[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Operationsleuchte mit einem oder mehreren
Scheinwerfern mit je einer Lichtquelle, die in Abstrahlrichtung von einem Gegenreflektor
derart abgeschirmt ist, daß der Lichtstrom von einem Reflektor auf ein das Gehäuse
in Abstrahlrichtung abschließendes optisches System gebündelt ist.
[0002] Große Operationsleuchten mit einer Lichtquelle und ggfs. einem Gegenreflektor und
einem großen Reflektor sind beispielsweise in den US-Patentschriften 4,135,231 oder
4,037,096 beschrieben. Diese Leuchten erreichen die notwendige Schattenfreiheit durch
den großen Durchmesser des Reflektors, der die Größe des ganzen Gehäuses einnimmt.
Von diesen Operationsleuchten sind die zu unterscheiden, die mehrere Einzelscheinwerfer
in einer gewölbten Unterseite des Leuchtkörpers aufweisen, wie sie beispielsweise
in der DE-PS 847 131 oder DE-OS 27 25 428 beschrieben sind. Auf solche Operationsleuchten
mit mehreren Einzelscheinwerfern oder auf einen einzeln benutzbaren Einzelscheinwerfer
in einer Arztleuchte oder in einer zusätzlichen Leuchte bezieht sich die vorliegende
Erfindung. Operationsleuchten mit mehreren Einzelscheinwerfern werden auch "mehräugige
Leuchten" genannt.
[0003] Es gibt verschiedene Vorschläge, den Lichtstrom einer Operationsleuchte zu verbessern,
indem die Leuchte selbst oder optische Mittel im Strahlengang zwischen der elektrischen
Lichtquelle und dem Lichtaustritt beeinflußt werden.
[0004] So wird in der US-PS 3,255,342 ein Einzelscheinwerfer in einer mehräugigen Operationsleuchte
beschrieben, bei der die direkte Bestrahlung der Lampe durch eine Kuppenverspiegelung
der Lampe verhindert wird. Alle Strahlung der Lampe wird in einen Kaltlichtreflektor
gelenkt. Ein großer Teil der infraroten Strahlung passiert den Reflektor und das sichtbare
Licht wird auf ein das Gehäuse der Leuchte in Abstrahlrichtung abschließendes optisches
System gebündelt.
[0005] Dieses optische System besteht aus mehreren Scheiben oder Schichten, von denen eine
Scheibe oder Schicht gleichfalls Infrarot reflektiert oder absorbiert. Diese Scheiben
oder Schichten machen die Operationsleuchte schwer und die nicht abgeleiteten Wärmestrahlen
heizen die Operationsleuchte bei langem Betrieb auf. Selbst die Infrarot reflektierenden
Scheiben nehmen über lange Betriebszeiten Wärme auf und strahlen diese dann selbst
ab.
[0006] Aus der FR-PS 967 964 ist eine Operationsleuchte mit einer Fresnellinse bekannt,
die nur einen katadioptrischen Bereich enthält und eine verstellbare Lichtquelle
aufweist.
[0007] Aus der DE-PS 603 666 sowie der CH-PS 282 209 sind Fresnellinsen mit dioptrischen
und katadioptrischen Bereichen bekannt.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Operationsleuchte der eingangs genannten Art derart
weiterzubilden, daß eine angenähert homogene Ausleuchtung einer tiefen Operationswunde
gewährleistet ist.
[0009] Diese Aufgabe wird bei der Operationsleuchte der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß das optische System eine Fresnellinse aus Ringprismen mit einem
dioptrischen Zentralbereich und einem katadioptrischen Randbereich enthält, und
daß die Ringprismen so gestaltet sind, daß die von der Fresnellinse austretenden Lichtbündel
die optische Achse in einem umso größeren Abstand von der Fresnellinse schneiden,
je kleiner der Abstand ist, mit dem die Lichtbündel von der optischen Achse entfernt
an der Fresnellinse austreten.
[0010] Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die Fokuspunkte der verschiedenen
von der Fresnellinse erzeugten Lichtbündel in unterschiedlichem Abstand von der Fresnellinse
entfernt liegen. Die von der oder den Leuchtquellen und der Fresnellinse erzeugten
Lichtbündel werden so gerichtet, daß sich in einem großen Abstandsbereich von der
Fresnellinse ein angenähert paralleler Lichtkegel ergibt, dessen Lichtverteilung
im Bereich der Operationswunde auch bei verschiedenen Arbeitsabständen angenähert
homogen bleibt. Dadurch wird eine gute Schattigkeit, Tiefenschattigkeit und Tiefenausleuchtung
der Wundhöhle auch über eine große Arbeitstiefe hinweg gewährleistet. Die homogene
Lichtverteilung ist auch maßgeblich für eine über den Arbeitsbereich hinweg gleichbleibende
Schattenerzeugung, die für die Arbeit des Chirurgen wesentlich ist, um selbst in einer
Wundhöhle plastisches Sehen und damit ein Abschätzen von kleinsten Entfernungen zu
ermöglichen.
