DE10006286C1 - Lichtwellenkonvertervorrichtung und deren Verwendung im Dentalbereich - Google Patents
Lichtwellenkonvertervorrichtung und deren Verwendung im DentalbereichInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenkonverter, umfassend einen Lichtleiter und einen Konverter, umfassend eine Konvertersubstanz, die einfallendes Licht teilweise in Licht einer größeren Wellenlänge konvertiert, wobei das konvertierte Licht zusammen mit dem nichtkonvertierten Licht durch den Lichtleiter zu einer Austrittsöffnung geleitet wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtwellenkonvertervorrichtung, die einfallendes Licht
teilweise in Licht einer größeren Wellenlänge konvertiert, wobei das konvertierte
Licht zusammen mit dem nichtkonvertierten Licht durch einen Lichtleiter zu einer
Austrittsöffnung geleitet wird.
Lichtpolymerisationsgeräte, die blaues Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von
ca. 400-500 nm emittieren, sind bekannt und werden beispielsweise in der
zahnärztlichen Praxis zur Polymerisation von lichthärtenden Composite-
Materialien verwendet.
In der DE 36 44 839 A1 bzw. der DE 35 23 243 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung
mit einem Flüssigkeitslichtleiter offenbart, wobei die Füllflüssigkeit einen als Filter
dienenden Farbstoff oder einen fluoreszierenden Farbstoff enthalten kann. Die
Beleuchtungseinrichtung kann zum Polymerisieren von durch Licht im blauen
Spektralbereich härtbaren Dentalkunststoffen verwendet werden.
Lichtechte, leichtlösliche Perylen-Fluoreszenzfarbstoffe, die in Kaltlichtquellen zur
Aushärtung von Kunststoffen eingesetzt werden können, werden in der DE 37 03 495 A1
beschrieben.
Das für die Polymerisation günstige Licht ist aber so grell, dass eine Nutzung
dieser Lampen für reine Beleuchtungszwecke im Mund nicht geeignet ist. Darüber
hinaus ist die blaue Lichtfarbe, die von derartigen Geräten emittiert wird und für
die Polymerisation benötigt wird, nur für diesen Einsatzzweck geeignet. Für z. B.
diagnostische Zwecke hat sich aber weißes Licht als vorteilhaft erwiesen.
Ebenfalls bekannt sind weißes Licht emittierende Operationsleuchten zur
Ausleuchtung des Behandlungsfeldes. Im dentalen Bereich wird dieses Licht
zusätzlich mit einem Spiegel auf das Behandlungsfeld gelenkt, um eine bessere
Ausleuchtung einzelner Bereiche zu ermöglichen. Dies setzt aber voraus, dass
sich kein Hindernis im Strahlungsgang befindet. Die erzielbare
Beleuchtungsintensität ist darüber hinaus mit dieser Methode nicht ausreichend,
um z. B. Zähne zu durchleuchten, wie es für die dentale Diagnose bzw.
Beleuchtung von Zahn-Defekten (Risse oder Karies) hilfreich ist.
Die DE 198 30 335 A1 offenbart einen Faserstab-Lichtleiter für zahnärztliche
Zwecke, dessen Kern mit einer Farbschicht ummantelt ist. Diese Farbschicht
ermöglicht eine vollständige Lichtsperrung und verhindert, dass der Zahnarzt
durch seitlich aus dem Faserstab austretendes Licht geblendet wird. Er ermöglicht
darüber hinaus, das von den Polymerisationsgeräten erzeugte Licht gezielt zu
dem räumlich eng begrenzten Behandlungsort zu leiten.
In der DE 29 13 415 A1 wird eine Diagnoselampe in Form eines Klein- oder
Taschengeräts für die Zahnkontrolle zur Fluoreszenzanregung eines auf die
Zähne und das Zahnfleisch aufgebrachten fluoreszenzfähigen Stoffes offenbart.
