DE102009045189A1

DE102009045189A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein dentales Handstück

Info

Publication number: DE102009045189A1
Application number: DE102009045189A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Rein; Steffen Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück (40), die mindestens zwei Leuchtdioden aufweist. Die erste Leuchtdiode (2.1) ist antiparallel zur zweiten Leuchtdiode (2.2) geschaltet, wobei die erste Leuchtdiode (2.1) in Durchlassrichtung und die zweite Leuchtdiode (2.2) entgegengesetzt in Sperrrichtung geschaltet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück, die mindestens zwei Leuchtdioden als Leuchtmittel aufweist.
Stand der Technik
Aus der EP 1112721 A1 ist ein Beleuchtungskörper bekannt, der für ein medizinisches oder dentales Handstück vorgesehen ist, mit einer Lampe, die mit einem Sockel eine vorfertigbare Baueinheit bildet, wobei die Lampe zwei Leiterdrähte aufweist, die sich an zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten des Sockels befinden. Die Lampe ist durch eine Leuchtdiode gebildet. Darüber hinaus weist der Sockel eine Verrastungsvorrichtung auf, durch die die Leuchtdiode am Sockel gehalten ist.
Aus der EP 0884025 A1 ist ein dentales Handstück bekannt, das eine Leuchtdiode aufweist, die im Kopfteil des dentalen Handstücks integriert ist und zur Beleuchtung während der zahnärztlichen Behandlung dient.
Aus der DE 4216873 A ist ein Beleuchtungskörper beschrieben, der eine vorgefertigte Baueinheit aufweist, bestehend aus einer Glühlampe und einem Sockel, der eine Hülse für den Glaskörper und einen Steckzapfen aufweist, an dessen Außenseiten einander gegenüberliegende Kontaktdrähte auf Grundflächen von Längsnuten aufliegen. Zur Halterung und Kontaktierung des Beleuchtungskörpers sind am Handstück Federarme vorgesehen, in die Längsnuten der Steckzapfen einfassen und dadurch eine durch ihre Elastizität vorgegebene elastisch nachgiebige Halterung des Beleuchtungskörpers bilden. Dadurch wird die Kontaktierung auch bei Schwingungen während des Betriebs eines dentalen Handstücks gewährleistet.
Andere bekannte dentale Beleuchtungsvorrichtungen mit einer LED sind in ihren geometrischen Abmessungen wegen der Größe des Leuchtmittels relativ unhandlich. Für den zahnärztlichen Einsatz sind jedoch Handstücke mit geringeren Abmessungen wünschenswert.
Aus betriebswirtschaftlichen und technischen Gründen wäre es für eine neuartige Beleuchtungsvorrichtung vorteilhaft, falls diese zu herkömmlichen Fassungen der dentalen Handstücke kompatibel wäre und ohne größeren technischen Aufwand ausgetauscht werden könnte.
Darüber hinaus taucht bei herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtungen das Problem der Wärmeableitung auf, welches oft auf eine technisch aufwändige Weise wie den Einsatz eines separaten Kühlkörpers und/oder einer Luftkühlung gelöst wird.
Eine solche neuartige dentale Beleuchtungsvorrichtung sollte darüber hinaus sicher aufgebaut sein und eine lange Lebensdauer aufweisen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die in ihren geometrischen Abmessungen möglichst gering ist, sicher aufgebaut ist, zu den herkömmlichen Handstücken kompatibel ist und eine lange Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück mindestens zwei Leuchtdioden auf. Die erste Leuchtdiode ist antiparallel zur zweiten Leuchtdiode geschaltet, wobei die erste Leuchtdiode in Durchlassrichtung und die zweite Leuchtdiode in Sperrrichtung geschaltet ist.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück vorgesehen, wobei ein zahnmedizinisches Handstück ein Teil einer Behandlungseinheit darstellt, die mit einem Betriebsteil meist über eine Steckkupplung lösbar verbunden wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist, dass unabhängig davon wie man die Beleuchtungsvorrichtung in die dafür vorgesehene symmetrische Fassung in dem zahnmedizinischen Handstück einsetzt, entweder die erste Leuchtdiode oder die zweite Leuchtdiode in Durchlassrichtung geschaltet ist und beim Anlegen einer Betriebsspannung leuchtet. Damit kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung nicht falsch gepolt, nämlich in Sperrichtung, eingesetzt werden, so wie es auch bei einer Halogenlampe der Fall ist. Der Benutzter, der die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in das zahnärztliche Handstück einsetzt, muss folglich nicht auf die Polung achten. Unabhängig davon in welcher Richtung die Beleuchtungsvorrichtung eingesetzt wird leuchtet diese immer im Gegensatz zu einer Beleuchtungsvorrichtung mit nur einer LED, die nur dann leuchtet, wenn sie richtig herum eingesetzt wird.
Die Leuchtdiode kann eine farbige Leuchtdiode oder eine weiße photolumineszierenden Leuchtdiode sein, die als ein leistungsstarker LED-Chip ohne Gehäuse mit einer Leistung von mehr als 1 W ausgeführt sein kann.
Falls die antiparallel geschalteten Leuchtdioden verschiedene Farben aufweisen, kann durch das Umdrehen der Beleuchtungsvorrichtung in der Fassung eine andere Leuchtfarbe gewählt werden. Auf diese Weise kann der Benutzer beispielsweise zwischen einem rötlichen und einem bläulichen Licht oder zwischen einem Weißlicht und einem Fluoreszenzlicht wechseln.
Insbesondere leistungsstarke LED-Chips erfordern eine bessere Kühlung als die herkömmlichen Halogenlampen, so dass die Kühleigenschaft der erfinderischen Beleuchtungsvorrichtung von Vorteil ist.
Die Verwendung einer Leuchtdiode anstatt der herkömmlichen Halogenlampe hat den Vorteil, dass die Leuchtdiode gegen Schwingungen im Funktionsbetrieb des Handstücks weniger empfindlich ist, effizienter im Verbrauch ist und eine längere Lebensdauer aufweist.
Vorteilhafterweise können elektrischen Leiterbahnen den Sockel mit den beiden Leuchtdioden verbinden, wobei zumindest ein Teil des Trägers, der in direkten Kontakt mit den beiden Leuchtdioden steht, aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wobei dieses Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit von mindestens 3 W/m°K, vorzugsweise von mindestens 10 W/m°K, aufweist und damit als ein Wärmeleiter dienen kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung einer Beleuchtungsvorrichtung besteht darin, dass die beiden Leuchtdioden auf einem Träger angebracht sind, der wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit als ein Wärmeleiter beziehungsweise als ein Kühlkörper dient. Durch eine gute Wärmeableitung ist für eine lange Lebensdauer und eine gute Farbkonstanz der Leuchtdioden gesorgt, denn eine Überhitzung der Leuchtdioden kann zu einer Zerstörung oder einer Beeinträchtigung des abgestrahlten Spektrums führen.
Der Träger aus dem elektrisch isolierenden Material mit der hohen Wärmeleitfähigkeit kann die an einer der Leuchtdioden entstehende Wärmeenergie zu den Außenflächen des Trägers ableiten, die dann die Wärmeenergie an ein umgebende Kühlmedium, nämlich Luft, abgeben kann oder über die elektrischen Kontakte an die Fassung weiterleitet.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch ein Bauteil aufweisen, das den Träger umhüllt und durch Wasser oder eine sonstige Kühlflüssigkeit gekühlt wird, wobei Wasser oder diese Kühlflüssigkeit durch ein dafür vorgesehenen Anschluss in das zahnärztlichen Handstück eingespeist wird und gegebenenfalls zum Kopfteil des zahnärztlichen Handstücks weitergeleitet wird und dort als ein Spraymedium zur Kühlung der Präparationsstelle im Mundraum eines Patienten eingesetzt werden kann.
Falls die Beleuchtungsvorrichtung in einer Fassung aus Kunststoff montiert ist oder eine zusätzliche seitliche Verkleidung aus Kunststoff aufweist, wie eine Isolierhülse, wird die Wärmeenergie, da Kunststoff eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, zum hinteren Ende des Sockels der Beleuchtungsvorrichtung abgeführt und wird dort an die umgebende Luft abgeben.
