CN100470268C - 一种齿科光固化机滤光片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿科光固化机滤光片领域，目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双面镀制的新型消紫外线和近红外线的齿科光固化机滤光片结构，该结构使得滤光片在紫外和近红外截止的前提下具有较高的有效固化光谱透射率，提高了齿科光固化机的固化深度，并通过较宽的红外截止设计使光固化机光斑区域温升大幅下降，有效提高了滤光片的使用寿命。结构是在基片双面镀制的由高、低折射率材料组成的截止滤光膜，其膜系结构为：((H/2)L(H/2))¹⁰3.4((L/2)H(L/2))¹⁰/G/2((L/2)H(L/2))¹⁰2.6((L/2)H(L/2))¹⁰。

Description

一种齿科光固化机滤光片

技术领域

本发明涉及齿科光固化机滤光片领域，更具体的说是一种能够实现消紫外线和近红外线的齿科光固化机滤光片。

技术背景

齿科光固化机是一种利用光辐射原理使光固化树脂迅速有效聚合的产品，用于口腔科作修复牙体用。光固化材料由高分子复合材料加“光催化剂(光敏剂)”组成。在光固化机发出的高强度的蓝光照射下，光催化剂吸收辐射能后形成活性自由基或者阳离子，引发单体和预聚物聚合、交联等反应，高分子复合材料在数秒钟内由泥状变为固态。正常固化后的材料具有类似自然牙齿的强度，耐磨，能很好的满足口腔临床的要求。光固化机的应用越来越广，按照光源的不同可以分为如下几类：一是卤素灯，其发光源是卤素灯泡；二是弧光灯，其发光源是弧光灯；三是激光器，其发光源是固体或气体激光器，四是目前最新发展的LED光固化机，光源是发光二极管。目前，使用得最多的是卤素灯泡。

卤素灯发光光谱范围较宽，光谱范围包含紫外到近红外之内的所有波段。紫外光对人体具有损伤效应，而近红外光具有较高的热效应，因此在使用卤素灯泡作为齿科光固化机光源时，必须加装可以消紫外线和近红外线的滤光片。

与聚合反应有关的波长主要分布在400nm-540nm之间，峰值在470nm。滤光片的作用是滤除对树脂聚合不起作用的波长。现有的滤光片在使用过程中会因高温照射而寿命降低，出现截止波长漂移、起泡、脱落等现象，从而导致紫外光透射对人体产生伤害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双面镀制的新型消紫外线和近红外线的齿科光固化机滤光片结构，该结构使得滤光片在紫外和近红外截止的前提下具有较高的有效固化光谱透射率，提高了齿科光固化机的固化深度，并通过较宽的红外截止设计使光固化机光斑区域温升大幅下降，有效提高了滤光片的使用寿命。

本发明通过以下技术方案实现其目的。

本发明设计了一种齿科光固化机滤光片，其特征是在基片双面镀制的由高、低折射率材料组成的截止滤光膜，其膜系结构为

${\left(\frac{H}{2}L\frac{H}{2}\right)}^{10}3.4{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}/G/2{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}2.6{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}$

其中G代表基片，H表示光学厚度为四分之一中心波长的高折射率层，L表示光学厚度为四分之一中心波长的低折射率层。本发明的基片采用石英材料制作；低折射率层材料可以在SiO₂、Al₂O₃或MgF₂中选用；高折射率层材料可以在Ta₂O₅、TiO₂或ZnS中选用。

本发明的膜系主要结构为四个截止波长不同的截止滤光膜，为一种能够实现消紫外线和近红外线的齿科光固化机滤光片。其所达到的效果是滤光片在380nm以下高度截止，透射率小于0.85％，在420nm-520nm透光，平均透射率大于85％，在540nm-780nm范围截止，平均透射率小于1％，在780nm-1100nm范围截止，平均透射率小于2％。本发明具有较宽的红外截止区域，截止位置在红外端达到1100nm，而且符合中华人民共和国医药行业标准YY0055-2002《牙科设备光固化机》中4.2的要求。

