DE102012201706A1

DE102012201706A1 - LED-Operationsleuchte mit Monoreflektor

Info

Publication number: DE102012201706A1
Application number: DE102012201706A
Authority: DE
Inventors: Horst Rudolph
Original assignee: Trilux GmbH and Co KG
Current assignee: Trilux Medical GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: DE102012201706B4

Abstract

Bei bekannten LED-Operationsleuchten sind die LED über den Reflektor verteilt und mit Einzeloptiken versehen, wodurch die Leuchte relativ groß und teuer wird und das Umrüsten erschwert ist. Erfindungsgemäß wird eine Operationsleuchte mit einem Mono-Sekundärreflektor und mindestens einem LED-Modul vorgeschlagen, wobei das LED-Modul auf dem Sekundärreflektor oder in einer Ausnehmung darin im Bereich von dessen optischer Achse angeordnet ist und sein Lichtstrom im Wesentlichen aus dem Sekundärreflektor heraus gerichtet ist, und wobei die Leuchte ferner einen Umlenkreflektor umfasst, der das vom LED-Modul emittierte Licht auf den Sekundärreflektor umlenkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Operationsleuchte nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Operationsleuchten zur Beleuchtung des Operationsfeldes bei chirurgischen Eingriffen sind bekannt. Von solchen Leuchten wird gefordert, dass sie das Operationsfeld gut ausleuchten, und zwar nicht nur an der Oberfläche des Patienten, sondern auch in die Tiefe der bei der Operation gesetzten Wunde. Dies kann erreicht werden, indem zumindest ein zentraler Bereich des Lichtstrahlenbündels auf die Wunde fokussiert wird. Um Bewegungsfreiheit für Ärzte und Mitarbeiter zu ermöglichen, muss die OP-Leuchte hinreichenden Abstand vom Operationsgebiet haben, üblicherweise etwa 1 m, weshalb beträchtliche Lichtstärken benötigt werden. Die Ausleuchtung soll durch Bewegungen der bei der Operation beschäftigten Personen zwischen Leuchte und Operationsgebiet möglichst wenig beeinträchtigt werden. Hierzu ist es üblich, die Leuchten entweder mit einem großen Reflektorspiegel (Monoreflektor, z. B. 70 cm Durchmesser) oder mit mehreren unabhängig voneinander einstellbaren Lichtquellen auszustatten (so genanntes aufgelöstes Lichtsystem). Schließlich soll möglichst wenig Wärme auf das Operationsfeld abgestrahlt werden, um eine Erschwernis für Chirurg und Patient und unerwünschte Konvektion der Umgebungsluft zu vermeiden, durch die Austrocknung und Kontamination der Wunde hervorgerufen werden können. Bei herkömmlichen Leuchten werden daher Spiegel verwendet, die selektiv Licht spiegeln und Wärmestrahlung durchlassen.
In der letzten Zeit sind für solche Leuchten Licht emittierende Dioden (Leuchtdioden, LED) in Betracht gezogen worden, weil sie im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen, wie Halogen- oder Entladungslampen, einen besseren Wirkungsgrad haben, das heißt im Vergleich zum gewonnenen Licht weniger Wärme erzeugen. LED wurden sowohl in Großspiegelleuchten als auch in Leuchten mit aufgelöstem Lichtsystem eingesetzt. Beispielhaft seien einerseits DE 10 2006 0040995 A1 für einen Monoreflektor, andererseits DE 10 2007 048 115 A1 für ein aufgelöstes Lichtsystem genannt. In jedem Fall sind die Leuchtdioden über eine größere Fläche des Lichtsystems verteilt, um die Wärme wirksam abführen zu können. Die einzelnen LED können dabei mit so genannten TIR-Linsen ausgestattet sein, die das Licht jeder einzelnen LED bündeln. Solche Linsen sind bekannt und beispielsweise in WO 1997/001728 A1 oder EP 117606 A1 beschrieben.
Nachteilig dabei ist, dass die Leuchten durch einen solchen Aufbau relativ groß, schwer und auch teuer werden. Daran beteiligt sind sowohl die Einzeloptiken der LED wie auch Einrichtungen zur Wärmeabfuhr. Die Umrüstung auf andere oder neuartige LED wird bei diesem Aufbau sehr aufwändig.
Demgemäß stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Operationsleuchte mit LED vorzuschlagen, die einfacher und kostengünstiger herzustellen ist und eine einfache Umrüstung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Operationsleuchte nach dem Hauptanspruch gelöst.
