DE69904917T2

DE69904917T2 - Beleuchtungseinrichtung zur erzeugung eines schattenfreien operationsfeldes

Info

Publication number: DE69904917T2
Application number: DE69904917T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Moschkowitz
Original assignee: JPM Sarl NANCY
Current assignee: JPM Sarl NANCY
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: ES2191414T3; US6398398B1; WO1999043980A1; FR2775513A1; ATE231229T1; EP1058802A1; CA2321882A1; EP1058802B1; AU2525199A; CA2321882C; DE69904917D1; FR2775513B1

Description

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein schlagschattenfreies Operationsfeld, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für die Zahnchirurgie bestimmt ist und die einen Beleuchtungskopf aufweist, der mit Licht mittels Lichtfaserlitzen gespeist wird, die das Licht leiten, das von einem Lichtgenerator erzeugt wird, der im Abstand vom Beleuchtungskopf angeordnet ist, siehe z. B. US-A-4 757 426.
Beleuchtungseinrichtungen, die eine Begrenzung der Schlagschatten ermöglichen, sind bereits bekannt. Die auf dem medizinischen oder zahnmedizinischen Gebiet am häufigsten verwendeten Einrichtungen sind Operationslampen, die mit einem Beleuchtungskopf versehen sind, der einen parabolischen Glasreflektor aufweist, dem ein oder mehrere Leuchtkörper sowie Spiegelgruppen zugeordnet sind.
Einer der Nachteile der Operationslampen besteht darin, dass ihre Lichtquelle sich im Bereich des Beleuchtungskopfes befindet und im Arbeitsbereich eine Wärmemenge erzeugt, die sowohl für die Ärzte als auch für die Patienten nachteilig ist.
Ein anderer Nachteil dieses Typs der Beleuchtung ist ihr beträchtliches Volumen, das sie relativ unhandlich macht.
Es wurden bereits Systeme zur Beleuchtung eines Zielbereichs vorgeschlagen, die mittels einer Lichtfaserlitze und einer seitlich angeordneten Lichtquelle gespeist werden, die auch die Wärmemenge begrenzt, die im Bereich des Operationsfeldes erzeugt wird. So kann z. B. die Beleuchtungseinrichtung erwähnt werden, die im Patent FR 1 431 405 beschrieben ist. Diese Einrichtung nimmt dennoch ein relativ beträchtliches Volumen ein.
Außerdem werden bei ihr die auf begrenzte Beleuchtungen, insbesondere auf dem Gebiet der Zahnmedizin, gestellten Anforderungen nicht vollständig erfüllt, d. h., einen leuchtenden Bereich bereit zu stellen, der jedoch nicht kreisförmig, sondern im wesentlichen rechteckig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Erzeugnis zur Verfügung zu stellen, bei dem unter gleichzeitiger Reduzierung der Wärmezufuhr zum Arbeitsbereich derartige Leistungen erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Beleuchtungseinrichtung für ein schlagschattenfreies Operationsfeld gelöst, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für die Zahnchirurgie bestimmt ist und die einen Beleuchtungskopf aufweist, der mit Licht mittels mindestens einer Lichtfaserlitze gespeist wird, die das Licht leitet, das von einem Lichtgenerator erzeugt wird, der im Abstand vom Beleuchtungskopf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgenerator ein mechanisches System aufweist, das es ermöglicht, ein Endstück am Eingang der Lichtfaserlitze von einer Lampe des Lichtgenerators weg oder näher an diese heran zu bewegen.
Außerdem weist der Beleuchtungskopf Mittel auf, die einen zur Beleuchtung des Operationsfeldes erforderlichen, im Wesentlichen rechteckigen Lichtpunkt auf den Arbeitsbereich projizieren.
Gemäß einer ersten Variante weist der Beleuchtungskopf im Wesentlichen auf:
- im vorderen Bereich mindestens zwei asphärische Linsen mit hinterer ebener Stirnfläche, die auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse des Beleuchtungskopfes unter einem Winkel α gegenüber der Längsachse angeordnet sind, und die eine Konvergenz des aus den zwei Linsen austretenden Lichtes erlauben,
- ein Abschlussstück der Lichtfaserlitze, das senkrecht zur hinteren ebenen Stirnfläche jeder asphärischen Linse ausgerichtet ist, wobei die Lichtfasern an ihrem Ausgang im Abschlussstück einen länglichen Querschnitt formen.
