekleidete Personen, muß in der Regel nach dem Lampenwechsel ein neuer steriler Handschuh übergestreift werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuch­ tungseinrichtung mit zwei Lampen anzugeben, bei welcher der Lampenwechsel vollautomatisch erfolgt.

Eine erfindungsgemäße Lösung ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß Anspruch 1 sind die beiden Lampen auf einem drehba­ ren Körper angeordnet. Eine Drehvorrichtung übt während des Betriebes ein Drehmoment auf den drehbaren Körper um seine Figurenachse aus. An dem Körper sind zwei Positio­ niervorrichtungen angebracht, die einer Drehung des Kör­ pers entgegenwirken. Je nach dem, welche der beiden Posi­ tioniereinrichtungen aktiv ist, wird die erste oder die zweite Lampe in der durch das optische System vorgegebenen Position gehalten. In der erfindungsgemäßen Beleuchtung­ seinrichtung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Positioniervorrichtung derart steuert, daß bei Ausfall der ersten Lampe die zugehörige erste Positioniervorrich­ tung abgeschaltet und die zweite Positioniervorrichtung eingeschaltet wird, so daß der drehbare Körper so lange weitergedreht wird, bis die zweite Lampe die Position der ersten eingenommen hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch den nebenge­ ordneten Anspruch 2 gelöst. Der Anspruch 2 kennzeichnet eine Beleuchtungseinrichtung, bei welcher das Licht mit Hilfe eines Lichtleiters und einer Auskoppeloptik ausge­ koppelt wird. Die beiden Lampen sind auf einer festen Platte montiert, der Lichtleiter und die Auskoppeloptik sind auf einem drehbaren Körper angeordnet und können vor der jeweils betriebenen Lampe positioniert werden. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß keine elektrischen Zufüh­ rungen zu beweglichen Elementen notwendig sind.

Bei der in Anspruch 3 gekennzeichneten Weiterbildung ist der drehbare Körper als eine um ihre Achse drehbare Dreh­ scheibe ausgebildet. Zur Positionierung der Lampen sind an der Drehscheibe zwei Permanentmagneten angebracht, die bei Drehung der Scheibe an einem Pol eines Elektromagneten vorbeigeführt werden. Da ein Permanentmagnet mit seinem Nordpol, der andere mit seinem Südpol in Richtung des Elektromagneten weist, wird je nach Polung des Elektroma­ gneten, der eine oder der andere Permanentmagnet von dem Elektromagneten angezogen und festgehalten. Damit wird durch geeignete Polung erreicht, daß die funktionierende Lampe in der vorgesehenen Position ist. Bei Polumkehr nimmt die zweite Lampe die Position der ersten ein. Diese Weiterbildung zeichnet sich durch eine besonders einfache Positioniervorrichtung aus, die ohne mechanischen Kontakt und damit verschleißfrei arbeitet. Darüberhinaus ist eine solche Positioniereinrichtung mit einer einfachen elektro­ nischen Schaltung steuerbar.

Durch die in Anspruch 4 gekennzeichnete Schaltung sind die momentan betriebene Lampe und die Spule des Elektromagne­ ten der Positioniereinrichtung in Reihe geschaltet. Der Pol des Elektromagneten übt auf den Permanentmagneten eine anziehende Kraft aus, sofern dessen, dem Elektromagneten zugewandter Pol, eine entgegengesetzte Polarität aufweist. Dadurch wird die betriebene Lampe in ihrer Position gehal­ ten. Der automatische Lampenwechsel und eine Polumkehr des Elektromagneten werden durch eine Schalteinheit gesteuert, die im wesentlichen aus einer Zenerdiode, einem Transistor und einem Relais besteht.

Die Zenerdiode ist so vor den Basiskontakt des Transistors geschaltet, daß kein Basisstrom fließen kann und der Tran­ sistor somit sperrt.

Wenn die momentan betriebene Lampe ausfällt, wird der Stromkreis unterbrochen, wodurch einerseits das Magnetfeld des Elektromagneten zusammenbricht und andererseits die Spannung an der Zenerdiode über deren Durchbruchspannung ansteigt.

