DE4104609A1

DE4104609A1 - Beleuchtungseinrichtung fuer optische geraete mit separaten beleuchtungsstrahlengaengen

Info

Publication number: DE4104609A1
Application number: DE4104609A
Authority: DE
Inventors: Bernd Amann
Original assignee: Wild Heerbrugg AG; Leica Heerbrugg AG
Current assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1992-08-20
Also published as: EP0501110A2; EP0501110B1; ATE135473T1; EP0501110A3; US5406461A; DE59205631D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Beleuchtungseinrichtungen werden beispielsweise bei Operationsmikroskopen verwendet. Diese Mikroskope zeichnen sich u. a. dadurch aus, daß mehrere separate Beobachtungsstrahlengänge vorgesehen sind und somit mehrere Operateure gleichzeitig an einer Objektstelle arbeiten können. Moderne Ausführungen dieser Operationsmikroskope sind außerdem so ausgestattet, daß jeder Operateur eine individuelle Vergrößerung und eine individuelle Fokusebene innerhalb der Objektstelle anwählen kann. Dazu ist es notwendig, für jeden Beobachtungsstrahlengang eine möglichst große und gleichmäßige Lichtintensität auf dem Objekt zu erzeugen. Dabei muß selbstverständlich gewährleistet sein, daß die Objektstelle nicht durch das Beleuchtungslicht geschädigt wird.

Insbesondere während einer Operation sind die Zuverlässigkeit und die Betriebssicherheit des verwendeten Mikroskops wesentliche Merkmale. Der umständliche Wechsel einer plötzlich ausgefallenen Halogenlampe könnte zu einer folgenschweren Unterbrechung bzw. zum Abbruch einer Operation führen.

Eine Schwachstelle bei derartigen Operationsmikroskopen liegt in der relativ geringen Lebensdauer der verwendeten Halogenlampe. Die Lebensdauer wird allgemein mit ca. 50 Betriebsstunden angegeben. Dieser Idealwert wird meist dann drastisch unterschritten, wenn beispielsweise eine ungenügende Wärmeableitung vorliegt bzw. wenn die Halogenlampe mit Überspannung betrieben wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebs sicherheit eines Operationsmikroskops der eingangs genannten Art zu verbessern und außerdem die Lichtverhältnisse auf dem Objekt zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung zeichnet vor allem dadurch aus, daß die Halogenlampe zentral im Lampenhaus angeordnet ist und die Beleuchtungsstrahlen gänge symmetrisch zur Lampenhausebene ausgebildet sind. Die Be leuchtungsstrahlengänge werden separat aus dem Lampenhaus heraus geführt und jeweils gegenüberliegend über das gemeinsame Haupt objektiv geführt werden. Durch diese Maßnahmen wird das erzeugte Licht gleichmäßig auf die jeweiligen Beleuchtungsstrahlengänge bzw. die zugehörigen Beobachtungsstrahlengänge verteilt und somit einheitliche Beleuchtungsbedingungen geschaffen. Ferner wird er reicht, daß sich lediglich eine einzige Halogenlampe in Wirk stellung befindet und sich die erzeugte Wärme in einfacher Art und Weise ableiten läßt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in jedem der Beleuchtungsstrahlengänge ein Kaltlichtspiegel vorgesehen, so daß eine thermische Belastung des Objekts durch die auftreffenden Lichtstrahlen ausgeschlossen wird.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen dargestellt und wird an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
die Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Lampenschnell wechslers mit zwei separaten Beleuchtungsstrahlen gängen, die Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch das Lampenhaus mit beiden Beleuchtungsstrahlengängen und dem gemeinsamen Hauptobjektiv des Operationsmikroskops, die Fig. 3 eine Seitenansicht des als Rad ausgebildeten Lampenschnellwechslers, die Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild mit einer Diodenanzeige für eine defekte Lichtquelle, die Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild zur motorischen An steuerung des Lampenschnellwechslers.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Lampenschnellwechslers 5 mit zwei separaten Beleuchtungsstrahlengängen 9, 10. Der Schnell wechsler 5 ist als Rad ausgebildet und über eine Achse 6 drehbar angeordnet. Am Schnellwechsler 5 ist eine Lichtquelle 7 sowie eine zusätzliche Lichtquelle 8 vorgesehen. In den Beleuchtungsstrahlen gängen 9 und 10 sind jeweils, ausgehend von der Lichtquelle 7, ein Kollektorlinsensystem 11, eine Blende 12, ein Umlenkspiegel 13, eine Beleuchtungsoptik 14, eine Filterhalterung 16 und ein Umlenk prisma 15 angeordnet. Die Beleuchtungsstrahlengänge 9, 10 werden getrennt voneinander, und zwar symmetrisch zur Ebene des Lampen schnellwechslers 5, über ein gemeinsames Hauptobjektiv 4 geführt.

