CN1617690A - 用于复合材料光致聚合的光电部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复合材料的光致聚合的光电部件，其尤其用于牙科领域。该发明部件包括一个由LED或LED组定义的光源(2)。它包括：由电池(4)组成的并且关联着通常称为DC/DC转换器的直流/直流转换器(7)的电子电源装置，用来排热的被动装置(3)；以及一个中央管理单元(5)，用于操作光源参数以便定义确定的光致聚合能量分布。

Description

用于复合材料光致聚合的光电部件

技术领域

本发明的目的是一种用于复合材料的光致聚合，尤其可应用于牙科领域，的光电部件。

背景技术

牙科技术中使用的复合材料通常基于光致聚合树脂，其在给定波长的光照射作用下按所使用材料的吸收能力改变分子结构。以这种方式，在聚合期间光照射按一曝光时间激励材料的光引发剂，其中该曝光时间是根据射能量的函数计算的以防止治疗区周围的组织过分过热。

可以观测出照射参数和波长、强度、曝光时间当然取决于每种复合材料的具体成分而且还取决于它的颜色和厚度。质量较大的较暗复合材料为它的光致聚合要求强度更大的照射。这就是所谓的聚合参数。为了使这些因素按最佳方式起作用，即在曝光期间不变并且时间足够长以使得开业医师在治疗期间不会有危险的中断，尚没有足够可靠的解决办法被提供。

已知适应上述说明的光致聚合部件，其采用通常能发射包含在380和510nm之间的波长的场致发光二极管，通常称为LED。这种部件例如包括一个电源卡，一个冷却系统，一个光源以及用于把所述光源产生的光能定向到和发射到要照明的区(或临床位置)的方向上的光学装置。这些电子装置的形式例如是：电源卡，线性稳压供电型，通过极化电阻定义LED电流，以及主动(actif)通风系统(通风器或通过Peltier效应)或者被动(passif)类型(陶瓷卡)。

由此，这些上述已知设备适应于发出规定分布的辐射但是操作人员不能肯定它的功率是稳定的而且迫使操作人员忍受上面提到的冷却通风器的有害影响或者被动冷却系统的受损效率。事实上，有可能准确操纵的唯一参数是照明时间。这些部件从而很少提供任何使用保证，它们的应用是有限的。

作为此类设备的光源，例如使用水银蒸汽灯，这种灯存在发射对患者的眼睛和口腔粘膜有害紫外光谱的缺点。这种灯使用要求高启动电流和电压的电源，而冷却系统通常大多数基于通风器从而带有脉动空气或者对于功率最大的灯可能基于水循环和散热片。其它部件使用卤素灯，这种灯存在相对于产生的光能流明/瓦特比低以及热散失高的缺点，这造成为了获得更大的强度其必然受到功率提高的限制。这种灯使用的电源的效率不能和基于脉动空气的供电和冷却系统的效率相比。

其它部件带有激光器，它们产生的光束对应单色光，由于它的波长波谱减小其只能聚合明确划定的复合材料。这种灯使用复杂的电源以及带有脉动空气或循环水的冷却系统。此外，激光器是昂贵的设备，除此之外它还代表高维护和实现成本。

还知道采用相隔开的电极在遭受电势差下通过部分离子化的气体于高温下产生电弧的部件。这种系统组合地采用就放在光源的前方的红外滤光器并且能获得400和800nm之间的发射光谱。一个低通滤波器能把该滤波器高截止频率固定在约为515nm。这种灯使用要求几千伏的起动电压的电源并且在功率较小情况下使用采用脉动空气的冷却系统而在其它情况下使用采用循环水的冷却系统。

但是，在这些部件中，滤波系统不能在不带危险情况下提高光源的功率，因为生物组织的光能吸收可能在温度明显升高下导致这些组织的破坏。另外，不能改变表示时间过程中所发射的光强变化的能量分布曲线。从而排除把它们例如用于颜色不同的复合材料的可能性。

已存在光致聚合部件，其利用等离子能量并且由于程度不同的复杂过滤具有选定的隔开的发射区。文献FR-98 01243说明这种设备。这种灯使用同样需要几千伏启动电压的电源以及利用脉动空气或循环水的冷却系统。

