DE102016005806A1

DE102016005806A1 - Systeme und Verfahren zur Beleuchtung eines Objektfeldes während eines Verarbeitungsprozesses eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs

Info

Publication number: DE102016005806A1
Application number: DE102016005806.4A
Authority: DE
Inventors: Marco Wilzbach; Tomas Lang; Christian SCHWEDES; Carl Kübler; Peter Gängler
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-16
Also published as: CN107367783B; CH712458B1; US10488036B2; US20170328556A1; CN107367783A; CH712458A2

Abstract

Optisches Filtersystem für sichtbares Licht, welches zwischen einer Grenzwellenlänge λG und einer Wellenlänge von 700 nm einen ersten mittleren Transmissionsgrad T1 und zwischen einer Wellenlänge von 380 nm und der Grenzwellenlänge λG einen zweiten mittleren Transmissionsgrad T2 aufweist. Dabei gilt: 410 nm < λG < 520 nm und < 0,60.

Description

Die Erfindung betrifft Systeme und deren Verwendung zur Beleuchtung eines Objektfeldes während eines Verarbeitungsprozesses eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs, insbesondere während einer Verarbeitung eines in der Zahnmedizin eingesetzten photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs im Bereich der Zähne.
In der Zahnmedizin werden photoinduziert-aushärtende Kunststoffe beispielsweise als Füllmaterial eingesetzt. Dabei sind die verwendeten photoinduziert-aushärtenden Kunststoffe spezielle Stoffe, welche in einer nicht-polymerisierten Form plastisch und in einer polymerisierten Form fest sind. Eine Polymerisation der jeweiligen Kunststoffe wird dabei durch Bestrahlen mit Licht entsprechender Wellenlängen und dabei über eine Aktivierung von in dem Kunststoff vorhandenen Photoinitiatoren aktiviert. Dabei sind die jeweiligen zur Anregung der Polymerisation wirksamen Wellenlängenbereiche überwiegend im kurzwelligen Bereich des sichtbaren Spektrums (zwischen 380 nm und 520 nm) zu finden.
Während einem Platzieren und Verarbeiten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs in einem Objektfeld wird üblicherweise ein Beleuchtungssystem verwendet, welches zwar das Objektfeld beleuchtet, nicht aber die Polymerisation des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs aktivieren soll. Das zum Polymerisieren verwendete Licht wird herkömmlicherweise nach der Verarbeitung des Kunststoffs über ein separates Beleuchtungssystem in das Objektfeld eingestrahlt, um den verarbeiteten Kunststoff zu polymerisieren und damit auszuhärten.
Ein bekanntes Beleuchtungssystem umfasst eine breitbandige Lichtquelle und ein Filtersystem, wobei das Filtersystem in einem Strahlengang zwischen der breitbandigen Lichtquelle und dem Objektfeld angeordnet ist. Das Filtersystem lässt dann nur Licht transmittieren, welches im Wesentlichen nicht zu einer Polymerisation des Kunststoffs führt. Dies führt allerdings dazu, dass das zur Beleuchtung des Objektfeldes bereitstehende Licht wesentliche Lücken im sichtbaren Spektrum aufweist, welche vor allem im kurzwelligen Bereich des sichtbaren Spektrums zu finden sind. Somit kann das Objektfeld nur unter einem verfälschten Farbeindruck wahrgenommen werden. Insbesondere erscheinen Unterschiede in den Weißtönen zwischen im Objektfeld befindlichen Zähnen und einem zu verarbeitenden Kunststoff erheblich verfälscht, was häufig als Rotverschiebung wahrgenommen wird und unter anderem eine Anpassung des Farbtons des Kunststoffs an die Farbe der zu behandelnden Zähne erschwert.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Systeme sowie Verfahren zur Beleuchtung eines Objektfeldes während eines Verarbeitungsprozesses eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs bereitzustellen. Dabei soll während des Verarbeitungsprozesses bei einer ausreichend hohen Beleuchtungsstärke des Objektfeldes ein weitestgehend unverfälschter Farbeindruck ermöglicht und ein frühzeitiges Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs weitestgehend vermieden werden, das heißt, das Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs verzögert wird.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem mindestens eine Lichtquelle und strahlt in einem Objektfeld sichtbares Licht ein, welches für kurze Wellenlängen nur eine geringe Bestrahlungsstärke aufweist und für lange Wellenlängen eine hohe Bestrahlungsstärke aufweist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein Filtersystem in einem Durchlass-Bereich zwischen einer Grenzwellenlänge λ_G und einer Wellenlänge von 700 nm einen ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ und in einem Dimm-Bereich zwischen einer Wellenlänge von 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G einen zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ auf. Dabei gilt, dass die Grenzwellenlänge λ_G zwischen 410 nm und 520 nm liegt und ein Quotient aus dem zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ und dem ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ einen Wert zwischen 0,05 und 0,60 annimmt.
Dabei können der erste mittlere Transmissionsgrad T₁ und der zweite mittlere Transmissionsgrad T₂ folgendermaßen berechnet werden:
und
wobei