[0011] Bevorzugt wird der Reflektor als ein flaches Hyperboloid ausgebildet, um eine extrem
flache Bauweise zu erreichen. Die reflektierende Schicht ist bevorzugt auf einem
Glaskörper aufgebracht und so ausgebildet, daß sie das sichtbare Licht weitgehend
reflektiert, die infrarote Strahlung dagegen weitgehend durchläßt. Dadurch wird
nur das sichtbare Licht auf die Fresnellinse abgestrahlt, die Infrarotstrahlung wird
aus dem Arbeitsbereich der Operationsleuchte eliminiert.
[0012] Um den am Rand des Reflektors stärker streuenden Abstrahlwinkel des auf der Reflektorinnenfläche
reflektierten sichtbaren Lichts zu einem Winkel zu kompensieren, der besser auf die
darunter befind liche Randzone der Fresnellinse ausgerichtet ist, wird bevorzugt
am Rande des Reflektors seine reflektierende Schicht dicker als am Reflektorscheitel
aufgebracht.
[0013] Die erfindungsgemäße Fresnellinse läßt sich aus Acrylglas oder ähnlichem Material
spritzen oder gießen. Einzelheiten dieses neuen Linsensystems sind den Unteransprüchen
entnehmbar.
[0014] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird durch eine steuerbare Beweglichkeit
der Hyperboloid-Reflektoreinheit gegenüber dem Fresnellinsensystem erzielt. Hiermit
wird eine vorteilhafte Fokussierbarkeit der Scheinwerfer erreicht. Außerdem ergibt
sich eine Homogenisierung des Leuchtfeldes, wenn beispielsweise zwei, drei oder mehr
Einzelscheinwerfer einer Operationsleuchte gleichzeitig und um gleiche Beträge defokussiert
werden. Die vom dioptrischen und vom katadioptrischen Linsenanteil der Fresnellinse
gebildeten Lichtbündel wandern dann um gleiche Beträge von oder zur optischen Achse,
was entweder eine gleichmäßige Leuchtenfeldverbreiterung oder Einengung zur Folge
hat.
[0015] In jedem Fall bleibt durch das erfindungsgemäße Linsensystem der große Vorteil erhalten,
daß sich bei jeder eingestellten Größe des beleuchteten Operationsfeldes eine homogene
Lichtverteilung auch in tiefer liegende Bereiche der Wundhöhle einstellt. Die Operationsleuchte
hat eine gute Tiefenschärfe, ohne daß die Stellung der Operationsleuchte bei fortschreitender
Operation nach korrigiert zu werden braucht.
[0016] Besonders bevorzugt ist die Fresnellinse aus einer durchgehenden Grundscheibe aufgebaut,
welche im Randbereich ringförmige Prismen aufweist, deren Spitzenringe und Flanken
zum Reflektor hinweisen und den katadioptrischen Linsenbereich bilden. Die Grundscheibe
besitzt im Zentralbereich ebenfalls ringförmige Prismen, deren Spitzen ebenfalls zum
Reflektor hingerichtet sind. Im Zentralbereich ist über der Grundscheibe eine zweite
Fresnellinse eingelegt, deren Ringprismen vom Reflektor weggerichtet sind und die
mit den entgegengesetzt gerichteten Ringprismen der durchgehenden Grundscheibe und
einem hierzwischen eingeschlossenen Luftspalt den dioptrischen Linsenbereich bildet.
Die Höhe der Spitzenringe der ringförmigen Prismen des katadioptrischen Randbereichs
nimmt mit zunehmendem Abstand von der optischen Mittelachse ab. Die zur optischen
Achse geneigten Flanken dieser Ringprismen werden mit zunehmendem Abstand von der
optischen Mittelachse steiler, während die radial nach außen geneigten Flanken dieser
Ringprismen mit zunehmendem Abstand von der optischen Mittelachse flacher geneigt
sind.
[0017] Im Luftspalt des dioptrischen Zentralbereichs der Fresnellinse liegen die lichtbrechenden
Flanken der lampenseitigen und lichtaustrittsseitigen Ringprismen einander gegenüber.