应指出，这种部件呈现允许在超过1200nm使高热量照射通过各个地带的特殊性。其后果是在聚合时刻危险地升高温度。此外，这种部件需要成本高、重量大的高性能冷却系统。

已知通过LED定义它们的光源的光致聚合部件，例如文献EP-A-O880 945，JP-A-9010238，US-A-5 634 711和PCT/AU97/00207。事实上，难点在于把多个兰色LED设置在和该设备的主体内部垂直的支承台上。在该LED二极管台的前方设置装置以便聚焦发出的照射并且定向到的一个波导管的方向上，在该波导管的末端将聚焦的照射投到要治疗的表面上。该部件可以取和外部电源连接的枪状。这些灯利用电源电阻器确定LED的极化电流。和前面说明的那些部件不同，它对冷却的要求较低。实际上，“电能”转换成“光能”导致非常好的效率，并且当在额定特性下使用LED时热耗散通常不必要求主动冷却装置。在光致聚合使用情况下，试图得到二极管的最大功率，通过使它们在大于额定电流的电流下工作这是可能的。如果不采取预防措施，该电流提高造成二极管过热，这会改变它们的电特性并且减小发出的功率。在此情况，结果和期望相反。必须一起控制热行为和电供应以得到最高功率。

在所有提及的情况中并且尤其是和LED光源有关的情况中，设备安放有通常不稳定的常规电源系统，而且整体行为对温升非常敏感。LED制造商尤其指出40°的温升会带来发射电流的改变从而降低近50％的功率。

所有已经提出的解决该问题的建议只是局部地或者强迫用户使用有噪声的并且必须和主件连接的常规冷却系统。这明显限制用户的工作自由度。此外，无论如何这些建议不能解决迄今提出的问题，即几乎不可能修改照射强度、每单元表面上的密度或者照射顺序的数量。最后，这些文献中说明的设备的应用再次限于确定的时间，操作人员只在较小程度上具有管理照明时间的可能性以及重新充电的可能性，以确保他关心并且保证要光致聚合的材料的厚度。

由此，尽管通过已知技术能在基本方式下利用曝光，即减小或者增加曝光时间，当今不能实时地在大的时间或者功率的范围下这样做。事实上，不能利用当今的设备进行动态改变。

发明内客

本发明的目的是通过提出一种用于复合材料的光致聚合的光电部件克服上述缺点，该部件允许独立、稳定和可调地供能尤其可应用于牙科领域，其包括：一个优化的和稳定的电子系统，一个不要求主动通风的基于LED的光源以及用来定向并排出所述光源产生的热能以确保临床期间及时可靠聚合的热装置。

从而，本发明涉及一种用于复合材料的光致聚合的光电部件，其尤其可应用于牙科领域并且为包括由LED或由LED组定义的光源的类型，该部件基本特征在于包括：由电池组成的并且关联着直流/直流转换器(通常称为DC/DC转换器)的电子电源装置；被动排热装置；以及一个中央管理单元，用于操作光源参数以便定义确定的光致聚合能量分布。

该输出可变的DC/DC转换器能在没有电阻下通过限制直流电压调节极化电流，其结果是能保证治疗质量，这是由于通过监视热性能稳定发射功率、长寿命电池(数日)、减小电路的消耗以及在电池充电期间保持发射功率，直到电池完全放电。

根据该依据本发明的部件的另一特征，它包括一个能通过循环比调制向每个LED或LED组提供预定值的功率电路。

根据该依据本发明的部件的另一特征，它包括一个用来修正LED的热偏移的部件。

根据该依据本发明的部件的另一特征，该被动排热装置包括一个LED支承电子卡，该卡的设计包含用于把来自每个LED基座的热传送到该卡的周缘上的金属道。

根据该依据本发明的部件的另一特征，该被动排热装置包含沉积在每个LED的外壳周围的导热材料，以便排出来自每个二极管的最大热量并且把热量传到该卡的周缘上。

根据该依据本发明的部件的另一特征，该被动排热装置包含一块通过传热糊或粘合剂和该卡连接的金属散热片，以及一个所述卡和所述散热片之间的对一块具有高热惯量的金属片的热接合点，其中该金属片充当热量接受器并且充当系统所需光组件的支承。

根据该依据本发明的部件的另一特征，该被动排热装置包括一个嵌入在该接合点中的从而能实时得到该光组件的温度的温度传感器。

对于传导光以便把发射功率保持在光致聚合所需的能量上该光系统是必不可少的，该所需能量是要光致聚合的复合材料的特性的函数。

根据该依据本发明的部件的实施例的特定形式，该排热装置单独地或组合地包括下述特征中的一个或多个：

-一块其上焊接LED的电子卡，各焊接点和尺寸大的具有非常好的导热性的电气道连接，所述电子卡冲有金属化的热孔，这些孔尽可能快地把热量引到该卡的背面从而远离LED。

-安放成和二极管的周壁接触的导热产品，它们不和卡本身接触。这些产品可能是浆糊状的并放置在二极管之间然后再硬化，它们可等同为固体的并且切割成准确的形状以便通过好的导热体(胶或粘合剂)在二极管的位置处密切地和二极管保持在一起。

