Die Erfindung betrifft eine Operationsleuchte und ein Verfahren zur
Ausleuchtung einer Operationsstelle.
Beispielsweise durch die DE 198 38 627 A1 ist eine Operationsleuchte
bekannt geworden.
Das menschliche Auge ist an Tageslicht gewöhnt. Der Sehvorgang ist an das
Tageslicht angepasst. Bei Tageslicht erkennt das menschliche Auge am
exaktesten Konturen, unterscheidet am differenziertesten Farben und
erkennt Bewegungen am deutlichsten.
Daher ist es wünschenswert, im Operationssaal Verhältnisse zu schaffen,
welche dem Tageslicht vergleichbar sind. Der Operateur benötigt ein
intensives und tageslichtähnliches Licht. Hinzu kommt, dass die
Operationsstelle Licht nicht reflektiert, sondern dieses absorbiert wird.
Jeder Farbeindruck wird durch die spektrale Verteilung des Lichtes
bestimmt. Einer spektralen Verteilung kann eine Farbtemperatur zugeordnet
werden. Tageslicht beispielsweise hat eine Farbtemperatur von 5.600
Kelvin. In der Literatur ist bekannt, dass gemäß der Kruithoffschen
Behaglichkeitskurve die Farbtemperatur mit der Beleuchtungsstärke
abgestimmt sein muss, um eine angenehme Beleuchtungssituation zu
schaffen. Für das Licht im Operationssaal wird weißes Licht mit einer
Farbtemperatur von ca. 4.500 Kelvin bei hohen Beleuchtungsstärken
(>100 000 Lux) empfohlen.
Operationsleuchten mit LEDs als Leuchtmittel weisen bisher eine
ungeeignete Farbtemperatur und Farbwiedergabe auf. Daher muss bei
Operationsleuchten das Licht der LEDs durch geeignete Maßnahmen
modifiziert werden.
Durch die DE 100 31 303 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt
geworden, bei der lichtemittierende Dioden (LEDs) hinsichtlich ihrer Farbe
gemischt werden. Die LEDs sind zur Erzeugung bestimmter
Farbtemperaturen einzeln ansteuerbar. In dem Dokument ist die
Anwendung bei Operationsleuchten nicht beschrieben.
Die WO 03/019072 A1 betrifft eine ähnliche technische Lehre.
Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, den Einsatz von LEDs bei
Operationsleuchten zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Operationsleuchte gemäß Patentanspruch 1
und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
Der Grundaufbau besteht aus weißen LEDs. Durch Zumischen farbigen
Lichtes, welches durch LEDs erzeugt wird, ist es möglich, ein Mischlicht mit
geeigneten lichttechnischen Daten für Operationsleuchen zu erzeugen. Die
Intensität des Lichtstromes, d.h. die von den LEDs abgestrahlte oder die
von einem Körper reflektierte Lichtleistung zumindest der farbigen LEDs
kann unabhängig von den weißen LEDs stufenlos verändert werden. Diese
Dimmung ermöglicht die Einstellung der Farbtemperatur und der
Farbwiedergabe in einem weiten für Operationsleuchten geeigneten Bereich.
Allein durch die Zumischung und Regelung farbiger, beispielsweise blauer
oder cyanfarbiger LEDs kombiniert mit weißen LEDs kann auf einfache
Weise eine für Operationen optimale Farbtemperatur des Lichtes erzeugt
werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5
(Operationsleuchte) und 7 bis 9 (Verfahren) enthalten.
Die Dimmung kann durch mechanische und/oder optische Mittel erreicht
werden. Eine Dimmung kann durch eine Änderung des der LED zugeführten
elektrischen Stroms und/oder der elektrischen Spannung erzeugt werden.
Alternativ können Blenden, Linsen oder optische Filter, welche in den
Strahleneingang hinein bewegt werden, eine Veränderung des Lichtstromes
bewirken.
Eine Steuereinrichtung in Verbindung mit entsprechenden Sensoren kann es
ermöglichen, dass eine gewünschte Farbtemperatur und/oder
Farbwiedergabe eingestellt und überwacht sowie nachgeregelt werden kann.
Insbesondere erlaubt es die Steuereinrichtung dem Operateur individuell auf
seine Bedürfnisse abgestimmte Beleuchtungsverhältnisse im Operationsfeld
zu schaffen. Je nach Farbtemperatur oder Farbwiedergabe sind
Hervorhebungen von verschiedenen Gewebestrukturen oder
Gewebemerkmalen innerhalb der Operationsstelle möglich.