Lampenseitig steigen die lichtbrechenden Flanken mehr zur Horizontalen an als sie
lichtaustrittsseitig abfallen. Die lichtbrechenden Flanken der Ringprismen des Zentralbereichs
der Fresnellinse bilden mit zunehmendem Ab stand zur optischen Mittelachse einen
anwachsenden Winkel zur Horizontalen. Durch diese Bemessung der Ringprismen wird erreicht,
daß die Mittelstrahlen der von der Fresnellinse ausgehenden Lichtbündel sich in unterschiedlichem
Abstand von der Fresnellinse mit der optischen Achse schneiden und entsprechende
Fokuspunkte bilden, wodurch die Lichtverteilung über einen größeren Abstandsbereich
hinweg annähernd homogen bleibt.
[0018] Besonders bevorzugt bilden die Lampe, der Gegenreflektor und der Reflektor eine
Baueinheit, welche gegenüber der starr mit dem Gehäuse verbundenen Fresnellinse beweglich
angeordnet ist. Eine Bewegung dieser Baueinheit relativ zur Fresnellinse hat eine
Vergrößerung des Leuchtenfeldes zur Folge, so daß der Chirurg bei einer entsprechenden
Bewegung ein vergrößertes Operationsfeld homogen ausleuchten kann.
[0019] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung der Zeichnung.
[0020] Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer neuen Operationsleuchte
über einem Operationstisch;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Einzelscheinwerfers der neuen Operationsleuchte;
Fig. 3 eine Darstellung der hauptsächlichen Strahlungsführung von einer Lichtquelle
durch den Einzelscheinwerfer;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Strahlengangs für einzelne Lichtbündel nach
Durchtritt durch die Fresnellinse;
Fig. 5 eine stark vereinfachte Darstellung der Lichtführung aus einem Einzelscheinwerfer
in ein kleines beleuchtetes Feld;
Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung der Lichtführung aus einem Einzelscheinwerfer
in ein großes beleuchtetes Operationsfeld;
Fig. 7 eine vergrößerte Aufsicht auf eine Streustruktur der Fresnellinse; und
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 3′-3′ in Fig. 7.
[0021] Eine Operationsleuchte 10 ist gemäß der Übersichtsdarstellung in Fig. 1 in üblicher
Weise oberhalb eines Operationstisches 12 mittels einer Deckenbefestigung 14 einzeln,
wie dargestellt, oder in Kombination mit anderen gleichen oder größeren oder kleineren
Operationsleuchten aufgehängt. Die Aufhängung bildet ein Drehgelenk 16, um deren
Achse die Leuchte 10 um zumindest 360° schwenkbar ist. Ferner besteht die Aufhängung
der Leuchte in an sich bekannter Weise aus mehreren Armen, die mittels Gelenken miteinander
verbunden sind. So schließt an das Gelenk 16 ein Arm 18 und an diesen über ein Doppelgelenk
20 ein um seine Längsachse schwenkbarer Arm 22 an, welcher über eine Achse 24 einen
Körper 26 der Operationsleuchte 10 trägt. Der Körper 26 ist gegenüber herkömmlichen
Operationsleuchten mit seiner geringen Ausdehnung 28 sehr flach gehalten. In Übereinstimmung
mit dem einschlägigen Stand der Technik mehräugiger Operationsleuchten hat der Körper
26 einen unteren Abschluß 32, in der sich die Lichtaustritte von Einzelscheinwerfern
25 in einer Fläche befinden, die kugelabschnittartig gewölbt ist.
[0022] Eine Operationsleuchte der hier beschriebenen Art kann ein bis sieben Einzelscheinwerfer
25 aufweisen, wie sie nachstehend näher anhand von Fig. 2 beschrieben werden. Im
Körper 26 ist jeder Einzelscheinwerfer 25 von der Oberseite, d.h. von der Lichtabstrahlungsseite
des Körpers 26 gegenüberliegenden Seite nach Entfernen einer abnehmbaren Kappe 30
zugänglich, was das Auswechseln von Lichtquellen 50, die Ausführung von Wartung,
die Reinigung, die Justierung usw. erheblich erleichtert.
[0023] Gemäß Fig. 2 weist jeder Einzelscheinwerfer 25 eine geschlossene Unterseite 34 auf,
welche eine nachstehend näher beschriebene Fresnellinse 60 in einer starren Einfassung
35 trägt. Über eine lösbare Befestigung 36 wird eine Verbindung zu einem Träger 38
hergestellt, welcher in eine kragenförmige Öffnung 40 übergeht, in der sich ein Reflektorsystem
42 mit Lichtquelle bewegen kann.
[0024] Das Reflektorsystem 42 besteht aus einem Träger 44, in dessen Zentrum sich eine justierbare
Fassung 46 für eine Lichtquelle 50, vorzugsweise eine Halogenlampe, befindet. Die
Fassung 46 ist zum Auswechseln mit der Lichtquelle 50 aus dem Träger 44 herausnehmbar.
