CN108700262A - 带有光源的匀光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种匀光器，所述匀光器具有入口面和出口面，所述入口面和出口面是不一致的，在入口面和出口面之间有至少一个斜面延伸。所述斜面具有沟槽。这里设定，匀光器构造成空心体，所述空心体起反射作用地包围LED芯片(14)。

Description

带有光源的匀光器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的匀光器以及一种根据权利要求15的前序部分所述的光固化装置。
背景技术
长期以来就已知的是，在光固化装置中、特别是用于牙科用途的光固化装置中使用光导体，以便将来自光源的光导向处置部位。光导体可以构造成光导棒或者构造成光纤棒，或者以光导棒和光纤棒的组合构成。
通常采用LED芯片作为光源，但也可以采用激光芯片作为光源，这些光源分别在预先规定的波长谱中发光并且在应固化的牙科修复材料中激发分别混入的光敏引发剂，例如樟脑醌，以便确保实现聚合反应。
特别重要的是，聚合反应均匀地并且还以相应的深度效果进行。对于深度为多个毫米的牙科修复件选择相应较长的聚合反应时间，以便确保较深处的区域也发生聚合反应，而重要的是，沿水平方向、即沿横向于光导棒的发射轴的方向也应均匀地进行聚合反应。通常由光源发出的光会发生会聚，如例如由US 4 742 432 A1已知的那样。由此形成中心聚集效应(Mittenbetonung)并且还形成对所发出的光束的聚焦。这种中央集中用肉眼无法轻易识别，并且牙科医师会认定，在整个具有例如1cm的圆直径的发射区域上实现均匀的发光，虽然由于所述中心聚集效应并不是这样。
为了消除中心聚集效应和不均匀的照射，长期以来就已知的是，在光导棒或光纤棒与光源之间设置混合体。例如使用具有微型反射体的玻璃体作为光混合体，所述微型反射体均匀地分布在玻璃体中。也可以使用玻璃体或其他透明体的浑浊物(Eintrübung)，以便确保实现均匀化和散射。
此外还已经提出的是，在光混合体上在外面设置肋片，所述肋片基本上沿光混合体的纵向、即基本上平行于光方向延伸。这些纵向肋片根据具体的肋片角度、特别是由于环境空气与由玻璃或其他透明的塑料材料构成的光混合体之间的不同的折射系数分别产生不同的反射。
还已经提出的是，使玻璃光混合体的肋片镜面化，其方式是蒸镀一个镜面层，并且由此改进反射效果。
LED芯片通常以这样的布置形式存在，这种布置形式具有长方形或者甚至是正方形的外部尺寸。
另一方面，根据光固化装置希望的功率和布局可以采用多种不同形式的LED芯片布置形式，从而为了实现优化的光混合必须预备不同的光混合体。
而且存在具有8mm直径和10mm直径的光导棒。相应地还必须在出口侧对这样的要求加以考虑，即要提供不同的光射出面，以便确保无损失地引导光，这又会使得所需的光混合体数量再次加倍。
此外，已知肋片式混合器作为具有不同的入口形状和出口形状的匀光器。这类匀光器通常具有入口面和出口面并且用透明材料填充。备选地，所述匀光器也可以构造成空心体。这里不利的是，产生附加的耗费并且还有通过这类作为附加部件的匀光器产生的光学损失，从而通常不会使用这类匀光器。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供根据权利要求1或15的前序部分所述的匀光器或光固化装置，所述匀光器或光固化装置在光输出和发光的均匀化方面、但也在库存成本方面得到优化。
所述目的根据本发明通过权利要求1或15来实现。有利的改进方案由从属权利要求得出。
根据本发明，光混合体或匀光器设有沟槽，所述沟槽按本身已知的方式从入口面延伸到出口面。根据本发明的匀光器构造成空心体。在内部存在空气或其他气体，或者在必要时也存在真空。
特别有利的是，所述匀光器根据本发明包围光源。由于将匀光器构造成反射性的空心体，所述匀光器这里反射由光源发出的光，从而匀光器同时用作用于光源的主反射器。
用于提供单独的匀光器的附加耗费因此可以取消，并且根据本发明的空心体因此具有双重功能，因此这以出人意料简单的方式相对于目前为止已知的方案构成明显的进步。
