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Die
Erfindung betrifft eine Operationsleuchte mit einer Mehrzahl von
zur Ausleuchtung einer Operationsstelle bestimmten LEDs (LED – Licht
emittierende Diode), welche Licht unterschiedlichen Spektraltyps
abstrahlen, und mit einer Mehrzahl von Optikelementen, welche das
Licht der LEDs bündeln,
wobei die Operationsleuchte eine Mehrzahl von Leuchtsegmenten umfasst,
wobei jedes Leuchtsegment wenigstens eine LED jedes Spektraltyps
umfasst, der zur Erzeugung eines gewünschten Gesamtspektrums erforderlich
ist.
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Unter
einem „Leuchtsegment" wird im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung die kleinste Einheit von LEDs verstanden,
die erforderlich ist, um über
den gesamten Betriebsbereich der Operationsleuchte das jeweilige
Leuchtspektrum mit der von den einschlägigen Normen geforderten Qualität zu erzeugen.
Dabei umfasst der betriebsbereich der Operationsleuchten zumindest
den gesamten Farbtemperaturbereich von etwa 3500 K Farbtemperatur
bis etwa 5000 K Farbtemperatur.
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Eine
LED-Operationsleuchte mit einem einzigen solchen Leuchtsegment wurde
von der Anmelderin aber bereits auf der Messe „MEDICA 2003" vorgestellt, wobei
schon damals darauf hingewiesen wurde, dass die Operationsleuchte
auch mehrere solche Leuchtsegmente aufweisen könne.
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Eine
gattungsgemäße Operationsleuchte
ist ferner aus der
EP
1 568 936 A1 bekannt, wobei bei dieser Operationsleuchte
einige der LEDs zur Erzeugung weißen Lichts und andere LEDs
zur Erzeugung farbigen Lichts ausgebildet sind. Eine praktische
Anwendung der in dieser Druckschrift bekannten Technologie wird
von der Anmelderin der
EP
1 568 936 A1 unter der Bezeichnung „iLED" unter anderem im Internet beworben.
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Die
dort dargestellten Operationsleuchten umfassen eine Mehrzahl von
Leuchtmodulen, von denen jedes insgesamt 36 LEDs umfasst, nämlich 10 LEDs
mit kaltweißem
Spektrum, 20 LEDs mit warmweißem
Spektrum, 4 LEDs mit grünem
Spektrum und 2 LEDs mit blauem Spektrum. Die 36 LEDs sind in einer
hexagonalen bzw. wabenförmigen
Konfiguration angeordnet, wobei die LEDs bezüglich der Wabendiagonale (erstreckt
sich von einer Ecke des Hexagons zur gegenüber liegenden Ecke) spiegelsymmetrisch angeordnet
sind. Jedes Leuchtmodul umfasst somit zwei LED-Halbmodule, von denen
jedes für
sich in der Lage ist, das gewünschte
Gesamtleuchtspektrum zu erzeugen, d.h. gemäß der Terminologie der vorliegenden
Erfindung: zwei Leuchtsegmente.
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Jedes
dieser beiden Leuchtsegmente umfasst somit 18 LEDs, nämlich 5
kaltweiße
LEDs, 10 warmweiße
LEDs, 2 grüne
LEDs und 1 blaue LED. In dieser zahlenmäßigen Zusammensetzung kommt der
Beitrag jedes LED-Typs
zum erwünschten
Gesamtspektrum der Operationsleuchte zum Ausdruck. Je geringer der
Beitrag zum Gesamtspektrum ist, desto weniger LEDs sind in einem
Leuchtsegment vorhanden. Auf Grund dieser Strategie können jedoch
alle LEDs mit im Wesentlichen voller Leistung betrieben werden,
was sich positiv auf die Gesamtleuchtstärke pro Flächeneinheit der Leuchtfläche des Leuchtsegments
auswirkt. Da jede LED mit einem gesonderten Optikelement ausgestattet
ist, dessen Durchmesser etwa 3,5 cm beträgt, nimmt somit ein Leuchtsegment
der iLED-Operationsleuchte eine Fläche von etwa 25 cm × 12 cm
ein.