Aus der Fassung 46 sind flexible elektrische Anschlüsse 48 herausgeführt.
[0025] Die von der Lichtquelle 50 ausgehende Gesamtstrahlung wird von einem Gegenreflektor
52 an einer direkten Abstrahlung in Richtung auf die als Fresnellinse 60 ausgebildete
Abdeckscheibe gehindert und zurückgeworfen. Somit trifft der überwiegende Teil der
von der Lichtquelle 50 ausgehenden Strahlung auf einen Hauptreflektor 54. Dieser Hauptreflektor
54 besteht aus Glas und ist in der dargestellten Ausführungsform ein Hyperboloid.
Ein Hyperboloid-Reflektor hat den Vorteil, niedrig zu sein und ist einfach aus Glas
herstellbar. Der Reflektor 54 ist im Durchmesser kleiner als die Lichtaustrittsfläche
der Fresnellinse 60. Da dennoch die Lichtmenge über den kleineren Reflektor 54 gesammelt
wird, ergibt sich eine hohe Tiefenausleuchtung im Operationsfeld, was erwünscht und
vorteilhaft ist.
[0026] Auf der Innenseite des zum Rand 51 stärker werdenden Reflektors 54 ist eine für Infrarot
weitgehend durchlässige Reflexionsschicht 53 aufgetragen, welche die sichtbare Strahlung,
wie nachstehend näher beschrieben, auf die Fresnellinse 60 wirft. Die Dicke der Reflexionsschicht
53 nimmt zum Rand des Reflektors 54 hin zu.
[0027] Die von einer Wendel 66 in der Lichtquelle 50 erzeugte Strahlung kann zunächst in
der Hülle oder Wandung der Lichtquelle 50 gefiltert werden. Da eine Halogenlampe 50
dennoch einen hohen Bestandteil infraroter Strahlung aussendet, welche entweder
direkt wie ein Strahl 68 von der Wendel 66 auf den Reflektor 54 strahlt, oder über
den Gegenreflektor 52 wie ein Strahl 78 auf den Reflektor 54 auftrifft, ist die Reflexionsschicht
53 als ein Konversionsfilter ausgebildet. Während Strahlen 68 weitgehend (etwa 70
%) als sichtbare Lichtstrahlen 70 in Richtung Fresnellinse 60 gelenkt werden, treten
infrarote Strahlen 72 hindurch und werden auf der Rückseite des Reflektors 54 von
einer Schicht 57 diffus verteilt. Diese diffuse Verteilung der hindurchtretenden Infrarotstrahlen
72 auf der gesamten Rückseite des Reflektors 54 bewirkt, daß die Wärmestrahlen nicht
gebündelt irgendwelche Bauteile im Körper 26 treffen und diese aufheizen, sondern
daß eine willkürliche Streuung erfolgt, die sich überall hin verteilt. In der Mitte
des Reflektors 54 befindet sich eine Öffnung 59, durch welche nicht nur die Sockelung
der Lampe 50 erfolgt, sondern auch infrarote Strahlenanteile aus dem Reflektorsystem
42 abgeführt werden.
[0028] Eine weitere Maßnahme zur Ausfilterung der unerwünschten Wärmestrahlung und zur
Erzeugung eines kalten Lichts mit Operationsfeld stellt die Anordnung einer Filterscheibe
56 (Fig. 2) am unteren Rand des Reflektors 54 dar. Vorteilhafterweise handelt es sich
um eine Ringscheibe, die nur mit ihrem radial äußeren Rand aufliegt und keine mechanische
Verbindung zum heißen Zentrum aus Lichtquelle 50 und Gegenreflektor 52 benötigt. Damit
wird eine Wärmeaufheizung durch Wärmefluß vermieden. Die auftreffende infrarote Strahlung
wird nach oben unter einem Winkel rückreflektiert, der im wesentlichen auf die Öffnung
59 gerichtet ist. In einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt der größte optisch
wirksame Durchmesser der Fresnellinse 60 190 mm und der Durchmesser des Reflektors
54 im optisch wirksamen Bereich ca. 120 mm. Der Abstand vom unteren Rand des Reflektors
54 zur Mittelebene der Fresnellinse 60 beträgt nun 37,7 mm. In einem anderen größeren
praktischen Ausführungsbeispiel beträgt der größte optisch wirksame Durchmesser der
Fresnellinse 60 ca. 250 mm und der optisch größte Durchmesser des Reflektors liegt
bei ca. 120 mm. Hierbei beträgt der Abstand vom unteren Rand des Reflektors 54 zur
Mittelebene der Fresnellinse 60 70 mm.