λ: die Wellenlänge ist; und
T(λ): ein wellenlängenabhängiger Transmissionsgrad des Filtersystems ist.

Im Gegensatz zu herkömmlichen sogenannten „Orange-Filtern” lässt ein solches Filtersystem wenigstens einen kleinen Teil des kurzwellige Lichts, welches zu einem schwachen Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs führt, passieren. Diese kleine Menge an transmittiertem kurzwelligen Licht, ist so gering gewählt, dass das durch dieses Licht bewirkte Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs noch keinen wesentlichen Einfluss auf eine Verarbeitbarkeit des Kunststoffs hat, jedoch den am Objekt erhaltenen Farbeindruck erheblich verbessert. Es sei angemerkt, dass das Filtersystem durch die Formulierung „Durchlass-Bereich” nicht auf Transmissionsfilter eingeschränkt wird, sondern das Filtersystem ebenso Reflexionsfilter oder ähnliches umfassen kann. Dabei definiert sich der „Transmissionsgrad” über den Anteil des Lichts, welcher in einem Strahlengang nach dem entsprechenden Filtersystem zur Verfügung steht.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems ist ein erster mittlerer Transmissionsgrad T₁ größer als 0,7, insbesondere größer als 0,8 oder gar größer als 0,9.
Das bedeutet, dass das Filtersystem Licht mit Wellenlängen aus dem Beleuchtungs-Bereich weitestgehend transmittieren lässt und somit eine helle Beleuchtung des Objektfeldes ermöglicht.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems weicht ein wellenlängenabhängiger Transmissionsgrad T(λ) des Filtersystems über den Dimm-Bereich hinweg von dem zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂, beziehungsweise über den Beleuchtungs-Bereich hinweg von dem ersten mittleren Transmissionsgrad T₁, um weniger als 0,15, insbesondere um weniger als 0,1 oder gar um weniger als 0,05 ab, das heißt, |T(λ) – T₂| < 0,15, 0,1 oder 0,05 bzw. |T(λ) – T₁| < 0,15, 0,1 oder 0,05.
Damit sind Schwankungen des wellenlängenabhängigen Transmissionsgrads im Dimm-Bereich, beziehungsweise im Beleuchtungs-Bereich, sehr klein gehalten, womit man den wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad im Dimm-Bereich, beziehungsweise im Beleuchtungs-Bereich, der Einfachheit halber als annähernd konstant annehmen kann.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems weist die Durchlasscharakteristik des Filtersystems einen Übergangsbereich zwischen einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Wellenlänge λ₂ auf. Dabei liegt die erste Wellenlänge λ₁ zwischen 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G und die zweite Wellenlänge λ₂ zwischen der Grenzwellenlänge λ_G und 700 nm. Eine Differenz zwischen der ersten Wellenlänge λ₁ und der zweiten Wellenlänge λ₂ ist größer als 20 nm. Innerhalb dieses Übergangsbereichs sind Abweichungen des wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad T(λ) von einem wellenlängenabhängigen Sollwert T_soll(λ) für die jeweilige Wellenlänge λ kleiner als 0,15. Dabei ergibt sich der wellenlängenabhängige Sollwert T_soll(λ) über einen gedachten lineare Verlauf des wellenlängenabhängigen Transmissionsgrads T(λ) im Übergangsbereich zwischen der ersten Wellenlänge λ₁ und der zweiten Wellenlänge λ₂. Das bedeutet:
und |T(λ) – T_soll| < 0,15 für alle λ mit λ₁ ≤ λ ≤ λ₂.
Somit weist der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad im Übergangsbereich einen rampenförmigen Verlauf auf, wobei der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad bei kürzeren Wellenlängen kleinere Werte als bei größeren Wellenlängen annimmt.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems ist eine Differenz zwischen der zweiten Wellenlänge λ₂ und der ersten Wellenlänge λ₁ größer als 50 nm und insbesondere größer als 100 nm.
Damit ergibt sich ein relativ breiter Übergangsbereich, welcher auch erhebliche Teile des Dimm-Bereichs umfassen kann.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems nimmt ein Quotient aus dem zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ und dem ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ Werte zwischen 0,15 und 0,35 an.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems weist ein Abstand eines Farbpunkts des Filtersystems R →, welcher sich über den wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad des Filtersystems im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems T(r →) ergibt, von dem Weißpunkt im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems W → einen Wert von höchstens 0,3 auf. Dabei gilt:
und |W → – R →| ≤ 0,3; wobei

