CN103974673B - 光混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光混合装置，所述光混合装置用于医学或牙科医学光照装置，尤其用于牙科物质聚合的光固化装置。所述光混合装置包括带发光装置的外壳以及光导体。光混合装置（2）包括：杆状光混合构件（8），所述杆状光混合构件优选地具有至少一种透明材料，所述透明材料尤其是玻璃；以及保持器（7），光混合装置（2）可借助所述保持器安装在发光装置（1）与光导体（3）之间，并且以能够从光导体可拆卸的方式被保持在适当位置中。

Description

光混合器

技术领域

本发明涉及尤其在医学和牙科领域中的光照装置的改进，以及优选地用于牙科医学用途的光固化装置的改进，所述光固化装置特别设有诸如发光二极管的金属半导体辐射源，并且发出在可见光范围、UV范围和/或近红外光谱范围内的辐射。

更具体地，本发明涉及一种光混合装置，所述光混合装置尤其适于在用于牙科物质聚合的光固化装置或者医学或牙科医学光照装置中使用。本文在说明书和权利要求书中使用的术语“光”不但指的是在可见光谱范围内的电磁辐射，还指的是在UV和近红外光范围内的电磁辐射。如果在下文中谈及优选地使用的发光二极管（或LED或LED芯片），则这些术语也意欲包括其它发出可见光、UV光和/或近红外光的发光体和辐射源，尤其是半导体辐射源，但出于更好的可读性目的而不会在所有地方列举出来。

背景技术

已长时间知晓这种光固化装置。

可以从DE2352670得到从二十世纪七十年代开始实施的光导体的一个示例。当时已经认为包括单纤维的柔性光导体是公知的。已知该文献还检验用光导液体和柔性塑料软管来提供光导体。

包括单纤维的光导体（其还可称为光导体棒）基本上是相当僵硬或坚硬的，且难以弯曲。另一方面，用液体填充的光导体尤其在口腔环境中的应用场合下是不适宜的或不利的，这是由于具有如下危险，即，患者会不经意地咬在光导体上并由此造成泄漏。

在二十世纪八十年代且到目前为止，单纤维光导体已通常发展到多纤维光导体；提及的一个示例是DE29709785。

也称为多芯光导体的多纤维光导体的优点在于提供了显著改进的弯曲性能。因而，牙科医生能够在光导体的端侧上为光导体施予期望的形状，以便在期望的、局部深位的位置处获得光发射或光出射。

顺便提及地，这还适用于牙科照相机的光传感器的光导体使用，以及适用于例如在需要窄曲率半径的内窥镜中的光导体使用。

已长时间知晓，在具有诸如红色、黄色和蓝色的基本色的光学添加混合物的帮助下，能够产生白色光。这一事实通过将具有相对应配色的LED布置成彼此紧密相邻并且通过将其光发射供给或导引到光导体而实现。

事实上，最近已经变得已知的是所谓的白光LED。然而，这些白光LED目前仍然是相当昂贵的，并且确切的色泽因光混合而可以更好地适用于要求。也能够选择某一发射光谱。

如果将单个LED或单个LED芯片用作光源，则光发射主要发生在LED芯片的上侧上，所述LED芯片的上侧通常为大约1mm2大小。如果在LED芯片前面安装通常具有6mm至13mm直径的多芯光导体，则主要的光发射通常射击或撞击在6或7根的内部纤维上，而仅有极小部分的外部纤维得以利用。

为了防止这种情况，已知在光纤维的光入射侧端部处使用聚光透镜。然而，额外设置聚光透镜意味着又有两个带相应反射作用的光学边界表面或界面，导致效率度降低。

在提及的两个应用场合中，人们因此乐意采用单芯光导体或光导棒，具体原因是在单芯技术情况下，与由使用多芯光导体而引起的产出损失相对比地，光学有效介质可以获得光导体的整个横截面积。

此外，文献EP0549332揭示了一种光学耦合装置，所述光学耦合装置允许在包括一个纤维束的一个光导长度内将该纤维束的单个纤维之间的不同光强度加以均匀化。为此，在光导体长度内的该纤维束中结合入光学耦合装置，该光学耦合装置包括弯曲180度的光导棒，该光学耦合装置的入射端部以及出射端部经由连接套管而固定地连接到具有光导长度的所述光纤维束的端部。

US6692250说明了一种集光器，所述集光器经由各个细光导体纤维引走多个发光二极管的光，并且将这些光重聚在一条纤维束中，以便继而将各个发光二极管的光电流供给到弯曲的光导体棒中并将其组合，其中在光纤维束的各个光纤维之间发生各个发光二极管的光电流的均匀化和统一再分配。

WO99/35995公开了一种用于固化或硬化可光固化部件的固化装置，所述固化装置包括：外壳；和发光固态二极管的阵列，该阵列用于产生具有在小波长带内的波长的光。优选地产生470nm的峰值波长。该装置还包括玻璃纤维光管，所述玻璃纤维光管用于检测光和用于将光束传播到牙齿区域或包括光固化部件的其它工作区域。光学透镜可以用于将光对焦到光管中。

WO02/11640公开了一种用于将可光固化部件在患者嘴中固化的仪器和工艺，所述仪器包括：外壳；和处于被支撑在外壳上的一个衬底上的多个发光固态元件。这些元件在衬底上产生集合场，用于集合地发出具有在窄波长带内的波长的光。光学对焦装置被定位成捕获由元件场所发出的光，并且包括非成像光学装置，该非成像光学装置可操作成用于将来自场的光对焦或束集成被指引在待硬化部件上的光束。所述外壳和所述场覆盖有不可回收的套管，该套管可以包括所述光学对焦装置。可以在使用之后移除并扔掉该套管，以便可以省去对仪器高温灭菌的必要性。

EP1031326A1公开了一种用于在牙科领域中用光活化光敏复合材料的装置，所述装置包括：带供电单元的外壳，所述供电单元具有电子处理器单元；和光源，所述光源包括由供电单元供电的多个发光二极管。发光二极管被分归于对焦装置，该对焦装置将光发射器的所有发射区域的光最佳地对焦在一个点上。