本发明相对于现有技术具有以下突出的实质性特点和进步：

本发明公开的齿科光固化机滤光片在紫外和近红外截止的前提下具有较高的有效固化光谱透射率，提高了光固化机的使用效率，增加了固化深度。通过较宽的红外截止设计使光固化机光斑区域温升大幅下降，有效提高了滤光片的使用寿命。滤光片的双面结构具有光谱特性稳定、膜层牢固的优点，满足齿科光固化机的长期使用要求，减少了更换次数，且具有良好的重复性。膜系结构适合通用的优化软件，能够达到更佳的效果。

附图说明

图1典型长波通滤光膜透射率曲线；

图2典型短波通滤光膜透射率曲线；

图3优化前整体膜系设计透射率曲线；

图4优化后整体膜系设计透射率曲线；

图5滤光片结构；

图6滤光片实测光谱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的设计过程做进一步的详细说明。

本发明公开了一种用于齿科光固化机的消紫外线和近红外线的齿科光固化机滤光片。

本发明中的滤光片是镀制在紫外吸收材料的基片上的高低折射率交替的复合介质膜，高折射率材料为为Ta₂O₅、TiO₂或ZnS，低折射率介质层为SiO₂、Al₂O₃或MgF₂。膜系主要结构为四个截止波长不同的截止滤光膜，其膜系结构为

${\left(\frac{H}{2}L\frac{H}{2}\right)}^{10}3.4{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}/G/2{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}2.6{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}$

其中G代表基片，H表示光学厚度为四分之一中心波长的高折射率层，L表示光学厚度为四分之一中心波长的低折射率层。

对长波通截止膜系和短波通截止膜系构成的带通滤光膜，其膜系结构可分别表示为 ${\left(\frac{H}{2}L\frac{H}{2}\right)}^m$ 和。

带通截止滤光膜的截止波长可表述成：

$\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{{\mathrm{\λ}}_c}=1\±\frac{2}{\mathrm{\π}}{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\η}}_H-{\mathrm{\η}}_L}{{\mathrm{\η}}_H+{\mathrm{\η}}_L}\right)---\left(1\right)$

其中λ₀是一个参考波长。

其截止带宽度为：

$\mathrm{\Δg}=\frac{2}{\mathrm{\π}}{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\η}}_H-{\mathrm{\η}}_L}{{\mathrm{\η}}_H+{\mathrm{\η}}_L}\right)---\left(2\right)$

对于m或n足够大的ABA型对称膜系，截止带中心的透射率相应的透射率为：

$T=\frac{16{\mathrm{\η}}_0{\mathrm{\η}}_g}{{\left(\frac{{\mathrm{\η}}_H}{{\mathrm{\η}}_L}\right)}^{2s}[{({\mathrm{\η}}_0+{\mathrm{\η}}_g)}^2+{(\frac{{\mathrm{\η}}_0{\mathrm{\η}}_g}{{\mathrm{\η}}_A}-{\mathrm{\η}}_A)}^2]}---\left(3\right)$

对于膜系结构为的长波通膜，其典型的光谱透射率曲线如图1所示。膜系结构为

的短波通膜，其典型的光谱透射率曲线如图2所示，中心监控波长为926nm。适当选取长波通膜1的周期数10以及截止波长位置，使得该膜系在380nm以下高度截止，透射率小于0.85％，同时在400nm开始透光；适当选取三个短波通截止滤光膜2、3、4的截止波长和截止宽度，中心监控波长为926nm，可使得整体膜系满足在420nm-520nm透光，平均透射率大于85％，在540nm-780nm范围截止，平均透射率小于1％，在780nm-1100nm范围截止，平均透射率小于2％。双面镀制的长波通滤光膜1和短波通滤光膜2、3、4组成的膜系： ${\left(\frac{H}{2}L\frac{H}{2}\right)}^{10}3.4{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}/G/2{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}2.6{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10},$ 其光谱透射率曲线如图3所示。