[0029] Gemäß dieser beiden praktischen Beispiele kann folglich dieselbe Reflektoreinheit
mit ca. 120 mm Reflektoraustrittsöffnung und einer Scheitelhöhe von nur etwa 20 mm
für unterschiedlich große Einzelscheinwerfer benutzt werden, was die Herstellungskosten
senkt. Die den Lichtaustritt bildende kreisförmige Fresnellinse 60 ist im Durchmesser
größer als der Reflektor 54 und besteht aus einem dioptrischen Zentralbereich und
aus einem ringförmigen katadioptrischen Randbereich, was am besten aus Fig. 5 hervorgeht.
[0030] Der lichtaustrittsseitige, untere Teil der Fresnellinse 60 besteht aus einem über
den ganzen Durchmesser durchgehenden Teil 61, welcher im Randbereich 62 das alleinige
katadioptrische Linsensystem dar stellt, während im zentralen Bereich 64 eine weitere
Fresnellinse 63 zur Achromatisierung auf- und eingesetzt ist.
[0031] Im katadioptrischen Bereich 62 der Fresnellinse 60 werden die dort vom Reflektor
54 her auftreffenden Lichtstrahlen von einer Serie ringförmig ausgebildeter Prismen
65 (Fig. 3) umgelenkt. Die Flankensteigungen α, ß und die Höhen H der Ringprismen
der Fresnellinse 60 sind so gewählt, daß im Operationsfeld eine angenähert homogene
Beleuchtungsstärkenverteilung auch über einen vorgegebenen Tiefenbereich hinweg
erreicht wird, wie noch näher anhand von Fig. 4 erläutert wird.
[0032] So werden beispielsweise gemäß Fig. 3 Strahlen 68 vom Reflektor 54 in Strahlen 70
so umgelenkt, daß sie auf geneigte Flächen 96 der Prismenringe 65 auftreffen und in
das Material der Fresnellinse 60 hineingebrochen werden. Im Inneren der Fresnellinse
60 verläuft der gebrochene Strahl 100 bis zur Rückwand der entgegengesetzt geneigten
Prismenfläche 98 und wird dort totalreflektiert, so daß diese Lichtstrahlen 102 zunächst
im Material der Fresnellinse 60 weiterlaufen und schließlich als Strahlen 104 in Richtung
auf das Operationsfeld austreten. In gleicher Weise werden Strahlen 84 von beliebiger
Stelle des Reflektors 54 in Richtung des Strahles 86 auf eine geneigte Fläche 96 der
Prismenringe 65 abgelenkt.
[0033] Die nach außen geneigten Flanken 96 der katadioptrischen Ringprismen 65 werden mit
zunehmendem Abstand von der optischen Achse 67 steiler, die entsprechende Flankensteigung
α nimmt also zum Rand der Fresnellinse 60 hin zu. Die oberen Kanten der Ringprismen
65 werden zum Rand der Fresnellinse 60 hin niedriger, die Höhe H der Ringprismen 65
nimmt zum Rand hin also entsprechend ab, damit alle aufkommende Strahlung in diesem
katadioptrischen Randbereich trotz der niedrigen Bauhöhe, d.h. des geringen Abstandes
69 vom Reflektor 54 zur Fresnellinse 60, und des unterschiedlichen Durchmessers in
die Fresnellinse 60 hineingebrochen wird. Ebenso werden die zur optischen Achse 67
hingerichteten Flanken 98 der katadioptrischen Ringprismen 65, an denen eine Totalreflexion
stattfindet, mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse 67 relativ flacher, die
entsprechende Flankensteigung ß nimmt also zum Rand hin ab. Auf diese Weise erzielt
der Scheinwerfer aus dem katadioptrischen Bereich 62 der Fresnellinse 60 einen gewünschten
Strahlverlauf, wie anhand der Fig. 4, 5 und 6 noch näher dargelegt wird.