发明内容

与此相对照，本发明的目的在于提供一种装置，所述装置尤其用于医学或牙科医学光照装置，尤其用于牙科物质聚合的光固化装置，本发明的所述装置使得在发光装置内产生的光能够均匀和混合，并且本发明的所述装置使得能够在光导体的整个横截面积上分配光，从而在光导体的出口处的表面可以在亮度和光谱分布方面被均匀地或均质地照亮。此外，所述装置应当还能够高效、简单且低损耗地供应所发射的光，例如所发射的光具体地通过若干发光二极管或其它半导体辐射源产生到光导体中，所述光导体优选地实施为由许多细的单独光纤维组成的纤维束。

本发明的另一个目的在于提供一种合适的布置，所述合适的布置用于医学或牙科医学光照装置，尤其用于牙科物质聚合的光固化装置，所述合适的布置允许根据传统医学技术方法对可能接触患者的所有部件消毒，并且所述合适的布置还可以在不破坏光学结构、发光装置、电子器件或任何其它部件的情况下或者在不损失质量的情况下具体根据所有传统方法而加以高温灭菌。在该方面，尤其是操纵本发明装置期间或在分别例如由医生、专业医护人员或牙科技师治疗患者期间以及分别在操作之间或者在治疗患者之间的多个方面将加以考虑，其中与牙科工作有关的实用例行程序将尤其加以考虑，所述实用例行程序诸如例如当更换光导体时的修改程序、高温灭菌和消毒之类。

对于医学或牙科医学牙科光照装置，尤其对于用于牙科物质聚合的光固化装置，上述目的在根据权利要求1所述的光混合装置帮助下得以有创造力地实现。此外，在权利要求13中，相对应的医学或牙科医学光照装置，尤其是用于用根据权利要求1所述的相对应光混合装置进行牙科物质聚合的光固化装置，被专门用于提供用于实现本发明目的的创造性解决方案。

进一步有利的改进之处从说明书的上下文并尤其从所阐述的子权利要求得到显现。来自说明书上下文和子权利要求的所有公开的技术特征可以根据本领域技术人员的技术知识自由地组合，并且可以分别与独立权利要求1或13的特征结合地在技术上联合地实施。

在该方面尤其有利的是，由于使用本发明的光混合装置，可以出人意料地同时地实现单芯光导体和多芯光导体的优点，而不会导致所预料的不利之处。多芯光导体情况下出现的不良光混合得以完全避免，还有对纤维束内的纤维的仅部分光撞击，该部分光撞击对于现有技术状态的相应装置不得不主要发生在中心光纤维上以便将旁路损失保持在限度内。此外，不必在光入射侧上使用聚光透镜；而是能够将由一个或更多个LED芯片所发出的光辐射直接供应到光混合装置。由于光入射表面相当地大，光混合装置完全吸收光辐射并且向前导引或供应光辐射。

在该方面，还能够在本发明的修改实施例中将光导体中多于一个的多芯区段和/或单芯区段彼此连接。这例如在光导体非常长并且光导体沿着其延伸部或伸长部包括不得不剧烈弯曲的位置的情况下是有利的。在所述位置处形成多芯区段，并且在其余部分处形成单芯区段。而且，将可想到的是将更多的本发明光混合装置布置在辐射路径内。

鉴于光纤维提供的光输出与单芯光导体相比通常少15%，其被独创地提供以大大地减少这些输出损失。如果仅在光出射侧上将处于前面并由此为三分之一的光导体形成为多芯的，并且将后面的三分之二的光导体形成为单芯的，则产量损失或输出损失从15%减小到5%。

此外尤其有利的是，根据本发明，由光纤维或多芯光导体显现出或成像出的LED芯片图像得以阻止。在本发明的光混合装置中产生出所供给的光辐射的强混合，并且以这种方式提供均匀化和光标准化。

因而，可以借助实施若干颜色不同的LED芯片来提供多个期望的不同发射光谱，所述若干颜色不同的LED芯片布置在光照装置或光固化装置的发光装置中，并且事实上不需要使用额外的聚光透镜以及其它精密或复杂的均匀化装置。这也尤其适用于被通常布置成三角形的颜色不同的光导体芯片，所述颜色不同的光导体芯片具有例如在红色、绿色和蓝色光谱范围内的发射最大值，并且可以从所述颜色不同的光导体芯片通过添加光混合而产生任何光色。

此外，借助于本发明的器件或装置，可以避免所有与高温灭菌消毒有关的上述现有技术问题，所述问题尤其是由高温消毒、温度变化、高压和强压力变化所导致，所述问题也是表面和腔体的保湿和再干燥问题以及与空隙和腔体中的消毒不充分、部件老化和脆化有关的问题，还有与空气填充或液体填充的腔体有关的问题，等等。

此外，可以以简单的方式排除对已消毒部件的再感染，这是由于可移除或可拆卸的光导体可以在其使用之前在再感染安全环境下保存在无菌储存容器中。又一个优点是在高温灭菌处理期间的低空间要求，这是由于仅对从装置拆卸的光导体进行消毒处理，但也可以将多个受污染的光导体在其联合地在高温灭菌器中受处理之前方便地收集起来。

本发明的解决方案的又一个优点在于，可以可靠地避免在这种装置的光引导辐射路径中的光学部件遭到破坏或失调，该破坏或失调例如在现有技术中会因操作期间的热发展以及因高温灭菌而发生。对于该方面，迄今为止在流行的光照和光固化装置中，一方面由于不同的材料的热膨胀——即不同的具有低膨胀系数的光学玻璃、具有高膨胀系数的金属保持器和塑料部件——会出现强张紧、破裂、破损和失调。