由图2和图3可知，短波通膜的截止边缘通常会有很大的波纹，可以进一步的对短波通滤光膜2进行适当的优化，以达到更精确的目的。从实用性角度出发，对所有膜层只进行厚度优化，并且优化精度为小数点后两位。优化软件使用“Essential Macleod”商用光学镀膜软件，优化后的具体膜系结构为：0.26H0.37L0.48H0.60L0.40H0.36L0.55H0.60L0.48H0.36L0.53H0.58L0.46H0.52L0.44H0.47L0.56H0.48L0.46H0.59L0.22H0.72L1.61H1.55L1.42H1.59L1.60H1.70L1.64H1.72L1.63H1.71L1.61H1.64L1.53H1.57L1.56H1.63L1.63H1.62L1.61H1.33L G1.00H0.99L0.97H0.96L0.90H0.96L0.91H0.94L0.91H0.89L0.97H0.89L0.89H1.01L0.86H0.94L0.97H0.91L0.98H1.18L1.46H1.30L0.99H1.23L1.26H1.29L1.07H1.34L1.41H1.24L1.08H1.21L1.29H1.36L1.28H1.36L1.16H1.20L1.05H0.59L，其中H，L分别代表高、低折射率材料在652nm监控波长下1/4波长的光学厚度。优化结果如图4所示，使用高精度进口镀膜机完全可以实现该设计结果。

如图5所示，考虑到基片5两侧膜层厚度的平衡，本发明将优化后的短波通滤光膜2与3镀制在基片5的一侧，长波通滤光膜1与短波通滤光膜4镀制在基片5的另一侧，既得到齿科光固化机滤光片的基本结构。由于在可见光范围内本专利使用的基片属于无吸收的厚膜，因此需要考虑基片的厚膜效应。

无吸收时作为厚膜的基片前后二个表面上非相干光进行叠加。光波在前后二个表面上逐次反射，叠加二个界面上的各次反射光强和透射光强，得到各次反射的强度的总和为：

$R=\frac{R_a+R_b-2R_a{R}_b}{1-R_a{R}_b}---\left(4\right)$

总的透射为：

$T=\frac{T_a{T}_b}{1-R_a{R}_b}$ 或 $T=\frac{1}{\frac{1}{T_a}+\frac{1}{T_b}-1}---\left(5\right)$

将该设计膜系镀制在紫外吸收材料的基片上，制备出齿科光固化机滤光片。

基于上述理论所设计的齿科光固化机滤光片，本发明使用国产镀膜机进行了实验镀制与使用。如图6所示，实验结果表明，本发明的齿科光固化机滤光片与理论设计相符并符合中华人民共和国医药行业标准YY0055-2002《牙科设备光固化机》中4.2的要求，且已通过国家食品药品监督管理局广州医疗器械质量监督检验中心的检测。并在多次镀制与测量中也显示了良好的稳定性和重复性。

Claims (4)

1.一种齿科光固化机滤光片，其特征是在基片双面镀制的由高、低折射率材料组成的截止滤光膜，其膜系结构为 ${\left(\frac{H}{2}L\frac{H}{2}\right)}^{10}3.4{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}/G/2{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10}2.6{\left(\frac{L}{2}H\frac{L}{2}\right)}^{10},$ 其中G代表基片，H表示光学厚度为四分之一中心波长的高折射率层，L表示光学厚度为四分之一中心波长的低折射率层。

2.根据权利要求1所述的齿科光固化机滤光片，其特征是所述的基片采用石英材料制作。

3.根据权利要求1或2所述的齿科光固化机滤光片，其特征是所述低折射率层材料为SiO₂、Al₂O₃或MgF₂。

4.根据权利要求1或2所述的齿科光固化机滤光片，其特征是所述高折射率层材料为Ta₂O₅、TiO₂或ZnS。

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