[0034] Im dioptrischen Zentralbereich 64 der Fresnellinse 60 treffen Strahlen 74 von der
Wendel 66 der Lichtquelle 50 kommend oder über den Gegenreflektor 52 und den Reflektor
54 reflektierte Strahlen 76, 78, 80, 82 auf Flanken 90 der Ringprismen 63′ der zur
Lichteinfallseite hin eingesetzten Fresnelscheibe 63. Von den Flanken 90 der zur
Abstrahlungsseite hin gerichteten Ringprismen 63′ werden die Strahlen in den Zwischenraum
93 gelenkt, der zwischen der oberen Fresnelscheibe 63 und der durchgehenden unteren
Fresnelscheibe 61 vorhanden ist. Die Strahlen treffen dann auf entgegengesetzt geneigte
Flanken 92 der zur Lichtquelle 50 hingerichteten Ringprismen 61′ der durchgehenden
Fresnelscheibe 61 auf. Die Neigung sich gegenüberliegender Flanken 90 und 92 zur
Horizontalen ist jeweils so verschieden, daß die Abstrahlung 94 aus dem dioptrischen
Zentralbereich 64 nahezu achsparallel zur optischen Achse 67 der Fresnellinse 60
erfolgt, vgl. insbesondere Fig. 4. Die zur optischen Achse hin aufwärts geneigten
Flanken 92 der durchgehenden Fresnelscheibe 61 besitzen eine mit zunehmendem Abstand
von der optischen Achse 67 zunehmende Steigung. Ebenso weisen die abwärts zur optischen
Achse 67 gerichteten Flanken 90 der Ringprismen 63′ der Fresnelscheibe 63 eine mit
zunehmendem Abstand von der optischen Achse 67 zunehmende Steigung auf.
[0035] Die spezielle Ausgestaltung der Ringprismen 65 bzw. 63′, 61′ und die gewählten Flankensteigungen
α , ß bewirken, daß die von der Fresnellinse 60 austretenden Lichtbündel die optische
Achse 67 in einem umso größeren Abstand a schneiden, je kleiner der Abstand b ist,
mit dem die Lichtbündel von der optischen Achse 67 entfernt aus der Fresnellinse 60
austreten. So werden die am Rand der Fresnellinse 60 austretenden Lichtbündel am
stärksten zur optischen Achse hin gebrochen und schneiden die optische Achse 67 im
Abstand a1. Das dargestellte mittlere Bündel tritt im Abstand b2 von der optischen
Achse aus der Fresnellinse 60 aus und schneidet die optische Achse im Abstand a2.
Das relativ nahe an der optischen Achse 67 im Abstand b3 aus dem dioptrischen Bereich
der Fresnellinse 60 austretende Lichtbündel besitzt einen
[0036] Außenstrahl, der nahezu parallel zur optischen Achse verläuft, der Mittenstrahl schneidet
die optische Achse 67 in großem Abstand a3 von der Fresnellinse 60. Die Abstände a1,
a2, a3 geben den Schnittpunkt des jeweiligen Mittenstrahls der betreffenden Lichtbündel
mit der optischen Achse 67 an. Durch die unterschiedliche Fokussierung der verschiedenen
Lichtbündel wird erreicht, daß über einen relativ großen Tiefenbereich eine homogene
Lichtstärke, und damit eine homogene Ausleuchtung einer tiefen Operationswunde möglich
ist; unerwünschte Schwankungen der Lichtverteilung sind weitgehend eliminiert.
[0037] In Fig. 5 ist die durch die Fresnellinse 60 mit ihrem katadioptrischen Bereich 62
und dioptrischen Bereich 64 erzielbare Homogenität im beleuchteten Operationsfeld
114 für einen Idealfall der exakten Fokussierung der Lampe 50 im optischen System
schematisch dargestellt. Unter einem einzelnen Scheinwerfer 25 ergibt sich ein konzentrisch
ausgeleuchtetes kleines Operationsfeld 114 durch Überlagerung der Strahlführung
112 im dioptrischen Bereich 64 im Zentrum mit der Strahlführung 110 im katadioptrischen
Bereich 62 vom Rand her.
[0038] Nun ist erfindungsgemäß das gesamte Strahlenerzeugungs- und Reflektorsystem 42 gegenüber
der feststehenden Fresnellinse 60 beweglich, was in Fig. 2 durch einen Bewegungsspalt
122 und in Fig. 6 durch eine Auslenkung 120 der Lampe 50 angedeutet ist.
[0039] Würde im Bewegungsspalt 122 ein kurzer Hub nach oben oder unten in Richtung der optischen
Achse 67 des beweglichen Systems stattfinden, so würde dies als Abstandsänderung gegenüber
dem feststehenden Fresnellinsensystem 60 eine Verbreitung oder Verengung des beleuchteten
Feldes bedeuten. Ein Verkippen im Sinne der Versetzung 122 (Fig. 6) der Lampe 50 mit
ihrem Reflektorsystem aus Gegenreflektor 52 und Reflektor 54 mit Filterscheibe 56
würde ein Auseinanderschieben des Strahlenverlaufs 110′ im katadioptrischen Bereich
62 mit einem Bestrahlungsfeld 116 vom Bestrahlungsfeld 118 ergeben, welches vom Strahlenverlauf
112′ unter dem dioptrischen Bereich 64 erzeugt wird, wie dies aus der Darstellung
von Fig. 6 unten hervorgeht. Wenn ein solches Verkippen in einer dreiäugigen Operationsleuchte
also einer Operationsleuchte 10 mit nur drei Einzelscheinwerfern 25 zugleich und
gleichmäßig stattfindet, was durch eine einfache Mechanik zu bewerkstelligen ist,
dann ergäbe sich ein großes Leuchtenfeld mit einem Hüllkreis 119 (Fig. 6 unten). Eine
größere Homogenität im Operationsfeld läßt sich naturgemäß mit einer größeren Zahl
von Einzelscheinwerfern 25 in einer Operationsleuchte bei gleicher untereinander verbundener
Beweglichkeit oder Verkippbarkeit des Lampenreflektorsystems 42 gegenüber dem feststehenden
Fresnellinsensystem 60 erzielen. Eine derartige Verstellbarkeit ist bei Beibehaltung
der Homogenität der Lichtverteilung und guten Tiefenausleuchtung in tiefen Operationswunden
nur durch die Kombination mit der Fresnellinse 60 erzielbar.