根据本发明的解决方案的又一个优点在于，如果布置本发明的光混合装置，则可以省略了可靠地保护发光二极管或半导体辐射源以及相关联的反射器以防污染、湿气和破坏的强制性保护玻璃。优选地，甚至能够维持根据现有技术的传统光导体的经过反复测试的插入联接式解决方案，该方案具有在光照装置或光固化装置中的衬套和在光导体处的套管，并且进一步使用相应装置的经过反复测试的构造设计。由于本发明的解决方案而没有扩大装置的结构形状或者没有显著地增加重量，使得可以完全维持相应装置的紧致性和轻便性。

同样地，本发明的解决方案可以仅在最少构造变化的情况下以非常低的成本结合到所有传统装置中。此外，能够在医学或牙科医学手术中或者例如在牙科实验室中非常简单地组装或更换光导体。另外，根据本发明的解决方案极其容易在服务工场中维护。

出人意料地，利用本发明的光混合装置，尽管该光混合装置具有简单的结构和非常短的总体长度，即在尤其是与现有技术中传统使用的装置的发光装置中的反射器布置相互作用的光混合构件内的非常短的光混合长度，以及由于在这种装置的光路进程中在固体与再次固体之间的边界表面的多相转变或界面相互作用，例如发光二极管/空气、空气/反射器、反射器/空气、空气/保护玻璃、保护玻璃/空气、空气/光混合构件、光混合构件/空气、空气/纤维束，还由于界面反射和所造成的在光学路径或辐射路径中的不同辐射束的行进时间差及其叠合，可以在光导体纤维束的整个出射表面上的光谱发射曲线和强度分布方面实现出乎意料的高度均匀化。同时，对于由发光二极管所产生的整个辐射能量仅会出现非常低的光损失，直到光导体光纤维束的出射端部为止。因而，可以毫无疑问地省略用光学透明的粘结剂粘合在光混合构件和纤维束之间，而不会导致更高的光损失。

以这种方式不但可以减少生产费用和操作费用，还可以尤其有助于与光混合装置独立地处理光导纤维束。由此，能够获得对本发明目的完全有利的解决方案，并且可以实现与处理、卫生和消毒有关的优点。

由于所提及的解决方案而可以废弃早前已提出的、具有已知缺点的消毒问题解决方案（即在光导装置上使用可高温灭菌涂层或一次性涂层）。使用根据本发明的解决方案，可以可靠地避免与玻璃、塑料、金属的不同材料膨胀系数有关的所有问题，这些问题尤其发生在光学辐射路径中的不同部件之间的结点处，即，例如在光混合构件和纤维束之间的结点处。

本发明解决方案的又一个优点在于，使用昂贵纤维束（包括各个光纤维的随机布置）在将来不再是必要的，这样一方面可以在生产光导体时大幅节约成本，并且另一方面不再发生由于在使用中和在高温灭菌期间的热膨胀所导致的机械问题，例如纤维的扭曲和挤压。

此外，本发明的解决方案能够非常容易地且划算地提供光照装置或光固化装置，该装置的发射工作光谱可以借助于具有不同发射光谱的发光二极管通过分别对不同发光二极管加以电子控制而对其光谱进行添加光混合来合成。特别出人意料的是，由于仅使用最简单光学器件的本发明解决方案的特定构造，可以针对在整个光照横截面上的光强度和发射光谱实现非常高程度的均匀化，并同时可以改进光传播的效率和减少功率损失。

有利地，本发明的光混合装置可以相对于发光二极管或半导体光源理想地定位。这样做时，可以选取定位参数以使光混合构件的入射表面定位成相对于被分派给半导体光源的反射器或发光二极管的相应焦点“不对焦”，并且在一方面，所述入射表面能够通过入射光束或光线照亮其整个表面，而在另一方面，进入的辐射的入射角区域几乎最大程度地充分利用由光混合构件的光入射端部的数值孔径所预定的入射或接受光锥。

又一方面，在根据现有技术的装置中经常由于在操作期间和在高温灭菌处理期间的较大温差所导致的问题在于，在该方面通常使用的光导体的纤维束的长纤维由于在操作期间的热发展并且尤其在高温灭菌处理期间的热影响而相对应地强烈膨胀，其中较长的光纤维自然比较短的光纤维更加强烈地膨胀。由于通常弯曲或曲拐的光导体纤维与这种装置一使用，在弯曲部外侧处的纤维束的长光纤维比起在弯曲部内侧处的短纤维更加强烈地膨胀。由此，强烈的温度变化导致相当大的热变形，这也会导致布置在其最紧邻的玻璃本体失准或破损。此外，在一方面，不但在玻璃纤维和其保护包套之间而且还相对于包围整个纤维束且使其机械稳定的塑料套管而言通常产生位移和局部滑移，如此导致先前整平且精细抛光的光入射表面和光出射表面永久地扭曲，而这样的扭曲在使用多年时因频繁的强烈温度变化而随着时间推移基本增大。结果增大了各个光纤维相对于彼此的位移，以及在纤维束与可能相邻或抵接的光学部件之间的位移和可能应力，导致机械问题和光学问题以及调节问题。此外，纤维束的纤维与相邻光学部件的距离会发生变化，并且在纤维束与相邻光学部件之间会形成距离未定的、不规则的或不均匀的不规则空隙。

作为本发明的解决方案的又一个优点，避免了在光路的光束路径中的每个不必要的额外弯曲。具体而言，可以省略在（单芯）光导棒内的任何弯曲，该弯曲如已示出地会导致光路内相当大的额外光损失并且使效率显著恶化。

与从公开文献DE-OS2352670已知的柔性单芯光导体相比较，如根据本发明所使用的多芯区段还具有以下优点，即，与光导体的笔直布局有关的产出损失极不迅速地增大。剧烈弯曲的多芯光导体通常具有比弯曲了相同曲率半径的单芯光导体更小的衰减量，使得根据本发明总是会在光导体的弯曲或曲拐区段中使用多芯光导体。在该方面，尤其有利的是将具有弯曲部的多芯区段或被曲拐的多芯区段尤其布置成靠近光出射侧端部。