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Aufgrund
des vorstehend beschriebenen Aufbaus erfolgt die Farbmischung des
Emissionsspektrums der einzelnen LEDs zu dem gewünschten Gesamtspektrum auf
dem Weg von der Operationsleuchte zur Operationsstelle. Hält nun eine
an der Operation beteiligte Person ihren Kopf, ihre Hand oder dergleichen
in den Weg des Lichts, so schattet sie dadurch einen Teil der LEDs
ab, so dass deren Licht nicht mehr zur Farbmischung beitragen kann. Das
an der Operationsstelle auftreffende Licht ist daher in diesen Fällen nicht
farbecht. Die Herstellerin der iLED-Operationsleuchte ist sich dieses
Problems bewusst, denn sie schlägt
zu seiner Lösung
ein kompliziertes und aufwändiges
Steuerungssystem vor. Und zwar werden diejenigen Leuchtsegmente
(d.h. Halbmodule), deren LEDs teilweise abgeschattet werden, vollständig abgeschaltet,
was selbstverständlich
auf Kosten der Beleuchtungsstärke
an der Operationsstelle geht. Zudem ist dieses Steuerungssystem
nicht in der Lage, auf sich bewegende Objekte zu reagieren. So kommt
es dann, wenn sich der Operateur insgesamt oder seinen Arm bewegt
nach wie vor zu Farbverfälschungen.
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Demgegenüber ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Operationsleuchte der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das von ihr auf
die Operationsstelle auftreffende Licht auch dann eine höhere Farbechtheit
aufweist, wenn ein Teil der Leuchtfläche der Leuchtsegmente abgeschattet
wird. Dabei wird unter der Leuchtfläche eines Leuchtsegments die
Summe der Lichtaustrittsflächen
aller Optikelemente des betrachteten Leuchtsegments verstanden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Operationssleuchte der eingangs genannten Art gelöst, bei
welcher wenigstens ein Teil der Leuchtsegmente, vorzugsweise alle
Leuchtsegmente, eine Leuchtfläche
von weniger als 100 cm2, vorzugsweise von
weniger als 50 cm2, aufweist. Durch die
erhebliche Verringerung der Leuchtfläche eines Leuchtsegments und
die damit einhergehende Erhöhung
der Anzahl der Leuchtsegmente trägt
jedes einzelne Leuchtsegment verglichen mit der iLED-Operationsleuchte
nur noch in geringerem Maße
zur Gesamtleuchtstärke
der Operationsleuchte bei. Folglich ist auch der Effekt durch die
Abschattung von LEDs eines Leuchtsegments auf die Gesamtbeleuchtung
der Operationsstelle entsprechend geringer als bei der Operationsleuchte
des Standes der Technik. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Farbechtheit
aus.
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Wie
dies aus dem Stand der Technik bereits an sich bekannt ist, strahlen
auch bei der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
wenigstens einige LEDs weißes
Licht ab, während
andere LEDs farbiges Licht abstrahlen. Auch bei der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
kommen dabei als weißes Licht
abstrahlende LEDs sowohl LEDs mit warmweißem Spektrum als auch LEDs
mit kaltweißem
Spektrum zum Einsatz. Anders als bei der Operationsleuchte des Standes
der Technik wird das an der Operationsstelle gewünschte Farbspektrum aber nicht
durch Mischen mit grünen
und blauen LEDs erzeugt. Vielmehr ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn
wenigstens einige der farbiges Licht abstrahlenden LEDs grünes Licht
abstrahlen, während
andere der farbiges Licht abstrahlenden LEDs rotes Licht abstrahlen.
