DE4316623A1 - Endoskopie-Einrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtprojektionssysteme, die von einer Lichtquelle erzeugtes Licht zu einem vorherbe­ stimmten Ort übertragen. Insbesondere betrifft die vorlie­ gende Erfindung Endoskope, welche mittels eines Lichtleiters mit einem Lichtprojektor verbunden sind und die in medizini­ schen und technischen Bereichen Anwendung finden.

Derartige gattungsgemäße Lichtprojektionssysteme sind bekannt. Sie finden insbesondere in Bereichen Anwendung, in denen schwer zugängliche Objekte zu untersuchen bzw. zu ma­ nipulieren sind, die sich aufgrund einer verdeckten Lage in einer normalerweise lichtarmen Umgebung befinden. Die Licht­ projektionssysteme bzw. die Endoskopie-Einrichtungen werden verwendet, um außerhalb eines bestimmten Beobachtungsraumes erzeugtes Licht zu einem zu untersuchenden Objekt zu führen und um dieses zu beleuchten. Herkömmlicherweise wird hierfür ein Lichtleiter verwendet, der mit einer Lichtquelle gekop­ pelt Licht zu einem sondenförmigen Instrument wie beispiels­ weise zu einem Endoskop führt.

Bei Endoskopen hat der Lichtleiter dabei eine doppelte Funk­ tion: zunächst überträgt er das von der Lichtquelle empfan­ gene Licht hin zu dem zu untersuchenden Objekt, darüber hin­ aus empfängt er von dem zu untersuchenden Objekt reflektier­ tes Licht und führt es einem optischen Ausgang zu, welcher entweder mit dem menschlichen Auge oder einer Kamera bzw. Videovorrichtung beobachtet wird, um es einer optischen Aus­ wertung zuzuführen.

Die im medizinischen Bereich verwendeten Endoskope bestehen aus einem langgestreckten Sondenteil, innerhalb dem der Lichtleiter verläuft. Der Sondenteil weist ein proximales Ende auf, von dem das übertragene Licht abgestrahlt wird. Darüber hinaus ist er wahlweise starr oder flexibel ausgebildet, so daß er Körperhöhlungen folgend zu einem bestimmten Ort innerhalb des Körpers geführt werden kann. Am distalen Ende des Endoskopes befindet sich eine Lichtleitereinspreisung, bei der das beleuchtende Licht in das Endoskop eingespeist und das zurücklaufende reflektierte Licht ausgekoppelt wird, um es mittels entweder eines Okulares oder einer sonstigen optischen Auskoppelvorrichtung zu verarbeiten. Der in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung ausgewählte Typ des langgestreckten Endoskopieteiles erlaubt es diesem, durch eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in den Körper eines Patienten eingeführt zu werden.

Bei Lichtprojektoren der oben genannten Art ist es notwen­ dig, die von der Lichtquelle übertragene Lichtleistung zu regulieren, da in Abhängigkeit des verwendeten Lampentypes, der Reflektivität des zu untersuchenden Objektes und dem vorhandenen Restlicht es nötig ist, das zu untersuchende Objekt in geeigneter Weise auszuleuchten. Dies gilt insbesondere in den Fällen, in denen eine elektronische Kamera bzw. eine Videokamera auf dem Endoskop zur Bildauswertung verwendet wird. Derartige Kameras können leicht über- bzw. unterbelichtet werden und zusätzlich zu dem in aller Regel vorgesehenen elektronischen Lichtempfindlichkeits-Regelungskreis der Kamera ist im Stand der Technik ein weiterer Regelkreis vorgesehen, der die von der Lichtquelle abgegebene Lichtleistung an die jeweilige Situation optimal anpaßt.

Gemäß dem Stand der Technik sind bislang zwei prinzipiell unterschiedliche Verfahren zur Lichtleistungsregelung ver­ wendet worden: das erste Verfahren basiert auf der Regelung der elektrischen Versorgungsspannung bzw. des elektrischen Versorgungsstromes der Lichtquelle. Dieser Typ von Lichtlei­ stungsregelung ist insbesondere für Halogenlampen und ähnli­ che Lampentypen geeignet. Der Vorteil dieser Lichtleistungs­ regelung liegt darin, daß die abgegebene Lichtleistung sehr schnell und sehr präzise mit konventionellen Regelkreisen geregelt werden kann. Ein Nachteil liegt darin, daß sich die Farbtemperatur der Lichtquelle in Abhängigkeit des jeweili­ gen Betriebszustandes ändert. Dies führt dazu, daß die Farb­ zusammensetzung des sich ergebenden Bildes verfälscht wird, da der - gewöhnlich zu Beginn einer Messung - durchgeführte Weißabgleich des Kamerasystems bei einer bestimmten defi­ nierten spektralen Zusammensetzung der Lichtquelle erfolgt, nämlich vorzugsweise bei Vollastbetrieb, der zu einer "weißen" Spektralverteilung des emittierten Lichtes führt. Nähert sich nun die Endoskopspitze einem stark reflektieren­ den Objekt (wie beispielsweise einem Organ), dann spricht der Regelkreis des Kamerasystemes darauf an und regelt die Lichtleistung soweit herunter, bis das zu untersuchende Ob­ jekt geeignet ausgeleuchtet ist. In diesem Betriebszustand hat die Lichtquelle allerdings eine unterschiedliche Farb­ temperatur (d. h. die emittierten Lichtstrahlen weisen eine andere Spektralzusammensetzung auf), was dazu führt, daß das sich ergebende Kamerabild farblich verfälscht wird.