出人意料地，本发明还具有一个优点，即，具有大约为光混合装置直径量级的小的总体长度的光混合构件能够将具有不同颜色的LED芯片或半导体辐射源或其各种发射光谱的光彻底地混合，使得混合良好的光进入光导体的多芯区段，并且可以确定没有在光导体的整个光出射表面上的颜色变化。

光导体相对于光源的安装可以以任何适当的方式（例如在衬套的帮助下）实现，所述衬套也能够使光导体可相对于光源转动并从该光源移除。但是迄今为止在本技术领域的阐述中所教导的用在光导体和光照或光照固化装置之间的所有其它设计变型方案可以毫无疑问地与本发明的解决方案组合。因而，光导体和光照或光照固化装置之间的连接接口可以在无需开发专门解决方案的情况下以任何期望的方式适应于技术要求。

在优选的实施例中，光混合构件可以以旋转对称的方式构造。结构上，这表示一种专门功能性的解决方案，所述解决方案进一步允许光混合构件的光学性质针对给定总体长度上的均匀化性能的大幅度适应，例如适应于相对于发光装置所预定的几何光学辐射路径，并且所述解决方案还允许针对光混合构件与光导体的光纤维束之间的、与光混合构件的光入射端部有关的数值孔径的任何必要的适应。此外，在一方面，能够使光混合构件的光入射表面的尺寸适应于发光装置的几何形状，在另一方面，例如能够将光的能量集中到具有较小直径的纤维束上。此外，例如光混合构件的横截面中的曲壁区段或渐缩部可以影响或修改在光混合构件内被内部完全反射的光束的反射角，并且由于光的更大数量的壁反射，可以进一步改进在光混合构件内的光均匀化。

在又一个有利的实施例中，光混合构件可以被柱形地构造，并且优选地包括平面形的光入射和/或出射表面。光混合构件的该设计可以在技术上以尤其简单的方式实现，并且从而可以非常划算地生产，但是其能够出人意料地在光纤维束整个出射表面上的强度分布和光谱发射曲线方面实现高度的均匀化。

在又一个优选的实施例中，光入射和出射表面包括抛光表面和/或表面精整处理或涂层或其它减少反射的涂层，并且/或者所述光入射和出射表面可施加浸没物质。在其剩余表面粗糙度优选地最多达到所使用光的波长的一小部分的这种抛光表面的帮助下，光混合构件的传播特性可以得以改进，并且可以显著地减少光损失。可替代地或另外地，表面精整处理或涂层或其它减反射涂层可以被应用至光混合构件的光入射和/或出射表面。该措施可以在光通过光混合构件时进一步减少光损失。作为以上提及措施的可替代方案或除了以上提及措施以外，还能够将诸如浸没油（例如硅油）之类的浸没物质施加到光混合构件的相对应表面，以便使光混合构件与例如在带有相关联反射器的半导体光源或者发光二极管上的保护玻璃或者光导体的纤维束之间的空隙用该浸没物质完全填满，从而发生固体－液体－固体相位转变而不是固体－气体－固体相位转变。相对于空气折射率具有更高折射率的浸没物质能够进一步减少由于边界表面反射造成的光损失，并且继而再次执行随后光学部件的数值孔径的适应。

在又一个优选的实施例中，光混合构件可以包括光导材料，所述光导材料优选地具有：至少一个光导芯，所述至少一个光导芯优选地由具有第一折射率的芯玻璃制成；和光导包套，所述光导包套优选地由具有第二折射率的包层玻璃制成，所述第二折射率比所述第一折射率小，优选地小至少0.1个单位。光导材料能够将发光器件的发射光能量以极低的损失进行传导，并同时将所述发射光能量高效地供应到光导体中。这种光混合构件的共轴设计由具有不同折射率的两种不同透明材料制成，所述两种不同透明材料优选地是两种类型的玻璃，从而可以进一步减少与全内部反射有关的辐射损失，并且可以实现对辐射的更好引导。与传统的光导体（正如那些在光波导技术领域中广泛使用的光导体）相反，在本文所提及的光混合构件中，优选地在芯折射率和包层折射率二者之间具有明显差异，所述差异优选地达到至少0.1个单位。两个折射率之间的这种相对较大的差异扩大了光混合构件的数值孔径，并且也允许“捕获”入射光束，所述入射光束显著区别于光混合构件的光入射表面的入射轴线，并由此确保扩大发光装置辐射的入射光锥。作为又一个优点，用于在光混合构件中传导的辐射的全内部反射的角区域增大，由此反射系数得以大幅度地改进。对于光混合构件的芯和/或包层区域而言，除使用玻璃之外，还可以使用带有或者不带有掺杂的有机玻璃或者透明的塑性材料或者其它透明的无机材料或陶瓷。

在又一个优选的实施例中，光混合构件可以在其周向表面上包括反射增强涂层或反射套管。在这种额外设置的反射层的帮助下，可以进一步减少光混合构件内的光损失，并且同时可以显著地增大光混合构件的数值孔径，从而可以显著扩大光混合构件的光入射光锥的接纳角度。又一方面在于，在该示例性实施例中，在光混合构件内传导的光辐射在两个边界表面处发生反射，由此在光混合构件内反射地传导的每一条光束都被分成相对于彼此偏移的两条相应子光束，即，在光混合构件的芯和包层之间的边界层处部分全反射的一条第一子光束；以及在光混合构件的反射外层处发生发射的一条第二子光束，从而又进一步改进光混合构件的均匀化性能。

在又一个优选的实施例中，光混合构件的直径达到优选地介于2mm和20mm之间，尤其优选地介于6mm和15mm之间，尤其介于8mm和13mm之间，并且光混合构件长度大于直径的0.5倍，尤其大于直径的0.8倍，并且优选地小于直径的5倍，尤其小于直径的2倍。这些尺寸表示相对于光混合构件的几何结构而言尤为有利的构造尺寸设计。这样，可以以最小的外部尺寸实现最佳光混合和均匀化。另外地，由于通常用在医学和牙科医学的给定领域中，给定的直径还考虑到对于发光装置大小和光导体纤维束入射直径的几何光学条件。