Es wurde nämlich
gefunden, dass der Ersatz von LEDs mit blauem Spektrum durch LEDs
mit rotem Spektrum in Hinblick auf die nachfolgend näher erläuterte erfindungsgemäße Beleuchtungsstrategie
vorteilhaft ist.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Verringerung
der Leuchtfläche
pro Leuchtsegment eine andere Beleuchtungsstrategie erforderlich
macht, als sie bei der iLED-Operationsleuchte eingesetzt wurde.
Und zwar bedingt die geringere Leuchtfläche auch eine Verringerung
der Anzahl von LEDs pro Leuchtsegment. Da nämlich die Güte, mit der das von einer LED
abgestrahlte Licht durch das Optikelelement gebündelt wird, vom Verhältnis der
Leuchtfläche
des Optikelements zur Emissionsfläche der LED abhängt, muss
die Summe der Emissionsflächen
sämtlicher
LEDs eines erfindungsgemäßen Leuchtsegments – gleiche
Bündelungsgüte vorausgesetzt – kleiner
sein als bei der bekannten iLED-Operationsleuchte. Dies hat zur
Folge, dass die LED desjenigen Spektraltyps, der zum Gesamtspektrum
am wenigsten beiträgt,
bei der erfindungsemäßen Operationsleuchte
nicht bei voller Leuchtleistung betrieben werden kann, sondern abgeregelt
werden muss. Hierdurch geht zwar einerseits Beleuchtungsstärke verloren,
dieser Effekt wird jedoch durch die bei Weitem höhere Farbechtheit mehr als überkompensiert.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsvariante der
vorliegenden Erfindung kann wenigstens einem Teil der LEDs, vorzugsweise
jeder LED, ein gesondertes Optikelement zugeordnet sein. In diesem
Fall ist es ferner möglich,
dass die Optikelemente, welche den weißes Licht abstrahlenden LEDs
zugeordnet sind, einen größeren Durchmesser
aufweisen, als die Optikelemente, welche den farbiges Licht abstrahlenden
LEDs zugeordnet sind. Dies erlaubt es bei gleicher Bündelungsgüte, farbiges
Licht abstrahlende LEDs mit einer kleineren Emissionsfläche einzusetzen
und so deren geringeren Beitrag zum Gesamtspektrum Rechnung zu tragen.
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Alternativ – und hierfür wird gesonderter Schutz
angestrebt – ist
es jedoch auch möglich,
dass den LEDs wenigstens eines Teils der Leuchtsegmente, vorzugsweise
aller Leuchtsegmente, ein gemeinsames Optikelement zugeordnet ist.
Da, wie eingangs erwähnt,
ein Leuchtsegment die kleinste Einheit von LEDs ist, welche im gesamten
Betriebsbereich der Operationsleuchte in der Lage ist, das jeweils
gewünschte
Gesamtspektrum zu erzeugen, tritt in diesem Fall aus wenigstens
einem Teil der Leuchtsegmente, vorzugsweise allen Leuchtsegmenten,
an jeder Stelle der Leuchtfläche
des Optikelements bereits das fertig gemischte Gesamtspektrum aus.
Dies hat zur Folge, dass eine teilweise Abschattung eines derartigen
Leuchtsegments keinen Einfluss auf die Farbechtheit an der Operationsstelle
mehr hat. Die Beleuchtung der Operationsstelle durch eine solche Operationsleuchte
ist vollständig
farbtreu. Dieser Effekt tritt unabhängig davon ein, wie groß die Leuchtfläche der
Leuchtsegmente ist.
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Unabhängig davon,
ob die Verbesserung der Farbechtheit der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
durch eine Reduzierung der Leuchtfläche oder/und die Verwendung
eines gemeinsamen Optikelements erzielt wird, ist es in Weiterbildung
der Erfindung bevorzugt, dass wenigstens ein Optikelement von einer
sogenannten TIR-Linse, d.h. einer Linse mit totaler innerer Reflexion,
gebildet ist. Die Verwendung derartiger TIR-Linsen ist aus dem Stand der
Technik an sich bekannt. Dieser Linsentyp zeichnet sich durch eine
besonders hohe Bündelungseffizienz
bei geringer Bautiefe aus.