Die zweite Möglichkeit zur Durchführung einer Lichtlei­ stungsregelung basiert nach dem Stand der Technik auf der Verwendung von lichtabblockenden Aperturblenden wie beispielsweise Irisblenden, die an geeigneter Stelle im Lichtprojektor angeordnet werden. Diese Art der Lichtleistungsregelung schneidet einen variabel einstellbaren Teil des von der Lichtquelle erzeugten Lichtes ab und absorbiert ihn. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, daß die Lichtleistungsregelung ohne eine Änderung der Farbtemperatur der Lichtquelle erfolgen kann. Der Nachteil dieser Technik liegt darin, daß die Regelung mechanisch anfällig ist, da sie oft nicht unerhebliche Lichtmengen absorbieren muß, die die empfindliche Mechanik leicht beschädigen können.

Ein weiterer Punkt, der insbesondere bei medizinischen Endo­ skopen zu beachten ist, ist die Betriebssicherheit des Gerä­ tes. Werden medizinische Endoskope während operativen Ein­ griffen verwendet, die möglicherweise unter Vollnarkose des Patienten stattfinden, dann muß die Funktionsweise des Endoskopes mit größtmöglicher Sicherheit gewährleistet sein. Eine kritische Größe ist hierbei die Lebensdauer der Lichtquelle. Brennt die Lichtquelle während einer Operation durch, dann muß gewährleistet sein, daß eine neue Licht­ quelle unmittelbar, d. h. mit möglichst geringer Zeitverzöge­ rung, zum Einsatz kommen kann. Hierbei ist es nicht akzepta­ bel, daß erst das Projektorgehäuse umständlich geöffnet werden muß, um die sich in seinem Innern befindliche Lichtquelle auszutauschen. Aus diesem Grunde ist bereits im Stand der Technik vorgeschlagen worden, eine Lichtquellenhalterung zu verwenden, bei der zwei Lichtquel­ len in einer rahmenähnlichen Struktur angeordnet sind. Die rahmenähnliche Struktur ähnelt dabei einem Diarahmen für zwei Dias, wobei anstelle der Dias zwei mit Reflektoren versehene Lampen vorgesehen sind, deren peripherer Rand sich in einer Ebene befindet. Jeweils eine Lampe befindet sich in einer Arbeitsposition und beleuchtet in diesem Zustand die Öffnungsapertur, über die das erzeugte Licht zum Endoskop geführt wird. Brennt diese Lampe durch, dann kann manuell die zweite Reservelampe in die Arbeitsposition gebracht wer­ den und so die fehlerhafte Lampe ersetzen.

Ein weiteres Problem, das in Zusammenhang mit Endoskopen auftreten kann, die in einem Beobachtungsvolumen Einsatz finden, das sich auf einer höheren Temperatur als die Umge­ bung befindet, betrifft den Niederschlag von Feuchtigkeit auf der Optik der proximalen Endoskopspitze, wenn sie zu dem zu untersuchenden Objekt geführt wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei medizinischen Endoskopen auf, die im Inne­ ren des menschlichen Körpers Anwendung finden. Bekannter­ weise liegt die Körpertemperatur eines gesunden Menschen bei ca. 36°C, im Krankheitsfall kann sie noch einige Grad dar­ über liegen. Normale Umgebungstemperaturen in Behandlungs­ räumen liegen hingegen herkömmlicherweise zwischen 20 und 25°C. Dies bedeutet, daß sich ein im Behandlungsraum gela­ gertes Endoskop gleichfalls auf dieser Raumtemperatur befin­ det. Wird nun das Endoskop in den sich auf der höheren Tem­ peratur befindenden Körper des Patienten eingeführt, dann führt dies dazu, daß sich im Körper enthaltende Feuchtigkeit auf der Optik des Endoskopes niederschlägt, was sowohl die gewünschte Ausleuchtung des Beobachtungsraumes als auch den Empfang der reflektierten Lichtstrahlen erheblich beein­ trächtigen kann. Dies ist aber gerade während des Einführungsvorganges von Endoskopen bzw. Kathetern besonders gefährlich, da es hierbei leicht zu folgenschweren Verletzungen kommen kann, wenn der Einführvorgang visuell nicht überwacht wird.

Um diesen Problemen zu begegnen, sind gemäß dem Stand der Technik Endoskopie-Einrichtungen verwendet worden, die in einem Wasserbad auf die Körpertemperatur des Patienten vor­ erwärmt worden sind. Derartige Wasserbäder weisen allerdings den Nachteil auf, daß sie nur schwer bakteriell reinzuhalten sowie unhandlich und großvolumig sind, und einen Tauchsieder verwenden, um das Wasserbad auf die erforderliche Temperatur vorzuerwärmen. Somit wurde die gesamte Endoskopie- Einrichtung gemäß dem Stand der Technik schwerfällig und umständlich.

Im Hinblick auf die auf die oben diskutierten Nachteile des Standes der Technik stellt sich demnach der Erfindung die Aufgabe, eine Lichtprojektionseinrichtung bereitzustellen, welche effizient und betriebssicher arbeitet und kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Endoskopie- Einrichtung gelöst, welche ein Lampenkarussell gemäß dem Patentanspruch 1 und/oder eine Heizvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 16 verwendet.

Durch den Einsatz eines Lampenkarussells, das die im An­ spruch 1 enthaltenen Merkmale aufweist wird es möglich, we­ nigstens zwei Lichtquellen in einem Lichtprojektor anzuord­ nen, von denen sich eine in einer Arbeitsposition befindet. Diejenige Lichtquelle, die sich in der Arbeitsposition be­ findet kann selektiv betätigt werden, um Licht mit geeigneten Mitteln zu einer optischen Vorrichtung zu übertragen, welche das Licht abstrahlt. Durch die drehbare Lagerung des Lampenkarussells innerhalb des Lichtprojektors wird es möglich, bei Fehlfunktion der sich in der Arbeitsposition befindlichen Lichtquelle eine neue Lichtquelle in die Arbeitsposition zu drehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform geschieht dies durch eine 90° Drehung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform können bis zu vier Lichtquellen auf dem Lampenkarussell befestigt werden. Die Positionierung der neuen Lampen der neuen Lichtquelle hin zur Arbeitsposition erfolgt hierbei auf einer schnellen und sicheren Art und Weise. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Drehung des Lampenkarussells ein Elektromotor verwendet, wobei allerdings auch eine Vorrichtung zum manuellen Drehen vorgesehen werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß in der nachfolgenden Beschreibung der Begriff "Lampenkarussell" in weitem Umfang benutzt wird. Insbesondere sollen unter diesem Begriff neben kreisförmigen (drehbar gelagerten) Lampenhalterstrukturen auch schieberähnliche (auf Schlitten gelagerte) Lampenhalterstrukturen verstanden werden.