Der Winkel α gegenüber der Längsachse beträgt vorzugsweise ungefähr 5,5º und der Abstand zwischen dem vorderen Teil des Abschlussstückes der Lichtfaserlitze und der hinteren ebenen Stirnfläche jeder asphärischen Linse beträgt ungefähr 35 mm.
Außerdem stellt die erfindungsgemäße Einrichtung einen rechteckigen Lichtpunkt mit Abmessungen 10 · 20 · 70 cm des Beleuchtungskopfes zur Verfügung.
Gemäß einer zweiten Variante weist der Beleuchtungskopf einen konkaven reflektierenden Reflektor auf, der das Licht von einem Ausgangs-Endstück einer Lichtfaserlitze empfängt und dieses in Richtung des Operationsfeldes reflektiert.
Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, in denen:
- Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Beleuchtungssystems gemäß einer ersten Variante,
- Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungskopfes gemäß der ersten Variante im Schnitt,
- Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Beleuchtungskopfes nach Fig. 2,
- Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht des Lichtgenerators,
- Fig. 5a und 5b sind jeweils eine Seitenansicht im Schnitt und eine Vorderansicht eines Abschlussstückes einer Lichtfaserlitze,
- Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungskopfes gemäß einer zweiten Variante im Schnitt,
- Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung des Lichtausgangs und des Reflektors bei der Variante nach Fig. 6.
Die Beschreibung bezieht sich zunächst auf die Fig. 1.
Die Beleuchtungseinrichtung für ein schlagschattenfreies Operationsfeld besteht bekannterweise aus einem Beleuchtungskopf (1) und Lichtfaserlitzen (2), die es ermöglichen, dem Beleuchtungskopf (1) das Licht zuzuführen, das von einem Lichtgenerator (3) erzeugt wird, der im Abstand vom Beleuchtungskopf (1) angeordnet ist. Die Verwendung der Lichtfasern ermöglicht durch Entfernen der Lichtquelle aus dem Arbeitsbereich eine erhebliche Reduzierung der Wärmemenge, die für den Arzt sowie den Patienten sehr unangenehm ist.
Nachfolgend wird auf die Fig. 2, 3, 5a, 5b Bezug genommen, die eine erste Variante des Beleuchtungskopfes darstellen.
Der Beleuchtungskopf (1) besteht aus einem z. B. trapezförmigen Gehäuse (4), das im vorderen Bereich einen Linsenträger (5) aufweist, der beispielsweise aus Formpressstoff, Aluminium oder Verbundstoff hergestellt ist.
Der Linsenträger (5) weist zwei mit Bunden (7) versehene Aufnahmeöffnungen (6), zum Beispiel mit einem Durchmesser von 45 mm, auf, in denen zwei beispielsweise asphärische Linsen (8) mit einer hinteren ebenen Stirnfläche (11) angeordnet sind, die den gleichen Außendurchmesser wie die Aufnahmeöffnungen aufweisen und in den Aufnahmeöffnungen durch Kleben oder durch andere Befestigungsmittel befestigt sind.
Vorteilhafterweise könnten die beispielsweise aus Glas hergestellten asphärischen Linsen (8) einen Außendurchmesser von 45 mm, eine Dicke von 15,7 mm und eine Brennweite von 42 mm aufweisen.
Der Mittenabstand (E) der Aufnahmeöffnungen (6) beträgt beispielsweise 140 mm, wobei die Winkelposition jeder Aufnahmeöffnung gegenüber der Längsachse (9) des Beleuchtungskopfes ungefähr 5,5º beträgt, um die gleiche Winkelpositionierung der Achsen (21) der asphärischen Linsen (8) zu ermöglichen.
Der Beleuchtungskopf weist außerdem ein Abschlussstück (10) der Lichtfaserlitze auf, das zur hinteren ebenen Stirnfläche (11) jeder Linse senkrecht steht und im Wesentlichen ihrer optischen Achse folgt.