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In
Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass jedes
Leuchtsegment genau eine LED jedes Spektraltyps umfasst. Auch wenn grundsätzlich auch
andere Zusammensetzungen denkbar sind, und insbesondere eine Erhöhung der Anzahl
der weißes
Licht abstrahlenden LEDs denkbar ist, gegebenenfalls sogar theoretisch
wünschenswert
wäre, sind
derartige Kombinationen von LEDs in kompakter Anordnung auf dem
Markt nicht erhältlich.
Die vorstehend genannte Kombination mit jeweils einer LED jedes
Spektraltyps hat sich jedoch als ein in der Funktion sehr effektiver
Kompromiss erwiesen.
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Ein
weiteres Problem, das sich bei der technischen Umsetzung der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
stellte, war die Verfügbarkeit
von LEDs mit warmweißem
Spektrum. Sowohl kaltweiße
als auch warmweiße
Spektren werden nicht unmittelbar von LEDs erzeugt. Vielmehr strahlt
eine Basis-LED ihr Licht in ein die LED überdeckendes Konversionsmedium
ein, welches das Spektrum dieses Lichts in das gewünschte kaltweiße oder
warmweiße
Spektrum umwandelt. Die zur Erzeugung eines kaltweißen Spektrums
erforderlichen Konversionsmedien sind als Beschichtungmaterialien
verfügbar,
welche als dünne
Schicht auf die Basis-LED aufgetragen werden können, so dass die Emissionfläche der
Basis-LED im Wesentlichen erhalten bleibt. Die zur Erzeugung von
warmweißen
Spektren verfügbaren Konversionsmedien
sind jedoch lediglich als Vergußmasse
erhältlich,
was eine nicht unerhebliche Vergrößerung der Emissionsfläche zur
Folge hat. Zudem haben diese Warmweiß-Konversionsmedien nur eine geringe
Leuchtkraft. Insgesamt ist der von einer warmweißen LED ausgehende Lichtstrom
pro Emissionsflächeneinheit
daher fast um den Faktor 4 kleiner als der von einer kaltweißen LED
ausgehende Lichtstrom.
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Erfindungsgemäß wird daher
folgender Kunstgriff angewendet: Und zwar wird bei einer Operationsleuchte
des eingangs genannten Typs wenigstens eine LED eingesetzt, welche
ein warmweißes Spektrum
abstrahlt, wobei das warmweiße
Spektrum ausgehend von einer LED, welche ein kaltweißes Spektrum
abstrahlt, durch Filterung gewonnen wird. Ein derartiges Filter
hat nämlich ähnlich wie
das bei kaltweißen
LEDs zum Einsatz kommende Konversionsmedium die Eigenschaft, die
Emissionsfläche
der LED im Wesentlichen nicht zu vergrößern. Darüber hinaus wird nur ein geringer
Teil des Spektrums der kaltweißen
LED herausgefiltert, so dass der von der erfindungsgemäß gebildeten
warmweißen
LED ausgehende Lichtstrom verglichen mit einer kaltweißen LED
nur in geringem Maße
reduziert ist. Von besonderem Vorteil ist aber die im Vergleich
mit herkömmlichen
auf dem Markt verfügbaren
warmweißen
LEDs erheblich kleinere Emissionsfläche. Auch für diese Idee wird unabhängig von
der Größe der Leuchtfläche eines
Leuchtsegments und der Verwendung eines gemeinsamen Optikelements
für die
LEDs eines Leuchtsegments selbstständiger Schutz angestrebt.
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In
Weiterbildung dieser Idee kann das Filter vorzugsweise unmittelbar
auf der Oberfläche
der LED bzw. deren Konversionsmedium aufgebracht sein. Ferner kann
zur Filterung ein Filter verwendet werden, welches sein Absorptionsmaximum
im blauen Spektralbereich hat, vorzugweise bei einer Wellenlänge von
zwischen etwa 430 nm und etwa 520 nm, noch bevorzugter bei einer
Wellenlänge
von zwischen etwa 450 nm und etwa 500 nm.