Ein weiterer Vorteil ist, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung einen Sockel aufweist, der eine elektrische Steckverbindung ermöglicht und dadurch das Auswechseln der Beleuchtungsvorrichtung erleichtert wird.
Ein weiterer Vorteil ist, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine kompakte Baugruppe darstellt, die durch den Träger nach außen elektrisch isoliert ist und gegen mechanische Einwirkungen von außen geschützt ist, wodurch die Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere unter der Einwirkung von Feuchtigkeit und Öl in einem zahnärztlichen Handstück, erheblich verlängert wird, wobei dadurch die Beleuchtungsvorrichtung günstig herzustellen ist.
Darüber hinaus bietet der Träger ausreichend Platz um verschiedene elektronische Schaltungen in die Baugruppe zu integrieren, die damit ebenfalls gegen äußere Einwirkungen geschützt sind.
Der Träger kann beispielsweise in großer Stückzahl aus einem Strangpressprofil oder mittels eines Pressverfahrens günstiger hergestellt werden.
Die beschriebene integrierte Bauweise erlaubt es, die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit sehr kleinen Ausmaßen herzustellen.
Vorteilhafterweise kann der Sockel am hinteren Ende des Trägers und die Leuchtdioden am vorderen Ende des Trägers angeordnet sein. Dadurch strahlt die Beleuchtungsvorrichtung Licht am entgegengesetzten Ende der elektrischen Kontakte ab, so wie es bei herkömmlichen Halogenlampen üblich ist.
Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungsvorrichtung in den äußeren geometrischen Abmessungen einer herkömmlichen Halogenlampe mit einer bestimmten Sockelart, wie einem Stiftsockel, entsprechen und zu der dazugehörigen Fassung kompatibel sein.
Dadurch kann eine herkömmliche Halogenlampe auf einfache Art und Weise gegen die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ausgetauscht werden, ohne technische Veränderungen am zahnärztlichen Handstück vornehmen zu müssen.
Vorteilhafterweise kann der Durchmesser des Sockels höchstens 4 mm, der Außendurchmesser der Beleuchtungsvorrichtung höchstens 6 mm und die Länge der Beleuchtungsvorrichtung höchstens 15 mm betragen.
Diese kompakten äußeren geometrischen Abmessungen entsprechen den Abmessungen herkömmlicher Halogenlampen für zahnärztliche Handstücke.
Vorteilhafterweise kann das elektrisch isolierende Material des Trägers eine thermische Stabilität bis zu einer Temperatur von mindestens 600°C aufweisen.
Dadurch wird gewährleistet, dass der Träger sich auch bei hohen Temperaturen, die beim Betrieb der Hochleistungs-Leuchtdioden entstehen, nicht verformt oder spröde wird.
Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen mit Kontaktflächen verbunden sein, die an den seitlichen Außenflächen des Sockels angeordnet sind.
Durch die seitlichen Kontaktflächen wird eine sichere elektrische Kontaktierung des Sockels mit einer passenden Fassung innerhalb des zahnärztlichen Handstücks ermöglicht. Die entsprechenden Kontakte in der Fassung können beispielsweise als Federkontakte ausgeführt sein, die auch bei Erschütterungen während des Betriebs eine sichere Kontaktierung gewährleisten.
Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen innerhalb einer dafür vorgesehenen durchgehenden Bohrung angebracht sein, die parallel zur Längsachse des Trägers angeordnet ist.
Dadurch wird eine sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet. Die Leiterbahnen werden im Inneren des Trägers vor äußeren mechanischen Einwirkungen und Berührungen geschützt und dadurch wird die Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung verlängert.
Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen mittels der so genannten Metallisierung als eine streifenförmige Beschichtung auf die seitlichen Oberflächen des Sockels aufgebracht sein.
Die Metallisierung ist ein in der automatischen maschinellen Fertigung übliches Beschichtungsverfahren und gewährleistet eine sichere Kontaktierung bei einer hohen Beständigkeit der Leiterbahnen an der Oberfläche des Trägers.
Die Leiterbahnen können auch mittels der so genannten Dickschicht-Hybridtechnik aufgebracht werden. Als Trägermaterial dienen meist Platten aus Al₂O₃-Keramiksubstrat, auch Keramikfolien für LTCC Technologie (Low Temperature Cofired Ceramics). Leiterbahnen werden drucktechnisch im Siebdruckverfahren aufgebracht und dürfen sich – mittels Isolierschichten – auch kreuzen. Ebenso werden elektrische Widerstände hergestellt, welche gegebenenfalls nachträglich durch das Lasertrimmen einem Laser-Feinabgleich unterzogen werden. Der derart bedruckte Träger wird gebrannt, wobei die aufgebrachten Fritten (Pulvermischungen für Widerstände, Isolationen oder Leiterbahnen) zu sehr widerstandsfähigen und zuverlässigen Schichten verschmelzen.
Diese Dickschichtschaltung kann dann mit weiteren, nicht drucktechnisch herstellbaren Bauteilen (aktive Bauteile, Kondensatoren) weiter bestückt werden. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Substrats bietet sich der Einsatz von LED-Chips ohne Gehäuse, also nackter Silicium-Plättchen, an. Die gebräuchlichsten Verbindungstechniken für die auf der Dickschicht-Schaltung angebrachten Bauteile sind das Reflow-Löten und das Bonden.
Die Leiterbahnen können auch zunächst mittels der beschriebenen Dickschichttechnik aufgebracht werden und anschließend galvanisiert werden.
Es gibt grundsätzlich zwei verschiedene Kontaktierungsmöglichkeiten:
Bei der ersten Möglichkeit sind die Kontaktstellen an den entgegengesetzten Oberflächen der Leuchtdiode angeordnet, wobei die zum Träger zugewandte Kontaktstelle auf einer Leiterbahn befestigt wird und mit dieser elektrisch verbunden wird (z. B. mittels Leitkleber, wobei die elektrische Kontaktierung der Leuchtdiode über den Leitkleber erfolgt). Die Kontaktierung der zweiten von dem Träger abgewandten Kontaktstelle erfolgt vorzugsweise mittels des Bondens, wobei die äußere Kontaktstelle über einen Draht mit einer zweiten Leiterbahn auf dem Träger verbunden wird.
Bei der zweiten Möglichkeit sind die beiden Kontaktstellen der Leuchtdiode auf einer Oberfläche der Leuchtdiode angeordnet.
Falls die beiden Kontaktstellen auf der zum Träger hin zugewandten Oberfläche angeordnet sind, kann das Kontaktieren über eine Leitkleberverbindung auf zwei separate Leiterbahnen auf dem Träger erfolgen.
Falls die beiden Kontaktstellen auf der vom Träger abgewandten Oberfläche der Leuchtdiode angeordnet sind, erfolgt das Kontaktieren mittels des Bondens über zwei Drähte, die die Kontaktstellen mit den beiden Leiterbahnen auf dem Träger verbinden.
Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen mittels Bonden oder mittels eines Leitklebers an den Kontaktstellen an der äußeren Oberfläche der Leuchtdioden, die dem Träger bzw. dem Sockel abgewandt ist, angebracht sein, wobei die vordere Fläche des Trägers, auf der die Leuchtdioden angeordnet sind, mit einer transparenten Isolierung bedeckt ist.
Die dem Träger abgewandte Oberfläche der Leuchtdioden ist leichter zugänglich und das Anbringen der elektrischen Verbindungen an den Kontaktstellen der Leuchtdiode wird dadurch erleichtert.
Eine transparente Isolierung hat den Vorteil, dass die Kontaktstellen und die Leiterbahnen gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit und Öl geschützt sind. Dabei weist die Isolierung eine hohe optische Durchlässigkeit auf, um das von den Leuchtdioden erzeugte Licht möglichst wenig abzuschwächen.
