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Die vorliegende Erfindung betrifft
das technische Gebiet von Beleuchtungsscheinwerfern, welche im medizinischen
Bereich verwendet werden und insbesonders für chirurgische Operationsräume vorgesehen
sind.
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Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft, präziser gesagt,
die eine Mehrzahl von Lichtausgängen
enthaltenden Scheinwerfer, das heißt solche, welche eine oder
mehrere Lichtquellen aufweisen, von denen von jeder eine Reihe von
Lichtbündeln
zur Beleuchtung gebildet wird.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene
Arten von Beleuchtungsscheinwerfern bekannt, derartige wie oben
beschrieben, ausgeführt
mit einer Kaltlichtquelle zur Beseitigung von Schlagschatten und
zur Schaffung eines gleichmäßiges Beleuchtungsfeldes
von hoher Lichtstärke.
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Zum Beispiel offenbart die Patenschrift
FR 2 339 129 einen Beleuchtungsscheinwerfer, welcher in einem Gehäuse zwei
Beleuchtungssysteme beinhaltet, von denen jedes eine Lichtquelle
aufweist und beiderseits von dieser eine Mattscheibe und ein optisches
aus zwei Linsen aufgebautes Kondensorsystem und ein Hauptlichtbündel bildend
angeordnet sind. Ein optisches Element befindet sich in dem Verlauf
eines jeden Hauptlichtbündels,
um nach Reflexion an einem Spiegel und Durchlaufen einer im Gehäuse angeordneten
Lichtdurchgangsöffnung
eine Abbildung der Mattscheibe in einer zu beleuchtenden Gebrauchsebene
zu erzeugen. Auf diese Weise wird die betrachtete Gebrauchsebene
von den aus den Spiegeln austretenden Lichtbündeln beleuchtet, wobei die
Spiegel passend ausgerichtet sind, damit die Mittellinien der Bündel in
einem Punkt in dem zu beleuchtenden Feld konvergieren.
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Ein solcher Scheinwerfer wurde entworfen, um
die Schlagschatten zu beseitigen, womit seine Verwendung besonders
in chirurgischen Operationsräumen
ermöglicht
wird. Dieser Scheinwerfer ermöglicht
es ebenfalls, ein gleichförmiges
Beleuchtungsfeld mit hoher Lichtintensität mit einer Kaltlichtquelle zu
erhalten. Außerdem
ist zu bemerken, dass die Lichtquellen im Zentralbereich des Gehäuses angeordnet
sind, aus welchem sich radial angeordnete Arme erstrecken, welche
die Lichtdurchgangsöffnungen
für die
Lichtbündel
aufweisen. Die Ausführung des
Scheinwerfers als ein sternförmiges
Gehäuse bietet
den Vorteil, seinen Querschnitt des Raumbedarfs oder der Anhäufung in
der horizontalen Ebene zu begrenzen, das alles, um die geringsten
Störungen
der Belüftung
des Raums, in dem der Scheinwerfer installiert ist, zu erzeugen.
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Ein solcher Scheinwerfer leistet
Befriedigendes in der Praxis. Dennoch wurde festgestellt, dass die
in direkter Nähe
der Lichtquellen angeordneten Mattscheiben zur Sicherung der Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung der Oberfläche
zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit in Anbetracht des Diffusionsindexes
der Mattscheibe führten,
welcher sehr stark in Abhängigkeit
von der Körnung
der Mattscheibe variieren kann. Es wurden ebenfalls farbige Lichthöfe beziehungsweise
Halos im Randbereich des beleuchteten Feldes festgestellt.
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Ein solcher Scheinwerfer leistet
Befriedigendes in der Praxis. Dennoch wurde festgestellt, dass die
in direkter Nähe
der Lichtquellen angeordneten Mattscheiben zur Sicherung der Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung der Oberfläche
zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit in Anbetracht des Diffusionsindexes
der Mattscheibe führten,
welcher sehr stark in Abhängigkeit
von der Körnung
der Mattscheibe variieren kann. Es wurden ebenfalls farbige Lichthöfe beziehungsweise
Halos im Randbereich des beleuchteten Feldes festgestellt.