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Abschließend sei
angemerkt, dass sich die Bezeichnungen „kaltweiß" und „warmweiß" nicht auf die Farbtemperatur des jeweiligen
Spektrums beziehen, sondern auf den Farbeindruck, den das jeweilige
Spektrum beim Betrachter erzeugt. Kaltweiße Spektren haben einen höheren Blau-Anteil,
was einerseits zwar eine höhere
Farbtemperatur bedingt, beim Betrachter aber andererseits einen „kälteren", weil an Eis erinnernden
Eindruck hinterlässt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden.
Es stellt dar:
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1 eine
schematische Druntersicht unter eine erfindungsgemäße Operationsleuchte,
wobei in den linken und rechten Bildhälften jeweils unterschiedliche
Ausführungen
der Leuchtsegmente dargestellt sind;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Optikelements, wie es bei der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
zum Einsatz kommen kann;
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3 und 4 grob
schematische Darstellungen von Leuchtdiodenanordnungen;
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5 eine
geschnittene Seitenansicht durch eine LED zur Erzeugung eines warmweißen Spektrums;
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6 ein
Spektraldiagramm zur Erläuterung der
Wirkungsweise des Aufbaus gemäß 5;
und
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7 eine
Ansicht ähnlich 2 einer
alternativen Ausführungsform
eines Optikelements.
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In 1 ist
eine erfindungsgmäße Operationsleuchte
allgemein mit 10 bezeichnet. Sie umfasst einen Basiskörper 12,
an dem eine Mehrzahl von Leuchtsegmenten 14 bzw. 14' angeordnet
ist. Auf den konstruktiven Unterschied zwischen den in der rechten
Bildhälfte
von 1 dargestellten Leuchtsegmenten 14 und
den in der linken Bildhälfte
dargestellten Leuchtsegmenten 14' wird weiter unten noch näher eingegangen
werden.
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Wie
in 1 dargestellt, sind die Leuchtsegmente 14, 14' in drei Leuchtgruppen 16 zusammengefasst,
von denen jede jeweils zehn Leuchtsegmente 14, 14' aufweist. Es
sei aber bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Anzahl
der Leuchtgruppen 16 sowie die Anzahl der jeder Leuchtgruppe 16 zugeordneten
Leuchtsegmente 14, 14' in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall
frei gewählt werden
kann. Ebenso kann die Anordnung der Leuchtsegmente 14, 14' innerhalb einer
Leuchtgruppe 16 als auch die Anordnung der Leuchtgruppen 16 am
Basiskörper 12 sowie
die Gestalt des Basiskörpers 12 frei
gewählt
werden. Schließlich
kann auch eine Mehrzahl von Operationsleuchten 10 in beliebiger
Anordnung zu einer Operationsleuchten-Baugruppe zusammengefasst
werden.
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Im
Folgenden soll mit Bezug auf die 2 und 3 der
Aufbau eines Leuchtsegments 14 der in der rechten Bildhälfte von 1 dargestellten
Ausführungsform
näher erläutert werden:
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Wie
in 2 zu sehen ist, umfasst ein Leuchtsegment 14 eine
LED-Anordnung 20 und ein Optikelement 18, welches
das von der LED-Anordnung 20 abgestrahlte Licht bündelt, so
dass es als im Wesentlichen paralleles Strahlenpaket 22 in
der Leuchtrichtung L abgestrahlt wird. Ferner erkennt man in 2 auch
noch eine Deckscheibe 24, welche lediglich die Aufgabe
hat, den Innenraum 18a des Optikelements 18 zu
schützen.