Die Diagnoselampe enthält eine dem fluoreszenzfähigen Stoff angepasste
Filtereinrichtung, die aus einem dichroitischen und einem blauen Farbfilter besteht.
Auf Grund der vorhandenen Filter kommt es zu einer nicht unerheblichen
Schwächung des Lichtes, das eine detaillierte Beobachtung des zu betrachteten
Objekts erschwert.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die eine bessere Ausleuchtung des Behandlungsfeldes ermöglicht.
Sie sollte einfach in der Anwendung, und dabei, falls gewünscht, auch punktuell
hell genug sein, um z. B. einzelne Zähne auch durchleuchten zu können. Auf diese
Weise lassen sich auch im Zahn verborgene Defekte, wie Risse oder Karies
diagnostizieren bzw. erkennen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lichtwellenkonvertervorrichtung, gegebenenfalls
als Zusatz für ein Lichtpolymerisationsgerät, das Licht im blauen Spektralbereich
emittiert, gelöst, wie es in den Ansprüchen beschrieben wird.
Ein Teil des in die Lichtwellenkonvertervorrichtung eindringenden Lichts wird
durch Lumineszenzvorgänge in Licht größerer Wellenlänge umgewandelt. Durch
additive Farbmischung kann in Abhängigkeit der Wellenlänge des eindringenden
Lichts und der verwendeten Konvertersubstanz auf diese Weise Licht mit einem
anderen Farbeindruck erzeugt werden.
Das auf diese Weise erzeugte Licht wird anschließend direkt oder durch einen
Lichtleiter zu einer Austrittsöffnung geleitet.
Die Erfindung weist dabei folgende Vorteile auf:
Die in den Zahnarztpraxen weitverbreiteten und bewährten Lichtpolymerisations
geräte hoher Lichtleistungen können auf einfache Weise zum Ausleuchten des
Behandlungsfeldes und für diagnostische Zwecke zum Durchleuchten einzelner
Zähne mitgenutzt werden. Im Gegensatz zu den Operationsleuchten kann
punktuell eine wesentliche Steigerung der Lichtintensität erreicht werden.
Dadurch, dass das Licht über einen Lichtleiter zu einer Austrittsöffnung geleitet
wird, kann das Licht unmittelbar auf den Behandlungsort gerichtet werden, ohne,
dass weitere Spiegel erforderlich sind. Dies ermöglicht die Ausnutzung der vollen
Intensität des erzeugten Lichts der gewünschten Wellenlänge.
Ferner lässt sich in Abhängigkeit der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts durch
Verwendung geeigneter Konvertersubstanzen Licht jeder beliebigen
längerwelligen Wellenlänge erzeugen, ohne Filtersysteme zwischenschalten zu
müssen. Durch die in großen Bereichen abstimmbare Spektralfarbe, die durch
additive Farbmischung aus dem konvertierten mit dem nichtkonvertierten Licht
erzeugt werden kann, ist eine Anpassung des Lichtwellenkonverters an die
gewünschte Aufgabenstellung erreichbar, so dass bei z. B. diagnostischen
Anwendungen bzw. der Beleuchtung von insbesondere geschädigten Zähnen ein
maximaler Kontrast erzielt werden kann.
Das einfallende Licht kann grundsätzlich jede denkbare Wellenlänge im sichtbaren
Bereich, also zwischen 380 nm bis etwa 700 nm aufweisen. Erfindungsgemäß hat
das einfallende Licht eine Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 520 nm, wie es
üblicherweise von dentalen Lichtpolymerisationsgeräten erzeugt wird.
Der Lichtwellenkonverter konvertiert anteilig einfallendes Licht zu einer oder
mehreren Wellenlängen, die im grünen, gelben oder roten Spektralbereich liegen.
Durch die Erzeugung von gelbem Licht kann durch additive Farbmischung mit
dem nichtkonvertierten Anteil des einfallenden blauen Lichts weißes Licht erzeugt
werden.