-一块卡的背面上的金属散热片，其通过糊或热粘合剂和所述卡连接并用来回收来自穿过卡的热孔的热量。

-各个器件通过糊或者热粘合剂和一个高热惯量的金属片热连接，该金属片还充当各光器件的支承。该金属片在灯点亮时用来迅速抽取热量和暂时存储热量，而当不使用灯时通过向系统组件传导或者对流较慢地恢复热量。

-当达到该金属片的存储容量时能够切断供电的温度检测系统。

根据该依据本发明的部件的另一特征，该电子电源装置包括：

-一个通过移位寄存器和循环比调制进行控制的电路，从而使选择并且调制每个LED组的发射功率成为可能，

-一个通过降低电池电压向该控制电路供电的高效率DC/DC转换器，

-利用场致发光二极管的内部电阻通过该DC/DC转换器的输出直接极化这些二极管，

-一个调整所述极化电压的系统，以便改变二极管的供给电流并且由此改变光功率，

-通过热伺服控制自动修正该极化电压以便能得到恒定的输出功率。

该高效率的DC/DC转换器使得能减小从电池流出的初级电流从而延长电池的寿命和自主性。另外，使用该DC/DC转换器使得能不必考虑由于电池充电电平的改变造成的电压改变。

光源最好包括适应于检测和发出的光功率的稳定性一致的最大温度储量的温度测量装置。

该监视系统最好在二个滞后运转的最小和最大电平之间工作以便在热调节系统功能故障的情况下限制二极管中的电流从而减小过热。

该电池最好为带有温度传感器的锂离子型电池以保护该设备。

该电池最好为混合离子型电池，以便能管理充电电平和在LCD屏幕上显示充电电平。

从用来保持该卡的功率的这些装置，可以观察到通过伺服控制引导用来监视和稳定功率的装置，这使得能把功率保持在期望值上。

本发明最好包括一个用来预先调整功率设定的电位器，这使得能够通过分别调整每个设备把工业生产调整到相同的已知值上。

当然，这种办法还允许设想其它功能，例如对依据本发明的光致聚合部件功率的远程调整，远程诊断或远程维护，或者通过因特网的远程调整，或者售出后由用户调整或提高功率。

本发明带来的优点包括由于它的使用不只限于确定型的LED灯该部件实际上可通用应用。就其能采纳任何光致聚合能量分布而论，该部件事实上能适应每个灯的特殊性。操作人员除了可以通过考虑他自己的经验修改他的光致聚合部件的操作条件以及材料的使用条件之外，操作人员从而不必为聚合复合材料强制使用特定的LED范围。最后，对功率的修正调整以及对它的热监视可满足该领域的要求。

附图说明

在下面的和实施例关联的说明中本发明的其它目的和优点变得清楚，其中实施例是按代表性的和非限制性的例子给出的。

研究各附图会促进对该说明的理角，附图中：

图1示意示出形成本发明的主题的部件，其主体呈现为透明的。

图2示意示出LED二极管支持盘，它们垂直于该部件主体的纵轴并且绕该轴分布。

图3在横向剖面上示意示出图2。

图4示意示出该部件以及适用于它的充电支承。

图5示意表示该部件，其中包括定义电源以及所采用的装置的部分。

图6类似图5，其中出现调整系统。

图7示意示出构成本发明的主题的部件，其带有远程采集装置和/或存储器中的其它数据。

图8是该部件的更详细的电子电路图。

图9示出作为时间、波长、发射功率或发射二极管数量的函数的照明强度或密度。

具体实施方式

如这些图中示出那样，本发明涉及一种用于复合材料的光致聚合的部件1，它会在牙科领域带来益处。

部件1包括一个主体10，主体内安放它的主要构成器件。这样，部件1包括一个光锥形式的最好由所谓LED 20的场致发光二极管组成的光源2，能发射预定波长的或者在规定波长波谱内的光照射。

通过图2和3中示出的例子，LEID二极管20分布在和主体10的纵轴相垂直地延伸的支持盘21上。

部件1还包括排热装置3，用于把光源2产生的热能定向到和发射到一个与排出对应的区段的方向上，该排热装置3不降低该部件的效率。

如图1中看到那样，该排热装置3可以通过一个位于主体10的前部的排热导管30构成。

应观察到，更具体地本发明决不受这样的热装置或光电装置的限制。事实上，如热导管领域的业内人士所知那样，它们也可以采取一个或多个排出通道的形式甚至导热糊的形式，并且在本应用中它们表现出促进产生的热量的传导的优点从而能保存发出的功率。就构成本发明的一种特殊性的优化光致聚合反应而论，减少发光中的能量下降是非常重要的。