Die Fig. 2 zeigt ein Lampenhaus 1 mit den separat ausgebildeten Beleuchtungsstrahlengängen 9 und 10 in Aufsicht. Die Strahlengänge 9, 10 sind in dieser Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit in der gleichen Ebene des Schnellwechslers 5 gezeigt. Tatsächlich verlassen die Strahlengänge 9, 10 diese Ebene nach dem Durchgang durch das jeweilige Kollektorlinsensystem 11, wie dies bereits in der Fig. 1 angedeutet ist. Das Lampenhaus 1 ist über einen Träger 2 mit dem Operationsmikroskop 3 verbunden. An zentraler Stelle des Lampenhauses 1 ist die in Wirkstellung gebrachte Halogenlampe 7 dargestellt. Diese Lichtquelle 7 ist auf dem als Rad ausgebildeten Lampenschnellwechsler 5 angeordnet, der an einer Stelle aus dem Lampengehäuse 1 ragt und dort eine Handhabe 40 bildet. Der Wechs ler 5 ist um die Achse 6 drehbar gelagert und weist mindestens eine zusätzliche Lichtquelle 8 auf. Die hier dargestellte Licht quelle 8 ist als Reservelichtquelle ausgebildet. Bei einem Ausfall der Lichtquelle 7 wird der Lampenschnellwechsler 5 über die Hand habe 40 gedreht und die Reservelichtquelle 8 in Wirkstellung ge bracht.

Die zusätzliche Lichtquelle 8 kann andere physikalische Eigenschaften aufweisen als die Lichtquelle 7. So sind bei spielsweise Anwendungen möglich, bei denen die Farbtemperatur des Beleuchtungslichts während des Mikroskopierens geändert werden müssen. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird der Lampenschnellwechsler 5 in der Ausführungsformen mit einer Reservelichtquelle 8 beschrieben.

Die elektrische Verbindung der Lichtquelle 7 mit einer nicht näher gezeigten Spannungsquelle erfolgt über Kontaktstifte 21, Kontakt federn 22 und einen Kontaktschleifring 20. Die elektrischen Bau elemente 21, 22 sind an der Achse 6 des Lampenschnellwechslers 5 angeordnet und jeweils mit elektrischen Leitungen 29 verbunden. Der Kontaktschleifring 20 ist fest an der Achse 6 angeordnet und über eine Kontaktfeder 22 an eine Masseleitung 30 angeschlossen.

Die Beleuchtungsstrahlengänge 9 und 10 sind jeweils identisch aus geführt und weisen, ausgehend von der zentral angeordneten Halo genlampe 7, jeweils ein justierbares Kollektorlinsensystem 11, eine einstellbare Blende 12, einen justierbaren Kaltlichtspiegel 13, eine einstellbare Beleuchtungsoptik 14, eine Filterhalterung 16 zum Einbringen von farbigen oder von Grau-Filtern oder sowie ein justierbares Prisma 15 auf. Beide Beleuchtungsstrahlengänge 9, 10 werden zur Beleuchtung des Objekts 43 über ein gemeinsames Hauptobjektiv 4 geführt. Über das Kollektorlinsensystem 11, die Blende 12, den einstellbaren Kaltlichtspiegel 13 und die Be leuchtungsoptik 14 kann der jeweilige Beleuchtungsstrahlengang 9, 10 individuell angepaßt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Operationsmikroskop 3 mit individuell einzustel lenden Beobachtungsstrahlengängen ausgestattet ist. Derartig aus gestattete Beobachtungsstrahlengänge beinhalten eine frei wählbare Fokusebene bei feststehendem Hauptobjektiv 4. Um auch hier eine Köhler′sche Beleuchtung realisieren zu können, sind fokussierbare Beleuchtungsstrahlengänge notwendig.

Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Lampenschnellwechslers 5 aus der Fig. 2. Dabei ist die Aufnahme der Halogenlampen 7 und 8 am Wechsler 5 im Detail dargestellt. Die Halogenlampe 7 ist fest mit einem Halter 18 verbunden, wobei diesem Halter 18 eine de finierte und in sich justierbare Einschubvorrichtung 19 am Lampen schnellwechsler 5 zugeordnet ist. Damit wird gewährleistet, daß der Austausch einer defekten Halogenlampe samt ihrem Halter schnell und präzise durchgeführt werden kann. Eine zusätzliche Zentrierung oder Justage der Halogenlampen 7, 8 entfällt, da diese über die Einschubvorrichtung 19 und den Halter 18 bereits zen triert sind.