Vorteilhafterweise kann die transparente Isolierung der Kontaktstellen in ihrer Form als eine integrierte Linse mit gewünschten optischen Eigenschaften ausgebildet sein und/oder eine separate optische Linse im Strahlengang der Leuchtdioden angeordnet sein, die die von den Leuchtdioden ausgesandten Lichtstrahlen zur optischen Einkopplung auf eine Einkopplungsfläche des Lichtleiters fokussiert, falls die Lichtstrahlen der Beleuchtungsvorrichtung mittels eines Lichtleiters innerhalb des Handstücks zu einer Lichtaustrittsöffnung in einem Kopfteil des Handstücks geleitet werden, um das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten zu beleuchten.
Bei den meisten herkömmlichen zahnärztlichen Handstücken befindet sich das Leuchtmittel, wie eine Halogenlampe, im hinteren Teil des Handstücks, wobei das Licht mittels eines Lichtleiters, wie einer Glasfaser, zu einem Kopfteil des Handstücks geleitet wird und dort durch eine Lichtaustrittsöffnung austritt. Zur Verbesserung der optischen Einkopplung wird die transparente Isolierung als eine Linse geformt, die die Lichtstrahlen auf eine Einkopplungsfläche des Lichtleiters, wie eines einzelnen Glasfasers, eines Faserstabes oder eines Bündels von Glasfasern, fokussiert.
Die Einkopplungsfläche kann beispielsweise eine abgeschrägte oder eine zur Achse des Lichtleiters senkrecht verlaufende Schnittfläche sein. Durch die größere Fläche wird mehr Licht in den Lichtleiter eingekoppelt und die Lichtintensität des aus der Lichtaustrittsöffnung austretenden Lichts zur Beleuchtung des Behandlungsgebiets im Mundraum eines Patienten erhöht.
Ein herkömmliches Handstück ist oft aus einem vorderen Teil mit einem elektrischen Motor und einer Halterung für einen Werkzeug sowie aus einem Anschlussteil mit den Anschlüssen für Luft, Wasser und Strom aufgebaut. Die herkömmliche Halogenlampe ist dabei an der vorderen Fläche des Anschlussteils und die Einkopplungsfläche des Lichtleiters entsprechend am vorderen Teil des Handstücks angeordnet. Das vordere Teil des Handstücks wird mittels einer Steckverbindung beziehungsweise einer Drehverbindung mit dem Anschlussteil des Handstücks verbunden. Eine gute optische Ankopplung der Beleuchtungsvorrichtung an den Lichtleiter ist dabei besonders wichtig.
Vorteilhafterweise kann die transparente Isolierung der Kontaktstellen in ihrer Form als eine integrierte Linse mit gewünschten optischen Eigenschaften ausgebildet sein und/oder eine separate optische Linse kann im Strahlengang der Leuchtdioden angeordnet sein, die die von einer der Leuchtdioden ausgesandten Lichtstrahlen in Form eines Lichtkegels streut beziehungsweise ausrichtet. Diese Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist für Handstücke vorgesehen, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung im vorderen Teil in der Nähe des Kopfteils des Handstücks angebracht ist und das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten unmittelbar beleuchtet wird.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kann auch im Kopfteil eines Handstücks zur direkten Beleuchtung des Behandlungsgebiets eingesetzt werden. Dabei wird die transparente Isolierung als eine Streulinse geformt, die die parallelen Lichtstrahlen in einem Lichtkegel streut, um das Behandlungsgebiet homogen auszuleuchten.
Vorteilhafterweise kann die transparente Isolierung der Kontaktstellen eine Vergussmasse enthalten, die zur Lichtleitung und zur Abdichtung der Kontaktstellen gegen Feuchtigkeit und Öl sowie zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen dient.
Dadurch werden die Leuchtdioden und die Leiterbahnen gegen Feuchtigkeit und Öl sowie gegen mechanische Einwirkungen geschützt, um beispielsweise Beschädigungen der Kontaktierung oder Kurzschlüsse zu vermeiden.
Vorteilhafterweise kann die transparente Isolierung der Kontaktstellen aus einer äußeren Schicht aus einem elastischen transparenten Material und einer inneren Schicht aus einem harten transparenten Material aufgebaut sein, um die Leiterbahnen und die Kontaktstellen an den Leuchtdioden vor mechanischen Einwirkungen und gegen Feuchtigkeit und Öl zu schützen.
Die innere Schicht aus einem harten transparenten Material gewährt die nötige mechanische Stabilität zum Schutz gegen äußere mechanische Einwirkungen, wobei die äußere Schicht aus einem elastischen transparenten Material die elektronischen Elemente abdichtet und damit vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Öl schützt, wobei beide Schichten zu elektrischen Isolierung dienen.
Die elastische Schicht dient auch zur Anlage an den Lichtleiter dienen, um einen Luftspalt, der durch mögliche Fertigungstoleranzen der Beleuchtungsvorrichtung entstehen könnte und zu einer unerwünschten Lichtbrechung führen würde, zu verhindern, falls die Lichtstrahlen einer der Leuchtdioden in einer alternativen Ausführungform direkt in den anliegenden Lichtleiter eingekoppelt werden.
Vorteilhafterweise kann die äußere Schicht aus einem elastischen Silikon und die innere Schicht aus einem harten Silikon aufgebaut sein.
Silikon ist als Material für die transparente Isolierung geeignet, da es einfach zu verarbeiten ist, sterilisationsbeständig ist und die Anforderungen an die mechanischen und optischen Eigenschaften erfüllt.
Die transparente Isolierung kann auch aus Glas, aus einem besonderen Kunstharz beziehungsweise aus einem Kunststoff (z. B PSU, PMP, PES PFA) als Vergussmasse aufgebaut sein.
Vor allem die Sterilisationsbeständigkeit des verwenden Materials sollte gegeben sein, da die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung regelmäßig sterilisiert werden muss.
Vorteilhafterweise kann das elektrisch isolierende und wärmeleitfähige Material des Trägers eine besondere Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit, ein passiviertes Metall oder ein mit einer Kunststoffschicht beschichtetes Metall sein.
Durch die Auswahl dieser Materialien wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei einer dauerhaften elektrischen Isolierung gewährleistet.
Die besondere Keramik ist beispielsweise ein Material mit einem Anteil an Aluminiumoxid Al₂O₃ von mehr als 96%. Dieses Material weist eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit von mehr als 24 W/m°K auf. Dieser elektrisch isolierende Werkstoff zeichnet sich insbesondere durch hohe Festigkeit, Oberflächengüte, Thermozyklierbarkeit, Thermoschockbeständigkeit und Biegefestigkeit aus.
Vorteilhafterweise kann die vordere Fläche des Trägers, auf der die Leuchtdioden angebracht sind, als ein Reflektor ausgebildet sein.
Dadurch wird die Lichtintensität des zur Beleuchtung verwendeten Lichts im Arbeitsbereich erhöht. Der Reflektor stellt damit einen integrierten Bestandteil des Trägers dar und damit ist kein separater Reflektor erforderlich.
Vorteilhafterweise kann die vordere Fläche des Trägers als ein Reflektor geformt sein und schräge, konzentrische, um die Leuchtdioden verlaufende Reflektorflächen aufweisen. Diese Reflektorflächen können mit einer Farbschicht, wie mit einem Chromlack oder einem weißen Lack, oder mit einer Goldschicht beschichtet sein, die einen hohen Reflektionsgrad aufweist.
Dadurch kann die vordere Fläche des Trägers so geformt sein, wie es die optischen Eigenschaften des Reflektors, wie beispielsweise die Brennweite, erfordern. Die erforderliche Brennweite des Reflektors hängt vom Abstand der integrierten Beleuchtungsvorrichtung und der Einkopplungsfläche des Lichtleiters innerhalb des Handstücks ab, so dass für unterschiedliche Handstücken jeweils eine passende Beleuchtungsvorrichtung mit der erforderlichen Brennweite bereitgestellt werden kann. Die Brennweite ergibt sich aus der Anordnung der Reflektionsflächen und dem Brechungsindex des Materials, das für die transparente Isolierung verwendet wird.