优选所述匀光器在出口面用透明的板封闭。优选匀光器的空心体以其入口侧的端面放置在底板上，所述底板平行于入口面延伸并且光源的LED芯片也安装在所述底板上。这里可以方便地实现密封。空心体的内腔因此是密封的，这防止可能出现污染。
根据本发明，匀光器作为具有沟槽的主体存在，所述沟槽绕外周延伸。空心体的壁部因此不是平直的，而是围绕整个周边开有沟槽。在一个设计方案中，这有利于实现可变形性，因此出人意料地利用根据本发明的空心体能够覆盖所有在实践中出现的入口和出口侧配置。
在一个改动的设计方案中，匀光器构造成厚实的主体，所述主体在外部优选基本上是圆柱形的而在内部基本上是截锥形的。在这个设计方案中，为了便于安装在底板上，将匀光器实现为两部分式或多部分式的是合理或者甚至是必要的。
可以理解的是，此时也可以在外面在匀光器的圆柱形外表面上构成卡口锁定封闭件，这种封闭件破坏了圆柱性。
作为厚实的主体的设计方案此外还具有这样的优点，即，改进了LED芯片的散热，在需要时也可以在外部在匀光器体上设置冷却肋片。
为了在出口面上实现将直径从10mm降低到8mm，空心体以其带沟槽的内壁直接插入用于8mm光导棒的相应容纳套筒中，所述光导棒从这里延伸离开。带沟槽的壁部是弹性的，从而所述壁部能够进行适配调整并且同时还由于其弹性保持了沟槽的均匀性。肋片角度此时较陡，但这不会妨碍匀化作用。
在入口侧匀光器空心体的壁部根据本发明也可以在需要时变形，从而即使在不同地装配光固化装置的预先准备的LED芯片时也可以分别实现最佳的适配。在根据本发明的空心体的入口侧和出口侧可以实现类似于自动的形状适配。
此外，在空心体的根据本发明的设计方案中，实现了自动从矩形到圆形的过渡。通常，入口面是矩形或多边形的，而出口面是圆形的。这自动使得空心体的壁部具有倾斜位置，这同样有利于对所导入的光进行多重反射和实现充分混合。
如果特别是在匀光器的入口侧设置了汇聚透镜，则所述汇聚透镜例如实现为平凸透镜。
通过具有成斜角的肋片的所述沟槽，实现了对导入的光辐射进行几乎无损失的或至少低损失的匀化作用。
所导入的光通过其命中和反射的斜角总是发生多次反射，这有利于散射效果。
在另一个优选的设计方案中设定，空心体由两个半壳构成。这两个半壳可以通过卡锁连接结构相互连接，从而所述半壳构成在横截面中为环形的空心反射器。
替代于此，根据本发明的沟槽式反射器也可以由任意数量的部段组装而成。优选所述反射器由聚碳酸酯以高表面质量制成并且具有涂层结构，所述涂层结构具有起反射作用的铝层和铝层上的附加的保护层。
起反射作用的空心体的入口侧或入口面可以具有任意的形状，以便与所使用的并且可能是浇注封装的LED芯片相适配。通常浇注封装的LED芯片的包络曲线至少是多边形的，而空心体可以在这里紧密地倚靠用SMD技术安装的浇注封装芯片。通常各LED芯片的浇注封装材料分别构成汇聚透镜。
相互隔开间距的各LED芯片具有至少部分不同的发射极值。所述LED芯片至少部分地与光导棒的入口侧的光轴不是同轴地设置。这使得可以将至少一种颜色的光不对称地导入匀光器中。由于在根据本发明起反射作用的空心体的沿多个轴倾斜的肋片上发生的多重反射，所发出的光束在空心体中往复反射多次，直至所述光束离开所述空心体。
因此特别有利的是，所述LED芯片设置在起反射器作用的空心体内部。所发出的辐射完全被反射，并且是以倾斜的角度并且多次反射，这特别有利于均化作用。
因此有利的是，根据本发明的匀光器构造成在内部反射的空心体。
在采用固定安装的光导棒时，在匀光器的出口侧可以省去附加的盖板，但特别是当光导棒可更换时，有利的是，设有透明的盖板。也可以实现在一定程度上柔性的接合结构，这种接合结构此时既可以适合于8mm的光导棒，也适合于10mm的光导棒。
沟槽的肋片可以具有任意适当的分布走势。已经证实特别有利的是，在展开情况下所述肋片的轮廓是锯齿形或三角形的。也可能有利的是，肋片或沟槽不是以具有恒定周期的规则的形状、例如三角形或正弦波形实现的，而是不规则地实现的，从而命中的光束以任意的并且不确定的方式被反射。