Ferner ist in dieser Figur ein schematisch angedeuteter Elektro motor 35 mit einem Ritzel 36 dargestellt. Dieses Ritzel 36 ist mit dem Lampenschnellwechsler 5 verbunden. Über diese elektro motorische Antriebsverbindung wird die Reservelichtquelle 8 motorisch in Wirkstellung gebracht, wenn dies durch einen Ausfall der Lichtquelle 7 notwendig wird. Eine dazugehörige automatisch arbeitende elektrische Steuerschaltung ist in der Fig. 5 näher dargestellt.

In dieser Fig. 3 wurde auf die Darstellung der optischen Bau elemente im Beleuchtungsstrahlengang 9 bzw. 10 aus Übersichts gründen verzichtet. Es ist lediglich der Beleuchtungsstrahlengang 9 mit dem Prisma 15 und dem gemeinsamen Hauptobjektiv 4 darge stellt. Aus dieser Figur wird jedoch deutlich, daß die Beleuch tungsstrahlengänge 9, 10 nur den Randbereich des Hauptobjektivs 4 mit Licht beaufschlagen. Dies ist insofern von Bedeutung, als in der Fig. 2 die jeweiligen Strahlengänge 9, 10 zeichnerisch nur in einer Ebene dargestellt sind.

Am Lampenschnellwechsler 5 ist eine Rastung 17 vorgesehen, die der definierten Einstellung der Lichtquelle 7 bzw. der Reservelicht quelle 8 bei einem schnellen Lampenwechsel während der Operation dient. Nach einem Ausfall der Lichtquelle 7 wird durch eine elek trische Schaltung 31-34 der Motor 35 aktiviert, der über das Ritzel 36 den Lampenwechsler 5 so lange antreibt bis der elektro mechanische Schalter 34 geschlossen und dadurch der Motor 5 abge schaltet wird. Die elektrische Schaltung ist in der Fig. 5 näher dargestellt.

Im schematischen Schaltbild der Fig. 4 ist eine Leuchtdiode 25 zur Anzeige defekter Lichtquellen 7, 8 dargestellt. Dazu ist eine separate Spannungsversorgung Vcc vorgesehen, die einen Oszillator 23, mit einem Gatter 37, Kondensator und Widerstand aktiviert und über einen Pulsformer 24 eine Leuchtdiode 25 betreibt. Der Oszil lator 23 liefert bei einer defekten Lichtquelle 7, 8 Rechteck impulse an den Pulsformer 24, der diese in kurze Einzelimpulse umformt. Die daran angeschlossene Leuchtdiode 25 wird dadurch kurzzeitig mit Strom versorgt und gibt somit kurze Lichtimpulse ab. Damit diese Anzeige auch bei einer unterbrochenen Spannungs versorgung bzw. nach dem Ziehen des Netzsteckers funktioniert, ist in dieser Schaltung ein Akkumulator 26 vorgesehen, der bei Netzbe trieb über einen Ladewiderstand 27 nachgeladen wird. Bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung wird die Leuchtdiode 25 über die Diode 28 elektrisch betrieben.

Die Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild zur Ansteuerung des motorischen Lampenschnellwechslers 5 mit dem Elektromotor 35. Bei geschlossenem Hauptschalter 31 wird die Lichtquelle 7 aktiviert und über eine Netzwerkkombination 32 aus Widerständen R₁, R₂ und einem Kondensator C₁ zunächst ein elektrischer Schaltimpuls des nachgeordneten Gatters 38 so lange unterdrückt, bis die Halogen lampe 7 ihre volle Lichtleistung erreicht hat. Diese Leistung wird über einen lichtempfindlichen Sensor 33 ständig kontrolliert. Bei einem Ausfall der Lichtquelle 7 wird durch den Sensor 33 ein Impuls ausgelöst, der über das Gatter 38 einem Zeitschaltglied 39, welches Impulse von 0.2 sec abgibt zugeführt wird. Über ein nach geordnetes weiteres Gatter 41 und ein MOSFET 41 wird der Motor 35 so lange aktiviert, bis der Schalter 34 geschlossen wird. Danach befindet sich die Reservelichtquelle 8 in Wirkstellung und der Sensor 33 ist wieder aktiviert.

Nach dem Ausfall der Lichtquelle 7 wird über die bereits be schriebene Schaltung zur Anzeige defekter Lichtquellen die Leucht diode 25 aktiviert.