Unter LED-Modul ist hier eine relativ dicht gepackte Anordnung von mehreren LED auf einem gemeinsamen Träger zu verstehen. Durch die dichte Anordnung können hohe Leuchtdichten erreicht werden. Die einzelnen LED können entweder Licht gebündelt oder auch diffus (lambertsch) abstrahlen. Durch die Anordnung auf dem Sekundärreflektor beziehungsweise in einer Ausnehmung im Reflektor ist eine wirksame Kühlung des LED-Moduls möglich. Hierzu wird beispielsweise das LED-Modul Wärme leitend mit dem Reflektor verbunden, der seinerseits aus Wärme leitendem Material besteht und die Wärme verteilt und an die Umgebung, abgibt. Die Ableitung der Wärme kann unterstützt werden, wenn auf der dem LED-Modul gegenüber liegenden Rückseite des Reflektors ein Kühlkörper Wärme leitend befestigt ist. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das LED-Modul in eine Ausnehmung in der Reflektorfläche einzusetzen und direkt mit einem Kühlkörper zu verbinden. So kann man auch bei LED-Modulen mit hoher Wärmeabgabe eine effektive Kühlung erreichen. Der Kühlkörper kann zusätzlich mit einem fluiden Kühlmittel wie Luft oder Wasser, das zwangsweise bewegt werden kann, weiter gekühlt werden. Schließlich kann auch ein Wärmerohr (heat pipe) zur Wärmeableitung verwendet werden.
Bei dieser Anordnung des LED-Moduls ist der Lichtstrom im Wesentlichen aus dem Reflektor hinaus gerichtet, aber nicht fokussiert. Um eine Fokussierung durch den Sekundärreflektor zu erreichen, ist im Lichtstrom ein Umlenkreflektor angeordnet, der das vom LED-Modul ausgehende Licht zum Sekundärreflektor hin ablenkt. Der Umlenkreflektor ist vorzugsweise hochglänzend und mit einer reflektionsverstärkenden Oberfläche versehen, um Verluste durch Streuung und falsche Reflektion möglichst zu vermeiden. Sekundärreflektor und Umlenkreflektor sind im Allgemeinen rotationssymmetrisch gestaltet und mit ihren Oberflächen so aufeinander abgestimmt, dass sich die gewünschte Ausleuchtung des Operationsgebiets ergibt. Demgemäß kann der Umlenkreflektor die Form eines Kegels haben, es sind aber auch Formen möglich, bei denen die Seitenlinie des Kegels konvex oder konkav gebogen ist. Der Umlenkreflektor kann als Spiegel oder auch mit einer total reflektierenden Fläche nach Art eines Umlenkprismas ausgebildet sein.
Die reflektierenden Flächen des Umlenkreflektors und des Sekundärreflektors können in bekannter Weise facettiert strukturiert sein.
Für die Ausführung der Erfindung geeignet sind beispielsweise LED-Module der Firma OSRAM GmbH, die unter der Marke PrevaLED Core Light Engines angeboten werden.
Eine erfindungsgemäße Operationsleuchte kann auch mit mehreren, beispielsweise zwei bis fünf, LED-Modulen versehen sein. Diese sind dann alle in der Nähe der optischen Achse des Sekundärreflektors angebracht. Wenn auch die Lichtleistung moderner LED-Module für die Ausleuchtung eines Operationsfelds ausreichen mag, bietet die Verwendung mehrerer LED-Module doch weitere Vorteile: Man kann rasch von einer Lichtfarbe (spektralen Zusammensetzung) des Lichts auf eine andere wechseln und es steht immer mindestens ein Modul als sofort einsetzbare Reserve bereit.
Wenn das LED-Modul für eine kegelförmige oder lambertsche Abstrahlung eingerichtet ist, wird zwischen dem Modul und dem Umlenkreflektor zweckmäßig ein optisches System zur Ausrichtung und Weiterleitung des Lichts angeordnet, das hier primäres optisches System genannt wird. Dieses primäre optische System kann beispielsweise einen fokussierenden Reflektor, einen Lichtleiter und/oder eine TIR-Linse umfassen. Der Lichtleiter kann einen Hohlkörper, z. B. ein Rohr, dessen Querschnitt beispielsweise zylindrisch, quadratisch oder rechteckig sein kann, und der sich zur Lichtaustrittsöffnung hin erweitern kann, mit verspiegelter und/oder reflektionsverstärkend ausgeführter innerer Oberfläche und/oder einen Vollkörper mit Totalreflektion an den Seitenwänden umfassen. Eine TIR-Linse kann das gesamte LED-Modul umfassen.
Das primäre optische System ist besonders vorteilhaft, wenn in der Operationsleuchte mehrere LED-Module vorhanden sind. Es kann dann dazu dienen, die Lichtströme zu einem gemeinsamen Lichtstrom zusammenzufassen und auf den Umlenkreflektor zu leiten. Hierzu eignen sich insbesondere verzweigte Lichtleiter.
Die Spalte zwischen LED-Modul und primärem optischem System einerseits und diesem und dem Umlenkreflektor andererseits werden bevorzugt möglichst klein gehalten, um zu vermeiden, dass Licht beim Eintritt in das bzw. Austritt aus dem primären optischen System verlorengeht. Bei Lichtleitern können Ein- und Auskopplungsverluste auch dadurch vermindert werden, dass die Ein- bzw. Austrittsflächen geeignet geformt sind, beispielsweise sphärisch konkav oder konvex.
Um die Fokussierung des Lichts auf dem Operationsfeld zu verändern, beispielsweise zur Anpassung an die Entfernung zwischen Operationsleuchte und Patient, ist der Umlenkreflektor vorteilhaft verschiebbar eingerichtet, und zwar besonders vorteilhaft in der optischen Achse des Sekundärreflektors. Dabei kann es vorteilhaft sein, das primäre optische System längenveränderbar zu gestalten. Beispielsweise kann dies mit einem Lichtleiter realisiert werden, bei dem ein Vollkörper in einem passenden Hohlkörper, z. B. ein Zylinder in einem Rohr, teleskopartig verschiebbar ist.