优选的是，肋片可以以不变的方式从入口面向出口面延伸，而在一个改动的设计方案中，也可能有利的是，至少一部分肋片的高度和/或宽度在从入口面到出口面的分布走势中是变化的。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，入口面的周长等于出口面的周长。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，沟槽的肋片连贯地从入口面延伸到出口面。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，沟槽的肋片沿径向向匀光器的内部观察尖锐地收尾。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，沟槽的肋片沿径向向内观察倒圆地收尾，特别是以小于其相互间的间距和/或其高度的三分之一、优选大致为六分之一的半径倒圆。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，肋片具有斜面，彼此相邻的肋片的斜面相互之间具有在60至110度之间、优选在80度以上的角度。
根据本发明的一个有利的设计方案设定，所述肋片在剖面中观察具有基本上正弦波形的分布走势。
附图说明
其他优点、细节和特征由下面参考附图对本发明的多个实施例的说明得出。
其中：
图1示意性示出带有相邻设置的LED芯片的剖开的匀光器的示例性布置形式；
图2示出根据本发明的匀光器的一个根据本发明的实施形式，其中LED芯片位于匀光器中；
图3示出根据图2的实施形式的剖视图；
图4示出根据图2和3的实施形式的另一个视图；
图5A至5D示出用于与根据本发明的匀光器一起使用的不同的可能的LED布置形式；
图6A至6C示出根据本发明的匀光器的内反射器的可能的形式；以及
图7用剖视图示出根据本发明的匀光器的另一个实施形式。
具体实施方式
由图1可以看到作为光固化装置的一部分的示例性匀光器10。与匀光器10的入口面12相邻地设置多个LED芯片14，这些LED芯片分别用透明的浇注材料16浇注封装，以形成汇聚透镜。在这个实施例中，浇注封装的LED芯片14与入口面隔开间距。入口面12大致是正方形的，在图1中示出一个矩形，因为匀光器10是剖开示出的。
匀光器10构造成空心体并在其外周上具有沟槽18。所述沟槽18包括多个肋片20，这些肋片均匀地绕周边分布。肋片20沿匀光器在外周上的走势延伸，就是说从入口面12延伸到出口面22。
肋片20在所示实施例中构造成三角形肋片。构成匀光器10的壁部24的全部材料都是开沟槽的，因此壁部22在内部以及在外部都是开沟槽的。
壁部24此外在内部还设有镜面化结构。所述镜面化结构例如可以通过蒸镀的铝层来实现。此时，在该铝层上优选还施加有保护层，以便确保实现保持同样好的反射特性。
空心体或匀光器10以其壁部24由聚碳酸酯构成，至少在内部具有高表面质量和小粗糙度。
出口面22在所示实施例中是圆形的。所述出口面适于将光输送给没有示出的光导体的输入端。所述光导体的输入端以最高只有百分之几的偏差精确地具有与出口面22相等的面积。由此实际上确保了从匀光器10到光导体的完全的光转移。
在图1中示意性示出光束25，所述光束由匀光器10多次反射地行进。特别重要的是，在肋片20上在内部进行倾斜的反射，这种反射会导致光束25不对称并且因此不受控制的分布并且提供了希望的匀化作用。
在图2中示出根据本发明的匀光器的一个实施形式。在这个实施形式中，入口面12构成LED芯片14的矩形包络曲线。这是指，匀光器以壁部24的内侧包围多个LED芯片14的多重布置结构，并且是与所述多重布置结构较为紧密地相邻。在这个实施形式中设有四个LED芯片14，这些LED芯片对称地设置。由于是剖视图，在图7中只能看到两个LED芯片14。入口面12围绕这些LED芯片14延伸并且优选是这样延伸，使得入口面较为紧密地贴靠在LED芯片14的外侧上。
LED芯片14因此容纳在匀光器10中。利用这个设计方案确保了，所有所发出的光立即进入匀光器10并且在肋片20上发生反射并且被不对称地转向的几率很大。
在图2中示出的实施形式中，壁部24由弯曲的并且焊接成管的聚碳酸酯薄膜来实现。在外部，壁部24是光滑的，而在内部所述壁部构成带沟槽的反射器。
出口面22也是圆的。所述出口面具有与入口面12相同的周长。由于这种形状不一致，附加于肋片20的斜度，形成了反射器26倾斜的侧面。反射器26和沟槽18多轴向的倾斜有助于改进匀化结果。