T(r →): der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad des Filtersystems im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist;
r →: Koordinaten im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems sind; und
S: die Spektralfarblinie im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist.

Durch diese spezielle Ausgestaltung des Filtersystems ist bei Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle eine Transmission von Licht möglich, welches eine relativ weißlichtnahe Beleuchtung eines Objektfeldes ermöglicht.
Gemäß Ausführungsformen des Filtersystems weist der Abstand des Farbpunkts des Filtersystems R → von dem Weißpunkt W → im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems einen Wert von höchstens 0,2 und insbesondere einen Wert von höchstens 0,1 auf.
Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Beleuchtungssystem bereit, welches wenigstens eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines Objektfeldes und ein optisches Filtersystem. Das Filtersystem kann von der vorangehend beschriebenen Art sein. Dabei sind die Filter des Filtersystems in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der wenigstens einen Lichtquelle und dem Objektfeld anordenbar.
Es sei angemerkt, dass die Lichtquelle eine möglichst breitbandige Lichtquelle sein kann, um einen Verlauf einer schließlich im Objektfeld eingestrahlten wellenlängenabhängigen spektralen Bestrahlungsstärke möglichst frei durch eine Anpassungen des Filtersystems einstellen zu können.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems umfasst die Lichtquelle eine Xenon-Lichtquelle.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Objektfeldes wenigstens eine Lichtquelle. Das Beleuchtungssystem ist dabei ausgebildet, in einer Ebene mit einem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem Licht einzustrahlen, welches in einem Beleuchtungs-Bereich zwischen einer Grenzwellenlänge λ_G und einer Wellenlänge von 700 nm eine erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁ und in einem Dimm-Bereich zwischen einer Wellenlänge von 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G eine zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₂ aufweist. Dabei gilt, dass die Grenzwellenlänge λ_G zwischen 410 nm und 520 nm liegt und ein Quotient aus der zweiten mittleren spektrale Bestrahlungsstärke E₂ und der ersten mittleren spektralen Bestrahlungsstärke einen Wert zwischen 0,05 und 0,60 annimmt.
Es sei angemerkt, dass die Ebene im Fall der oben beschriebenen zahnmedizinischen Anwendung in einem Objektfeld, in welchem der photoinduziert-aushärtenden Kunststoffverarbeitet werden soll, liegt und der Abstand zwischen der Ebene und dem Beleuchtungssystem von der Ebene bis zu einem der Ebene nächstliegenden Bauteil des Beleuchtungssystems gemessen wird.
Dabei können die erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁ und die zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₂ analog zum ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ und zum zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ über Integration über die entsprechenden Wellenlängenbereiche ermittelt werden.
Durch ein derart geartetes Beleuchtungssystem ist es einerseits möglich, das Objektfeld über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm mit einer ausreichenden Helligkeit und dabei bei einem hohen Farbwiedergabeindex (CRI) zu beleuchten, während durch die niedrigere zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke im Dimm-Bereich ein Aushärten eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs im Objektfeld im Wesentlichen noch nicht hervorgerufen wird. Damit ist es einer behandelnden Person möglich, das Objektfeld in einem weitestgehend unverfälschten Farbeindruck und unter einer ausreichenden Helligkeit wahrzunehmen und dennoch genug Zeit zu haben, den photoinduziert-aushärtenden Kunststoff im Objektfeld in einer klinisch relevanten Verarbeitungszeit zu verarbeiten.
Der Farbwiedergabeindex (CRI) ist dabei über eine spektrale Vermessung des Beleuchtungssystems und eine anschließende Durchführung numerischer Verfahren ermittelbar. Dabei stellen diese Verfahren einen Vergleich des vermessenen Spektrums mit einem entsprechenden Referenzspektrum dar, um schließlich für vorgegebene Testfarben (vgl. beispielsweise DIN 6169 14) jeweils eigene Farbwiedergabeindizes zu ermitteln. Der gesamte Farbwiedergabeindex (CRI) des Beleuchtungssystems ergibt sich dann über eine arithmetische Mittelung der jeweilig ermittelten Farbwiedergabeindizes.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems ist eine über den Beleuchtungs-Bereich hinweg eingestrahlte erste Bestrahlungsstärke I₁ = E₁·(700 nm – λ_g) größer als 10 W/m², bevorzugt größer als 50 W/m² oder weiter bevorzugt größer als 150 W/m².