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Die Schrift FR 2 109 954 beschreibt,
was einen Beleuchtungsscheinwerfer betrifft, der für die Beleuchtung
eines Arbeitsbereiches mit reduzierten Schatten sorgt. Die Eigenschaften
des Scheinwerfers dieser Schrift werden in dem Oberbegriff des Anspruchs
1 erfasst.
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Außerdem bezieht sich die Schrift
DE 33 24 028 auf einen Beleuchtungsapparat
mit geringer Blendung zur Vergrößerung des
optischen Bündels, welches
die optische Beugung der Lichtquelle unmöglich macht, um eine Abbildung
dieser Quelle in einer zu beleuchtenden Ebene zu erzeugen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht somit darin, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und
einen Scheinwerfer zu schaffen, der es ermöglicht, die Gleichmäßigkeit
der beleuchteten Ebene und die Schärfe der Kontur der beleuchteten Ebene
zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe betrifft
der Gegenstand der Erfindung einen Beleuchtungsscheinwerfer, vorgesehen
insbesonders für
chirurgische Operationsräume,
bestehend aus einem Gehäuse, mindestens
einem Beleuchtungssystem, welches wenigstens eine Lichtquelle umfasst,
aus welcher im wesentlichen mindestens zwei Hauptlichtbündel gebildet
werden, in deren jeweiligem Verlauf ein optisches Element angeordnet
ist, welches in der Lage ist, durch optische Abbildung der Lichtquelle
nach Reflexion an einem Spiegel, Durchlaufen dieses optischen Elementes
und einer im Gehäuse
angeordneten Lichtdurchgangsöffnung
ein Bild der Lichtquelle auf einer zu beleuchtenden Ebene zu erzeugen.
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Gemäß der Erfindung sind die optischen
Elemente für
jedes Beleuchtungssystem so angeordnet, dass jedes eine Licht durchgangsöffnung ausbildet, einerseits
eine erste Brechungsoberfläche
umfassend, die eine optische Abbildung der Lichtquelle auf der zu
beleuchtenden Ebene erzeugt, wobei die Korrektur der optischen Aberration
optimiert wird, und andererseits eine zweite Brechungsoberfläche umfassend,
die eine Vervielfachung des Bildes der Lichtquelle bewirkt, um eine
Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung der zu beleuchteten Ebene zu ermöglichen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
hat zum Ziel, einen anderen Nachteil des in der Patentschrift FR
2 339 129 beschriebenen Scheinwerfers zu eliminieren, wobei im Grunde
genommen beibehalten wird, dass die Anordnung eines halbdurchlässigen Spiegels
in dem Verlauf eines Lichtbündels zwischen
einem Spiegel und der Lichtquelle vorgesehen ist. Die optischen
Wege der aus dem halbdurchlässigen
Spiegel und dem äußersten
Spiegel hervorgehenden Lichtbündel
sind von unterschiedlicher Länge.
Daraus ergibt sich, dass die Anteile eine jeden Lichtbündels geometrisch
nicht identisch sind, so dass die beleuchtete Ebene keine einheitliche
Kontur aufweist.
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Der Erfindungsgegenstand zielt darauf, ebenfalls
einen Scheinwerfer vorzuschlagen, in welchem die Anzahl der den
Bereich beleuchtenden Lichtbündel
erhöht
ist, ohne dass die Anzahl der optischen Elemente vergrößert wird,
und wobei die von jedem Lichtbündel
ausgehenden Anteile beherrscht werden. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung
ist der erfindungsgemäße Scheinwerfer
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Elemente
eine Lichtdurchgangsöffnung
für ein
Lichtbündel
bildet, welches aus dem Hauptlichtbündel durch einen halbdurchlässigen Spiegel
abgeleitet ist, der zwischen einem Spiegel und der Lichtquelle angeordnet
ist, und der den anderen Teil des Hauptlichtbündels in Richtung des zugehörigen Spiegels
hindurchlässt,
und dass das optische Element eine erste Brechungsoberfläche aufweist,
welche so ausgebildet ist, dass sie die Größe des durch das Lichtbündel auf
der zu beleuchtenden Ebene erzeugten Leuchtpunktes reguliert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die optischen Elemente so ausgebildet sind, dass
die erste Brechungsoberfläche
es ermöglicht,
das Bild der Lichtquelle auf einer einheitlich gemeinsamen Ebene
zu erzeugen, wobei es im Hinblick auf die Erlangung einer beleuchteten
Ebene mit einer einheitlichen Kontur ermöglicht wird, eine Überlagerung
der unterschiedlichen Lichtbündel
zu erhalten.