In einem Projektorgehäuse, welches das erfindungsgemäße Lam­ penkarussell aufnehmen kann, befindet sich gegenüberliegend zu der Arbeitsposition ein Lichtleiter-Einkopplungsmechanis­ mus. Der Lichtleiter-Einkopplungsmechanismus haltert das Einkoppelende eines Lichtleiters bzw. ein geeignete Einkopp­ lungsoptik derart, daß die Ebene der Aperturöffnung des Lichtleiters bzw. des optischen Systems senkrecht zu einer Linie steht, die durch den Drehpunkt des Lampenkarussells läuft. Hierdurch wird erreicht, daß das von der sich in der Arbeitsposition befindenden Lichtquelle emittierte Licht optimal in das optische System eingekoppelt werden kann, daß das erzeugte Licht zum nachgeschalteten optischen Instrument führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird unter Zuhilfe­ nahme des drehbar gelagerten Lampenkarussells die Regelung der zum optischen Instrument geführten Lichtleistung dadurch variiert, daß das Lampenkarussell um kleine Winkel um seine Rotationsachse herum verschwenkt wird, so daß der von der Lichtquelle erzeugte Lichtkegel gezielt im Hinblick auf die Aperturöffnung dejustiert wird. Mit anderen Worten wird die Güte der Einkopplung gezielt verschlechtert bzw. verbessert, um so die zum optischen Instrument übertragene Lichtleistung zu variieren. Diese Art der Lichtleistung hat gegenüber den Lichtleistungsregelungsmechanismen des Standes der Technik den Vorteil, daß zum einen keine Änderung der Farbtemperatur der Lichtquelle auftritt und zum anderen keine empfindlichen Blendenmechanismen verwendet werden.

Darüber hinaus weist sie den Vorteil auf, daß die vorzugsweise elektrisch betriebene Drehvorrichtung eine Doppelfunktion wahrnimmt: zum einen wird sie für die Lichtleistungsregelung um kleine Winkel gedreht, zum anderen wird sie um beispielsweise 90° Winkel gedreht dazu verwendet, bei Lampenausfall eine neue Lampe in Position zu bringen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß eine unterschiedliche Anzahl von Lampen auf dem Lampenkarussell untergebracht werden können. Je nach Anzahl der auf dem Lampenkarussell angeordneten Lichtquellen ergibt sich ein entsprechender Stellwinkel, um jeweils eine neue Reservelampe in die Arbeitsposition bringen zu können.

Die auf dem Lampenkarussell angeordneten Lampen weisen vorzugsweise einen parabolspiegelartigen Reflektor auf, welcher dichroitisch ist. Dies bedeutet, daß nur dasjenige Licht von dem Reflektor gebündelt wird, das innerhalb eines gewünschten Wellenlängenbereiches liegt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen drei der vier verwendeten Lichtquellen eine dichroitischen Reflektor auf, welcher sichtbares Licht reflektiert und infrarotes Licht transmittiert. Hierdurch wird erreicht, daß unerwünschte Wärmestrahlung nicht durch das optische System hin zum optischen Instrument übertragen wird. Eine der Lichtquellen weist hingegen einen dichroitischen Reflektor auf, welcher für sichtbares Licht transmittierend und für infrarotes Licht reflektierend ist. Diese spezielle Lichtquelle wird erfindungsgemäß in Arbeitsposition gebracht, wenn die erfindungsgemäße Instrumentenheizvorrichtung betrieben wird. Dieses umfaßt neben einer Infrarotlicht erzeugenden Lichtquelle eine Infrarotabsorptionsvorrichtung, die auf dem optischen Instrument im Strahlengang angeordnet wird, und zwar vorzugsweise auf der Spitze des optischen Instrumentes. Die Infrarotabsorptionsvorrichtung absorbiert das auf sie auftreffende Infrarotlicht und erwärmt innerhalb einer bestimmten Zeitspanne die Spitze des optischen Instrumentes auf Körpertemperatur. Auf diese Art und Weise wird eine Heizvorrichtung bereitgestellt, die im Vergleich zum Stand der Technik äußerst simpel und daher preiswert herzustellen ist, die sich auf einfache Art und Weise bei bereits sterilisierten Instrumenten anwenden läßt und die schnell und hygienisch arbeitet. Darüber hinaus hat sie den Vorteil, daß sie das optische Instrument von innen her erwärmt, wodurch dieses - einmal erwärmt - die Wärme besser speichern kann.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Lampenkarussell kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung realisiert werden, in­ dem man lediglich einen kommerziell verfügbaren, das sicht­ bare Licht reflektierenden Reflektor gegen einen dichroiti­ schen Reflektor austauscht, oder auch nur einen vollverspiegelten - also nicht dichroitischen - Lampenspiegel einsetzt, der Infrarotlicht reflektiert, sowie durch die Bereitstellung einer geeigneten Absorptions­ vorrichtung, die im einfachsten Fall aus einer geschwärzten Wärmeabsorptionskappe besteht. Daher ist dieses System mit einem minimalen Aufwand zu realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Infra­ rotabsorptionsvorrichtung aus einer geeigneten Beschichtung, die auf der optischen Ausgangsoberfläche des optischen In­ strumentes aufgebracht ist. Eine derartige Absorptionsvor­ richtung weist die Eigenschaft auf, daß sie Infrarotlicht absorbiert und sichtbares Licht transmittiert. Eine derar­ tige geeignete Beschichtung kann beispielsweise auf bereits kommerziell verfügbaren Endoskopen aufgebracht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Absorptionsvorrichtung aus einer einfachen schwarzen Aufsteckkappe. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird dann die Instrumentenspitze auf Körpertemperatur gebracht, indem lediglich die (mit einem entsprechenden Reflektor versehene) IR-Lichtquelle in die Arbeitsposition gebracht wird. Vorzugsweise geschieht dies durch ein Instrumentenerwärmungssignal, welches über einen am Lichtprojektor vorgesehenen Schalter bzw. Knopf an einen Mikroprozessor übertragen wird, der ein entsprechendes Steuersignal an einen geeigneten Lampenkarusselldrehmotor weiterleitet, der die IR-Lichtquelle in die Arbeitsposition dreht.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung, in der zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsge­ mäßen Lampenkarussells und einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gemäß der derzeitig bevorzugten Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, in der die erfin­ dungsgemäße Lichtleistungsregelung durch Verschwen­ kung des in Fig. 1 gezeigten Lampenkarussells darge­ stellt ist;