Mit weißem Licht können beispielsweise Zähne effektiver und kontrastreicher
beleuchtet und gegebenenfalls durchleuchtet werden, als mit blauem Licht.
Defekte in Zähnen oder Füllungen, beispielsweise Risse und Karies, können auf
diese Weise besser sichtbar gemacht werden.
Denkbar ist aber auch eine Konvertierung in einen auf die zu beleuchtende
Substanz abgestimmten Wellenbereich, der es ermöglicht, gegebenenfalls
zusammen mit Filtervorrichtungen, beispielsweise zahnfarbene Zahnfüllungen von
der natürlichen Zahnsubstanz zu unterscheiden. Die Wellenlänge kann auch
derart gewählt werden, dass das konvertierte Licht z. B. therapeutische chemische
Reaktionen in der Mundhöhle von geeigneten lichtaktivierbaren Substanzen
initiiert.
Lichtgeräte, die kurzwelliges Licht im sichtbaren Bereich aussenden, werden
insbesondere in Zahnarztpraxen zur Aushärtung von lichthärtenden Substanzen
verwendet. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Lichtwellen
konvertervorrichtung eine Erweiterung des Einsatzspektrums bereits vorhandener
Geräte. Die Praxen sparen somit Kosten und Platz, die mit der zusätzlichen
Anschaffung eines Gerätes zur Erzeugung weißen Lichtes für die beschriebenen
Einsatzbereiche nötig wären.
Der Lichtwellenkonverter kann vor, in oder hinter der Lichtleitvorrichtung
angeordnet sein. Denkbar ist auch eine Kombination der Anordnungen bzw. die
Verwendung mehrerer Lichtwellenkonverter an verschiedenen Stellen. Es kann
auch vorteilhaft sein, wenn der Lichtwellenkonverter im Lichtleiter gleichmäßig
verteilt, beispielsweise dispergiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
befindet sich der Lichtwellenkonverter am Anfang des Lichtleiters.
Die Form des Lichtleiters ist grundsätzlich beliebig, vorzugsweise aber der
beabsichtigten Verwendung angepasst.
Der Lichtleiter kann gerade oder gebogen sein. Vorteilhaft ist eine Abwinklung um
ca. 60°, gegebenenfalls von 90°-180°, abhängig von der auszuleuchtenden Stelle
im Mund. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtleiter flexibel
(Schwanenhalslampe). Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung an die
jeweilige Situation.
Als günstig hat sich eine kleine Austrittsöffnung mit einem Durchmesser im
Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm erwiesen. Dies erlaubt
eine punktuelle Ausleuchtung einzelner Zähne sowie von Zahnzwischenräumen.
Zusätzlich kann die Lichtwellenkonvertervorrichtung eine Helligkeitsregelung
aufweisen. Die Helligkeitsregelung erfolgt vorzugsweise mechanisch,
beispielsweise in Form einer Blende (Iris- oder Schlitzblende). Eine solche
Helligkeitsregelung erlaubt eine verbesserte Anpassung der Lichtintensität an das
zu beleuchtende oder zu durchleuchtende Objekt, beispielsweise einen Zahn. Zur
Durchleuchtung von Frontzähnen ist weitaus weniger Intensität nötig als für
Seitenzähne.
Gegebenenfalls umfasst die Lichtwellenkonvertervorrichtung auch einen
Bandpassfilter, vorzugsweise einen schmalbandigen Bandpassfilter mit einer
Durchlässigkeit im Bereich von 400-500 nm, vorzugsweise im Bereich von 440-
480 nm.
Dies ermöglicht eine genauere und reproduzierbare Farbabstimmung des von der
Lichtwellenkonvertervorrichtung erzeugten Lichts, da erfahrungsgemäß der
Spektralbereich der Lichtpolymerisationsgeräte (insbesondere die lang- und
kurzwellige Grenzwellenlänge) von Gerät zu Gerät leicht unterschiedlich sein
kann. Das so in seiner spektralen Zusammensetzung definierte, dem
Lichtwellenkonverter zugeführte Licht wird anschließend anteilig konvertiert. Der
Bandpassfilter ermöglicht somit auch die Abstimmung des anregenden Lichts auf
das Absorptionsspektrum der Konvertersubstanz.