匀光器的根据图2的实施形式在图3中用剖视图示出。相同的附图标记这里在其他附图中也指示相同或对应的部分。由图3可以清楚地看到沟槽垂直入口面12以及垂直于出口面22的延伸。还可以看到，环绕的壁部倾斜地延伸并且因此使得入口面与出口面相适配。
在图4中示出的实施形式对应于在图2中示出的实施形式。附加地可以看到，光束25以怎样的方式多次反射并从入口面12朝出口面22的方向在沟槽18上反射的情况下多次转向地延伸。
图5A至5D示出包围LED芯片14的入口面12不同的可能的形状。壁部24并且由此还与起反射作用的空心体10分别在浇注封装的LED芯片14的平直的外侧上沿着所述外侧延伸。在彼此相邻的、但相互错开的角部，所述空心体倾斜地延伸，从而围绕所述浇注封装的LED芯片的包络曲线与LED芯片紧密相邻地延伸。
由图5A可以看到三个具有相同波长并且在一排中的LED芯片14的布置形式。与这些LED芯片间隔开地、但关于它们中心对称地设置地设有另一个较大的LED芯片，这个LED芯片同样由壁部24包围。
因此根据图5A壁部24具有六边形的形状。
图5B示出浇注封装的LED芯片14的一种布置形式，并且附加地示出在外周上在LED芯片之间的空隙中分布的传感器30。传感器30用于按本身已知的方式检测从受到加载的材料的表面、例如由牙科材料反射的光束。在所示实施形式中，传感器30同样由壁部24包围。
在一个改动的实施形式中设定，传感器30被排除在匀化作用之外，并且允许壁部24在传感器之内、但在LED芯片14之外延伸。此时，在传感器30所处的位置处，壁部24可以略凹入。
当应在LED芯片发光期间、即同时并且不是在脉冲间隙检测反射光时，这个设计方案是有利的。
由图5C可以看到LED芯片的不对称布置。三个LED芯片14相对于较大的浇注封装的LED芯片14沿侧向在旁边或沿对角线方向错开地延伸。匀光器10的壁部24也以尽可能短的包围长度绕LED芯片14延伸。
由图5D可以看到LED芯片14的布置形式的另一个设计方案。带有较少浇注材料的三个LED芯片14在三角形中延伸，并且具有较大的浇注材料的一个LED芯片14与斜边相邻地延伸。
这里形成壁部24的五边形的布置形式，所述壁部包围所有的LED芯片14。
由图6可以看到沟槽18的两种示例性的可能形状。根据图6A，沟槽并且因此还有肋片20基本上正弦状地延伸。肋片20的侧面32这里具有约45度的倾斜位置角度α。这个角度同时由dC和dH的比例得出，就是根据图6由周期和肋片高度的比例得出。这两个尺寸可以是恒定的，或者是绕位于内部的沟槽18的周边变化的。
图6A和6C示出了正弦波形的沟槽，而根据图6B可以看到三角形的沟槽，所述沟槽也具有倾斜位置角度α。在所示实施例中，这个角度为50度，从而肋片的张角为80度。另一个示例性的数值是α＝20度，相应地张角为140度。
由图7可以看到匀光器的另一个实施形式。匀光器10的壁部24构造成厚实的，并且匀光器10是两部分的，其中壁部24圆柱形的外侧由相应的卡锁片打破，但保持其圆柱形的基本特征。
匀光器10在外部是具有一定壁厚的厚实的、特别是基本上是圆柱形的主体，所述壁厚在出口侧至少相当于匀光器(10)的外半径的四分之一，而在入口侧相当于匀光器外半径的至少三分之一。
匀光器10在这个实施形式中同时用作匀光器和反射器，因此，匀光器10的内壁上的肋片18是镜面化的，以便形成反射器，并且因此反射器26朝出口面22锥形地扩张。
出口面22在这个实施例中由透明的盖板32覆盖，所述盖板在保持环34上相对于匀光器而且还保持密封。
根据图7的实施形式的特别之处在于，集成设置传感器30，所述传感器与LED芯片14一起安装在共同的底板36上。传感器30因此位于与LED芯片14相同的平面上。
倾斜的传感器光通道38和40从匀光器10的内腔朝传感器30延伸，所述传感器光通道由于其倾斜性优选接收反射的光、例如由牙表面反射的光，并将其输送给传感器30。
所述倾斜位置角度例如相对于匀光器10的光轴可以为30度，但也可以仅为15度或例如也可以为40度。
传感器光通道38和40分别明显与传感器30间隔开地终止。因此存在一定的热隔绝。包括匀光器和底板的整个结构单元容纳在封闭的壳体中，从而通过传感器光通道传导的光是唯一的能够到达传感器30区域的光。
根据本发明的匀光器10在这个实施形式因此具有三重功能。所述匀光器用作反射器、由于带有肋片18的沟槽而用作光混合器并且同时用作用于传感器光的传导体。