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuer- und Regelungskreises, wie er für einen Lichtprojektor Verwendung findet, der ein erfindungsgemäßes Lampen­ karussell und eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung aufweist.

In Fig. 1 werden die grundlegenden Prinzipien der vorlie­ genden Erfindung erläutert. Dargestellt ist mit gestrichel­ ten Linien ein Lichtprojektor 100, in dem ein erfindungsge­ mäßes Lampenkarussell 10 angeordnet ist, welches einen Teil des später noch zu beschreibenden erfindungsgemäßen Heizsy­ stemes bildet.

Das erfindungsgemäße Lampenkarussell 10 besteht aus einem Drehkörper 30, welcher vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist. Aber auch andere Formgebungen sind möglich, wie z. B. Vielecke. Der Drehkörper 30 weist eine Stärke auf, welche im Hinblick auf das gewählte Material ausreichend ist, um der Gesamtstruktur eine ausreichende Verwindungssteifigkeit zu verleihen. Auf einer Seite des Drehkörpers sind gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform vier Lichtquellen 20₁ . . . 20 _i . . . 20₄ vorgesehen, welche jeweils mit parabol­ spiegelartigen Reflektoren 17₁ . . . 17 _i . . . 17₄ versehen sind, um Licht bevorzugt in eine Richtung abzustrahlen. Die Anordnung der Lichtquellen 20 _i wird so gewählt, daß sie in Betrieb gesetzt ihr Lichtstrahlenbündel unter einem bestimm­ ten Winkel zum peripheren Rand 35 des Drehkörpers 30 aussen­ den. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung der Lichtquellen 20 _i so, wie in Fig. 1 dargestellt, nämlich daß die Lichtquellen ihre Lichtstrahlenbündel unter einen Winkel von 90° zum peripheren Rand 35 des Drehkörpers 30 aussenden.

Vorzugsweise erfolgt die Verteilung der Lichtquellen 20 _i auf dem Drehteller derart, daß sie in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Im gegenwärtig bevorzugten Aus­ führungsbeispiel mit vier Lichtquellen bedeutet dies, daß die Lichtquellen unter 90° Winkel zueinander angeordnet wer­ den. Die Halterung der Lichtquellen erfolgt mit jeweils ge­ eigneten Lampenhalterungen 21 _i, die die Lichtquellen jeweils derartig haltern, das jede Lichtquelle ihr Lichtstrahlenbün­ del deckungsgleich mit jeder anderen Lichtquelle abstrahlt, wenn die Lichtquellen 20 _i jeweils in einer bestimmten Arbeitsposition (welche im folgenden noch beschrieben werden wird) betätigt werden.

Der Drehkörper 30 weist darüber hinaus einen zentralen Dreh- bzw. Rotationspunkt 33 auf, welcher eine drehbare Halterung des Lampenkarussells erlaubt. In einem Lichtprojektor 100 eingesetzt wirkt der Dreh- bzw. Rotationspunkt entweder mit der Drehachse eines Motors zusammen, oder mit einem Drehzap­ fen, der das Lampenkarussell drehbar lagert. Sofern das Lam­ penkarussell auf der Drehachse eines Motors direkt gelagert wird, kann das Lampenkarussell in einem Lichtprojektor 100 eingebaut durch Betätigung des Motors verdreht werden. Er­ folgt die Lagerung auf einem Drehzapfen (wie in Fig. 1 dar­ gestellt) so wird erfindungsgemäß ein mit einem Motor ver­ bundenes Übersetzungsrad 37 vorgesehen, das über einen Treibriemen 36 eine Drehung des Lampenkarussells erlaubt. Der Treibriemen 36 greift hierbei in eine Nut (nicht darge­ stellt) ein, die in der umfangsseitigen Mantelfläche des Drehkörpers eingelassen ist.

Desweiteren wird in einem Lichtprojektor 100 erfindungsgemäß eine Lichtauskoppelvorrichtung bereitgestellt, die in Fig. 1 schematisch mit dem Bezugszeichen 63 angedeutet ist. Diese Lichtauskoppelvorrichtung haltert einen Lichtleiter 60, wel­ cher vorzugsweise aus einer Vielzahl von Lichtleiterglasfasern 62 (vergl. Fig. 2) besteht. Der Lichtleiter 60 ist mit einem optischen Instrument versehen, das in der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform ein Endo­ skop 70 ist. Die Lichtauskoppelvorrichtung 63 haltert den Lichtleiter 60 derart, daß von einer gegenüberliegend ange­ ordneten Lichtquelle 20 _i emittiertes Licht vom Lichtleiter aufgenommen und zum Endoskop 70 geführt werden kann.