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Gemäß 3 umfasst
die LED-Anordnung 20 insgesamt vier LEDs, nämlich eine
LED 26, welche ein warmweißes Spektrum abstrahlt, eine
LED 28, welche ein kaltweißes Spektrum abstrahlt, eine LED 30,
welche ein grünes
Spektrum abstrahlt und eine LED 32, welche ein rotes Spektrum
abstrahlt. Aus den Spektren dieser vier LED-Typen kann ein Gesamtspektrum
zusammengesetzt werden, dessen Spektraltemperatur zumindest zwischen
3500 K und 5000 K stufenlos durchgestimmt werden kann, und zwar
derart, dass über
den gesamten Farbtemperaturbereich der Farbort und auch die Farbwiedergabe, insbesondere
der Farbwiedergabeindex Ra, den den einschlägigen Normen zu entnehmenden
Bestimmungen genügen.
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Dabei
tragen die LEDs der vorstehend genannten Spektraltypen in der abfallenden
Reihenfolge „warmweiß-kaltweiß-grün-rot" zum Gesamtlichtstrom
bei. Lediglich im Bereich hoher Farbtemperaturen ist der Lichtstromanteil
der kaltweißen
LED 28 höher
als jener der warmweißen
LED 26. Darüber
hinaus ist die Summe der Lichtstrombeiträge der warmweißen LED 26 und
der kaltweißen
LED 28 über
den gesamten Farbtemperaturbereich mehr als etwa dreimal so groß wie die
Summe der Lichtstrombeiträge
der grünen
LED 30 und der roten LED 32. Dies hat zur Folge,
dass bei der LED-Anordnung 20 gemäß 3,
bei der jede LED eine Emissionsfläche von etwa 1 mm2 aufweist,
die grüne
LED 30 und die rote LED 32 nicht mit voller Leistung
betrieben werden dürfen.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass unter Berücksichtung der auf dem Markt
erhältlichen
Arten von LED-Anordnungen 20 und der mit diesen verbundenen
Kosten eine LED-Anordnung mit vier gleichgroßen Emissionsflächen am
günstigsten
ist.
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Es
ist aber grundsätzlich
auch denkbar, andere Arten von LED-Anordnungen einzusetzen, beispielsweise
die in 4 dargestellte LED-Anordnung 20', welche insgesamt
sechs LEDs umfasst, nämlich zwei
warmweiße
LEDs 26' und 36', zwei kaltweiße LEDs 28' und 34', eine grüne LED 30' und eine rote LED 32'. Gemäß den vorstehenden
Ausführungen
zu dem Lichtstrombeiträgen
der einzelnen LED-Typen bzw. Typengruppen wäre zwar eine Anordnung mit acht
LEDs mit jeweils drei warmweißen
und drei kaltweißen
LEDs noch vorteilhafter. Es muss aber zu bedenken gegeben werden,
dass das Verhältnis
der Summe der Emissionsflächen
aller LEDs einer LED-Anordnung 20 bzw. 20' zur Leuchtfläche A (Durchmesser
D; siehe 1) des Leuchtsegments 14 ein
für die
Güte der
Bündelung
des von den LEDs abgestrahlten Lichts, d.h. die Parallelität des Lichtbündels 22,
maßgebender
Parameter ist. Bei einer Verdoppelung der Emissionsfläche ausgehend
von der LED-Ansorndung 20 gemäß 3 müsste auch die
Leuchtfläche
A des Leuchtsegments 14 verdoppelt werden, um die gleiche
Abstrahlungsqualität
sicherstellen zu können.
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Alternativ
zu der vorstehend erläuterten
Ausführungsform,
gemäß der allen
vier zur Erzeugung des gewünschten
Spektrum erforderlichen LEDs 26, 28, 30, 32 ein
gemeinsames Optikelement 18 zugeordnet ist, ist es, wie
in der linken Bildhälfte
von 1 dargestellt, grundsätzlich auch möglich, jeder
LED ein gesondertes Optikelement zuzuordnen. So verfügen die
Leuchtsegmente 14' über ein
Optikelement 38' für die warmweiße LED,
ein Optikelement 40' für die kaltweiße LED,
ein Optikelement 42' für die grüne LED und
ein Optikelement 44' für die rote
LED. Der Aufbau jedes einzelnen dieser Optikelemente kann dabei
dem Aufbau des Optikelements 18 gemäß 2 entsprechen.