在又一个优选的实施例中，光混合构件可以实施为具有反射侧壁的中空本体。这代表对于由一种或更多种透明固体材料制成的光混合构件的备选设计。在该方面，可想到的是在带有反射侧壁的、敞开的、填充空气的杆状中空本体中实现相应的辐射引导，并且例如可在光混合中空本体的入射和出射侧处设置玻璃罩。就这种密闭性密封的光混合中空本体而言，其内部还可以备选地用惰性或保护性气体填充，或者就液体光导体而言，其内部可以用透明的折射液体填充。

在又一个优选的实施例中，光混合装置可以包括安装套管，所述安装套管优选地由耐高温的塑性材料制成，尤其由砜、酮醚或酰亚胺塑性材料或塑性复合材料制成，光混合构件优选地以压配合方式和/或以稳固粘合的方式连接所述安装套管，所述安装套管能够优选以相对于光导体和/或发光装置的自调节方式连接到这两个部件中的至少一个。这代表用于将光混合构件安装在光照装置或光固化装置的光束路径内的尤为有利的设计。这样做时，安装套管可以连接到位于光照装置或光固化装置的外壳处或中的光导体和/或发光装置，其中安装套管优选地构造成使得安装套管相对于光导体和/或发光装置进行自调节，从而在不需要额外安装和调节努力的情况下精确地定位在辐射路径内。在该方面，安装套管至少在很大程度上优选地由耐高温的塑性材料制成，尤其是由砜、酮醚或酰亚胺塑性材料或塑性复合材料制成。这样一来，在一方面可以维持安装套管的所需耐热性、机械强度和尺寸稳定性，在另一方面还由于相对应塑性材料的弹性性质而实现了吸收热膨胀运动的能力和对热应力的限制。同时，由该塑性材料制成的这种安装套管使得能够在安装套管和光混合构件之间符合目的地使用压配合和/或预加载，从而在一方面，所述光混合构件能够以优选为压配合和/或稳固粘合的方式连接到安装套管，并且在另一方面，安装套管可以在压配合和/或预加载的情况下无间隙地并且抗湿度变化地固定在所述连接部件上。

在又一个优选的实施例中，光混合构件的光入射和/或光出射表面可以以平面的方式形成。由此，例如能够以略微波状或起伏状的方式（例如正如在水面中投入石子后出现的同心圆形波）来构造光混合构件的相应表面。由于这种表面设计，与平面形表面相对照，入射光和出射光沿着光混合构件的径向方向以交替方式略微偏折，并且在更大的角区域上传播，从而能够显著地增大光混合构件的光混合效果。可以借助分块面表面设计（faceted surface design）或借助对光混合构件表面的相应前侧的菲涅耳切割来实现类似效果。此外，还可想到的是凸出地或凹入地构造光混合构件的相应表面，由此增大用于光入射光锥的接纳角度或执行对入射和/出射数值孔径的适应，并且这样例如限制来自光混合构件的出射光束的发散并使其适应于光纤维束的数值孔径。

在又一个优选的实施例中，光混合装置可以分别附装在光照装置或光固化装置的外壳内，且光混合装置优选地可以在更换光导体期间保持在该位置中。这对于构造和处理二者而言是尤为简单的备选方案。这样以来，可以分别从光照装置或光固化构件的外壳简单且单独地移除光导体而不用移除没有光混合装置，以便用另一种类型的光导体更换光导体或在使用之后用新近消毒的光导体更换光导体。另外，就光混合装置而言可想到的是，所述光混合装置在外壳内固定地安装在发光装置上方，并且密闭地密封改发光装置，从而保护发光装置免受湿气和污染以及/或者破损。这样一来，可以在没有覆盖发光装置的额外罩玻璃的情况下实现以上效果，并且可以将让效率降低的边界表面反射减到最小。

在又一个优选的实施例中，光混合装置可以设置成和构造成用于改装光照装置或光固化装置，并且可安装在发光装置或所述光固化装置的外壳和光导体之间，优选地安装在衬套中。这使得能够用有利的本发明光混合装置去改装已经存在或者正被使用的光照装置或光固化装置，从而在后面的阶段用本发明的优点来提高光照装置或光固化装置的效率并改装这些装置。

此外，医学或牙科医学光照装置——尤其是用于牙科物质聚合的光固化装置——具有带发光装置的外壳、光导体以及布置在发光装置和光导体之间的光混合装置，所述医学或牙科医学光照装置被提供用于对本发明目的的解决方案，光混合装置具有先前提及的光混合装置的特征。

在有利的设计中，光混合装置可分别安装在光照装置或光固化装置内，光导体经由安装套管附装到外壳并可与外壳和光混合装置分离，光导体可在已经与外壳和光混合装置分离之后尤其与安装套管一起被高温灭菌。该设计对于其构造、安装和处理是尤为有利的，并且能够实现上述优点。在该方面，光导体可以分别从光照装置或光固化装置的外壳简单地移除或拆卸，而不用移除或拆卸光混合装置，从而用另一种类型的光导体更换光导体或在使用之后用新近消毒的光导体更换光导体。另外，就光混合装置而言可想到的是，所述光混合装置在外壳内固定地安装在发光装置上方并密闭地密封发光装置，以便保护发光装置免受湿气和污染以及/或者破损。这样一来，可以在没有覆盖发光装置的额外罩玻璃的情况下实现以上效果，并且可以将让效率降低的边界表面反射减到最小。