Der Zusammenbruch des Magnetfeldes bewirkt, daß die Posi­ tioniervorrichtung unwirksam wird und das auf die Scheibe wirkende Drehmoment die Scheibe in eine Drehbewegung ver­ setzt. Der Spannungsanstieg an der Zehnerdiode bewirkt, daß durch den Transistor ein Basisstrom fließt, und damit der Kollektor-Emitterkreis des Transistors leitend wird. Der Emitterstrom fließt durch das nachgeschaltete Relais, das einen zweiten Stromkreis derart schließt, daß nun die zweite Lampe und die Spule des Elektromagneten in Reihe geschaltet sind und der Strom durch die Spule in umgekehr­ ter Richtung fließt. Dadurch wird im Elektromagneten ein Magnetfeld mit umgekehrter Polarität aufgebaut.

Sobald durch die Drehung der Drehscheibe der, die Position der zweiten Lanpe bestimmende Permanentmagnet, den nunmehr in seiner Polarität geänderten Elektromagnet gegenüber­ steht, stoppt die Drehung und die zweite Lampe nimmt die Position der ersten ein.

Gleichzeitig ergeben sich mit dieser Ausgestaltung der Erfindung weitere Vorteile:
Da die betriebene Lampe immer in Reihe mit der Spule des Elektromagneten geschaltet ist, wird der Einschaltstrom durch die Spule gedämpft, wodurch sich die Lebensdauer der Lampe verlängert. Die nichtbetriebene Lampe ist parallel zur Spule geschaltet, so daß ein Teil des Stromes ständig durch die Lampe fließt und sie vorheizt.

Nach Anspruch 5 werden die auf der Drehscheibe angeordne­ ten Lampen über Schleifringe und Bürstenkontakte kontakt­ iert. Dadurch werden bewegte Leitungszuführungen vermie­ den.

Das Drehmoment auf die Drehscheibe wird nach Anspruch 6 mit Hilfe einer mechanischen Feder ausgeübt. Damit ist eine besonders preisgünstige Weiterbildung der Erfindung gekennzeichnet.

Gemäß Anspruch 7 kann das Drehmoment auch mit Hilfe eines Elektromotors ausgeübt und mit Hilfe einer Magnetkupplung auf die Drehscheibe übertragen werden. Bei dieser Ausge­ staltung kann die Stärke des Drehmomentes durch Wahl des Abstandes der Kupplungs-Magnete besonders einfach auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbeson­ dere darin, daß bei Ausfall einer Lampe der Beleuchtung­ seinrichtung der Lampenwechsel selbständig eingeleitet und automatisch durchgeführt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß der Lampenwechsel nur eine minimale Unterbrechung beispielsweise einer Operation verursacht. Da kein manuel­ ler Eingriff erforderlich ist, ist ausgeschlossen, daß eine sterile Person mit dem nichtsterilen Teil der Be­ leuchtungseinrichtung in Berührung kommt.

Da bei der erfindungsgmäßen Einrichtung die Ersatzlampe vorgeheizt wird, strahlt die ausgewechselte Lampe bereits nach kurzer Zeit mit optimalem Wirkungsgrad und mit ihrer endgültigen Farbtemperatur.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.

Es zeigen:

Fig. 1A Schaltung zum automatischen Lampenwechsel vor Ausfall einer Lampe,

Fig. 1B Schaltung zum automatischen Lampenwechsel nach Ausfall einer Lampe.

Fig. 2 Beleuchtungseinrichtung in Aufsicht.

Die Fig. 1A zeigt die Ausgangssituation, in welcher die Lampe L1 betrieben wird und die Lampe L2 als Ersatzlampe dient. L1 und L2 sind Niederspannungslampen für einen Betrieb bei 12 V und haben eine Leistung von 75 W. Die Spule des Elektromagneten EM weist eine Induktivität von 4 mH und einen Gleichstromwiderstand von 0,24 Ohm auf.