Selbstverständlich
kommt in diesem Fall keine der LED-Anordnung 20 entsprechende
LED-Anordnung zum Einsatz, sondern jedem der Optikelemente 38', 40', 42', 44' ist eine gesonderte LED
zugeordnet. In diesem Fall können
dann auch, entsprechend deren geringerem Beitrag zum Gesamtlichtstrom,
grüne und
rote LEDs mit kleinerer Emissionsfläche eingesetzt werden, so dass
auch die Leuchtfläche
der Optikelemente 42' und 44' entsprechend
kleiner gewählt
werden kann als die Leuchtfläche
der Optikelemente 38' und 40', wie dies in
der linken Bildhälfte
von 1 angedeutet ist. Die Leuchtfläche des Leuchtsegments 14' ist somit die Summe
der Leuchtflächen
aller Optikelemente 38', 40', 42', 44' des Leuchtsegments 14'.
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Vergleicht
man die Leuchtsegmente 14, welche für alle LEDs ein gemeinsames
Optikelement 18 aufweisen, mit den Leuchtsegmenten 14', die für jede LED
ein gesondertes Optikelement 38', 40', 42', 44' aufweisen, so haben die Leuchtsegmente 14 den Vorteil,
dass bei ihnen die Mischung der Einzelspektren der LEDs zu dem Gesamtspektrum
bereits innerhalb des Optikelements 18 erfolgt. D.h. an
jedem Punkt der Leuchtfläche
A des Optikelements 18 tritt bereits das fertig gemischte
Gesamtspektrum aus. Für
den praktischen Einsatz der Operationsleuchte 10 hat dies
zur Folge, dass eine Abschattung eines Teils der Leuchtsegmente
bzw. eine teilweise Abschattung einiger Leuchtsegmente überhaupt
keinen Einfluss auf die Farbechtheit des die Operationsstelle betrahlenden
Lichts mehr ausüben
kann.
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Ein
weiterer erfindungsgemäßer Gedanke
ist in der Art und Weise zu sehen, wie das warmweiße Spektrum
der LED 26 gewonnen wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die derzeit
auf dem Markt verfügbaren
warmweißen
LEDs für
den praktischen Einsatz bei Operationsleuchten eine zu große Emissionsfläche bei
zu geringer Lichtstromabgabe aufweisen. Kaltweiße LEDs verfügen hingegen über eine ausreichend
kleine Emissionsfläche
und eine ausreichend hohe Lichtstromabgabe. Dies liegt hauptsächlich daran,
dass die Konversionsmedien, die zur Umwandlung des Spektrums einer
Basis-LED in das gewünschte
kaltweiße
bzw. warmweiße
Spektrum auf die Basis-LED aufgetragen werden, bei kaltweißen LEDs
als Beschichtungsmaterialien zur Verfügung stehen, welche auf die
Basis-LED als relativ dünne Lage
aufgetragen werden können,
während
für warmweiße LEDs
lediglich Vergussmassen verfügbar
sind, die nur als relativ dicke Lage auf die Basis-LED aufgebracht
werden können.