Die Lage des Lichtauskoppelteiles 63 in dem Lichtprojektor 100 relativ zum Lampenkarussell 10 definiert erfindungsgemäß die bereits erwähnte Arbeitsposition. Diese Arbeitsposition wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Lichtauskoppelvorrichtung 63 wird erfindungsgemäß derartig angeordnet, daß die Einkoppelebene des Lichtleiters 60 auf einer Linie B senkrecht steht, die durch die Drehachse 33 des Lampenkarussells läuft. Bei einer derartigen Anordnung der Lichtauskoppelvorrichtung 63 befindet sich diejenige Lampe 20 _i in der Arbeitsposition, die auf der Linie B symmetrisch liegend Licht in den Lichtleiter 60 einkoppelt. Der Abstand zwischen der Lichtauskoppelvorrichtung 63 und der Lichtquelle 20 _i ist dabei in Abhängigkeit des verwendeten Reflektors derartig zu wählen, daß ein möglichst großer Betrag der abgestrahlten Lichtleistung in die Lichtleitfaser 60 eingekoppelt wird. Dieser Abstand und die bevorzugterweise zu wählende Geometrie des Reflektors 17 _i ist dabei angepaßt an die jeweilige Geometrie zu wählen, wie dem Fachmann hinreichend bekannt ist.

Wenn man einen derartigen Aufbau wählt ist es möglich, je­ weils eine der Lichtquellen 20 _i in die Arbeitsposition zu bringen. Bevorzugt geschieht dies durch einen elektrischen Motor, der auf ein entsprechendes Signal hin das Lampenkarussell um jeweils 90° dreht, um so eine Lichtquelle nach Wahl in die Arbeitsposition zu bringen.

Die Elektrifizierung der Lichtquellen 20 _i erfolgt mittels Elektrifizierungsvorrichtungen 38 _i, 39. Gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform bestehen diese Elektrifizierungs­ vorrichtungen aus auf dem Lampenkarussell einer jeweiligen Lichtquelle 20 _i zugeordneten Schleifkontakten 38 _i und einen im Lichtprojektor 100 an geeigneter Stelle vorgesehenen Schleifkontakt 39, der mit den Schleifkontakten 38 _i zusam­ menwirkt. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß bei Anlegen einer Versorgungsspannung an den Schleifkontakt 39 nur diejenige Lichtquelle 20 _i elektrifiziert wird, die sich in der Arbeitsposition befindet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden anstelle der Schleifkontakte 38 _i und 39 induktive Kontaktelemente vorgesehen, die eine Versorgungsspannung berührungslos auf die jeweilige Lichtquelle 20 _i übertragen, die sich gerade in der Arbeitsposition befindet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden er­ findungsgemäß Identifizierungsvorrichtungen 50 _i, 52, vorgesehen, um eine Identifizierung der jeweiligen, sich in der Arbeitsposition befindlichen Lichtquelle zu erlauben. Gemäß der derzeitig bevorzugten Ausführungsform besteht die Identifizierungsvorrichtung 50 _i, 52 aus einer Mehrzahl von lichtreflektierenden Elementen 50 _i, deren Anzahl der Anzahl der verwendeten Lichtquellen entspricht. Die lichtreflektie­ renden Vorrichtungen 50 _i sind auf der Mantelfläche des Dreh­ körpers 30 jeweils bei einer Position angeordnet, die sie einer im Lichtprojektor 100 fest angeordneten Licht­ sende/Empfangsvorrichtung immer dann gegenüberliegen läßt, wenn eine jeweilige Lampe 20 _i sich in der Arbeitsposition befindet.

Die Lichtsende/Empfangsvorrichtung 52 besteht beispielsweise aus einer lichtemittierenden Einrichtung, wie beispielsweise einem LED oder einer Laserdiode, die ein moduliertes Lichtsignal emittiert. Erfindungsgemäß wird die Reflektivität der Reflektionsvorrichtungen 50 _i auf den jeweiligen Lampentyp abgestellt. Dies bedeutet, daß jede Reflektionsvorrichtung 50 _i eine unterschiedliche Reflektivität hat. Das kombinierte Lichtsende/Empfangsteil 52 empfängt daher je in Abhängigkeit der sich in der Arbeitsposition befindlichen Lichtquelle unterschiedlich starke, von der Reflektionsvorrichtung 50 _i reflektierte Lichtsignale. Auf diese Art und Weise kann mittels einer geeigneten Auswerteelektronik (nicht dargestellt) festgestellt werden, welche der Lichtquellen (20 _i) sich in der Arbeitsposition befindet. Das Ergebnis dieser Auswertung kann auf einer Anzeige des Lichtprojektors 100 angezeigt werden.

Um die zum Endoskop 70 zu übertragende Lichtleistung zu re­ geln wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Lampenkarus­ sell 30 um seine Drehachse 33 mit einem kleinen Winkel ver­ schwenkt. Dies ist in Fig. 2 mit dem Pfeil a angedeutet. Aufgrund einer derartigen Verschwenkung trifft der von der jeweils sich in Arbeitsposition befindlichen Lichtquelle emittierte Lichtkegel nicht mehr optimal auf die Öffnungs­ apertur A-A′ der Lichtauskoppelvorrichtung 63, wodurch sich die in das System des Lichtleiters 60 übertragene Lichtlei­ stung vermindert. Daher werden die in dem Lichtleiter 60 an­ geordneten Lichtleitfasern 62 nicht mehr optimal ausgeleuch­ tet und die zum Endoskop 70 übertragene Lichtleistung kann in Abhängigkeit des Verschwenkwinkels a variabel geregelt werden.