Der Sekundärreflektor und ggf. auch der Primärreflektor und der Umlenkreflektor können glatte oder auch facettierto spiegelnde Oberflächen haben.
Der Sekundärreflektor umfasst vorzugsweise auch eine in der Lichtaustrittsebene angeordnete Abdeckscheibe aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise Plexiglas. Diese kann planparallel sein und ist dann an der Fokussierung des Lichts nicht beteiligt. Sie kann aber auch eine Stufenlinse aus konzentrisch angeordneten Prismenringen umfassen. Diese Prismenringe werden vorteilhaft so berechnet und ausgeführt, dass sie das vom Sekundärreflektor reflektierte Licht stets in die Ebene des Operationsgebiets (Bewertungsebene der Leuchte) fokussieren. Eine solche Stufenlinse hat dann im Allgemeinen keinen einheitlichen Brennpunkt für parallel gerichtetes Licht. Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn etwa die äußeren Bereiche der Stufenlinse in die Bewertungsebene und die inneren Bereiche in eine weiter entfernte Ebene fokussieren, weil so die Ausleuchtung tiefer Wunden verbessert wird.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mittels der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Operationsleuchte,
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Operationsleuchte,
3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Operationsleuchte,
4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Operationsleuchte,
5 verschiedene Formen von Lichtleitern, die erfindungsgemäß als primäres optisches System verwendbar sind,
6 die Funktion einer Abdeckscheibe.
Die in 1 dargestellte Operationsleuchte 10 weist einen Sekundärreflektor 14 mit einem Durchmesser von beispielsweise 70 cm auf, in dessen optischer Achse A in einer Ausnehmung 15 ein LED-Modul 11 eingesetzt ist. Dieses Modul ist auf der Rückseite mit einem Kühlkörper 12 verbunden. Das vom LED-Modul 11 ausgesandte Licht L fällt zum Teil unmittelbar und zum anderen Teil nach Reflexion an einem Primärreflektor 16 auf den Umlenkreflektor 13, von dem es auf die spiegelnde Innenseite des Sekundärreflektors 14 reflektiert und in die hier nicht gezeigte Bewertungsebene fokussiert wird.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchte, bei der das primäre optische System durch einen Lichtleiter 22 in Form eines Vollzylinders mit Totalreflexion an der Mantelfläche verwirklicht ist, der mit seiner Eintrittsfläche an das LED-Modul 11 anschließt und so das gesamte vom LED-Modul emittierte Licht auf den Umlenkreflektor 13 leitet. Das LED-Modul ist hier mit dem Sekundärreflektor Wärme leitend verbunden, der die vom Modul 11' abgegebene Verlustwärme in der Umgebung verteilt.
3 stellt eine Operationsleuchte dar, bei der der Umlenkreflektor 13 zwischen den Positionen 13a und 13b in der optischen Achse A des Systems in Richtung des Doppelpfeils P verschoben werden kann. Um den geringen Abstand zwischen den Lichtleiter 32 und den Umlenkreflektor 33 in jeder Position aufrechterhalten zu können, ist der Lichtleiter hier als Teleskop ausgebildet, bei dem ein Vollzylinder 34 in einem Rohr 35 verschiebbar ist. Rohr 35 und Zylinder 34 sind so ausgewählt und gestaltet, dass das Licht an den äußeren Mantelflächen total reflektiert wird.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Operationsleuchte mit zwei LED-Modulen gezeigt. Dies können beispielsweise Module mit verschiedenen spektraler Zusammensetzung des emittierten Lichts sein, die gleichzeitig oder abwechselnd betrieben werden können. Beispielsweise haben beide Module unterschiedliche Farbtemperatur, entsprechend Tageslicht und Kunstlicht. Der Lichtleiter 44 ist hier mit einer Verzweigung ausgeführt, so dass er das Licht beider Module auf den Umlenkreflektor 13 zusammenführt.
In 5 sind unterschiedliche Formen für Lichtleiter dargestellt: a) ein einfacher Zylinder, b) ein verzweigter Lichtleiter, c) ein dreifach verzweigter Lichtleiter, jeweils perspektivisch, d) eine teleskopartige Kombination aus Vollzylinder und Rohr, e) ein Zylinder mit konvexer Austrittsfläche, f) ein Zylinder mit konkaver Austrittsfläche, jeweils im Schnitt, g) ein sich erweiterndes Rohr mit quadratischem Querschnitt und h) ein sich erweiterndes Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, jeweils im Längsschnitt und in der Draufsicht.
6 zeigt schließlich die Wirkung einer Abdeckscheibe 61, 62. Während die planparallele Abdeckscheibe 61 das vom Sekundärreflektor 14 reflektierte Licht ohne Richtungsänderung zum Operationsgebiet OG passieren lässt, wird durch die Stufenlinse 62 das Licht zusätzlich gebrochen, sodass es die tiefe Wunde 63 besser ausleuchtet.
Bezugszeichenliste