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Weitere diverse Eigenschaften gehen
aus der folgenden Beschreibung hervor, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
anhand von nicht einschränken
Beispielen Ausführungsformen
und Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes darlegt.
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1 ist
ein vertikaler Teilschnitt, der ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsscheinwerfers
zeigt;
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2 ist
ein Schnitt, der im Wesentlichen den Schnittlinien II-II der 1 entspricht;
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3 ist
eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen optischen Elementes;
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4 ist
eine Draufsicht auf das optische Element von den Linie IV-IV der 3 aus;
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5 ist
eine vertikale Teilschnittansicht, die eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers
darstellt;
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6 ist
eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Wie aus 1 und 2 deutlicher
hervorgeht, ist der erfindungsgemäße Scheinwerfer I insbesonders
für chirurgische
Operationsräume
vorgesehen. Gemäß dieser
ersten Ausführungsvariante
umfasst der Scheinwerfer I in einem Gehäuse 1 ein Beleuchtungssystem 2 bestehend
aus einer Lichtquelle 3, aus welcher mindestens zwei, und
in dem dargestellten Beispiel vier, Hauptlichtbündel L1 bis L4 hervorgehen. Jedes Lichtbündel L1 bis L4 wird
mit Hilfe eines optischen Kondensorsystems 4 gebildet,
das zum Beispiel aus zwei Linsen 5 und 6 besteht,
welche es ermöglichen,
ein Maximum an Lichtenergie in einem Lichtbündel von eingeschränktem Querschnitt
zu konzentrieren. Wie detaillierter in 2 dargestellt ist, sind die optischen
Kondensorsysteme in unmittelbarer Nachbarschaft der Lichtquelle 3 angeordnet.
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Die Lichtbündel L1 bis L4 treffen auf einen Spiegel 8,
dessen Reflexionsoberfläche
in herkömmlicher
Weise durch ein komplexes System von feinen Interferenzschichten
ausgebildet ist, welche einzig und allein die sichtbaren Lichtstrahlen
reflektieren, jedoch die Wärmestrahlen
passieren lassen. Somit gehen die Wärmestrahlen durch jeden der
Spiegel 8 hindurch und werden von einem äußeren einen
Kühler
bildenden Element 9 derar aufgefangen, dass das Abführen der
Wärmestrahlen
sichergestellt wird. Somit wird die Lichtenergie mit Hilfe der Spiegel 8,
von denen jeder. gegenüber
zu einer Lichtdurchgangsöffnung
bzw. Lichtausgangsöffnung 11 hin
zum Durchgang eines Lichtbündels
geneigt ist, auf das zu beleuchtende Feld reflektiert. Die Spiegel 8 sind
derart geneigt, dass sie konvergierende Lichtbündel bilden, deren Achsen A auf
den Mantellinien eines Kegels verteilt sind, dessen Spitze S mit
dem Mittelpunkt der zu beleuchtenden Fläche 12 in einer Ebene P zusammenfällt.
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Die Lichtdurchgangsöffnungen 11 sind
in der Wand des Gehäuses 1 eingebracht
und gegenüber der
zu beleuchtenden Ebene P angeordnet. Einer bevorzugten
Ausführungsvariante
entsprechend ist jede Lichtdurchgangsöffnung 11 in einem
Arm 13 eingebracht, welcher sich radial vom Mittelpunkt
des Gehäuses 1 aus
erstreckt, das in der Form eines zentralen Kastens 14 ausgebildet
ist. Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, enthält der zentrale Kasten 14 die
Lichtquelle 3 und die optischen Kondensorsysteme 4,
während
die radialen Arme 13, in dem gezeigten Beispiel sind es
vier, jeweils eine Lichtdurchgangsöffnung 11 und den
zugehörigen
Spiegel 4 aufweisen.