Diese Art der Regelung der Lichtleistung hat den Vorteil, daß eine einzelne Antriebsvorrichtung drei Funktionen gleichzeitig ausführen kann, nämlich zum einen die Neuanord­ nung einer jeweiligen Beleuchtungslichtquelle bei Lampenausfall, dann die Anordnung einer Infrarot-Heizlampe und schließlich die Regelung der Lichtleistung. Dies ermöglicht eine besonders wirtschaftliche Realisierung eines Lichtprojektors.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Instrumentenerwärmungsvorrichtung beschrie­ ben.

Wie bereits oben angedeutet, kann eine der verwendeten Lichtquellen auf dem Lampenkarussell 30 eine Infrarotlicht­ quelle sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dies dadurch erreicht werden, daß man als Lichtquellenreflektor 17 _i einen dichroitischen Reflektor verwendet, der bevorzugt Infrarotlicht re­ flektiert. Die für die verbleibenden Lichtquellen verwende­ ten Reflektoren können dichroitische Reflektoren sein, die Infrarotlicht transmittieren und sichtbares Licht reflektie­ ren. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es, prinzi­ piell breitbandig strahlende Lichtquellen zu verwenden und die spektrale Zusammensetzung der in den Lichtleiter 60 ein­ gekoppelten Lichtleistung nur über den verwendeten Reflektor zu beeinflussen, was auf besonders preiswerte und einfache Art möglich ist, da breitbandig strahlende Lichtquellen, wie z. B. Halogenlampen, kommerziell preiswert verfügbar sind. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Heizvorrichtung nicht auf die Verwendung des Lampenkarus­ sells beschränkt ist; anstelle eines Lampenkarussells kann jede beliebige Infrarotlichtquelle verwendet werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht gemäß der dort gezeigten Ausführungsform das mit dem Lichtprojektor 100 verbundene optische Instrument aus einem Endoskop 70. Das Endoskop 70 weist ein proximales Ende 72 und ein distales Ende 73 auf. Benachbart zum distalen Ende 73 ist eine Optik 71 bereitgestellt, welche die Form eines Okulares 71 haben kann. Darüber hinaus sind Befestigungsvorrichtungen vorgesehen, um eine elektronische Miniaturkamera bzw. Videokamera auf der Optik 71 zu befestigen. Um das proximale Ende 72 des Endoskopes 70 auf Körpertemperatur zu erwärmen, wird erfindungsgemäß eine Kappe 75 bereitgestellt, die während einer Erwärmungsphase über das proximale Ende 72 des Endoskopes gestülpt wird. Befindet sich eine IR-Lichtquelle in der in Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Arbeitsposition, bewirkt die Absorption der zum proximalen Ende 72 des Endoskopes 70 übertragenen Infrarotstrahlung eine Erwärmung der Kappe und somit des proximalen Endes selbst. Die Dauer der Erwärmungsphase richtet sich hierbei zum einen nach der abgestrahlten IR-Leistung der Lichtquelle 20 _i dem IR-Transmissionsverhalten des Lichtleiters 60 und dem Absorptionskoeffizienten der Kappe 75.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann anstelle der Kappe 75 auch eine Beschichtung des proximalen Endes 72 erfolgen. Ein geeignetes, fest vorgesehenes Schichtsystem, das beispielsweise aus einem dielektrischen Vielfachschichtsystem oder einer Graded-Index-Schicht bestehen kann, muß dabei die Eigenschaft haben, daß es Licht im sichtbaren Spektrum transmittiert und Infrarotes Licht absorbiert. Anstelle der Verwendung von Lichtquellen, die entweder IR-Licht oder sichtbares Licht erzeugen kann bei dieser Ausführungsform auch eine Lichtquelle mit einem geeigneten Vollspektrum verwendet werden. Somit wird ein Beleuchtungsbetrieb und ein Heizbetrieb gleichzeitig möglich.

Eine Steuerung, die verwendet werden kann, um einen Licht­ projektor 100 zu steuern, in dem das erfindungsgemäße Lam­ penkarussell und die erfindungsgemäße Instrumentenheizvor­ richtung Verwendung findet, ist in Fig. 3 dargestellt. Er­ findungsgemäß umfaßt der elektronische Steuerschaltkreis 110 einen Steuerprozessor 170 und einen Regelkreis 160, welche untereinander über eine Leitung 176 verbunden sind. Der Re­ gelkreis 160 enthält einen Setzschaltkreis 165, mittels dem eine gewünschte Lampenspannung bzw. ein gewünschter Lampen­ strom für die Lichtquellen 20 _i eingestellt werden kann. Der Regelkreis 160 ist über eine Leitung 164 mit einem Lei­ stungsdimmer 190 verbunden, welcher über Leitungen 193 mit der in Fig. 1 gezeigten Elektrifizierungsvorrichtung 39 ver­ bunden ist. In Antwort auf von dem Regelkreis 160 kommende Regelsignale wird somit ein bestimmter Betriebszustand der sich jeweils in der Arbeitsposition befindenden Lichtquelle 20 _i fest vorgegeben. Der Steuerprozessor 170 ist über eine Leitung 171 mit der elektronischen Kamera 74 verbunden und empfängt von ihr ein Videosignal, das als Rückkoppelsignal zur Regelung der abgehenden Lichtleistung verwendet wird. In Abhängigkeit des über die Leitung 171 angelegten Rückkoppel­ signales steuert der Steuerprozessor 170 über eine Signal­ leitung 173 die abgegebene Lichtleistung, indem sie den Mo­ tor ansteuert, der eine Verkippung des Lampenkarussells 30 aus Fig. 1 bewirkt. Die über die Signalleitung 173 an den Drehmotor angelegte Steuerspannung ist dabei derart ausge­ legt, daß im Lichtleistungsregelungsmodus das Lampenkarus­ sell in geeigneter Weise im kleine Winkel a verkippt werden kann.

Der Steuerprozessor 170 steuert erfindungsgemäß das Zusam­ menwirken der einzelnen Funktionen. Über eine Eingabeleitung 172 wird das System entweder in den Instrumentenheizmodus, in den Lampenwechselmodus oder in den normalen Arbeitsmodus gesetzt.