Die Lichtwellenkonvertervorrichtung ist vorzugsweise in einer austauschbaren
Gestaltung geformt. Dies kann beispielsweise durch eine am einen Ende der
Lichtwellenkonvertervorrichtung vorhandene Kupplung erreicht werden. Denkbar
ist aber auch die Gestaltung in Form eines Gewindes. Vorzugsweise wird ein
durch die Lichtpolymerisationsgeräte vorgegebene Kupplung verwendet, um einen
einfachen Austausch des bei den Geräten üblicherweise aufgesetzten Lichtleiters
für Polymerisationsanwendungen mit der Lichtwellenkonvertervorrichtung für
Beleuchtungsanwendungen zu ermöglichen.
Substanzen, die zur Konvertierung von elektromagnetischen Wellen,
vorzugsweise im sichtbaren Bereich, verwendet werden können, sind alle
Substanzen, die, wenn optisch angeregt, lumineszieren, insbesondere
fluoreszieren können.
Die Konvertersubstanzen umfassen organische und anorganische Farbstoffe oder
Pigmente.
Organische Farbstoffe können gewählt sein aus der Klasse der Perylene,
Aldazine, Thioxanthene und/oder der Naphtalimide, vorzugsweise in Pigmentform.
Brauchbare anorganische Farbstoffe enthalten vorzugsweise Nebengruppen
elemente, insbesondere aus der Gruppe der Lanthaniden. Besonders bevorzugt
sind die Elemente Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Yb und Lu.
Die Konvertersubstanz wird üblicherweise in einer Menge von 0.005 bis 5 Gew.-
%, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf Masse an einzufärbender
Substanz eingesetzt.
Kommerziell erhältlich und gut geeignet sind z. B. Lumogen® Farbstoffe (BASF AG,
Ludwigshafen) oder Lumilux® Pigmente (Riedel-de Haën GmbH, Seelze).
Denkbare Ausführungsformen für den Lichtwellenkonverter umfassen mit der
Konvertersubstanz eingefärbte Filterfolien oder Plättchen aus Glas oder
Kunststoff, wie PMMA, PE, PP, Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), PVC mit
Konvertersubstanz beschichtete Substrate, wie Glas, kristalline Filterplättchen aus
beispielsweise mit Cer dotiertem YAG, wie Y3Al5O12:Ce oder Y3Al2,5Ga2,5O12:Ce,
mit der Konvertersubstanz beschichtete Hohlkörper, die Konvertersubstanz
umfassende Glasfasern oder Glasstäbe, vorzugsweise in dotierter Form. Der
Lichtwellenkonverter kann dabei mit dem Lichtleiter fest oder auch reversibel,
beispielsweise in Form einer austauschbaren Filterscheibe verbunden sein.
Die Lichtwellenkonvertervorrichtung ist vorzugsweise mit Heißdampf sterilisierbar.
Dies kann beispielsweise durch Einbetten des Lichtwellenkonverters in ein
transparentes und beständiges Epoxydharz oder durch Aufbringen einer äußeren
Glasschicht erreicht werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungen
erläutert.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen beispielhaft mögliche Ausgestaltungsformen der
erfindungsgemäßen Lichtwellenkonvertervorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen Lichtwellenkonverterstab, bestehend aus einem
Lichtwellenleiter 1, einem Wellenlängenkonverterplättchen 2 und einem
Bandpassfilter 3. Letztere sind mit einem transparenten Gießharz 4 in der
Kupplung 5 zusammen mit dem Lichtwellenleiter 1 eingegossen.