在医学或牙科医学光照装置（尤其是用于牙科物质聚合的光固化装置）的又一个有利的设计中，可以在光混合装置和光导体之间布置有调节和/或按压装置，光导体和光混合装置至少间接地借助于所述调节和/或按压装置以可拆卸且优选为弹性的方式彼此连接。由此，在一方面，能够提供这种调节和/或按压装置，即，在所述调节和/或按压装置的帮助下，光混合装置以在几何结构上受光学限定的方式与光导体连接，在移除光导体时，所述光混合装置随同光导体一起从装置移除，并且优选地在高温灭菌之前仅在高温灭菌处理的进程中与光导体分离。然而优选地，光混合装置在外壳中布置在发光装置前面并附装在该位置处，光导体继而经由衬套套管结构连接到外壳，所述衬套套管结构作为插入连接件实施。这样一来，以上提及的调节和/或按压装置可以经由插入结构形成，光导体借助所述插入结构相对于光混合装置间接地、可拆卸地定位和调节，而相应的连接件在固定或锁定的条件下优选地也形成为弹性的。由此可以确保所提及的光学部件的简单可靠的调节和定位，并且因弹性而能够形成预张紧，改预张紧可靠地确保在整个操作温度范围上无空隙地定位光学部件。

在医学或牙科医学光照装置（尤其是用于牙科物质聚合的光固化装置）的又一个优选的实施例中，调节和/或按压装置能够使光导体受到沿光混合装置方向的按压压力，使得光混合构件的光出射表面能够相对于光导体的光入射表面确定地定位。在该实施例中，调节和/或按压装置确保在光导体和光混合装置之间的确定的按压压力，从而确保确定的预张紧作用，从而光导体和光混合装置可以以这种方式在整个操作温度范围上以可靠且无空隙的关系相对于彼此定位。由此，例如还可想到的是，在光混合装置和光导体的最高质量的相应齐平表面之间提供止挡件，或在两个光学表面中的一个光学表面的外周边区域中施加或气相沉积一薄间隔件，以便在光混合装置的出射表面和光导体的入射表面之间调节或给出确定的恒定空隙。在例如可以在气相沉积的帮助下在两个光学表面中的一个光学表面上形成微间隔件的情况下，也可以生产出小于四分之一波长的亚微观空隙，在所述亚微观空隙的帮助下可以在最大可能的程度上消除在光混合构件和光导体的光学表面处的边界表面反射。然而，总的来说将足以设定大约100μm至200μm量级的空隙。

在医学或牙科医学光照装置（尤其是用于牙科物质聚合的光固化装置）的又一个优选的实施例中，调节和/或按压装置可以在光混合装置和光导体之间具有弹性膨胀储备，其尤其用于维持按压压力和/或用于确保所述调节，同时提供用于热膨胀运动的偏移或校正能力。由于这种弹性膨胀储备，可以对于所有温度和所有操作条件确保和维持在光导体和光混合装置之间的尤为可靠的定位和调节，由此，可以由于弹性而构建起预张紧，所述预张紧可靠地确保在整个操作温度范围上无空隙地定位光学部件。

在医学或牙科医学光照装置（尤其是用于牙科物质聚合的光固化装置）的又一个优选的实施例中，调节和/或按压装置可以包括至少一个弹簧元件，尤其是环状弹簧元件，所述弹簧元件利用套管和/或衬套的凹陷部（尤其是利用套管和/或衬套的环状槽）而锁定在适当位置中，所述弹簧元件与凹陷部（尤其是环状槽）的形状和/或布置相互作用，以便可以产生出光导体沿着光混合构件的轴向方向对光混合构件的按压压力。这尤其是这种调节和/或按压装置的简单的、可靠的和久经考验的结构实施例。优选地，这种环状弹簧元件可以例如被采用为由高弹性硅酮材料制成的O型环，由此套管和衬套的相应环状槽朝向彼此略微轴向地位移，以便当硅酮O型环插入和锁定在适当位置中时使硅胶O型环不但沿着径向方向被预张紧而且沿着轴向方向被预张紧，从而确保两个光学部件的上述轴向按压压力分别抵抗彼此或抵抗相对应的止挡件，并由此提供相应表面的精确间隔。然而，还将可想到的是以许多其它方式提供这样的弹簧元件，例如在外壳的衬套区域中提供弹簧加载的、径向引导的球形件，所述球形件可以利用光导体套管内的相对应环状槽而锁定在适当位置中。然而有利的是将调节和/或按压装置实施成使得光导体的衬套可以相对于光照装置和/或光固化装置的外壳扭曲，并可拆卸地安装在所述外壳上。

除此之外还可以有利的是提供这样的光导体，即，所述光导体沿着其整个长度或在其一段中是多芯的，并且同时在其至少数个区段中具有锥形的各个光纤维，或在所述光导体中使用锥形延伸的单芯光导区段，使得该光导体尤其朝向光出射侧端部渐缩，并将发光装置的整个辐射能量对焦在出射侧处的小区域上，从而增大照亮的或者光或辐射射击区域的功率和能量密度。

附图说明

以下参照附图中所示实施例更加详细地解释本发明。

从以下参照附图对本发明示例性实施例的说明得到其它优点、细节和特征，在所述附图中：

图1示出本发明的光混合装置的实施例的示意性剖视图，本发明的光混合装置安装在用于牙科物质聚合的光固化装置的发光装置与用于照射待固化的牙科物质的光导体之间。

具体实施方式

图1示出用于牙科物质聚合的光固化装置的发光装置1，所述发光装置1具有光混合装置2，所述光混合装置2随后沿着辐射路径附装到所述发光装置，所述光混合装置2布置在发光装置1和光导体3之间。发光装置1包括载体，在所述载体上布置有发射光谱彼此不同的发光二极管4。由此在发射器5的帮助下，发光二极管的光沿着光混合装置和光导体方向成束或对焦。在这些发光二极管4和发射器5前面布置有矿物保护玻璃6，所述矿物保护玻璃6在其两侧上均具有抗反射涂层以分别在入射侧和出射侧二者上将空气和固体或固体和空气之间的光相位转变处的光损失和反射减到最小。