Die Beschichtung der Reflektionsflächen mit einer Goldschicht hat den Vorteil, dass dadurch das Anbringen der Kontakte für die Leuchtdioden erleichtert wird.
Die Beschichtung der Reflektorflächen mit einer Farbschicht ermöglicht die Bereitstellung eines Reflektors auf eine einfache, sichere und günstige Weise.
Vorteilhafterweise können die Reflektorflächen zur optischen Einkopplung die von einer der Leuchtdioden ausgesandten Lichtstrahlen auf eine Einkopplungsfläche des Lichtleiters fokussieren, falls die Beleuchtungsvorrichtung für Handstücken vorgesehen ist, bei denen die Lichtstrahlen der Beleuchtungsvorrichtung mittels eines Lichtleiters innerhalb des Handstücks zu einer Lichtaustrittsöffnung in einem Kopfteil des Handstücks geleitet werden, um das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten zu beleuchten.
Dadurch wird der Reflektor in seinen optischen Eigenschaften so gestaltet, das die Einkopplung des Lichts möglichst verbessert und dadurch die Intensität des aus der Lichtaustrittsöffnung austretenden Lichts erhöht wird.
Vorteilhafterweise können die Reflektorflächen so angeordnet sein, dass die Lichtstrahlen mittels der Reflektorflächen auf die gewünschte Weise in Form eines Lichtkegels gestreut werden, falls die Beleuchtungsvorrichtung für Handstücke vorgesehen ist, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung in einem Kopfteil des Handstücks angebracht ist und das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten unmittelbar beleuchtet.
Dadurch wird der Reflektor so gestaltet, dass die von einer der Leuchtdioden abgestrahlten Lichtstrahlen in Form eines Lichtkegels reflektiert werden, um das Behandlungsgebiet homogen auszuleuchten.
Vorteilhafterweise können im Träger mehrere elektronische Bauteile integriert sein, die zur Funktionsfähigkeit der Beleuchtungsvorrichtung notwendig sind.
Dadurch wird eine kompakte Baugruppe bereitgestellt, die einen sicheren Einsatz ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann im Träger jeweils eine Schaltung zur Strombegrenzung für die erste und die zweite Leuchtdiode integriert sein.
Dadurch wird die Beleuchtungsvorrichtung vor einem unerwarteten Stromanstieg geschützt und dadurch die Lebensdauer verbessert.
Vorteilhafterweise kann im Träger jeweils eine Schaltung für die erste und die zweite Leuchtdiode integriert sein, die die Leuchtdioden mit einem gepulsten Spannungssignal im Bereich von kHz oder von MHz betreibt.
Dadurch kann jemals abhängig von der Polung eine der Leuchtdioden im gepulsten Modus betrieben werden, wobei bei gleicher Leuchtstärke eine geringere Wärmemenge erzeugt wird und dadurch Leuchtdioden mit einer hohen Leistung ohne aktive Kühlung verwendet werden können.
Vorteilhafterweise können auf dem Träger neben beiden Leuchtdioden weitere Leuchtdioden mit abweichenden Wellenlängen integriert sein.
Dadurch wird eine Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die Spektren unterschiedlicher Wellenlängen abhängig von der Ansteuerung abstrahlen kann. Dies ist insbesondere bei Beleuchtungsvorrichtungen für zahnärztliche Handstücke vorteilhaft, da es von Vorteil ist, wenn man mit dem gleichen Handstück in einem Modus das Behandlungsgebiet mit tageslichtähnlichem Licht während der Behandlung zum Einsatz von Zahnersatzteilen oder Füllungen beleuchten kann und in einem anderen Modus das Behandlungsgebiet mit ultraviolettem Licht zur Diagnose von Karies beleuchten kann. Eine Beleuchtung mit ultraviolettem Licht ist beispielsweise zum Aushärten bestimmter photosensitiver dentaler Füllmaterialien notwendig.
Es können auch mehrere Leuchtdioden mit gleicher Wellenlänge nebeneinander in einer Reihe oder bogenförmig auf dem Träger angeordnet sein. Der Lichtleiter weist dann die Form eines Lichtleiterbandes mit einer ovalen Einkopplungsfläche auf, die in ihren Abmessungen einer Reihe der Leuchtdioden entspricht. Dadurch kann eine größere Lichtmenge in den Kopfteil des zahnmedizinischen Handstücks zu Beleuchtung eingespeist werden.
Vorteilhafterweise können die Leuchtdioden leistungsstarke LED-Chips mit einer Leistung von mehr als 1 W sein, die kein Gehäuse aufweisen und die Leiterbahnen mittels Kontaktstellen direkt an den LED-Chips an den Kontaktstellen angeschlossen sind.
Dadurch wird eine kompaktere Bauweise der Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht.
Vorteilhafterweise können die Leuchtdioden LED's sein, die mit einem photolumineszierenden Material beschichtet beziehungsweise umgebenden sind und ein dem Tageslicht ähnliches Spektrum abstrahlen. Vorzugsweise strahlt die Leuchtdiode ein Licht im Bereich von 380 bis 500 nm ab. Die Leuchtdiode kann auch mit mehreren photolumineszierenden Materialien beschichtet sein.
Dadurch wird eine Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die ein tageslichtähnliches Spektrum abstrahlt und dadurch insbesondere für ästhetische zahnmedizinische Behandlungsmethoden zur Farbabstimmung von Zahnrestaurationen mit Nachbarzähnen vorteilhaft ist.
Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungsvorrichtung eine Isolationshülse aufweisen, die konzentrisch seitlich um den Träger angeordnet ist.
Die Isolationshülse isoliert die auf dem Träger aufgebrachten Leiterbahnen, die die Leuchtdiode am vorderen Ende der Beleuchtungsvorrichtung mit dem Sockel am hinteren Ende der Beleuchtungsvorrichtung verbinden, und schützt diese vor mechanischen Einwirkungen von außen.
Die Montage einer solchen Beleuchtungsvorrichtung wird durch den Aufbau aus dem zylinderförmigen Träger und der Isolationshülse vereinfacht, da im ersten Schritt die Leiterbahnen, die Leuchtdiode, Kontaktflächen, Vorwiderstände und weitere elektronische Elemente auf dem elektrisch isolierenden Träger aufgebracht werden und im zweiten Schritt die Isolationshülse auf über Träger gesteckt wird, um die elektronischen Bauteile elektrisch zu isolieren und vor äußeren mechanischen Einflüssen zu schützen. Dadurch müssen im Vergleich zur alternativen Ausführungsform keine speziellen Bohrungen innerhalb des keramischen Trägers zur Durchführung der Leiterbahnen erst aufwändig erzeugt werden.
Die Isolationshülse kann beispielsweise durch Rasten und anschließendes Verkleben mit dem Träger verbunden werden.
Vorteilhafterweise kann die Isolationshülse aus Kunststoff oder einer besonderen Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.
Falls die Isolationshülse, wie der Träger, aus der besonderen Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, dient die Isolationshülse zusammen mit dem Träger als ein Wärmeleiter und leitet die Verlustwärme der Leuchtdiode und der übrigen elektronischen Bauteile auf dem Träger zu den Außenflächen der Isolationshülse, die dort an die umgebende Luft abgegeben wird.
Falls die Isolationshülse aus einem Kunststoff besteht, kann die Verlustwärme der Leuchtdiode und der übrigen elektronischen Bauteile auf dem Träger wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff nicht zu den Außenflächen der Isolationshülse abgeleitet werden sondern muss erst zum Sockel durch die Gesamtlänge des Trägers geleitet werden und wird erst dort an die umgebende Luft beziehungsweise an die Bauteile, die die Beleuchtungsvorrichtung haltern abgegeben.
Eine Isolationshülse aus Kunststoff hätte jedoch den Vorteil, dass dadurch die Beleuchtungsvorrichtung günstiger herzustellen wäre und Kunststoff wegen seiner elastischen Eigenschaften resistenter gegen mechanische Stöße als keramische Materialien ist.
Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungsvorrichtung einen ersten Vorwiderstand aufweisen, der in die Leiterbahnen für die erste Leuchtdiode integriert ist, und einen zweiten Vorwiderstand aufweisen, der in die Leiterbahnen für die zweite Leuchtdiode integriert ist, wobei die beiden Vorwiderstände am Träger zur Kühlung der entstehenden Verlustwärme anliegen, wobei an den Vorwiderständen eine Differenzspannung zwischen der am Sockel anliegenden Spannung und der Betriebsspannung der jeweiligen Leuchtdiode abfällt.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung soll gegen herkömmliche Halogenlampen ausgetauscht werden, die bei höheren Spannungen betrieben werden. Deshalb wird ein Vorwiderstand in die Leiterbahnen integriert, an dem die Differenzspannung abfällt. Falls die herkömmliche Halogenlampe in einem zahnärztlichen Handstück beispielsweise mit einer Betriebsspannung von 3,5 V betrieben wurde, die an der Fassung und somit am Sockel anliegt, und die Leuchtdiode mit 3,1 V betrieben werden soll, dann muss am Vorwiderstand eine Differenzspannung von 0,4 V abfallen. Falls der Strom durch die Leuchtdiode 200 mA betragen soll, ergibt sich ein Vorwiderstandswert von 2 Ohm.
Vorteilhafterweise kann die Betriebsspannung der beiden Leuchtdioden beziehungsweise die Durchlassspannung sich bei der Serienfertigung von Leuchtdiode zu Leuchtdiode unterscheiden und der Vorwiderstand bei jeder Beleuchtungsvorrichtung so kalibriert sein kann, dass die gewünschte Differenzspannung am Vorwiderstand abfällt, nämlich die Differenz zwischen der am Sockel anliegenden Spannung und der Durchlassspannung der jeweiligen Leuchtdiode.
Bei der Serienfertigung kann die Durchlassspannung von LED-Chips stark schwanken, beispielsweise zwischen 3 V und 3,6 V. Der Vorwiderstand muss daher entsprechend kalibriert werden, um alle LED-Chips bei gleicher Leuchtstärke zu betreiben.
Nach einer ersten Methode können die einzelnen LED-Chips bezüglich der Durchlassspannung in verschiedene Klassen beispielsweise in 0,1 V Schritten aufgeteilt werden und anschließend zusammen mit passenden Vorwiderständen montiert werden.
Nach einer zweiten Methode können so genannte lasertrimmbare Vorwiderstände auf dem Träger aufgebracht werden und nach dem Vermessen der Durchlassspannung der LED-Chips entsprechend kalibriert werden, indem mit einem Laser ein Teil des lasertrimmbaren Vorwiderstandes weggebrannt wird, der Querschnitt verringert und dadurch der Widerstandswert erhöht wird. Werden auf dem Träger zwei Widerstände, beispielsweise auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des Trägers angebracht und jeder LED ein separater lasertrimmbarer Widerstand zugeordnet, kann der Stromwert von jeder LED individuell abgeglichen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
1 eine Skizze eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
2 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse und einem Reflektor,
3 eine andere Ansicht der Ausführungsform aus 1,
4 eine Skizze eines zahnärztlichen Handstücks mit einer Beleuchtungsvorrichtung und einem Lichtleiter,
5 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung mit einer Isolationshülse,
6 eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform aus 5,
7 eine technische Zeichnung in einer Ansicht von vorne, von der Seite und von oben von einer herkömmlichen Halogenlampe,
8 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer elastischen Schicht,
9 Schaltbild mit zwei Leuchtdioden.
Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine Skizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück, die eine erste Leuchtdiode 2.1, eine zweite Leuchtdiode 2.2 und einen Träger 3 aufweist. Der Träger 3 umfasst Leiterbahnen 4 und einen Sockel 5, wobei die Leiterbahnen 4 Kontaktflächen 6, die an den Seitenflächen des Sockels 5 angebracht sind, elektrisch mit Kontaktstellen 7 verbinden, die auf denn äußeren Oberflächen 2.3 und 2.4 der Leuchtdioden 2.1 und 2.2 angeordnet sind. Zumindest ein vorderer Teil 8 des Trägers 3, der in direkten Kontakt mit den Leuchtdioden 2.1, 2.2 steht, besteht aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, nämlich aus einer besonderen Keramik mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, und dient damit als ein Kühlkörper. Dabei entspricht die Beleuchtungsvorrichtung 1 in ihren äußeren geometrischen Abmessungen einer herkömmlichen Halogenlampe eines zahnärztlichen Handstücks und der Sockel 5 ist kompatibel zu einer entsprechenden Fassung in herkömmlichen zahnärztlichen Handstücken. Die Leiterbahnen 4 und die Kontaktflächen 6 des Sockels 5 werden unter Verwendung des oben genannten Dickschicht-Hybridtechnik und des Metallisierungsverfahrens als eine streifenförmige Beschichtung auf dem Träger 3 und den Außenflächen des Sockels 5 angebracht. Die vordere Fläche 9 des Trägers 3 ist mit einer transparenten Isolierung 10 bedeckt, die aus einer ersten inneren Schicht 10.1 aus hartem Silikon als Vergussmasse und einer zweiten äußeren Schicht 10.2 aus elastischem Silikon besteht, wobei die erste Schicht 10.1 die Leiterbahnen 7, die Leuchtdioden 2.1, 2.2 und weitere elektronische Bauteile vor äußeren mechanischen Einwirkungen schützt und die zweite Schicht 10.2 gegen Feuchtigkeit und Öl abdichtet und damit Kurzschlüsse verhindert werden. Im Träger 3 sind auf der vorderen Fläche 9 weitere elektronische Bauteile integriert, nämlich eine erste Schaltung zur Strombegrenzung 11.1 für die erste Leuchtdiode 2.1, eine zweite Schaltung zur Strombegrenzung 11.2 für die zweite Leuchtdiode 2.2, eine erste Schaltung für einen gepulsten Betrieb 12.1 für die erste Leuchtdiode 2.1 und eine zweite Schaltung für einen gepulsten Betrieb 12.2 für die zweite Leuchtdiode 2.2, wobei die Schaltungen für den gepulsten Betrieb im Bereich von kHz oder von MHz ausgelegt sind. Neben den beiden Leuchtdioden 2.1 und 2.2, die weiße LED-Chips sind, die mit einem photolumineszierenden Material beschichtet sind und ein dem Tageslicht ähnliches Spektrum abstrahlen, sind auf der vorderen Fläche 9 des Trägers 3 weitere Leuchtdioden 13.1, 14.1, die parallel zur ersten Leuchtdiode 2.1 in Durchlassrichtung geschaltet sind, und Leuchtdioden 13.2, 14.2, die parallel zur zweiten Leuchtdiode 2.2 in Sperrrichtung geschaltet sind, integriert, wobei die Leuchtdioden 13.1, 13.2 zur Abstrahlung eines ultravioletten Spektrums und die Leuchtdioden 14.1, 14.2 zur Abstrahlung eines infraroten Spektrums geeignet sein können. Darüber hinaus ist im Träger 3 eine erste Steuerungsvorrichtung 15.1 als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) zur Steuerung der Leuchtdioden 2.1, 13.1 und 14.1 und eine zweite Steuerungsvorrichtung 15.2 zur Steuerung der Leuchtdioden 2.2, 13.2 und 14.2 integriert. Die Steuervorrichtungen 15.1 und 15.2 sind so geschaltet, dass die Leuchtdioden abhängig von der Modulation der Versorgungsspannung separat angesteuert werden. Als Modulation der Versorgungsspannung wird die Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet.