Die Lampe L1 und die Spule EM sind in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung dämpft die Spule EM die Spitzen des Einschaltstromes, wodurch sich die Lebensdauer der Lampe L1 erhöht. Parallel zur Spule EM ist die Lampe L2 geschaltet, die einen etwa 10× höheren Gleichstrom-wider­ stand als die Spule EM besitzt. Dadurch fließt durch die nichtbetriebene Lampe ein geringer Strom, der ausreicht, die Lampenwendel vorzuheizen. Die Versorgungsspannung beträgt +13,5 V. Die an der Zenerdiode Z anliegende Span­ nung liegt unterhalt der Durchbruchspannung der Zener­ diode, so daß durch die Diode kein Strom fließt. Dadurch fließt auch kein Basisstrom durch den Transistor T, wes­ halb der Kollektor-Emitterkreis des Transistors sperrt.

Wenn die Lampe L1 durchbrennt, wird der Stromfluß durch die Lampe L1 und damit durch die in Reihe geschaltete Spule EM gestoppt. Die Spannung an der Zenerdiode Z steigt über die Durchbruchspannung von 12 V, so daß ein Strom durch die Zenerdiode Z und damit durch die Basis B des Transistors T fließt. Dadurch wird der Kollektor-Emitter­ kreis leitend und der Strom kann durch das nachgeschaltete Relais RL fließen, wodurch die Schalter S1 und S2 umge­ schaltet werden.

Die Anordnung nach Schalterwechsel ist in Fig. 1B gezeigt. Durch die automatische Umschaltung des Schalters S1 sind nun die Lampe L2 und die Spule des Elektromagneten EM in Reihe geschaltet. Der Stromfluß durch die Spule EM erfolgt in umgekehrter Richtung, so daß eine Polumkehr des Elek­ tromagneten stattfindet. Parallel zur Spule EM liegt nun die Lampe L1, die nach Auswechseln die Funktion der Er­ satzlampe einnimmt. Mit Hilfe des Schalters S2 wird eine Kontrolleuchte eingeschaltet, die anzeigt, daß ein Lampen­ wechsel erfolgte.

Die Zahlenwerte der Bauelemente stellen keine Einschrän­ kung der Allgemeinheit dar, sie sind vielmehr optimale Werte für einen bestimmten Anwendungsfall.

Die Lampen L1 und L2 der in Fig. 2 dargestellten Beleuch­ tungseinrichtung sind fest auf einer Grundplatte 1 mon­ tiert. Auf dem drehbaren Körper 2 ist das eine Ende eines Lichtleiters 3 mit einer Vorrichtung 4 zum Einkoppeln des Lichtes in den Lichtleiter angebracht. Eine Drehvorrich­ tung 5 übt ein Drehmoment auf den drehbaren Körper 2 um dessen Drehachse aus.

Auf der Unterseite des drehbaren Körpers 2 sind zwei Per­ manentmagnete 6 und 7 befestigt. Der Südpol des Permanent­ magneten 6 weist in Richtung des drehbaren Körpers 2, der des Permanentmagneten 7 in die entgegengesetzte Richtung.

Ein Elektromagnet, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, befindet sich unterhalb des Permanentmagneten 7 und hält diesen Magneten und damit den drehbaren Körper so fest, daß der Lichtleiter 3 vor der betriebenen Lampe L1 positioniert ist.

Wenn die Lampe L1 ausfällt, schaltet die in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerung das Magnetfeld des Elektro­ magneten ab, sodaß der drehbare Körper 2 durch das auf ihn wirkende Drehmoment in eine Drehbewegung versetzt wird. Anschließend bewirkt die Steuerung, daß im Elektromagneten erneut ein Magnetfeld, allerdings mit umgekehrter Polari­ tät aufgebaut wird, sodaß die Drehung des drehbaren Kör­ pers gestoppt wird, sobald der Permanentmagnet 6 dem Elek­ tromagneten gegenübersteht. Der Lichtleiter 3 mit der Einkoppelvorrichtung 4 ist dann vor der Lampe L2 positio­ niert. Über den Lichtleiter 3 wird das Beleuchtungslicht an eine gewünschte Stelle geführt.