Jedes Abschlussstück (10) der Litze (2) ist im Beleuchtungskopf (1) mittels Befestigungselementen (12) montiert, die eine Drehbewegung des Abschlussstückes (10) auf dem Beleuchtungskopf ermöglichen und erlauben, seine Winkelstellung und seine Tiefe gegenüber den Linsen (8) einzustellen, wobei die genannten Befestigungsmittel (12) unter anderem (nicht dargestellte) Druckschrauben aufweisen, die ein Fixieren der Abschlussstücke nach der Einstellung ihrer Position ermöglichen.
Wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist, sind die Abschlussstücke (10) der Lichtfaserlitzen durch einen zylindrischen Körper (27), beispielsweise aus Aluminium, gebildet, der mit einer zentralen Bohrung versehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie zumindest teilweise einen länglichen Querschnitt (20) aufweist, der auf die gleiche Art und Weise die Anordnung der Ausgänge der Lichtfaserlitzen aufnimmt, um im Arbeitsbereich einen rechteckigen Lichtpunkt mit runden Ecken zu erzeugen.
Die aus maschinell bearbeitetem Aluminium gefertigten Befestigungselemente sind beispielsweise mittels Schrauben auf einem (nicht dargestellten) Träger im Beleuchtungskopf befestigt.
Jede Linse weist am Ausgang oder am Eingang (siehe Fig. 2) der Linse einen Filter (13) aus Glas oder PMMA mit mindestens einer Fläche mit gehämmertem Relief auf der Korrekturen der Abberation des aus dem Filter austretenden Lichtes ermöglicht.
Jeder Filter (13) ist vorzugsweise möglichst nahe am Eingang (siehe Fig. 2) oder am Ausgang der Linse angeordnet und mechanisch, beispielsweise am Linsenträger (5) durch Falzen, Flanschen oder Kleben, befestigt.
Nachfolgend wird auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen, die eine zweite Variante des Beleuchtungskopfes darstellen, die das gleiche Gehäuse (4) wie die erste Variante aufweist.
Die Lichtfaserlitze (2) tritt auf der Rückseite des Gehäuses ein und erstreckt sich unter einem Reflektor (29) hindurch, der auf dem Boden und im Inneren des Gehäuses angeordnet ist.
Das Abschlussstück der Lichtfaserlitze ist derart gebogen, dass das Endstück (30), das ein "Weitwinkel"- Linsensystem (31) enthält, auf den Reflektor (29) gerichtet ist.
Der genannte Reflektor (29) weist eine bestimmte, beispielsweise im Wesentlichen rechteckige Umfangsform 10 · 20 cm, auf, und seine Oberfläche ist konkav.
Der genannte Reflektor (29) kann aus poliertem Metall, aus Glas oder aus beschichtetem Kunststoff bestehen, wobei alle diese Werkstoffe das Licht derart reflektieren, dass das Licht vor den Beleuchtungskörper (1) zurück gesendet wird.
Die ovale oder rechteckige Form des Lichtpunktes wird bei dieser Variante durch die Form des konkaven Reflektors (29) bestimmt.
Dank des Positionierungssystems der Eingangs-Endstücke der Lichtfasern, die nachfolgend beschrieben werden, beinhaltet das Licht, das aus den Ausgangs-Endstücken (30) austritt, keine zu eliminierenden IR-Strahlen, wobei für den Reflektor ein einfaches reflektierendes Material und vor dem Kopf (anstelle des teueren zweifarbigen Glases) eine einfache Glasscheibe (32) verwendet werden können.
Die nachfolgenden Absätze betreffen zwei Ausführungsvarianten.
Eine Litze (2) wird vorzugsweise durch ein Bündel von Lichtfasern, zum Beispiel durch ungefähr 80 Fasern, gebildet, die durch eine Umhüllung (14), beispielsweise aus PVC, geschützt werden, wobei die genannte Umhüllung an einem Ende in ein zylindrisches Eingangs-Endstück eingefügt und mit diesem verklebt ist und am anderen Ende in das Abschlussstück (10) eingefügt ist.
Die Lichtfasern sind vorzugsweise Lichtfasern aus Kunststoff, vorzugsweise aus PMMA, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,5 mm.
Die spezifische Auswahl der Lichtfasern aus PMMA ermöglicht ein Aufrechterhalten einer Farbentemperatur von ungefähr 5400ºK, die einem sehr weißen Licht entspricht, das bei Glas-Lichtfasern nicht der Fall ist, die zu einer Reduzierung der Farbentemperatur tendieren, bei der das Licht gelblicher wird.