Die 2 zeigt eine Skizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, die einen Reflektor 20 mit schrägen, konzentrischen, um die Leuchtdioden 2.1, 2.2 verlaufenden Reflektorflächen 21 und eine externe Linse 22 zur Bündelung der von der jeweils betriebenen Leuchtdiode 2.1, 2.2 abgestrahlten Lichtstrahlen aufweist. Die Reflektorflächen 21 sind mit einer Farbschicht beschichtet, die einen hohen Reflektionsgrad aufweist. Als Beschichtung wird beispielsweise ein Chromlack oder ein weißer Lack verwendet. Die externe Linse 22 ist mittels eines Halters 23 mit dem Träger 3 verbunden, wobei die externe Linse 22 gewünschte optische Eigenschaften aufweist und in einem vorgesehenen Abstand zu den Leuchtdioden 2.1, 2.2 angeordnet ist, um die von der jeweils betriebenen Leuchtdiode 2.1, 2.2 abgestrahlten Lichtstrahlen 24 zur optischen Einkopplung auf eine Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 innerhalb des Handstücks zu fokussieren. Diese Ausführungsform ist für Handstücke geeignet, bei denen die Lichtstrahlen 24 der Beleuchtungsvorrichtung 1 mittels des Lichtleiters 26 innerhalb des nicht dargestellten Handstücks zu einer nicht dargestellten Lichtaustrittsöffnung in einem Kopfteil des Handstücks geleitet werden, um das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten zu beleuchten. Die Leiterbahnen 7 verbinden den LED-Chip 2 mit den Kontaktflächen 6 an den Seitenflächen des Sockels 5. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer separaten externen Linse kann auch für Handstücke ausgelegt sein, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung in einem Kopfteil des Handstücks angebracht ist und das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten unmittelbar beleuchtet. Dabei ist die externe Linse als eine Streulinse gestaltet, um die von der jeweils betriebenen Leuchtdiode abgestrahlten Lichtstrahlen in Form eines Lichtkegels zu streuen und das Behandlungsgebiet gleichmäßig auszuleuchten. Die vordere Fläche 9 des Trägers ist mit einer transparenten Isolierung 10 bedeckt, die aus Silikon besteht. Die nach außen gerichtete Oberfläche der transparenten Isolierung 10 ist so geformt, das sie eine integrierte Linse mit gewünschten optischen Eigenschaften bildet, die in Kombination mit der externen Linse 22 die von der jeweils betriebenen Leuchtdiode 2.1 oder 2.2 abgestrahlten Lichtstrahlen 24 auf die Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 fokussiert. Die transparente Isolierung 10 kann auch als eine Streulinse gestaltet sein, falls die Beleuchtungsvorrichtung für Handstücke vorgesehen ist, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung Behandlungsgebiet unmittelbar in Form eines Lichtkegels beleuchtet. Der Träger 3 ist aus einer besonderen Keramik mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt, der als ein Kühlkörper beziehungsweise ein Wärmeleiter für die Leuchtdioden 2.1, 2.2 dient. Die konzentrisch um die Leuchtdioden 2.1, 2.2 verlaufenden Reflektorflächen 21 des Reflektors 20 sind so angeordnet, dass die von den Reflektorflächen 21 reflektierte Lichtstrahlen 27 gebündelt werden und im Zusammenspiel mit der externen Linse 22 auf die Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 fokussiert werden, um die optische Einkopplung zu verbessern.
Die 3 zeigt eine seitliche Ansicht der Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung aus 1, die aus dem Träger 3 und dem Sockel 5 aufgebaut ist, wobei die Leiterbahnen 4 die rechteckigen Kontaktflächen 6, die an den Seitenflächen des Sockels 5 angeordnet sind, mit den Leuchtdioden 2.1 und 2.2 an der vorderen Fläche 9 des Trägers 3 elektrisch verbinden, wobei die erste Leuchtdiode 2.1 antiparallel zur zweiten Leuchtdiode 2.2 geschaltet ist. Die Leiterbahnen 4 sind innerhalb einer durchgehenden Bohrung 30 unter Verwendung eines Metallisierungsverfahrens angebracht, die parallel zur Längsachse 31 des Trägers 3 angeordnet ist.
Die 4 zeigt eine Skizze eines zahnärztlichen Handstücks 40 mit der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung aus 1 und 3. Das zahnärztliche Handstück 40 weist einen Kopfteil 41 mit einem Bearbeitungswerkzeug 42, wie einem Bohrer, einem Fräser, einem Schleifwerkzeug oder einen Polierwerkzeug, am vorderen Ende des Handstücks 40 und ein Griffteil 43 am hinteren Ende des Handstücks 40 auf. Das zahnärztliche Handstück 40 ist über ein elektrisches Kabel 44 mit einem nicht dargestellten Basisteil, wie einem Arztelement oder einem Arzthelferelement, verbunden. Das Basisteil versorgt das Handstück 40 mit der Antriebspannung und steuert das Handstück durch Steuerungssignale. Im hinteren Ende des Griffteils 43 ist eine Fassung 45 angeordnet, die das Gegenstück zum Sockel 5 der Beleuchtungsvorrichtung 1 bildet. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 entspricht in ihren äußeren geometrischen Abmessungen einer herkömmlichen Halogenlampe, wobei insbesondere der Sockel 5 in seiner äußeren Form der Sockelart dieser herkömmlichen Halogenlampen entspricht. Der Sockel 5 der Beleuchtungsvorrichtung 1 ist daher zu der herkömmlichen Fassung 45 kompatibel, die ursprünglich zur elektrischen Kontaktierung mit einer Halogenlampe vorgesehen war. Die Kompatibilität der Beleuchtungsvorrichtung 1 zur herkömmlichen Fassung hat den Vorteil, dass die Halogenlampe ohne größeren technischen Aufwand gegen die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 ausgetauscht werden kann, ohne Veränderungen an dem Handstück 40 vornehmen zu müssen. Im Inneren des Handstücks 40 ist ein Lichtleiter 26, dessen Ende bereits in 2 dargestellt ist, angeordnet. Der Lichtleiter 26 ist ein Bündel aus Glasfasern. Die von der jeweils betriebenen Leuchtdiode 2.1 oder 2.2 der Beleuchtungsvorrichtung 1 abgestrahlten Lichtstrahlen 24 werden, wie bereits in 1 und 3 oder wie in 2 erläutert, zur besseren optischen Einkopplung auf eine Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 fokussiert und durch den Lichtleiter 26 zu einer Lichtaustrittsöffnung 46 im Kopfteil 41 des Handstücks 40 geleitet. An der Lichtaustrittsöffnung 46 ist eine Streulinse 47 angebracht, die die austretenden Lichtstrahlen 24 in Form eines Lichtkegels 48 streut, um das nicht dargestellte Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten gleichmäßig zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 kann auch für Handstücke vorgesehen sein, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung direkt im Kopfteil des Handstücks angeordnet ist, um das Behandlungsgebiet mit abgestrahlten Lichtstrahlen in Form eines Lichtkegels unmittelbar zu beleuchten.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 1, wobei auf dem Träger 3 eine Isolationshülse 50 aufgesteckt ist. Die Isolationshülse 50 besteht aus einem vorderen Teil 50.1 mit geringerem Durchmesser und einem hinteren Teil 50.2 mit größerem Durchmesser. Auf der vorderen Fläche 9 des Trägers 3 sind die Leuchtdioden 2.1, 2.2 angeordnet und elektrisch mit den Leiterbahnen 4 verbunden. Die Leiterbahnen 4 verbinden die Kontaktflächen 6 und Sockel 5 mit den Leuchtdioden 2.1, 2.2. An der Stirnfläche des vorderen Teils 50.1 der Isolationshülse 50 ist ein Reflektor 20 durch schräge, konzentrische um die Leuchtdioden 2.1, 2.2 verlaufende Reflektorflächen 21 gebildet. Die Isolationshülse 50 kann aus Kunststoff oder einer besonderen Keramik mit hoher Leitfähigkeit, wie der Träger 3, aufgebaut sein. Falls die Isolationshülse 50 aus der besonderen Keramik aufgebaut ist, wird die Verlustwärme der Leuchtdioden 2.1, 2.2 direkt über die Außenflächen der Isolationshülse 50 abgeführt. Falls die Isolationshülse 50 aus Kunststoff aufgebaut ist, wird der Träger 3 durch die Isolationshülse 50 nach außen hin thermisch isoliert und die Verlustwärme der Leuchtdioden 2.1, 2.2 wird zum Sockel 5 geleitet und kann dort an die Umgebungsluft und die Fassung abgegeben werden.