Allgemeine weitere Vorteile:
Die Verwendung einer Vielzahl einzelner LEDs hat den Vorteil einer
verbesserten Betriebssicherheit, weil in der Regel nicht alle LEDs
gleichzeitig ausfallen, sondern stets eine sehr gute Restleuchtkraft
gewährleistet ist. LEDs haben den weiteren Vorteil, dass LEDs beliebig an- und
ausgeschaltet werden können, während herkömmliche
Entladungsleuchtmittel erst abkühlen müssen, bevor eine
Wiedereinschaltung möglich ist. LEDs besitzen eine höhere Lebensdauer. LEDs können stufenlos
hinsichtlich ihrer Intensität geregelt werden. LEDs geben keine
Wärmestrahlung ab. LEDs besitzen keinen IR- / UV- Anteil und weisen
keine Farbveränderung bei einer Dimmung auf.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Operationsleuchte;
- Fig. 2
- mehrere Lichtmodule der Operationsleuchte gemäß Fig. 1;
- Fig. 3
- den näheren Aufbau eines Lichtmoduls gemäß Fig. 2.
Aus der Seitenansicht einer Operationsleuchte 1 (Fig. 1) ist deren
prinzipieller an sich bekannter Aufbau ersichtlich. Die Operationsleuchte 1
umfasst einen Leuchtenkörper 2, welcher in seinem Innenraum in der Fig. 1
nicht sichtbare Leuchtmittel aufweist. Der Leuchtenkörper 2 ist über einen in
der Fig. 1 nicht vollständig gezeigten Schwenkarm schwenkbar an einer
stationären Halterung an einer Decke oder einer Wand eines Gebäudes oder
einer mobilen Einheit befestigt. Der Schwenkarm ist aus mehreren über
Gelenke miteinander verbundenen Elementen aufgebaut. Ein mit der
Operationsleuchte 1 fest verbundenes Element 4 des Schwenkarms ist in
der Fig. 1 lediglich angedeutet. Daher lässt sich die Operationsleuchte 1 in
X-, Y-, Z-Richtung dreidimensional bewegen und schwenken. Ein an dem
Leuchtenkörper 2 angebrachter Handgriff 3 ermöglicht die Positionierung
der Operationsleuchte an beliebiger Stelle über einem Operationstisch. Der
Handgriff 3 ist lösbar an der Unterseite 5 der Operationsleuchte angebracht.
An der Unterseite 5 tritt Licht aus, um die Operationsstelle auszuleuchten.
Fig. 2 zeigt, dass als Lichtquelle einzelne Lichtmodule 6a bis 6g nahezu
randlos aneinander gefügt sind. Randlos bedeutet im Sinne der Erfindung,
dass die Übergänge zwischen den einzelnen Lichtmodulen 6a bis 6g keinen
wesentlichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften, insbesondere auf den
Lichtaustritt in Richtung der Operationsstelle, besitzen. Das erzeugte Licht
wird trotz der aus mehreren Lichtmodulen 6a bis 6g zusammengesetzten
Lichtquelle als einheitlich wahrgenommen. Jedes Lichtmodul 6a bis 6g
umfasst wiederum eine Vielzahl einzelner LEDs, beispielsweise 30 bis 50.
Hieraus ergeben sich lichttechnische Vorteile analog zu Großspiegelleuchten
wie eine theoretisch optimale Schattenfreiheit durch großflächigen
Lichtaustritt. Jedes Lichtmodul 6a bis 6g kann selbst eine komplette
Operationsstelle ausleuchten. Von den Lichtmodulen 6a bis 6g erzeugtes
Licht ist durch die Lichtstrahlen 7 gestrichelt angedeutet, so dass ein
Leuchtfeld 8 entsteht. Das Leuchtfeld 8 ist die auf dem Operationstisch
beleuchtete Fläche. Die Lichtmodule 6a bis 6g können durch beliebige
Kombination mit weiteren Lichtmodulen zu unterschiedlichsten
Gesamtmodulen als Lichtquelle zusammengesetzt werden. Dies verändert
die Leuchtfeldgröße, die Beleuchtungsstärke und die Form des Leuchtfeldes
8.
Die einzelnen Lichtmodule, beispielsweise das in der Fig. 3 gezeigte
Lichtmodul 6a, bestehen alle jeweils aus einem Gehäuse 9 mit
mechanischen und/oder elektrischen oder elektronischen
Verbindungselementen oder Konnektoren zu benachbarten Lichtmodulen 6b
bis 6g. Die Form der Lichtmodule 6a bis 6g ist so gestaltet, dass sie auf
einer Kugelfläche mit typischem Radius 1000 mm ohne Zwischenräume
angeordnet werden können. Um dies zu erreichen, sind die Lichtmodule 6a
bis 6g als Sechsecke ausgebildet. In zusammengesetzter Form ergibt sich
eine Art Wabenstruktur oder Facettenstruktur. Die der Operationsstelle
zugewandte Fläche der Lichtmodule 6a bis 6g muss auch nicht zwingend
eben ausgebildet sein, sondern kann leicht konkav sein, um die Krümmung
der Kugelfläche besser nachzubilden. Die optische Achse jedes Lichtmoduls
6a bis 6g weist im Allgemeinen in den Brennpunkt der Kugelfläche.