Die Erfindung ist nicht auf eine Beleuchtungseinrichtung mit lediglich zwei separaten Beleuchtungsstrahlengängen und einem Lampenschnellwechsler mit lediglich zwei Lichtquellen in einem Lampenhaus für ein Operationsmikroskop beschränkt, sondern überall dort einsetzbar, wo von einer einzigen Lichtquelle mehrere Be leuchtungsstrahlengänge ausgehen. Dadurch ist es möglich, auf dem zu beleuchtenden Objekt für mehrere Ausgänge (Beobachtungsstrahlengänge) gleiche Lichtverhältnisse zu schaffen. Selbstverständlich kann der beschriebene und dargestellte Lampen schnellwechsler auch mit mehreren Reservelichtquellen ausgestattet sein. Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf einen Lampen schnellwechsler mit mindestens einer Reservelichtquelle be schränkt, sondern auch überall dort einsetzbar, wo zusätzliche Lichtquellen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften benötigt werden.

Bezugszeichenliste

1 Lampenhaus
2 Träger
3 Operationsmikroskop
4 Hauptobjektiv
5 Lampenschnellwechsler
6 Drehachse von (5)
7 Lichtquelle (Halogenlampe)
8 zusätzliche Lichtquelle
(Reservelichtquelle; Halogenlampe)
9 Beleuchtungsstrahlengang
10 Beleuchtungsstrahlengang
11 Kollekturlinsensystem
12 Blende
13 Kaltlichtspiegel
14 Beleuchtungsoptik
15 Prisma
16 Filterhalterung
17 Rastung
18 Lichtquellenhalter
19 Einschubvorrichtung für Halogenlampe
20 Kontaktschleifring
21 Kontaktstifte
22 Kontaktfedern (K₁-K₃)
23 Oszillator
24 Pulsformer
25 LED
26 Akkumulator
27 Ladewiderstand R_L
28 Diode D₁
29 Kabelverbindung
30 Masseleitung
31 Schalter S₁
32 Netzwerkkombination R₁, R₂, C₁
33 Sensor
34 Schalter
35 Motor
36 Ritzel
37 Gatter
38 Gatter
39 Zeitschaltglied
40 Handhabe
41 Operationsverstärker
42 MOSFET
43 Objekt

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte mit mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen und einem Lampenhaus, insbesondere für ein Operationsmikroskop mit einem Hauptobjektiv, dadurch ge kennzeichnet, daß die Beleuchtungsstrahlengänge (9, 10) separat ausgebildet sind und jeweils, ausgehend vom gemeinsamen Lampenhaus (1), über ein Hauptobjektiv (4) das Objekt beleuchten und in diesem Lampenhaus (1) zentral eine Lichtquelle (7) auf einem Lampenschnellwechsler (5) angeordnet ist und dieser (5) mindestens eine zusätzliche Lichtquelle (8) aufweist.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in jedem der Beleuchtungsstrahlengänge (9, 10) ein Kollektorlinsensystem (11), eine einstellbare Blende (12), ein Kaltlichtspiegel (13), eine Beleuchtungsoptik (14) sowie ein Prisma (15) vorgesehen ist und mindestens eines dieser Bauelemente (11-15) justierbar ausgebildet ist.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lampenschnellwechsler (5) als ein senkrecht zum Kollektorlinsensystem (11) angeordnetes Rad ausgebildet ist.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Lampenschnellwechsler (5) drehbar ausge bildet und über eine Handhabe (40) die jeweils angewählte zusätz liche Lichtquelle (8) in Wirkstellung bringbar ist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenschnellwechsler (5) über ein motori sches Stellmittel (35) und eine Steuerschaltung (31-34) bewegbar ausgebildet ist.

6. Beleuchtungseinrichtung mindestens einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lichtquelle (8) als Reservelichtquelle ausgebildet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerschaltung (31-34) bei einem Ausfall der Lichtquelle (7) den Motor (35) zum Wechsel auf die Reservelichtquelle (8) automatisch ansteuert.

8. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens eine Leuchtdiode (25) zur Anzeige defekter Reservelichtquelle(n) (8) vorgesehen ist.

9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leuchtdiode (25) mit einem Akkumulator (26) ver bunden ist, um nach dem Abschalten der Stromversorgung eine An zeige defekter Reservelichtquelle(n) (8) zu gewährleisten.

10. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung die Lichtquelle (7) über Kontaktfedern (22), Kontaktstifte (21) sowie einem Kontaktschleifring (20) mit den Stromkabeln (29) verbunden ist.

11. Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Beleuchtungs strahlengänge (9, 10) zusätzlich mindestens eine Filterhalterung (16) aufweist.