Die 6 zeigt eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform aus 5. Am Träger 3 sind Leiterbahnen 4, Kontaktflächen 6 und Sockel 5 sowie ein erster Vorwiderstand 60.1 für die erste Leuchtdiode 2.1 und ein zweiter Vorwiderstand 60.2 für die zweite Leuchtdiode 2.2 angeordnet. Die Vorwiderstände 60.1, 60.2 sind dabei in die Leiterbahnen 4 integriert und liegen zur Kühlung der andern Vorwiderständen 60.1, 60.2 entstehenden Verlustwärme am Träger 3 an. Der Widerstandswert des jeweiligen Vorwiderstandes 60.1, 60.2 ist so gewählt, dass am Vorwiderstand eine Differenzspannung abfällt, die der Differenz zwischen der an dem Kontaktflächen 6 am Sockel 5 anliegenden Spannung und der Durchlassspannung des jeweiligen LED-Chips 2.1, 2.2 entspricht. Die Vorwiderstände 60.1, 60.2 sind lasertrimmbare Widerstände und werden bei der Fertigung nach dem Vermessen der Durchlassspannung der LED-Chips 2.1, 2.2 kalibriert, indem mit einem Laser ein Teil der lasertrimmbaren Widerstände weggebrannt wird und somit die Widerstandswerte auf die gewünschte Größe erhöht werden. Durch den Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung 1 aus dem Träger 3 und der Isolationshülse 50 wird die Montage vereinfacht. In einem ersten Schritt der Montage werden die Leiterbahnen 4, Kontaktflächen 6, der LED-Chip 2 und der Vorwiderstand 60 auf dem keramischen Träger 3 angebracht. In einem zweiten Schritt der Montage wird die Isolationshülse 50 mit dem Träger 3 zusammengestellt durch Rastern verbunden und anschließend verklebt. Dadurch werden die elektrischen Leiterbahnen 4, Leuchtdioden 2.1, 2.2 und der Vorwiderstände 60 nach außen hin elektrisch isoliert und vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt.
Die 7 zeigt eine technische Zeichnung einer herkömmlichen Halogenlampe 70 in einer Ansicht von vorne, von der Seite und von oben. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 entspricht in den äußeren geometrischen Abmessungen in etwa herkömmlichen Halogenlampe 70. Insbesondere der Sockel 5 ist identisch, um eine Kompatibilität zu ermöglichen. Der Sockel 5 weist in seinem Querprofil zwei gegenüberliegende runde Flächen 5.1, 5.2 auf, die Kreisabschnitte bilden, und weitere zwei gegenüberliegende flache Flächen 5.3, 5.4 auf. Auf den flachen Flächen 5.3, 5.4 des Sockels 5 sind Kontaktflächen 6 angeordnet. Der erste Abstand 71 zwischen den beiden flachen Flächen 5.3, 5.4 beträgt 2,6 mm und der zweite Abstand 72, der den Durchmesser der Kreisabschnitte 5.1 und 5.2 bildet, beträgt 3 mm. Die Höhe 73 des Sockels 5 beträgt 2,5 mm. Der Außendurchmesser der Beleuchtungsvorrichtung 1 darf den Außendurchmesser 74 der Halogenlampe von 4,6 mm und die Gesamtlänge der Beleuchtungsvorrichtung darf die Gesamtlänge 75 der Halogenlampe von 11,6 mm nicht überschreiten.
Die 8 stellt eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 1 dar, die an der vorderen Fläche 9 des Trägers 3 eine transparente Isolierung 10 aufweist. Die transparente Isolierung 10 besteht aus einer inneren Schicht 10.1 aus hartem Silikon, die den gesamten Innenraum im vorderen Teil 8 des Trägers 3 um die Leuchtdioden 2.1, 2.2 ausfüllt, und aus einer äußeren Schicht 10.2 aus elastischem Silikon, die zur Anlage an die Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 dient. Die elastische Schicht 10.2 ist an den Lichtleiter 26 angedrückt und elastisch verformt, so dass zwischen den Leuchtdioden 2.1, 2.2 und der Einkopplungsfläche 25 des Lichtleiters 26 keine Luftspalt entsteht, der zu unerwünschten Lichtbrechungen führen könnte. Dadurch wird die Einkopplung der von der Leuchtdiode 2 abgestrahlten Lichtstrahlen 24 in den Lichtleiter 26 verbessert. Die bei der Herstellung der Beleuchtungsvorrichtung entstehenden Fertigungstoleranzen werden durch die elastische Schicht 10.2 ebenfalls ausgeglichen. Der Sockel 5 der Beleuchtungsvorrichtung 1 ist in die Fassung 45 eines herkömmlichen zeitlichen Handstücks 40 aus 4 eingesetzt, die in einer Schnittansicht dargestellt ist.
Die 9 zeigt ein Schaltbild der antiparallel zueinander gestalten ersten Leuchtdiode 2.1 und zweiten Leuchtdiode 2.2, wobei die erste Leuchtdiode 2.1 in Durchlassrichtung und die zweite Leuchtdiode 2.2 entgegengesetzt in Sperrrichtung geschaltet ist. Dadurch wird gewährleistet, dass unabhängig von der Polung der Betriebsspannung U eine der Leuchtdioden 2.1, 2.2 leuchtet.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsvorrichtung
2.1: erste Leuchtdiode
2.2: zweite Leuchtdiode
2.3: äußere Oberfläche
2.4: äußere Oberfläche
3: Träger
4: Leiterbahnen
5: Sockel
6: Kontaktfläche
7: Kontaktstellen
8: der vordere Teil des Trägers, Kühlkörper
9: die vordere Fläche
10: die transparente Isolierung
10.1: innere Schicht aus hartem Silikon
10.2: äußere Schicht aus elastischem Silikon
11.1: erste Schaltung zur Strombegrenzung
11.2: zweite Schaltung zur Strombegrenzung
12.1: erste Schaltung für einen gepulsten Betrieb
12.2: zweite Schaltung für einen gepulsten Betrieb
13.1: Leuchtdiode
13.2: Leuchtdiode
14.1: Leuchtdiode
14.2: Leuchtdiode
15.1: erste Steuerungsvorrichtung
15.2: zweite Steuerungsvorrichtung
20: Reflektor
21: Reflektorflächen
22: externe Linse
23: Halter
24: abgestrahlte Lichtstrahlen
25: Einkopplungsfläche
26: Lichtleiter
27: reflektierte Lichtstrahlen
30: durchgehende Bohrung
31: Längsachse des Trägers
40: das zahnärztliche Handstück
41: Kopfteil
42: Bearbeitungswerkzeug
43: Griffteil
44: das elektrische Kabel
45: Fassung
46: Lichtaustrittsöffnung
47: Streulinse
48: Lichtkegel
50: Isolationshülse
50.1: vorderer Teil
50.2: hinterer Teil
60.1: erster Vorwiderstand
60.2: zweiter Vorwiderstand
70: herkömmliche Halogenlampe
5.1: runde Fläche
5.2: runde Fläche
5.3: flache Fläche
5.4: flache Fläche
71: erster Abstand
72: zweiter Abstand
73: Höhe des Sockels
74: Außendurchmesser
75: Gesamtlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1112721 A1 [0002]
EP 0884025 A1 [0003]
DE 4216873 A [0004]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein medizinisches oder ein zahnmedizinisches Handstück (40), die mindestens zwei Leuchtdioden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leuchtdiode (2.1) antiparallel zur zweiten Leuchtdiode (2.2) geschaltet ist, wobei die erste Leuchtdiode (2.1) in Durchlassrichtung und die zweite Leuchtdiode (2.2) entgegengesetzt in Sperrrichtung geschaltet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Leuchtdioden auf einem Träger (3) angebracht sind, wobei der Träger (3) elektrische Leiterbahnen (4) und einen Sockel (5) aufweist, wobei die Leiterbahnen (4) den Sockel (5) mit den Leuchtdioden (2) elektrisch verbinden, wobei zumindest ein Teil (8) des Trägers (3), der in direkten Kontakt mit dem Leuchtdioden (2) steht, aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wobei dieses Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit von mindestens 3 W/m°K, vorzugsweise von mindestens 10 W/m°K, aufweist und als ein Wärmeleiter dient, wobei der Sockel (5) am hinteren Ende des Trägers (3) und die Leuchtdiode (2) am vorderen Ende des Trägers (3) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) in den äußeren geometrischen Abmessungen (71, 72, 5.1 bis 5.4) einer herkömmlichen Halogenlampe (70) entspricht und der Sockel (5) zu der entsprechenden Fassung (45) dieser Halogenlampe (70) kompatibel ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Sockels (5) höchstens 4 mm, der Außendurchmesser der Beleuchtungsvorrichtung (1) höchstens 6 mm und die Länge der Beleuchtungsvorrichtung höchstens 15 mm beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material des Trägers (3) eine thermische Stabilität bis zu einer Temperatur von mindestens 600°C aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) mit Kontaktflächen (6) verbunden sind, die an den seitlichen Außenflächen des Sockels (5) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) mittels des Metallisierungsverfahrens als eine streifenförmige Beschichtung auf die seitlichen Oberflächen des Sockels (5) aufgebracht sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) an den mindestens zwei Leuchtdioden (2.1, 2.2), die dem Sockel (5) abgewandt sind, angebracht sind, wobei die vordere Fläche (9) des Trägers (3), auf der die beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) angeordnet ist, mit einer transparenten Isolierung (10) bedeckt ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Isolierung (10) in ihrer Form als eine integrierte Linse mit gewünschten optischen Eigenschaften ausgebildet ist und/oder eine externe optische Linse (22) im Strahlengang der Leuchtdioden (2.1, 2.2) angeordnet ist, die die von den Leuchtdioden (2.1, 2.2) abgestrahlten Lichtstrahlen (24) zur optischen Einkopplung auf eine Einkopplungsfläche (25) des Lichtleiters (26) fokussiert, falls die Lichtstrahlen (24) der Beleuchtungsvorrichtung (1) mittels eines Lichtleiters (26) innerhalb des Handstücks (40) zu einer Lichtaustrittsöffnung (46) in einem Kopfteil (41) des Handstücks (40) geleitet werden, um das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten zu beleuchten.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Isolierung (10) in ihrer Form als eine integrierte Linse mit gewünschten optischen Eigenschaften ausgebildet ist und/oder eine externe optische Linse (22) im Strahlengang der beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) angeordnet ist, die die von einer der Leuchtdioden (2.1, 2.2) abgestrahlten Lichtstrahlen (24) in Form eines Lichtkegels streut, falls die Beleuchtungsvorrichtung (1) für Handstücke vorgesehen ist, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung (1) in der Nähe eines Kopfteils (41) des Handstücks angebracht ist und das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten unmittelbar beleuchtet wird.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Isolierung (10) eine Vergussmasse (10.2, 10.3) enthält, die zur Lichtleitung und zur Abdichtung der Leuchtdioden (2.1, 2.2) gegen Feuchtigkeit und Öl sowie zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen dient.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Isolierung (10) aus einer äußeren Schicht (10.2) aus einem elastischen transparenten Material und einer inneren Schicht (10.1) aus einem harten transparenten Material aufgebaut ist, um die Leiterbahnen (4) und die Leuchtdioden (2.1, 2.2) vor mechanischen Einwirkungen und gegen Feuchtigkeit und Öl zu schützen.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht aus einem elastischen Silikon und die innere Schicht aus einem harten Silikon aufgebaut ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende und wärmeleitfähige Material des Trägers (3) eine besondere Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit, ein passiviertes Metall oder ein mit einer Kunststoffschicht beschichtetes Metall ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Fläche (9) des Trägers (3), auf der die Leuchtdioden (2.1, 2.2) angebracht sind, als ein Reflektor (20) ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Fläche (9) des Trägers (3) als ein Reflektor (20) geformt ist und schräge, konzentrische, um die Leuchtdioden (2.1, 2.2) verlaufende Reflektorflächen (21) aufweist, wobei diese Reflektorflächen (21) mit einer Farbschicht beschichtet sind, die einen hohen Reflektionsgrad aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen (21) zur optischen Einkopplung die von einer der beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) abgestrahlten Lichtstrahlen (24) auf eine Einkopplungsfläche (25) des Lichtleiters (26) fokussieren, falls die Beleuchtungsvorrichtung (1) für Handstücke (40) vorgesehen ist, bei denen die Lichtstrahlen (24) der Beleuchtungsvorrichtung (1) mittels eines Lichtleiters (26) innerhalb des Handstücks (40) zu einer Lichtaustrittsöffnung (46) in einem Kopfteil (41) des Handstücks (40) geleitet werden, um das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten zu beleuchten.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen (21) so angeordnet sind, dass die reflektierten Lichtstrahlen (27) mittels der Reflektorflächen (21) auf die gewünschte Weise in Form eines Lichtkegels gestreut werden, falls die Beleuchtungsvorrichtung (1) für Handstücke vorgesehen ist, bei denen die Beleuchtungsvorrichtung (1) in einem Kopfteil (41) des Handstücks angebracht ist und das Behandlungsgebiet im Mundraum eines Patienten unmittelbar beleuchtet.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger (3) mehrere elektronische Bauteile (11.1, 11.2, 12.1, 12.2, 13, 14, 15.1, 15.2) integriert sind, die zur Funktionsfähigkeit der Beleuchtungsvorrichtung (1) notwendig sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger (3) jeweils eine Schaltung zur Strombegrenzung (11.1, 11.2) für die erste Leuchtdiode (2.1) und die zweite Leuchtdiode (2.2) integriert ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger (3) jeweils eine Schaltung (12.1, 12.2) für die erste Leuchtdiode (2.1) und die zweite Leuchtdiode (2.2) integriert ist, die die Leuchtdioden (2.1, 2.2) mit einem gepulsten Spannungssignal im Bereich von kHz oder von MHz betreibt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (3) neben den beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) weitere Leuchtdioden (13, 14) mit abweichenden Wellenlängen integriert sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (2.1, 2.2, 13, 14) leistungsstarke LED-Chips mit einer Leistung von mehr als 1 W sind, die kein Gehäuse aufweisen und die Leiterbahnen (4) mittels Kontaktstellen direkt an den LED-Chips angeschlossen sind.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) LED's sind, die mit einem photolumineszierenden Material beschichtet sind und ein dem Tageslicht ähnliches Spektrum abstrahlen.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine Isolationshülse (50) aufweist, die konzentrisch seitlich um den Träger (3) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationshülse (50) aus Kunststoff oder einer besonderen Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) einen ersten Vorwiderstand (60.1) aufweist, der in die Leiterbahnen (4) für die erste Leuchtdiode (2.1) integriert ist, und einen zweiten Vorwiderstand (60.2) aufweist, der in die Leiterbahnen (4) für die zweite Leuchtdiode (2.2) integriert ist, wobei die Vorwiderstände (60.1, 60.2) am Träger (3) zur Kühlung der entstehenden Verlustwärme anliegen, wobei an den Vorwiderständen (60.1, 60.2) eine Differenzspannung zwischen der am Sockel anliegenden Spannung und der Betriebsspannung der jeweiligen Leuchtdiode (2.1, 2.2) abfällt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung der beiden Leuchtdioden (2.1, 2.2) beziehungsweise die Durchlassspannung sich von Leuchtdiode zu Leuchtdiode unterscheiden kann und der Vorwiderstand (60.1, 60.2) bei jeder Beleuchtungsvorrichtung so kalibriert ist, dass die gewünschte Differenzspannung am Vorwiderstand (60.1, 60.2) abfällt, nämlich die Differenz zwischen der am Sockel anliegenden Spannung und der Durchlassspannung der jeweiligen Leuchtdiode.