Unterschiedliche Lichtfeldformen können durch die Aneinanderreihung von
Modulen mit verändertem Anstellwinkel erzeugt werden. Dazu können auch
Zwischenelemente zum Einsatz kommen. In jedem Lichtmodul 6a bis 6g
sind mehrere, ca. 30 bis 50 LEDs, gleichmäßig verteilt angeordnet, von
denen in der Fig. 3 lediglich drei gezeigt und mit Bezugszeichen 10a bis 10c
bezeichnet sind. Die Schattenbildung wird durch einen flächigen Lichtaustritt
optimiert. Hierzu sind jeder der nahezu punktförmig strahlenden LEDs
geeignete optische Elemente, z.B. Linsen 11a bis 11c zugeordnet.
(gestrichelt angedeutet sind beispielhaft die LED-Lichtstrahlen 12a bis 12c).
Die Form der Linsenelemente 11a bis 11c ist so gestaltet, dass sie das
Lichtmodul 6a möglichst bis zum Rand ausfüllen. Die Linsenelemente 11a
bis 11c können zudem über eine Streustruktur zur Vergleichmäßigung des
Lichtfeldes verfügen. Die Unterseite 5 der Lichtmodule kann durch eine
transparente Scheibe abgedeckt sein.
Die einzelnen Lichtmodule 6a bis 6g bilden zusammen eine Lichtquelle mit
einer Farbtemperatur von ca. 4.500 K sowie eines Farbwiedergabeindexes
Ra > 93, um eine natürliche Farbdarstellung, beispielsweise des zu
operierenden Gewebes, zu erreichen. Deshalb kommen nicht nur LEDs zum
Einsatz, welche weißes Licht erzeugen, sondern auch LEDs 10a bis 10c,
welche farbiges Licht erzeugen In der Fig. 3 sind diejenigen LEDs zur
Erzeugung weißen Lichtes nicht mit Bezugszeichen bezeichnet. Die weißen
LEDs sind analog zu den farbigen ausgebildet. Durch Zumischung farbiger
Lichtanteile wie Cyan und Blau wird ein Einbruch im Spektrum wie bei einer
Anordnung mit rein weißen LEDs teilweise kompensiert. Ferner können
gezielt Farbmischungen erzeugt werden, die die Sehleistung des Operateurs
verbessern. Bei konstanter Helligkeit der weißen LEDs können durch
ausschließliche stufenlose Dimmung der Intensität der farbigen LEDs die
Farbtemperatur und Farbwiedergabe des durch das Gesamtmodul,
bestehend aus allen einzelnen Lichtmodulen 6a bis 6g (Gesamtlichtquelle),
erzeugten Mischlichts variabel eingestellt werden. Die Lichtstromintensität
der farbigen LEDs 10a bis 10c kann stufenlos verändert werden.
Anzustreben wäre ferner das Konstanthalten der Gesamtbeleuchtungsstärke
durch abgestimmte Intensitätsregelung aller LEDs. Die LEDs 10a bis 10c
sind über Stromleitungen 13a bis 13c und 14 mit einer Steuereinrichtung
15 verbunden, welche eine elektrische Dimmung des Lichtstroms der LEDs
ermöglicht. Die elektrische Dimmung der farbigen LEDs 10a bis 10c bewirkt
eine Änderung der Farbtemperatur und/oder der Farbwiedergabe, was für
die Ausleuchtung der Operationsstelle vorteilhaft ist. Hierbei ist denkbar,
dass der Operateur die Einstellbarkeit derart nutzt, dass er nach seinen
Bedürfnissen farbiges und weißes Licht mischt, um spezielle Gewebearten
oder Gewebeveränderungen visuell differenzierter hervorzuheben. Der
Operateur kann einzelne Gewebearten oder Gewebeveränderungen besser
erkennen.
Es wird eine Grundeinstellung einer Farbtemperatur von 4.500 K
vorgegeben, welche beim Einschalten der Operationsleuchte automatisch
erzeugt wird. Andere je Anwendung der Operationsleuchte gewünschte
Farbtemperatur kann mithilfe eines Bedienfeldes oder einer Tastatur einer
Steuereinrichtung vom Operateur eingestellt werden. Die notwendigen
Einstellparameter können in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegt
werden. Weiterhin denkbar ist es, dass der Operateur weitere selbst
gewählte Einstellungen zusätzlich abspeichern und diese Einstellungen auch
nachträglich verändern kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
- 1
- Operationsleuchte
- 2
- Leuchtenkörper
- 3
- Handgriff
- 4
- Element
- 5
- Unterseite
- 6a
- Lichtmodul
- 6b
- Lichtmodul
- 6c
- Lichtmodul
- 6d
- Lichtmodul
- 6e
- Lichtmodul
- 6f
- Lichtmodul
- 6g
- Lichtmodul
- 7
- Lichtstrahl
- 8
- Leuchtfeld
- 9
- Gehäuse
- 10a
- LED
- 10b
- LED
- 10c
- LED
- 11a
- Linse
- 11b
- Linse
- 11c
- Linse
- 12a
- Lichtstrahl
- 12b
- Lichtstrahl
- 12c
- Lichtstrahl
- 13a
- Stromleitung
- 13b
- Stromleitung
- 13c
- Stromleitung
- 14
- Stromleitung
- 15
- Steuereinrichtung