Im Lampenwechselmodus empfängt der Steuerprozessor 170 über eine Signalleitung 174 ein Signal von dem Leistungsdimmer 190, der anzeigt, daß eine Lampe ausgefallen ist. Dies kann von dem Leistungsdimmer 190 über einen plötzlichen Span­ nungsabfall im Betriebszustand einer Lampe auf der Signal­ leitung 193 festgestellt werden. Wenn der Steuerprozessor 170 das Lampenausfallsignal empfängt, schaltet er in den Lampenwechselmodus, wodurch der Drehmotor über die Leitung 173 ein Signal empfängt, das eine 90° Drehung des Lampenka­ russells bewirkt, so daß die erste Reservelampe in die Ar­ beitsposition gebracht werden kann. Befindet sich eine neue funktionsfähige Lampe in der Arbeitsposition, dann ver­ schwindet das über der Leitung 174 anliegende Lampenausfall­ signal und das System wird in den normalen Arbeitszustand versetzt.

Im Instrumentenheizmodus, in dem der Steuerprozessor durch ein Signal gesetzt wird, das über eine Leitung 172 angelegt wird, erfolgt gleichfalls ein Steuersignal über die Leitung 173, das eine 90° Drehung des Lampenkarussells bewirkt. Allerdings wird hier die Infrarotlichtquelle in die Arbeitsposition gebracht, um zusammen mit der Infrarotabsorptionsvorrichtung 75 für eine Erwärmung der In­ strumentenspitze zu sorgen. Die Position der jeweils richti­ gen Lichtquelle 20 _i in der Arbeitsposition wird von dem Steuerprozessor 170 mit einem Signal überwacht, das über die Leitung 176 von den Identifizierungsvorrichtungen 50 _i, 52 stammt.

Nach einer vorgegebenen Zeitdauer kann in Antwort auf ein erneutes Steuersignal auf der Leitung 172 das System in den normalen Arbeitszustand versetzt werden, was bedeutet, daß wieder eine konventionelle Lichtquelle in die Ar­ beitsposition gedreht wird.

Im normalen Arbeitszustand befindet sich der Steuerschalt­ kreis 110 im Regelungsbetrieb. Dies bedeutet, daß in Antwort auf über die Videoleitung 171 zugeführte Rückkoppelsignale die Lichtleistung durch Verkippung des Lampenkarussells 10 geregelt wird, wie zuvor in Zusammenhang mit Fig. 2 be­ schrieben worden ist.

Zusammenfassend kann man also sagen, daß ein Lichtpro­ jektionssystem beansprucht wird, welches vorzugsweise für technische und medizinische Endoskopien verwendet wird. Ge­ genstand der Erfindung ist ein in einem Lichtprojektor 100 einsetzbares Lampenkarussell 10, das wenigstens zwei Licht­ quellen 20 aufweist, die Lichtstrahlen bevorzugt in einer Richtung abstrahlen. Die Lichtquellen sind umfangseitig um einen drehbaren Körper herum verteilt angeordnet und strah­ len in Betrieb gesetzt ihre Lichtstrahlenbündel 40 unter einem vorherbestimmten Winkel ab. Darüber hinaus hat die Er­ findung eine Heizvorrichtung 20 _i, 75 für optische Instru­ mente zum Gegenstand, die mit einer Lichtquelle optisch ver­ bunden sind, um von ihr erzeugtes Licht zu empfangen und Be­ leuchtungszwecken zuzuführen. Gemäß der Heizvorrichtung 20 _i, 75 der vorliegenden Erfindung erzeugt die Lichtquelle 20 _i eine infrarote Strahlkomponente, die von einer Absorptions­ vorrichtung 75 absorbiert wird, die derartig auf dem opti­ schen Instrument 70 angeordnet ist, daß sie sich im Strah­ lengang der Infrarotstrahlen befindet. Die bevorzugte Anord­ nung der Absorptionsvorrichtung 75 auf der Spitze des opti­ schen Instrumentes erwärmt dieses durch die Umwandlung von infraroter Lichtstrahlung in Wärme.

Claims (21)

1. Lampenkarussell für einen Lichtprojektor (100), der vorzugsweise im Bereich der technischen und me­ dizinischen Endoskopie Verwendung findet und eine Aper­ turöffnung (A-A′) aufweist, durch die vom Lampenka­ russell (10) erzeugtes Licht zu einem vorherbestimmten Ort übertragen wird, wobei das Lampenkarussell aufweist:
mindestens zwei Lichtquellen (20 _i), die Licht bevorzugt in eine Richtung abstrahlen und die derart auf einem im Verhältnis zum Lichtprojektor (100) drehbar lagerbaren Körper (30) angeordnet sind, daß sie in Betrieb gesetzt Strahlenbündel (40) unter einem vorherbestimmten Winkel vom peripheren Rand (35) des Körpers (30) abstrahlen.

2. Lampenkarussell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drehkörper (30) kreisförmig ist und die Lichtquellen (20 _i) mit einem parabolspiegelartigen Re­ flektor (17 _i) versehen und derartig um den peripheren Rand (35) verteilt sind, daß sie ihre Lichtstrahlenbün­ del radial-symmetrisch zur Drehachse (33) des Drehkör­ pers (30) abstrahlen.

3. Lampenkarussell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß vier Lichtquellen (20 _i) vorgesehen werden, die derartig angeordnet sind, daß sie in Betrieb gesetzt Lichtstrahlenbündel (40) unter Winkeln von jeweils im wesentlichen 90° zueinander ab­ strahlen.

4. Lampenkarussell nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß am Drehkörper (30) Identifi­ zierungsvorrichtungen (50 _i) vorgesehen sind, die mit einer, im Lichtprojektor (100) vorgesehenen, paarig ausgebildeten Detektionsvorrichtung (52) zusammenwirken können, um diejenige Lichtquelle (17 _i) zu identifizie­ ren, die sich in einer Arbeitsposition befindet.