Eine oder beide Lichtfaserlitzen (2) weisen am Eingang der Fasern das gleiche zylindrische Eingangs-Endstück (15) auf, das am Ausgang des Lichtgenerators (3) angeordnet ist.
Das zylindrische Endstück (15) weist vorzugsweise durch maschinelle Bearbeitung erzeugte, z. B. vorzugsweise sehr schmale Rillen (22) auf, die durch die Wirkung der natürlichen Lüftung ein Abführen der vom Lichtgenerator erzeugten Wärme ermöglichen.
Für das zylindrische Endstück können jedenfalls andere Belüftungsmittel verwendet werden.
Der Lichtgenerator (3) (siehe Fig. 4) weist vorzugsweise eine Mikroentladungslampe (16) mit einem elliptischen Reflektor (17) und einem elektronischen Strombegrenzer auf, beispielsweise aus poliertem Aluminium, mit einer Lampe einer Leistung von 35 bis 50 W, wobei eine Spannung von 85 V im Bereich von +/- 20% variieren kann.
Der Lichtgenerator weist außerdem eine elektronische Schaltung auf, wie sie in seinen Bestandteilen enthalten ist, die hier nicht beschrieben ist.
Der Lichtgenerator weist außerdem einen Ausgang (18) auf, der mit einem maschinell bearbeiteten Teil (19) versehen ist, das die Verbindung des gemeinsamen Eingangs-Endstücks (15) der Lichtfaserlitzen (2) mit einem System zur Regelung in zwei Achsen (23, 24) zum Ausrichten gegenüber der Lampe ermöglicht, wobei das genannte Teil eine Bohrung aufweist, die mit (nicht dargestellten) Mitteln zum Festhalten des genannten Endstücks konzentrisch ausgebildet ist, die beispielsweise durch eine Druckschraube gebildet sind, die zum maschinell bearbeiteten Teil senkrecht angeordnet ist.
Das Positionieren in zwei Achsen kann auch direkt im Bereich der Lampe erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bleibt das gemeinsame Eingangs-Endstück der Litzen unbeweglich.
Das genannte maschinell bearbeitete Teil (19) weist vorzugsweise ein (nicht dargestelltes) mechanisches System auf, das es ermöglicht, dass das gemeinsame Eingangs-Endstück der Litzen gegenüber der Lampe weggerückt oder näher gebracht wird, wie durch den Doppelpfeil (25) dargestellt ist, um die Intensität des erzeugten Lichtflusses zu regeln. Durch einen Eingriff am Eingangs-Endstück können z. B. Änderungen des Lichtflusses von 5.000 bis 25.000 Lux durchgeführt werden.
Zwischen dem gemeinsamen Eingangs-Endstück (15) und der Lampe (16) ist vorzugsweise ein Filter (26) zum Schutz der Lichtfasern angeordnet, wobei der genannte Filter beispielsweise in einem metallischen Halter durch Einspannen mittels einer Feder befestigt ist.
Der genannte Schutzfilter ermöglicht auch den Schutz der Lichtfasern einerseits gegen ultraviolette Strahlen, die im Laufe der Zeit ein Vergilben des Materials der Lichtfasern hervorrufen können, und andererseits gegen Infrarotstrahlen, wobei eine zu hohe Temperatur des Eingangs-Endstücks der Fasern die Struktur der Lichtfasern erheblich verändern kann, beispielsweise durch Zersetzung von der Verbindung der Fasern dienenden Harzen oder durch Verbrennung der PMMA-Fasern.
Die Schutzfilter können beispielsweise aus Glas oder Quarz, beispielsweise mit Abmessungen von 30 · 30 mm und einer Dicke von einigen Millimetern, bestehen.
Zwischen dem gemeinsamen Eingangs-Endstück (15) und der Lampe (16) kann vorzugsweise ein zweiter Filter (28) zur Erhöhung der Farbentemperatur, (beispielsweise zur Verstärkung der "Blaufarbe") angeordnet sein.
Der Beleuchtungskopf und der Generator sind vorzugsweise mit einem Gelenkarm verbunden, in dem auf bekannte Art die Lichtfaserlitzen angeordnet sind.