10: Operationsleuchte
11: LED-Modul
12: Kühlkörper
13, 13a, 13b: Umlenkreflektor
14: Sekundärreflektor
16: Primärreflektor
22: Lichtleiter
32: Lichtleiter
33: Umlenkreflektor
34: Vollzylinder
35: Rohr
44: Lichtleiter
61: planparallel Abdeckscheibe
62: Stufenlinse
62: Wunde
OG: Operationsgebiet
A: optische Achse
L: Lichtstrahl
P: Verschiebungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20060040995 A1 [0003]
DE 102007048115 A1 [0003]
WO 1997/001728 A1 [0003]
EP 117606 A1 [0003]

Claims

Operationsleuchte, umfassend mindestens eine Anzahl zur Ausleuchtung eines Operationsfelds bestimmter LED und einen Sekundärreflektor, der das von den LED emittierte Licht auf das Operationsfeld lenken kann, dadurch gekennzeichnet, dass die LED als mindestens ein LED-Modul vorliegen, das auf dem Sekundärreflektor oder in einer Ausnehmung darin im Bereich von dessen optischer Achse angeordnet ist und dessen Lichtstrom im Wesentlichen aus dem Sekundärreflektor heraus gerichtet ist, und dass, die Leuchte ferner einen Umlenkreflektor umfasst, der das vom LED-Modul emittierte Licht auf den Sekundärreflektor umlenkt.
Operationsleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner mit einem von der Rückseite des Sekundärreflektors zugänglichen Kühlkörper versehen ist.
Operationsleuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein primäres optisches System umfasst, welches das vom LED-Modul emittierte Licht auf den Umlenkreflektor leitet.
Operationsleuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das primäre optische System einen Lichtleiter, einen fokussierenden Reflektor oder eine TIR-Linse umfasst.
Operationsleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter ein Rohr, dessen Querschnitt zylindrisch, quadratisch oder rechteckig ist, mit verspiegelter und/oder reflektionsverstärkend ausgeführter innerer Oberfläche, und/oder einen Vollkörper mit Totalreflektion an den Seitenwänden umfasst.
Operationsleuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Lichtleiters zum Lichtaustritt hin erweitert.
Operationsleuchte nach Anspruch 4, 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter das Licht mehrerer LED-Module zusammenführen kann.
Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkreflektor verschiebbar ist.
Operationsleuchte nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter ein Rohr und einen darin teleskopartig verschiebbaren Vollkörper umfasst.