Fig. 2 zeigt einen Lichtleitstab 1 mit Kupplung 5, wie er üblicherweise mit
Lichtpolymerisationsgeräten zum Einsatz kommt. In einer aufsteckbaren Kappe 6
ist das Wellenlängenkonverterplättchen 2 befestigt.
Die erfindungsgemäße Lichtwellenkonvertervorrichtung kann beispielsweise
zusammen mit dentalen Lichtpolymerisationsgeräten verwendet werden. Diese
emittieren vorzugsweise sichtbares Licht im blauen Spektralbereich. Anteilig wird
blaues Licht durch die Lichtwellenkonvertervorrichtung in Licht größerer
Wellenlänge umgewandelt. Erfindungsgemäß wird durch additive Farbmischung
auf diese Weise weißes Licht erzeugt werden. Denkbar ist aber auch jede andere,
durch additive Farbmischung erreichbare Farbe. Dies ermöglicht beispielsweise
die Ausweitung des Einsatzes bekannter Lichtpolymerisationsgeräte auf
diagnostische Anwendungen.
Diese umfassen die verbesserte Ausleuchtung des untersuchten Bereichs,
vorzugsweise im für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich.
Bei dem bestrahlten Bereich handelt es sich insbesondere um die Mundhöhle,
sowie Zahnersatzmaterial, das sich gegebenenfalls auch außerhalb der
Mundhöhle befinden kann.
Des weiteren können zur Unterstützung der Diagnose einzelne Zähne
beispielsweise eingehender betrachtet werden, indem man sie mit dem erzeugten,
vorzugsweise weißen Licht durchleuchtet, wobei Risse oder eine im Zahn
verborgene Karies besser erkannt werden können.
Claims (15)
1. Lichtwellenkonvertervorrichtung, umfassend einen Lichtleiter und einen
Lichtwellenkonverter, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenkonverter
eine Konvertersubstanz aufweist, die einfallendes Licht einer Wellenlänge im
Bereich von 380 nm bis 520 nm anteilig in Licht einer größeren Wellenlänge
konvertiert, wobei das konvertierte Licht zusammen mit einem Anteil
nichtkonvertierten Lichts zu einer Austrittsöffnung geleitet wird und das durch die
Konvertersubstanz konvertierte Licht zusammen mit dem nichtkonvertierten Licht
ein Licht mit dem Wellenlängenspektrum der Farbe weiß ergibt.
2. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen
Bandpassfilter.
3. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
umfassend eine Helligkeitsregelung.
4. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das einfallende Licht von einer Polymerisationslampe als Lichtquelle
erzeugt wird.
5. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Konvertersubstanz gewählt ist aus Substanzen, die, wenn optisch
angeregt, lumineszieren, insbesondere fluoreszieren können.
6. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Konvertersubstanz gewählt ist aus anorganischen Farbstoffen,
umfassend Nebengruppenelemente und Elemente aus der Gruppe der
Lanthaniden und/oder organischen Farbstoffen, umfassend die Klasse der
Perylene, Aldazine, Thioxanthene und/oder der Naphtalimide.
7. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Lichtleiter flexibel ist.
8. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Durchmesser der Austrittsöffnung im Bereich von 1 bis 10 mm liegt.
9. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit
einer Kupplung oder einem Gewinde.
10. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Konvertersubstanz in einer Menge von 0,005 bis 5 Gew.-%, bezogen
auf die einzufärbende Substanz vorhanden ist.
11. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die
mit Heißdampf sterilisierbar ist.
12. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Lichtwellenkonverter die Form einer Filterscheibe, einer Glasfaser oder
eines Glasstabes aufweist.
13. Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Bestandteil eines Lichtgerätes,
insbesondere einer Polymerisationslampe ist.
14. Verwendung einer Lichtwellenkonvertervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche im Dentalbereich.
15. Verwendung einer Lichtwellenkonvertervorrichtung nach Anspruch 14 zur
Ausleuchtung eines Behandlungsfeldes.
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