Damit ist gewährleistet, dass das Beleuchtungssystem über den Beleuchtungs-Bereich hinweg genügend Licht in die Ebene einstrahlt, um das Objektfeld bei einer ausreichenden Helligkeit beobachten zu können.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems weist die Bestrahlungscharakteristik des Beleuchtungssystems einen Übergangsbereich zwischen einer dritten Wellenlänge λ₃ und einer vierten Wellenlänge λ₄ auf. Dabei liegt die dritte Wellenlänge λ₃ zwischen 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G und die vierte Wellenlänge λ₄ zwischen der Grenzwellenlänge λ_G und 700 nm. Eine Differenz zwischen der dritten Wellenlänge λ₃ und der vierten Wellenlänge λ₄ ist größer als 20 nm. Innerhalb dieses Übergangsbereichs sind Abweichungen der wellenlängenabhängigen spektralen Bestrahlungsstärke E(λ) von einem wellenlängenabhängigen Sollwert E_soll(λ) für die jeweilige Wellenlänge λ kleiner als 0,15 W/m²nm. Dabei ergibt sich der wellenlängenabhängige Sollwert E_soll(λ) für die jeweilige Bestrahlungsstärke über eine Fiktion eines linearen Verlaufs der wellenlängenabhängigen spektralen Bestrahlungsstärke E(λ) im Übergangsbereich zwischen der dritten Wellenlänge λ₃ und der vierten Wellenlänge λ₄. Das bedeutet:
Somit weist die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke F(λ), welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird, im Übergangsbereich einen rampenförmigen Verlauf auf, wobei der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad bei kürzeren Wellenlängen kleinere Werte als bei größeren Wellenlängen annimmt.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems beträgt die Differenz zwischen der vierten Wellenlänge λ₄ und der dritten Wellenlänge λ₃ mehr als 50 nm und insbesondere mehr als 100 nm.
Damit ergibt sich ein relativ breiter Übergangsbereich, welcher auch erhebliche Teile des Dimm-Bereichs umfassen kann.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems weist der Quotient aus der zweiten mittleren spektralen Bestrahlungsstärke E₂ und der ersten mittleren spektralen Bestrahlungsstärke E₁ einen Wert zwischen 0,15 und 0,35 auf.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems weist ein Abstand des durch die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke F(r →), welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird, festgelegten Farbpunkts R → im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems von dem Weißpunkt W → im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems einen Wert von höchstens 0,3 auf. Dabei kann der Farbpunkt R → für die spektrale Bestrahlungsstärke analog zum Farbpunkt für den Transmissionsgrad über eine entsprechende Integration und anschließende Normierung ermittelt werden.
Durch diese besondere Ausgestaltung der wellenlängenabhängigen spektralen Bestrahlungsstärke wird eine Beleuchtung gewährleistet, welche das Objektfeld möglichst farbneutral beleuchtet und so einen weitestgehend unverfälschten Farbeindruck am Objektfeld ermöglicht.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems weist der Abstand des durch die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke E(r →) festgelegten Farbpunkts R → von dem Weißpunkt W → im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems einen Wert von höchstens 0,2 und insbesondere einen Wert von höchstens 0,1 auf.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems umfasst das Beleuchtungssystem mehrere Lichtquellen, deren Emissionsspektren sich voneinander unterscheiden. Dabei strahlen erste Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Dimm-Bereich und nicht im Beleuchtungs-Bereich liegt, in einem Betriebsmodus in der Ebene eine Bestrahlungsstärke ein, welche höchstens 20 Prozent derjenigen Bestrahlungsstärke entspricht, welche durch zweite Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Beleuchtungs-Bereich und nicht im Dimm-Bereich liegt, in der Ebene eingestrahlt wird.
Das bedeutet effektiv, dass die ersten Lichtquellen gegenüber den zweiten Lichtquellen gedimmt werden, um die erfindungsgemäße Bestrahlungscharakteristik in der Ebene und damit am Objektfeld zu erhalten.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems ist eine in der Ebene mit dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem über die Wellenlängen des Dimm-Bereichs hinweg eingestrahlte Bestrahlungsstärke I₂ kleiner als 6 W/m². Dabei gilt:
wobei

λ: die Wellenlänge ist; und
E(λ): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird.