另外，这些排热装置3可以为道的形式，每条道和一个LED20配准，这允许每个LED20在其支承上按选定方式排热。从而该部件转换成一个可控的和单独切断的装置，如前面已经阐述那样，这种特殊性允许可控地优化排热。

另外，通过适当的连接装置可以把在图1中由一个电池构成能源4和光学装置集成到主体10的一个可互换部分上，这便利光源2老化情况下予以更换，这还未考虑用程度不同的先进能源例如由更多或更少LED二极管20组成的光源更替光源2的事实。此外，能源4的可拆性使得能在出故障的情况下快速更换它。

该部件还包括一个中央单元5，用于管理光源2的操作以便定义一个确定的光致聚合能量分布。

在这种方式下，由于自备电源即一个或多个电池4，最好为可充电型和/或与住宅的电力线连接的装置40(图4中示出)，中央单元5通过电卡6按规定的照明顺序和规定的功率控制光源2的操作。

在图4中，示出充电支承11，在对集成到部件1里的电池4再充电的过程中该支承11尤其适用于容纳部件1。

对于LED二极管20，最好如图8中示意示出那样把它们划分成基本模块22，每个基本模块由数量相同或不同的LED二极管20组成并且由稳压电路供电。这些基本模块使得能通过中央单元5向每个基本模块22的LED二极管20提供规定的功率。

另外，能源4还和一个直流/直流转换器7，通常称为DC/DC转换器，相关联，它带有一个调整电位器70并且为模块形式。

如从图9中更具体地看出那样，DC/DC模块7就象交流形式下的变压器那样切断电池电压并且平滑它以便不管从电池4发出怎样的电压得到完全恒定的输出电压。调节部件使得能调整基本输出电压，接着再根据温度传感器发出的信息调制该基本输出电压。

另外，电卡6包括一个通过移位寄存器和循环比调制进行控制的电路60，使得能够选择和调制每个LED组20的输出功率。

为了在一个便携的从而不笨重的单元中优化这些器件的集成，可以把移位寄存器和稳流电路组合到一块ASIC中。

除此之外应注意对LED二极管20的每个模块采用移位寄存器和调节电路的概念是因为它不对最大照度作限制，因为可以串联地设置多个LED二极管20模块22。

为了进一步响应对该集成的关心，可以相对于二极管20或二极管模块把该ASIC安装在盘或盘组21的反面上。

图8更详细地示出该部件。该部件具体地包括一个充电器单元BC，一个直流电源DC以及一个和存储器M、库B及操作员接口IO连接的微控制器MC。

如图8中示出那样，DC/DC模块7和电池4直接连接以把电压降低到期望的功率基准值上，通过中央单元卡5根据来自温度传感器CT的信息实时地修正该功率基准。

图8图示表示在一规定的照射顺序过程中为一确定能量分布对每个LED二极管20模块22的供电。而图9表示作为时间、波长、发射功率或发射二极管数量的函数的照明强度或密度。

该表示还能表明，通过利用不同的循环比，中央单元5具有调制LED的功率从而调整发出的照射的功率的可能性。

从而依据本发明部件1组合地包括用于调节光功率的一个或多个操作参数的装置，这些参数是：

-照明强度

-循环比

-和/或每单位表面上的照明密度

-对温度的监视

-和/或这些顺序中的每个顺序的持续时间从而根据光致聚合灯的特征调整聚合能量分布。

这些装置包括用于在和所述中央单元5连接的存储器中针对一个或多个可调参数从预先在该存储器存储的多个分布中选择一个确定的能量分布和/或从预先在所述存储器存储的多个数据中选择一个数据的装置。

在这种方式下例如在DC/DC卡7中对基准电压进行斩波使得能改变每组二极管20的功率。

操作人员仍然可以通过选单在不同的预先建立的能量功率中进行选择。应注意这种选择装置能使操作人员调整功率。

这些不同类型的调整装置的组合当然是预期的。

该部件最好还包括再次以电位器和/或触屏和/或其它获取装置形式的，尤其是远程式的，用来对该和中央单元连接的存储器编程的调整装置，确切地记录和这些可调参数相关的各种能量值和/或各种数据。

应注意这些调整装置可以采用用来下载数据的装置，尤其如图5中所示通过微计算机8经RS232C接口50，以便例如通过因特网型网络下载新的能量调整。这些下载装置还可以采取调制解调器的形式，其或者直接集成在该部件中或者安放在上面说明中提到的装载支承11中。