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Erfindungsgemäß umfasst jede Lichtdurchgangsöffnung 11 ein
optisches Element, welches in der Lage ist, ein Bild der Lichtquelle
auf der zu beleuchtenden Ebene (P) zu erzeugen. Wie detaillierter aus
der 3 und 4 hervorgeht, umfasst jede
Lichtdurchgangsöffnung 11 einerseits
eine erste Brechungsoberfläche d1 , die eine optische Abbildung des Glühfadens
der Lichtquelle 3 auf der zu beleuchtenden Ebene 12 erzeugt,
wobei die Korrektur der optischen Aberration optimiert wird, und
andererseits eine zweite Brechungsoberfläche d2 umfassend,
die eine Vervielfachung des Bildes der Lichtquelle 3 bewirkt,
um eine Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung der zu beleuchtenden Ebene P zu ermöglichen.
Die erste Brechungsoberfläche d1 bildet somit eine transparente Oberfläche, welche
so ausgebildet ist, dass sie das Abbild der Lichtquelle in der zu
beleuchtenden Ebene bildet und um insbesonders im Randbereich der
beleuchteten Fläche
die durch die optischen Aberrationen gebildeten farbigen Lichthöfe beziehungsweise Halos
zu eliminieren wie seitliche Verfärbungen oder Koma. In dem in 3 dargestellten Beispiel
zeigt die erste Brechungsoberfläche d1 ein Kugelprofil. Die zweite Brechungsoberfläche d2 stellt eine Multiplikation der Anzahl
von Bildern der Lichtquelle 3 im Hinblick darauf sicher,
eine Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung der zu beleuchtenden Ebene zu erhalten. Zum Beispiel
kann die zweite Brechungsoberfläche d2 aus einer Vielzahl von kleinen Kugeloberflächen, asphärischen
oder prismatischen Oberflächen
gebildet sein, angeordnet in einer Form einer Matrix wie eindeutig
aus 4 hervorgeht.
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Vorzugsweise wird jedes optische
Element 11 durch ein einstückiges Bauelement gebildet,
das sich aus der ersten Brechungsoberfläche und der zweiten Brechungsoberfläche zusammensetzt.
Außerdem
wird die erste Brechungsoberfläche d1 durch die innenliegende zum zugehörigen Spiegel 8 weisende
Oberfläche
gebildet, während
die zweite Brechungsoberfläche d2 durch die außenliegende, zu der zu beleuchtenden
Ebene P hinweisende Oberfläche
gebildet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungen der
Erfindung besitzt jedes optische Element 11 eine erste
Brechungsoberfläche d1 , welche unterschiedliche Eigenschaften
in zwei Richtungen aufweist, um eine bessere Brechung der Lichtquelle
in der Funktion ihrer Geometrie und Positionierung sicherzustellen.
Wie detaillierter aus 2 hervorgeht,
ist die Lichtquelle 3 so montiert, dass ihr Glühfaden im
Wesentlichen in der Diagonalen in Bezug auf die optischen Achsen
der verschiedenen Lichtbündel L1 bis L4 angeordnet
ist. Die interne Brechungsoberfläche d1 weist somit ein variierendes Profil
auf, um die Position und die Geometrie der Lichtquelle 3 zu
berücksichtigen.
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Wie in 1 präziser dargestellt
ist, ist die Lichtquelle 3 vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise,
so angeordnet, dass ein Teil ihres Lichtbündels, der aus ihrem Inneren
heraustritt, durch ein optisches Kondensor system 4 derart
aufgearbeitet wird, dass ein Lichtbündel L5 zu
einer direkten Lichtdurchgangsöffnung 111 hin gerichtet ist, welches aus einem
optischen Element 111 analog zu
den Elementen 11 gemäß der Erfindung
besteht. Die direkte Lichtdurchgangsöffnung 111 ist
im Kasten 14 des Gehäuses
eingebracht und in der optischen Achse O des Scheinwerfers
zentriert, wobei sie durch den Mittelpunkt S der beleuchteten
Ebene verläuft.