5. Lampenkarussell nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (30) eine Drehachse (33) aufweist, wobei die Drehachse (33) entweder mit der Drehachse einer im Lichtprojektor (100) angeordneten Antriebsvorrichtung zusammenfällt oder als Drehzapfenlagerung ausgebildet ist, die mit Drehbewegungs-Übertragungsvorrichtungen (36, 37) zusam­ menwirkt, um es zu ermöglichen, daß das Lampenkarussell (10) in dem Lichtprojektor (100) drehbar gehaltert wer­ den kann.

6. Lampenkarussell nach Anspruch 5, sofern er sich auf einen der Ansprüche 2 bis 4 zurück bezieht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Nut um den peripheren Rand (35) des Drehkörpers (30) herumläuft, welche angepaßt ist, um mit einem mittels eines Übersetzungsrades (37) ange­ triebenen Treibriemen (36) zusammenzuwirken.

7. Lampenkarussell nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß den jeweiligen Lichtquellen (20 _i) zugeordnete Elektrifizierungsvorrichtungen (38 _i) vorgesehen sind, die am Drehkörper (30) verteilt ange­ ordnet sind, um ein selektives Betreiben der Licht­ quelle (20 _i) zu erlauben, die sich in der Arbeitsposi­ tion befindet.

8. Lampenkarussell nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektrifizierungsvorrichtungen (38 _i) Schleifkontakte sind, die derartig ausgebildet sind, daß sie mit einem entsprechenden, im Lichtprojektor (100) vorgesehene Schleifkontakt zusammenwirken können.

9. Lampenkarussell nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektrifizierungsvorrichtungen (38 _i) Induktionskopplungen sind, die derartig ausgebildet sind, daß sie mit einer entsprechenden, im Lichtprojek­ tor (100) vorgesehenen Induktionskopplung zusammenwir­ ken können.

10. Lampenkarussell nach einem der vorigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Lichtquellen (20 _i) eine Infrarotlichtquelle ist.

11. Lampenkarussell nach einem der Ansprüche 2 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die parabolspiegelartigen Re­ flektoren (17 _i) dichroitisch sind, um Licht in einem vorherbestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren und Licht außerhalb des Wellenlängenbandes zu transmit­ tieren.

12. Lampenkarussell nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Teil der dichroitischen Reflektoren (17 _i) IR-Licht reflektiert und sichtbares Licht transmittiert und daß der verbleibende Teil der dichroitischen Reflektoren sichtbares Licht reflektiert und IR-Licht transmittiert.

13. Lichtprojektor, welcher vorzugsweise für technische und medizinische Endoskopien Verwendung findet, enthaltend eine Lampenkarussellhalterung zur Aufnahme eines Lampenkarussells nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eines schlittenähnlichen Lampenkarussels, wobei die Karussellhalterung im ersten Fall aus einer Drehlage­ rung besteht und im zweiten Fall aus einer Schlitten- Führungslagerung.

14. Lichtprojektor nach Anspruch 13, sofern er sich auf einen der Ansprüche 2 bis 12 zurück bezieht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnungsapertur A-A′ des Lichtprojektors durch eine Lichtleitereinkopplung (14, 14′) definiert wird, deren Eintrittsebene in wesentli­ chen senkrecht auf einer Linie B steht, die durch die Drehachse (33) der Lampenkarussellhalterung läuft.

15. Lichtprojektor nach Anspruch 13, sofern er sich auf ein schlittenförmiges Lampenkarussell bezieht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß gegenüberliegend zu der Lampenkarus­ sellhalterung eine Lichtleitereinkopplung (14, 14′) be­ reitgestellt ist, die eine Öffnungsapertur (A-A′) des Lichtprojektors definiert.

16. Heizvorrichtung für optische Instrumente (70), die mit einer Lichtquelle (20 _i) in optischer Wechselwirkung stehen, um von ihr erzeugtes Licht zu empfangen, da­ durch gekennzeichnet, daß
die Lichtquelle (20 _i) in der Lage ist, Licht mit einer infraroten Strahlkomponente zu erzeugen, und durch
eine IR-Absorptionsvorrichtung (75), welche derartig auf dem optischen Instrument (70) im Strahlengang der infraroten Strahlenkomponente (40) angeordnet ist, daß sie auf sich auftreffendes Infrarotlicht absorbiert, um das optische Instrument zu erwärmen.

17. Heizvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (20 _i) Teil eines Lichtprojek­ tors (100) ist, der vorzugsweise im Bereich der techni­ schen und medizinischen Endoskopie Verwendung findet, wobei das optische Instrument ein Endoskop (70) ist und die optische Wechselwirkung zwischen dem Endoskop (70) und dem Lichtprojektor (100) über einen Lichtleiter (60) hergestellt wird.

18. Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die optische Wechselwirkung zwischen der Lichtquelle (20i) und dem optischen Instrument (70) da­ durch hergestellt wird, daß das optische Instrument (70) in oder an einem Gehäuse (100) angeordnet wird, das die Lichtquelle (20i) umgibt, und zur derart, daß von der Lichtquelle (20i) erzeugtes Licht direkt in das optische Instrument (70) eingestrahlt wird.

19. Heizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die IR-Absorptionsvorrichtung (75) eine Schwarzkörperkappe aus einem elastischen Material ist, die über das proximale Ende (72) des Endoskopes (70) lösbar gestülpt werden kann.

20. Heizvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die IR-Absorptionsvorrichtung (75) aus einem Schichtsystem besteht, welches die IR-Kompo­ nente des von der Lichtquelle (20 _i) erzeugten Lichtes absorbiert und Licht im sichtbaren Spektralbereich transmittiert.

21. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (20 _i) eine Laserlichtquelle ist.