[0040] Anstelle einer glatten Außenfläche, die beim Draufsehen ein durch die Fresnelstruktur
verursachtes Bild von konzentrischen Ringen vermittelt, wird der Fresnellinse 60 als
Streuschicht eine Wabenstruktur verliehen, wie dies näher aus der vergrößerten Ausschnittsaufsicht
aus Fig. 3 in der Fig. 7 deutlich wird. Die Draufsicht auf einen Ausschnitt 122 erfolgt
in Richtung des Pfeils 124. Hierbei wird in der Darstellung der Fig. 7 und 8 ein gegenüber
der Fig. 3 stark vergrößerter Maßstab benutzt. Während der Durchmesser des Einzelscheinwerfers
etwa 20 bis 30 cm beträgt, zeigt der Ausschnitt in Fig. 7 bzw. 8 nur eine Breite von
ca. 2,6 cm.
[0041] Wesentlich ist, daß die Streustruktur gegenüber den Ringprismen 65, 90, 92 der Fresnellinse
60 klein ist und die Strukturgrenzen der Streustruktur möglichst die Strukturlinien
des Linsenglases kreuzen.
[0042] Wie aus Fig. 7 ersichtlich, besteht die Streustruktur aus Vielecken 128. Bevorzugt
werden Sechsecke, die mit ihren Kanten 130 dicht an dicht in geradlinig ausgerichteten,
sich senkrecht kreuzenden Achsen 132, 134 angeordnet sind, vorgesehen. Es handelt
sich um eine sehr kleinräumige Struktur (Vieleckdurchmesser z.B. 7,36 bis 8,5 mm),
verglichen mit dem Durchmesser der Fresnellinse 60.
[0043] Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch die in Fig. 7 dargestellte Streustruktur entlang
der Schnittachsen 3′ - 3′. Die einzelnen Sechsecke weisen zur Mitte 136 hin eine Aufwölbung
138 auf, wodurch an den Sechseckkanten 130 ein stumpfer Winkel entsteht. Die Durchbiegungstiefe
liegt in der Größenordnung von 0,1 mm.
[0044] Die Aufwölbung hat über der Mitte 136 einen Wölbungsradius von 60 mm. Alle in der
Zeichnung der Fig. 7 und 8 angegebenen Maße sind mm-Maße.
[0045] Statt einer nach außen gerichteten aufgewölbten Wabenstruktur können auch gleiche
Einwölbungen in die Oberfläche der Fresnellinse 60 eingebracht werden.
[0046] Zusammen hiermit entsteht durch mehrere Einzelscheinwerfer in einer Operationsleuchte
eine gute Homogenität des Beleuchtungsfeldes und eine gute Tiefenausleuchtung. Die
Feldgröße läßt sich mit anderen Maßnahmen regulieren. Auch die Kontrastbildung verbessert
sich durch die neue Wabenstruktur erheblich. Die Schattigkeit ist nach DIN 20 35
größer als 50 % und die Tiefenschattigkeit größer als 30 % bestimmt worden.
1. Operationsleuchte (10) mit einem oder mehreren Scheinwerfern (25) mit je einer
Lichtquelle (50), die in Abstrahlrichtung von einem Gegenreflektor (52) derart abgeschirmt
ist, daß der Lichtstrom von einem Reflektor (54) auf ein das Gehäuse in Abstrahlrichtung
abschließendes optisches System gebündelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das optische System eine Fresnellinse (60) aus Ringprismen
(65; 90, 92) mit einem dioptrischen Zentralbereich (64) und einem katadioptrischen
Randbereich (62) enthält, und daß die Ringprismen (65; 90, 92) so gestaltet sind,
daß die von der Fresnellinse (60) austretenden Lichtbündel die optische Achse (67)
in einem umso größeren Abstand (a) von der Fresnellinse (60) schneiden, je kleiner
der Abstand (b) ist, mit dem die Lichtbündel von der optischen Achse (67) entfernt
an der Fresnellinse (60) austreten.
2. Operationsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (54)
ein flaches Hyperboloid ist, dessen reflektierende Schicht (53) auf einem Glaskörper
aufgebracht ist.
3. Operationsleuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende
Schicht (53) auf dem Reflektor (54) das sichtbare Licht weitgehend reflektiert und
die infrarote Strahlung weitgehend durchläßt.
4. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht (53) des Reflektors (54) am
Reflektorrand dicker ist als am Reflektorscheitel.
5. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Reflektors (54) kleiner ist als der
Durchmesser der Fresnellinse (60).
6. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Schicht (53) auf der Innenseite
aufgebracht ist, während sich auf der Außenseite eine die hindurchgetretene Infrarotstrahlung
zerstreuende Oberfläche (57) befindet.
7. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich vom Rand des Reflektors (54) radial nach innen eine
Filterringscheibe (56) in der Reflektoraustrittsebene erstreckt.
8. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinse (60) aus einer durchgehenden Grundscheibe
(61) besteht, welche im katadioptrischen Randbereich Ringprismen (65) mit relativ
großem dreieckförmigem Querschnitt und zum Reflektor (54) hinweisenden Flanken (96,
98), und im Mittenbereich Ringprismen (61′) mit relativ kleinem dreieckförmigem Querschnitt
und zum Reflektor (54) hinweisenden Flanken (91, 92) aufweist, daß im Zentralbereich
eine zweite Fresnellinse (63) angeordnet ist, welche Ringprismen (63′) mit relativ
kleinem dreieckförmigem Querschnitt und vom Reflektor (54) weggerichteten Flanken
(90, 90′) enthält, daß die Ringprismen (63′) der zweiten Fresnellinse (63) gegenüber
den Ringprismen (61′) der durchgehenden Grundscheibe (61) liegen, und daß die zweite
Fresnellinse (63) zusammen mit der durchgehenden Grundscheibe (61) und einem hierzwischen
eingeschlossenen Luftspalt (93) den dioptrischen Zentralbereich der Fresnellinse
(60) bilden.
9. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Spitzenringe der ringförmigen Prismen (65)
der katadioptrischen Linse (62) mit zunehmendem Abstand von der optischen Mittelachse
(67) abgestuft niedriger verlaufen.
10. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zur optischen Achse geneigten Flanken (96) der ringförmigen
Prismen (65) der katadioptrischen Linse (62) mit zunehmendem Abstand von der optischen
Mittelachse (67) steiler angeordnet sind, während die radial nach außen geneigten
Flanken (98) der ringförmigen Prismen (65) mit zunehmendem Abstand von der optischen
Mittelachse (67) sich flacher neigen.
11. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich im Luftspalt (93) der dioptrischen Linse (64) lichtbrechende
Flanken (90, 92) der Ringprismen gegenüberliegen, die lampenseitig (90) mehr zur Horizontalen
ansteigen als sie lichtaustrittsseitig (92) abfallen.
12. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbrechenden Flanken (90, 92) der Ringprismen mit
zunehmendem Abstand zur optischen Mittelachse (67) einen anwachsenden Winkel zur
Horizontalen bilden.
13. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (50), Gegenreflektor (52) und Reflektor (54)
eine Baueinheit (42) bilden, welche gegenüber der starr mit dem Gehäuse (26) verbundenen
Fresnellinse (60) beweglich angeordnet ist.
14. Operationsleuchte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit
(42) kippbar ist.
15. Operationsleuchte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit
(42) in der optischen Achse (67) bewegbar ist.
16. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Baueinheit (42) mit mehreren Einzelscheinwerfern
(25) in einem Gehäuse (26) miteinander gekoppelt symmetrisch zur optischen Achse
(67) erfolgt.
17. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelscheinwerfer (25) auf der der Lichtabstrahlungsseite
des Gehäuses (26) gegenüberliegenden Seite von einer abnehmbaren Kappe (30) abgedeckt
ist.
18. Operationsleuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinse (60) eine zusätzliche Streustruktur aufweist.
19. Operationsleuchte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Streustruktur
aus Vielecken (28) besteht, die zur Mitte hin (36) eine Wölbung (38) aufweisen.
20. Operationsleuchte nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den
Vielecken (28) um Sechsecke handelt, die dicht an dicht in geradlinig ausgerichteten
Achsen (32, 34) angeordnet sind.
21. Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Streustruktur auf der von der Lichtquelle abgewandten
Oberfläche der Fresnellinse (60) angeordnet ist.