光混合装置2包括：保持器7，所述保持器7由耐高温的塑料（诸如纤维增强的聚砜塑料）材料制；和光混合构件8。在保持器7的帮助下，光混合构件8由此在外壳中在保护玻璃6后方100μm至200μm的限定距离处布置和保持在光路中。光混合构件具有10mm的直径和8mm的长度，并且完全覆盖发光装置1的整个区域，该区域包括发射器5乃至其在光入射侧上的内外轮廓。光混合构件8由此包括内芯（附图中未示出），所述芯由高折射率的芯玻璃制成，所述芯玻璃具有1.6的折射率，所述芯玻璃由护套玻璃层共轴地包围，所述护套玻璃层具有1.5的折射率，所述护套玻璃层另外在其外周边侧处包括反射保护涂层和在所述反射保护涂层外部的薄塑料保护涂层。

由此，整个光混合构件8的形状设定成具有柱形形状，该柱形形状具有整平和精细抛光的光入射出射表面，所述柱形形状的其余表面粗糙度在小于100nm的范围内，并且所述柱形形状还具有抗反射涂层。光混合构件8以压配合的方式附装在保持器7内，并另外用专用粘结剂紧固，并且抵靠该保持器密闭地密封。塑料衬套9沿径向包围住保持器7，所述塑料衬套9附装到外壳（未示出），并用做光导体3的插入保持器的部件。柱形塑料衬套9在其内周边侧处包括环状槽10，在所述环状槽10中插入有由硅酮制成的O型环11。所述O型环11与由纤维增强型聚砜塑性材料制成的塑料套管部件13中的相对应环状槽12卡合连接，由此所述O型环11将套管部件相对于光混合装置2在预张力下保持在适当位置中。在做成中空的塑料套管13内布置有光导体3，所述光导体3包括双对接的纤维束和包围整个纤维束的稳固粘合的保护性增强塑料覆盖件15，该覆盖件继而经由粘结剂粘合而稳固地粘合到塑料套管13。

在该示例性实施例中，经由塑料套管13间接地实现光导体14的光入射表面与光混合构件8的光出射表面之间的调节，所述塑料套管13在其远侧端部处具有轴颈部，该轴颈部借助O型环11被预加载在塑料衬套9上，由此在塑料衬套9内的光混合构件8经由保持器7保持在其准确位置中，但被构造成和附装为围绕轴线转动。这样一来，在光混合构件8的光出射侧表面与光导体14的光入射侧表面之间还确保有大约100μm的恒定间隔。由此，光导体3借助由高度弹性硅酮制成的O型环10经由其塑料套管13而容纳在塑料保持器9内以便在其中转动。纤维束14的光入射侧直径准确地对应于光混合构件8的光出射侧直径，并且总计为10mm，但纤维束14的远侧端部朝向光出射位置均匀地渐缩到8mm。发光二极管4可以被单独地加以电子控制以便分别设定和监测发光二极管的功率，从而在一方面能够操作发光二极管直至最大极限性能，而不会使发光二极管过载或破损，并在另一方面能够独立地控制发光二极管的光功率。通过如此，可以控制具有不同发射光谱的发光二极管以便通过多个发光二极管借助额外的颜色混合来提供期望的光色和/或期望的发射光谱，并且可以在光混合构件8内将所述期望的光色和/或期望的发射光谱混合和均匀化。光导体3在其远侧端部附近包括弯曲部，所述弯曲部相对于光入射轴线具有大约60度的偏移角。

所述的实施例的所有细节和价值将仅理解为是示例性的，并且在权利要求的保护范围内被修改。即使本发明在此与牙科光固化装置中的用法结合地说明，也将理解，在需要光导体的其它设备中，尤其在诸如内窥镜的医学装置或其它光源中，也有利地采用本发明的基本观念，例如用于医学研究、在实验室中使用或工业目的。

Claims (43)

1.一种光混合装置，所述光混合装置用于牙科医学光照装置，所述光照装置包括带发光装置的外壳以及光导体，

所述光混合装置(2)包括：杆状的光混合构件(8)，所述光混合构件用至少一种透明材料制成；以及保持器(7)，通过所述保持器，所述光混合装置(2)能够安装在所述发光装置(1)和所述光导体(3)之间并能够与所述光导体(3)分离地被保持在适当位置中，其中，

所述光混合装置(2)的所述保持器(7)被轴承衬套(9)径向地包围，所述轴承衬套在周向内侧上包括第一凹陷部，经由所述第一凹陷部、弹簧元件和第二凹陷部、中空的轴承套管(13)，能够产生所述光混合装置(2)和光导体(3)的卡接配合，所述光导体(3)的近侧端部定位在所述中空的轴承套管(13)内。

2.根据权利要求1所述的光混合装置，其中，所述轴承套管(13)包括在其远侧端部处的轴颈部。

3.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光导体(3)包括双对接的纤维束(14)和包围整个所述纤维束的稳固粘合的保护性增强塑料覆盖件(15)，该覆盖件继而经由粘结剂粘合而连接到所述轴承套管(13)。

4.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光导体(3)在其远侧端部附近包括弯曲部，所述弯曲部相对于光入射轴线具有大约60度的偏移角。

5.根据权利要求1所述的光混合装置，其中，所述轴承套管(13)和所述轴承衬套(9)包括塑料。

6.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)以旋转对称的方式形成。

7.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)以柱形方式形成，并且包括平坦的光入射表面或光出射表面。

8.根据权利要求7所述的光混合装置，其中，所述光入射表面或光出射表面包括抛光表面或表面调质部或减反射涂层，或者所述光入射表面或光出射表面能经受浸没物质。

9.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)包括光导材料，所述光导材料具有至少光导芯，所述光导芯由芯玻璃制成，所述芯玻璃具有第一折射率，并且所述光导材料具有光导包套，所述光导包套由包层玻璃制成，所述包层玻璃具有第二折射率，所述第二折射率低于所述第一折射率。

10.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)在其周向表面上包括增反射涂层或反射套管。

11.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的直径介于2mm和20mm之间，并且所述光混合构件(8)的长度大于所述光混合构件(8)的直径的0.5倍。