Letzteres bewirkt zum einen eine beträchtliche Vergrößerung der effektiven
Emissionsfläche
der LED und zum anderen eine relativ starke Absorption des von der
Basis-LED abgestrahlten Lichts in der Vergussmasse. Es ist das Verdienst
der Erfinder, einen neuen Weg zur Erzeugung eines warmweißen Spektrums
gefunden zu haben:
Und zwar wird erfindungsgemäß, wie anhand
der 5 und 6 erläutert werden wird, von einer kaltweißen LED 28'' ausgegangen, d.h. einer Basis-LED 46 mit
einer darauf angeordneten Konversionsbeschichtung 48, welche
aus dem Spektrum der Basis-LED 46 ein kaltweißes Spektrum
erzeugt. Unmittelbar auf der Konversionsschicht 48 bzw.
einer die Konversionsschicht schützenden
Schicht ist ein Filter 50 angeordnet, das einen Teil des
kurzwelligen Anteils des kaltweißen Spektrums absorbiert, so dass
sich insgesamt ein Spektrum mit warmweißer Spektralverteilung ergibt,
das die für
die Mischung mit den kaltweißen,
grünen
und roten Spektren der anderen LEDs zu dem gewünschten Gesamtspektrum der
Operationsleuchte 10 erforderlichen Eigenschaften aufweist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass bei Einsatz des in 1 links
dargestellten Ausführungsbeispiels,
bei welchem jeder LED ein gesondertes Optikelement 38', 40', 42', 44' zugeordnet
ist, das dem Filter 50 entsprechende Filter irgendwo im
Strahlengang des Optikelements 38' vor deren der Deckscheibe 24 entsprechender
Austrittsfläche
angeordnet sein kann.
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Durch
die Verwendung des Filters 50 wird die Emissionsfläche der
zugrunde liegenden kaltweißen LED 28'' praktisch nicht vergrößert. Zudem
absorbiert das Filter 50 einen geringeren Intensitätsanteil der
Basis-LED 46 als das zur Erzeugung eines warmweißen Spektrums
eigentlich erforderliche Vergussmassen-Konversionsmedium. Bei Verwendung
eines Filters 50 mit einer etwas schmäleren Absorptionsbandbreite
als der in 6 dargestellten Absorptionskurve
könnte
mit einem noch dünneren
Filter 50 gearbeitet werden, ohne das Verhältnis der
beiden Spektralmaxima relativ zueinander zu verändern. Auf diese Weise könnte der
Lichtstrom der erfindungsgemäß erzeugten
warmweißen
LED 26 noch weiter erhöht
werden.
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Nachzutragen
ist noch, dass das Optikelement 18 von einer sogenannten
TIR-Linse (Total Internal Reflection) gebildet sein kann. Derartige TIR-Linsen
weisen zwei Bereiche auf, nämlich
einen refraktiven Teil 18b, in dem das Licht durch Brechung gebündelt wird
und einen äußeren reflektiven
Teil 18c, in welchem das Licht durch Spiegelung gebündelt wird.
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In 7 ist
eine alternative Ausführungsform 118 eines
Optikelements dargestellt, wie es bei der erfindungsgemäßen Operationsleuchte
zum Einsatz kommen kann. Das Optikelement 118 umfasst wiederum
eine TIR-Linse mit einem refraktiven Teil 118b und einem
reflektiven Teil 118c. Zusätzlich ist zwischen dem Optikelement 118 und
der LED-Anordnung 20 ein Lichtleiter 152 vorgesehen,
der das von den LEDs der LED-Anordnung 20 abgestrahlte
Licht an seinem in 1 oberen Ende aufnimmt und durch innere
Totalreflexion zu seiner in 1 unteren
Stirnfläche 152a leitet.
Diese Stirnfläche 152a bildet
daher die eigentliche Emissionsfläche, an welcher das LED-Licht
zur TIR-Linse 118 abgestrahlt wird. Die Hauptaufgabe dieses
Lichtleiters 152 besteht darin, vor der Austrittsfläche 124 des
Optikelements 118 für eine
verglichen mit dem in 2 dargestellten Optikelement 18 noch
bessere Durchmischung des Lichts der Mehrzahl von LEDs der LED-Anordnung 20 zu sorgen.
Die Länge,
der Durchmesser, die Querschnittsform und das Material des Lichtleiters 152 können in
Abhängigkeit
des Anwendungsfalls in geeigneter Weise gewählt werden.