Die Bildung der fünf
Lichtbündel L1 bis L5 ermöglicht es,
den Lichtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Scheinwerfers zu optimieren.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
welcher einen halbdurchlässigen
Spiegel 16 aufweist, der im Verlauf der Hauptlichtbündel L1 bis L4 angeordnet
ist. Jeder halbdurchlässige
Spiegel 16 ist so ausgebildet, dass er einen Teil des Lichtbündels hindurchgehen lässt und
einen anderen Teil zu einer erfindungsgemäßen Lichtdurchgangsöffnung 112 hin abzweigt, die eine Funktion analog
zu den optischen Elementen 11 besitzt. In dem in 5 dargestellten Beispiel
ist ein einziger halbdurchlässiger
Spiegel 16 in dem Verlauf eines jeden Lichtbündels L1 bis L4 angeordnet. Selbstverständlich kann
vorgesehen werden, dass mehrere halbdurchlässige Spiegel 16 einer
hinter dem anderen im Verlauf jedes der Lichtbündel L1 bis L4 angeordnet sind, wobei jedes der Lichtbündel zu einem
erfindungsgemäßen optischen
Element 112 hin gerichtet ist.
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Gemäß dieser Ausgestaltungsvariante
sind die optischen Verlaufswege der durch die Lichtdurchgangsöffnungen 11 und 112 hindurchgehenden Lichtbündel unterschiedlich.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
sind die ersten Brechungsoberflächen d1 der optischen Elemente 11, 111 , 112 so
ausgebildet, dass sie das Bild der Lichtquelle 3 auf einer einzelnen
gemeinsamen Ebene P abbilden, so dass die Anteile eines
jeden durch die Lichtdurchgangsöffnun gen 11 bis 112 hindurchgehenden Lichtbündels im
Wesentlichen geometrisch identisch sind. Daraus resultiert eine Überlagerung
der durch ein jedes Lichtbündel
erzeugten Leuchtpunkte, was es ermöglicht, eine beleuchtete Ebene 12 mit
einer gleichförmigen
Kontur zu erhalten. Es muss somit davon ausgegangen werden, dass
die ersten Brechungsoberflächen d1 in dieser Ausgestaltungsform eine
zusätzliche
Funktion der Anpassung der Größe der Leuchtpunkte
sicherstellen. In dem oben beschriebenen bevorzugten Beispiel sind
die ersten Brechungsoberflächen
d1 derart ausgebildet ist, dass die durch jedes aus den Lichtdurchgangsöffnungen
austretenden Lichtbündel
erzeugten Leuchtpunkte dieselbe Größe auf einer gleichen Ebene P aufweisen.
Es ist zu bemerken, dass bei bestimmten Anwendungen es vorgesehen
sein kann, die ersten Brechungsoberflächen d1 der
optischen Elemente derart ausgebildet sind, dass sie das Bild der
Lichtquelle auf mindestens zwei entlang der optischen Achse O des
Scheinwerfers verschobenen Ebenen abbilden.
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In der vorangehenden Beschreibung
umfasst der Scheinwerfer I ein Beleuchtungssystem 2, bestehend
aus einer einzelnen Lichtquelle 3, von welcher gegebenenfalls
ein Lichtbündel
direkt und sowohl vier (1, 2) oder acht (5) Hauptlichtbündel gebildet
werden. Selbstverständlich
kann die Ausführung
eines Beleuchtungssystems mit einer unterschiedlichen Anzahl von
Hauptlichtbündeln
vorgesehen werden. Ebenso kann ein Scheinwerfer realisiert werden,
welcher mehrere Beleuchtungssysteme aufweist, wie dieses beispielsweise
aus 6 hervorgeht. Gemäß dieser
Ausgestaltungsvariante umfasst der Scheinwerfer I zwei Beleuchtungssysteme 2 und 2', deren Lichtquellen 3 und 3' in dem Zentralkasten 14 angeordnet
sind, während
die Spiegel und die optischen Elemente 11, 11' eines jeden
Beleuchtungssystems sich in den radialen Armen 13 befinden.
Es kann vorgesehen sein, einen Schein erfer mit einer Anzahl von
Beleuchtungssystemen 2, 2' zu versehen, deren Anzahl mehr
als zwei beträgt,
und; welche keinen oder mehrere halbdurchlässige Spiegel 16 umfassen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und
dargestellten Beispiele beschränkt,
denn diverse Modifikationen können
hinzugefügt
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.