Claims (15)

1.匀光器，所述匀光器具有入口面和出口面，所述入口面和出口面特别是相互不一致的，在入口面(12)和出口面(22)之间有至少一个斜面延伸，所述斜面具有沟槽(18)，其特征在于，所述匀光器(10)构造成在内部起反射作用的空心体，并且在所述匀光器(10)中容纳有LED芯片(14)。
2.根据权利要求1所述的匀光器，其特征在于，入口面(12)构造成有棱角的，特别是四边形并且特别优选是矩形的，和/或出口面(22)构造成无棱角的、优选是圆形的。
3.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，与入口面(12)相邻地设置多个LED芯片(14)，这些LED芯片特别是分别浇注有汇聚透镜，所述LED芯片(14)完全容纳在反射器中。
4.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，匀光器(10)作为空心体一直延伸到底板(36)，LED芯片固定在所述底板上。
5.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，出口面(22)是封闭的、特别是用透明的盖板封闭，并且盖板特别是装入所述匀光器(10)中并且在其朝向出口面(22)的壁部(24)上在周边侧利用特别是透明的粘合剂与匀光器(10)粘合，其中所述盖板特别是对接地设置到匀光器(10)的出口面(22)上并且特别是固定在这里。
6.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器(10)在外部构造成厚实的、特别是基本上为圆柱形的主体，所述主体的壁厚在出口侧相当于匀光器(10)的外半径的至少四分之一，在入口侧相当于匀光器的外半径的至少三分之一。
7.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器(10)具有传感器光通道(38、40)，这些传感器光通道在空心体的内腔和空心体之外的区域之间延伸，特别是在LED芯片(14)的平面上延伸。
8.根据权利要求7所述的匀光器，其特征在于，所述传感器光通道(38、40)延伸到传感器(30)并从所述传感器出发沿径向倾斜向内朝匀光器的出口面(22)延伸。
9.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，沟槽(18)具有多个肋片(20)，特别具有10至100个肋片(20)并且特别是优选具有约20个肋片(20)，这些肋片围绕匀光器(10)的内周延伸。
10.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，沟槽(18)的肋片(20)在入口面(12)和出口面(22)之间以保持相同的形状延伸和/或沟槽(18)的所述肋片(20)以规则的模式、特别是以彼此间相同的间距设置。
11.根据权利要求1至11之一所述的匀光器，其特征在于，沟槽(18)的肋片(20)基本上相互平行地、但以彼此不同的形状延伸和/或沟槽(18)的形状、特别是沟槽肋片(20)的形状与由匀光器(10)传输的光波长或光波长范围相适配。
12.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，匀光器(10)的沟槽(18)具有反射层，特别是蒸镀的反射层。
13.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，匀光器(10)的出口面(22)与光导体的输入端相邻并且这两个面特别是相互对齐。
14.根据上述权利要求之一所述的匀光器，其特征在于，所述匀光器构造成多部分式的、特别是两部分式的，匀光器(10)的各部分特别是通过卡锁连接结构相互保持。
15.光固化装置，具有根据权利要求1至14之一所述的匀光器，其特征在于，匀光器(10)构造成光固化装置的主反射器并且在光路中设置在光源的下游并且特别是设置光导棒的上游。
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