依据另一形式的实施例，这些功率调整装置可以为条形码读出装置CB形式。

有可能采用以智能卡为形式最好为可编程型的存储器，并且部件1包括一个适当的读出器。同样，也可以在装载支承11中找到该智能卡读出器，尤其如果希望照明用户必须操纵的工具部分的情况下。

再次，可以觉察到部件1可以包括上面说明的各种不同形式的采集装置实施例的组合。

用来调整光源功率的一个或多个参数的装置的特殊用途是进一步干预单位表面上的照明密度，如前面指出那样。实际上，有可能通过特别是借助调节电路干预光致聚合反应过程中的每个基本模块上供电的LED二极管的数量和/或它们的供电强度，调整该照明密度。

从上面的说明可以得出，作用当今的用于光致聚合不同类型的复合材料的部件，本发明完美地解决了问题，对LED灯的功率修改以及排热做出实用响应。由于考虑到各种因素，依据本发明的部件赋予用户按他的希望调整操作条件的可能性，从而用户不再象过去通常那样受到使用规定功率并且该功率会下降的限制。

Claims (13)

1.一种用于复合材料的光致聚合的光电部件，其尤其可应用于牙科领域并且为包括由LED(20)或由LED组定义的光源(2)的类型，该部件的特征在于包括：由电池(4)组成的并且关联着通常称为DC/DC转换器的直流/直流转换器(7)的电子电源装置；用来排热的被动装置(3)；以及一个中央管理单元(5)，用于操作光源参数以便限定确定的光致聚合能量分布。

2.根据权利要求1的部件，其特征在于，它包括功率电路从而能通过循环比调制向每个LED(20)或LED(20)组提供预定的值。

3.根据权利要求1或2的部件，其特征在于，它包括用来修正LED的热偏移的部件。

4.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该被动排热装置包括一个LED支承电子卡，该卡的设计包含用于把来自每个LED基部的热传送到该卡的周缘上的金属道。

5.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该被动排热装置包含沉积在每个LED的外壳周围的导热材料，以便排出来自每个二极管的最大热量并且把热量传到该卡的周缘上。

6.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该被动排热装置包含一块通过传热的糊或粘合剂和该卡连接的金属散热片，以及一个所述卡和所述散热片之间的对一块具有高热惯量的金属片的热接合点，其中该金属片充当热量接受器并且充当系统所需光组件的支承。

7.根据权利要求6的部件，其特征在于，该被动排热装置包括一个嵌入在该热接合点中的从而能实时得到该光组件的温度的温度传感器。

8.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该排热装置单独地或组合地包括：

-一块其上焊接LED的电子卡，各焊接点和尺寸大的具有非常好的导热性的电气道连接，所述电子卡冲有金属化的热孔，这些孔尽可能快地把热量引到该卡的背面从而远离LED，

-安放成和二极管的周壁接触的导热产品，它们不和卡本身接触，这些产品可能是浆糊状的并放置在二极管之间然后再硬化，它们可等同为固体的并且切割成准确的形状以便通过好的导热体(胶或粘合剂)在二极管的位置处密切地和二极管保持在一起，

-一块卡的背面上的金属散热片，其通过糊或热粘合剂和所述卡连接并用来回收来自穿过卡的热孔的热量，

-所有这些器件通过糊或者热粘合剂和一个高热惯量的金属片热连接，该金属片还充当各光器件的支承，该金属片在灯点亮时用来迅速抽取热量和暂时存储热量，而当不使用灯时通过向系统组件传导或者对流较慢地恢复热量，

-当达到该金属片的存储容量时能够切断供电的温度检测系统。

9.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该电子电源装置包括：

-一个通过移位寄存器和循环比调制进行控制的电路，从而使选择并且调制每个LED组的发射功率成为可能，

-一个通过降低电池电压向该控制电压供电的高效率DC/DC转换器，

-利用场致发光二极管的内部电阻通过该DC/DC转换器的输出直接极化这些二极管，

-一个调整所述极化电压的系统，以便改变二极管的供给电流并且由此改变光功率，

-通过热伺服控制自动修正该极化电压以便能得到恒定的输出功率。

10.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该光源包括适应于检测和发出的光功率的稳定性一致的最大温度储量的温度测量装置。

11.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于，该电池是带有温度传感器的锂离子型电池以保护该设备。

12.根据权利要求1至10中任一权利要求的部件，其特征在于，该电池为混合离子电池，以便能管理充电电平和在LCD屏幕上显示充电电平。

13.根据上述任一权利要求的部件，其特征在于包括一个用来重新调整功率基准的电位器，以便能通过分别调整每个设备把工业生产调整到相同的已知值上。

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