Claims (7)

1. Beleuchtungseinrichtung zur Verwendung in einem opti­ schen System, mit einem Versorgungsnetzteil, zwei Lampen und einer Lampenhalterung, mit deren Hilfe die zweite Lampe bei Ausfall der ersten Lampe in deren Position ge­ bracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen auf einem drehbaren Körper angeordnet sind und daß eine Drehvorrichtung und für jede Lampe eine Positioniervorrichtung vorgesehen sind, wobei die Drehvorrichtung ein Drehmoment auf den drehbaren Körper um seine Figurenachse ausübt und jede Positioniervorrichtung den drehbaren Körper in einer vor­ gebbaren Lage positionieren kann, und daß eine Steuerung vorgesehen ist, die die Positioniervorrichtungen derart steuert, daß bei Ausfall der ersten Lampe die erste Posi­ tioniervorrichtung abgeschaltet und die zweite Positio­ niervorrichtung eingeschaltet wird, so daß die Drehvor­ richtung den drehbaren Körper so lange dreht, bis die zwei­ te Lampe die Position der ersten eingenommen hat.

2. Beleuchtungseinrichtung zur Verwendung in einem opti­ schen System, mit einem Versorgungsnetzteil, zwei Lampen sowie einem Lichtleiter mit Auskoppeloptik zum Auskoppeln des Lichtes, wobei für den Lichtleiter mit Auskoppeloptik zwei Positionen derart vorgesehen sind, daß entweder das Licht der einen Lampe oder das der anderen ausgekoppelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter und die Aus­ koppeloptik auf einem drehbaren Körper angeordnet sind und daß eine Drehvorrichtung und für jede Position des Licht­ leiters eine Positioniervorrichtung vorgesehen sind, wobei die Drehvorrichtung ein Drehmoment auf den drehbaren Kör­ per um seine Figurenachse ausübt und jede Positioniervor­ richtung den drehbaren Körper in einer vorgebbaren Lage positionieren kann, und daß eine Steuerung vorgesehen ist, die die Positioniervorrichtungen derart steuert, daß bei Ausfall der ersten Lampe die erste Positioniervorrichtung abgeschaltet und die zweite Positioniervorrichtung einge­ schaltet wird, so daß die Drehvorrichtung den drehbaren Körper so lange dreht bis der Lichtleiter und die Aus­ koppeloptik vor der zweiten Lampe positioniert sind.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper als Dreh­ scheibe ausgebildet ist und die Positioniervorrichtungen aus zwei Permanentmagneten und einem gemeinsamen Elektro­ magneten bestehen, wobei die Permanentmagneten so an der Drehscheibe angebracht sind, daß sie bei einer Drehung an einem Pol des feststehenden Elektromagneten vorbeigeführt werden, und daß der Nordpol des einen Permanentmagneten in Richtung des Pols des Elektromagneten und der des anderen Permanentmagneten in die entgegengesetzte Richtung weist, und der Positionswechsel durch Polumkehr des Elektromagne­ ten erfolgt.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung aus einer elek­ tronischen Schaltung besteht, bei welcher die momentan betriebene Lampe in Reihe und die nicht betriebene Lampe parallel zu der Spule des Elektromagneten der Positionier­ vorrichtung geschaltet ist und die als Schalteinheit eine Zenerdiode, einen als Schalter betriebenen Transistor und ein Relais aufweist, die bei Ausfall der betriebenen Lampe die Spule in Reihe zur zweiten Lampe und parallel zur ausgefallenen Lampe schaltet und gleichzeitig die Richtung des Stromflusses durch die Spule umkehrt.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte zwischen den feststehenden Elementen und den bewegten Elementen der Einrichtung durch Schleifringe und Bürsten­ kontakte oder durch eine flexible Leitungsverbindung ge­ währleistet ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung eine me­ chanische Feder aufweist, die das Drehmoment erzeugt.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung einen Elektromotor aufweist, der das Drehmoment erzeugt.