Das Gesamtsystem (d. h. der Beleuchtungskopf, der Lichtgenerator, der Gelenkarm mit den Lichtfaserlitzen) könnte bei sämtlichen Typen von Halteeinrichtungen, insbesondere bei sämtlichen Typen von zahnmedizinischen Einrichtungen, auf die gleiche Art wie beispielsweise bekannte Operationslampen montiert werden.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für ein schattenfreies Operationsfeld, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für die Zahnchirurgie bestimmt ist, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Beleuchtungskopf (1) aufweist, der mit Licht mittels mindestens einer Lichtfaserlitze (2) gespeist wird, die das Licht leitet, das von einem Lichtgenerator (3) erzeugt wird, der im Abstand vom Beleuchtungskopf (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgenerator (3) ein mechanisches System aufweist, das ein Endstück (15) am Eingang der Lichtfaserlitze (2) von einer Lampe (16) des Lichtgenerators (3) weg oder näher an diese bewegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf (1) Mittel aufweist, die einen zur Beleuchtung des Operationsfeldes erforderlichen, im wesentlichen rechteckigen Lichtpunkt auf den Arbeitsbereich projiziert.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf (1) im wesentlichen aufweist:

- im vorderen Bereich mindestens zwei asphärische Linsen mit hinterer ebener Stirnfläche, die auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse (9) des Beleuchtungskopfes (1) gegenüber der Längsachse (9) unter einem Winkel (α) angeordnet sind, und die eine Konvergenz des aus den zwei Linsen austretenden Lichtes erlauben,

- ein Abschlussstück (10) der Lichtfaserlitze (2), das senkrecht zur hinteren ebenen Stirnfläche (11) jeder asphärischen Linse (8) ausgerichtet ist, wobei die Lichtfasern an ihrem Ausgang am Ende einen länglichen Querschnitt (20) aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkel (α) gegenüber der Längsachse (9) ungefähr 5,5º beträgt und der Abstand zwischen dem vorderen Teil des Abschlussstückes (10) der Lichtfaserlitze und der hinteren ebenen Stirnfläche jeder asphärischen Linse (8) ungefähr 35 mm beträgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Linse (8) am Ausgang oder am Eingang einen Filter (13) zum Korrigieren der Aberration des aus den Linsen austretenden Lichtes aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abschlussstück (10) der Lichtfaserlitze (2) im Beleuchtungskopf (1) mittels Befestigungselemente (12) montiert ist, die eine Drehbewegung des Abschlussstückes (10) auf dem Beleuchtungskopf erlauben, und erlauben, seine Winkel und seine Tiefe gegenüber den Linsen (8) einzustellen, wobei die genannten Befestigungselemente (12) unter anderem Schrauben aufweisen.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskopf (1) einen konkaven reflektierenden Reflektor (29) aufweist, der das Licht von einem Ausgangsendstück (30) einer Lichtfaserlitze empfängt und dieses in Richtung des Operationsfeldes reflektiert.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Reflektors aus der Gruppe (poliertes Metall, reflektierendes Glas, beschichteter Kunststoff) ausgewählt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor im Wesentlichen rechteckig ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsendstück (30) ein Weitwinkel-Linsensystem (30) aufweist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Eingangsendstück (15) Rillen (22) aufweist, die durch Wärmeabstrahlung erzeugt werden.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtgenerator eine Mikroentladungslampe (16) mit einem elliptischen Reflektor (17) und einem elektronischen Vorschaltgerät aufweist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator unter anderem einen Ausgang (18) aufweist, der mit einem maschinell bearbeiteten Teil (19) versehen ist, das die Verbindung des Eingangsendstücks (15) der Lichtfaserlitze mit einem Zweiachsen-Regelungssystem (23, 24) zum Ausrichten gegenüber der Lampe ermöglicht, wobei das genannte Teil eine mit Mitteln zum Festhalten des genannten Endstückes konzentrische Bohrung aufweist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte maschinell bearbeitete Teil (19) außerdem das mechanische System trägt, das es erlaubt, dass das Eingangsendstück (15) weggerückt oder nähergebracht wird.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingangsendstück (15) und der Lampe (16) ein Filter (26) zum Schutz der Lichtfasern angeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingangsendstück (15) und der Lampe (16) ein zweiter Filter (28) zur Erhöhung der Farbentemperatur angeordnet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfasern Kunststofffasern sind.