12.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)形成为带有反射侧壁的中空体。

13.根据权利要求1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合装置(2)包括安装套管，所述光混合构件(8)连接所述安装套管，所述安装套管能够相对于所述光导体(3)和/或所述发光装置(1)连接到所述光导体和所述发光装置(1)中的至少一个。

14.根据权利要求中7所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的所述光入射和/或光出射表面中的至少一个表面以非平面形的方式形成。

15.根据权利要求中1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合装置(2)能安装在所述光照装置的外壳中。

16.根据权利要求中15所述的光混合装置，其中，所述光混合装置(2)能够当更换所述光导体(3)时保持安装在所述光照装置的外壳中。

17.根据权利要求中1或2所述的光混合装置，其中，所述光混合装置(2)设置成和构造成用于改装光照装置或光固化装置，并且能够安装在所述光固化装置或所述发光装置(1)的外壳与所述光导体(3)之间。

18.根据权利要求中17所述的光混合装置，其中，所述光混合装置(2)能够以处于所述轴承衬套(9)中的方式安装在所述光固化装置或所述发光装置(1)的外壳与所述光导体(3)之间。

19.根据权利要求1所述的光混合装置，其中，该光混合装置用于牙科物质聚合的光固化装置。

20.根据权利要求1所述的光混合装置，其中，所述透明材料为玻璃。

21.根据权利要求1所述的光混合装置，其中，所述第一凹陷部是第一环状槽(10)，并且所述第二凹陷部为第二环状槽(12)。

22.根据权利要求9所述的光混合装置，其中，所述第二折射率比所述第一折射率低了至少0.1个单位。

23.根据权利要求11所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的直径介于6mm和15mm之间。

24.根据权利要求23所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的直径介于8mm和13mm之间。

25.根据权利要求11所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的长度大于所述光混合构件(8)的直径的0.8倍。

26.根据权利要求11所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的长度小于所述光混合构件(8)的直径的5倍。

27.根据权利要求26所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)的长度小于所述光混合构件(8)的直径的2倍。

28.根据权利要求13所述的光混合装置，其中，所述安装套管由耐高温塑料制成。

29.根据权利要求28所述的光混合装置，其中，所述安装套管由砜、酮醚或塑性复合材料制成。

30.根据权利要求13所述的光混合装置，其中，所述光混合构件(8)以非刚性和/或稳固粘合的方式连接所述安装套管。

31.根据权利要求13所述的光混合装置，其中，所述安装套管能够相对于所述光导体(3)和/或所述发光装置(1)以自调节的方式连接到所述光导体和所述发光装置(1)中的至少一个。

32.一种牙科医学光照装置，包括：带发光装置的外壳、光导体(3)以及根据以上权利要求中任一项所述的光混合装置(2)，所述光混合装置布置在所述发光装置(1)与所述光导体(3)之间，其中，所述光混合装置(2)的保持器(7)被轴承衬套(9)径向地包围，所述轴承衬套在周向内侧上包括第一凹陷部，经由所述第一凹陷部、弹簧元件和第二凹陷部、中空的轴承套管(13)，能够产生所述光混合装置(2)和光导体(3)的卡接配合，所述光导体(3)的近侧端部定位在所述中空的轴承套管(13)内。

33.根据权利要求32所述的牙科医学光照装置，其中，所述轴承套管(13)包括在其远侧端部处的轴颈部。

34.根据权利要求32或33所述的牙科医学光照装置，其中，所述光混合装置(2)能够安装在所述光照装置或所述光固化装置的外壳中，所述光导体(3)能够经由所述轴承套管(13)附装到所述外壳并能够与所述外壳和所述光混合装置(2)分离，并且所述光导体能够在分离之后被高温灭菌。

35.根据权利要求32或33所述的牙科医学光照装置，其中，在所述光混合装置(2)和所述光导体(3)之间布置有调节和/或按压装置，所述光导体(3)和所述光混合装置(2)至少能够间接地借助于所述调节和/或按压装置以能拆卸的方式且以弹性的方式连接。

36.根据权利要求35所述的牙科医学光照装置，其中，所述光导体(3)能够通过所述调节和/或按压装置被加载朝向所述光混合装置(2)的按压压力，由此，所述光混合构件(8)的光出射表面能够相对于所述光导体(3)的所述光入射表面以确定的方式定位。

37.根据权利要求35所述的牙科医学光照装置，其中，在所述光混合装置(2)与所述光导体(3)之间的所述调节和/或按压装置包括弹性膨胀储备，该弹性膨胀储备用于维持所述按压压力和/或用于确保所述调节，同时具有用于热膨胀运动的校正能力。

38.根据权利要求35所述的牙科医学光照装置，其中，所述调节和/或按压装置包括至少一个弹簧元件，所述弹簧元件借助于所述轴承套管(13)和/或所述轴承衬套(9)的所述凹陷部而锁定在适当位置中，所述弹簧元件与所述凹陷部的形状和/或布置相互作用，以便能够产生所述光导体(3)沿着所述光混合构件(8)的轴向方向对所述光混合构件的按压压力。

39.根据权利要求32所述的牙科医学光照装置，其中，该医学或牙科医学光照装置是一种用于牙科物质聚合的光固化装置。

40.根据权利要求32所述的牙科医学光照装置，其中，该第一凹陷部是第一环状槽(10)，并且所述第二凹陷部是第二环状槽(12)。

41.根据权利要求34所述的牙科医学光照装置，其中，所述光导体能够在分离之后与所述轴承套管(13)一起被高温灭菌。

42.根据权利要求38所述的牙科医学光照装置，其中，所述弹簧元件是环状弹簧元件(11)。

43.根据权利要求38所述的牙科医学光照装置，其中，所述弹簧元件借助于所述轴承套管(13)和/或所述轴承衬套(9)的所述环状槽(10，12)而锁定在适当位置中。