Damit wird gewährleistet, dass ein Aushärtevorgang eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs, welcher sich in der Ebene befindet, nur sehr langsam vonstattengeht, womit genug Zeit für eine Verarbeitung des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs bleibt, bevor der photoinduziert-aushärtende Kunststoff wesentliche Anzeichen einer Aushärtung aufweist.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems weist das Beleuchtungssystem ferner eine Steuerung auf, welche dazu ausgebildet ist, das Beleuchtungssystem in zwei unterschiedliche Betriebsmodi zu versetzen. Dabei ist die in einem ersten Betriebsmodus in der Ebene mit dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem über die Wellenlängen des Dimm-Bereichs hinweg eingestrahlte Bestrahlungsstärke I₂ kleiner als 15 W/m², und insbesondere kleiner als 10 W/m² oder gar kleiner als 6 W/m². In einem zweiten Betriebsmodus ist die in der Ebene in dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem über den Dimm-Bereich hinweg eingestrahlte Bestrahlungsstärke I₂ größer als 15 W/m², und insbesondere größer als 30 W/m² oder gar größer als 50 W/m².
Damit ist es möglich während eines Einsatzes des Beleuchtungssystem im ersten Betriebsmodus eine erfindungsgemäße Beleuchtung des Objektfeldes zu erhalten und somit den photoinduziert-aushärtenden Kunststoff bei ausreichender Helligkeit und bei einem relativ hohen Farbwiedergabeindex mit ausreichender Zeit zur Verarbeitung während der Verarbeitung beobachten zu können. Ist die Verarbeitung des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs schließlich abgeschlossen oder wird eine hellere Beleuchtung des Objektfeldes benötigt, kann das Beleuchtungssystem über die Steuerung in den zweiten Betriebsmodus versetzt werden. Dabei wird jedoch der photoinduziert-aushärtende Kunststoff mit dem nun bestrahlungsstarken Licht aus dem kurzwelligen Wellenlängenbereich (Dimm-Bereich) zur Polymerisation und somit zur Aushärtung angeregt. Somit weist das Beleuchtungssystem einen ersten Betriebsmodus zu Beleuchtung während einer Verarbeitung eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs und einen zweiten Betriebsmodus zur Normallichtbeleuchtung auf, was ein zusätzliches Beleuchtungssystem zur Normallichtbeleuchtung unnötig macht.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Beleuchtungssystem einen Aktuator, welcher dazu ausgebildet ist, für den ersten Betriebsmodus Filter des Beleuchtungssystems in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und der Ebene anzuordnen und für den zweiten Betriebsmodus die Filter des Beleuchtungssystems aus dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Ebene zu entfernen, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist den Aktuator zu steuern.
Diese Ausführungsform stellt ein Beispiel für eine Umsetzung einer Umschaltbarkeit der Betriebsmodi in einem Beleuchtungssystem dar, welches eine breitbandigen Lichtquelle und ein entsprechend angepasstes Filtersystem umfasst.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Beleuchtungssystem mehrere Lichtquellen, deren Emissionsspektren sich voneinander unterscheiden. Dabei werden erste Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Dimm-Bereich und nicht im Beleuchtungs-Bereich liegt, während einem Betrieb im ersten Betriebsmodus im Vergleich zum Betrieb im zweiten Betriebsmodus um mindestens 80 Prozent gedimmt, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, das Dimmen der ersten Lichtquellen zu steuern.
Diese Ausführungsform stellt ein Beispiel für eine Umsetzung einer Umschaltbarkeit der Betriebsmodi in einem Beleuchtungssystem dar, welches mehrere unterschiedlich geartete Lichtquellen und im Wesentlichen keine Filter umfasst.
Gemäß Ausführungsformen des Beleuchtungssystems ist das Beleuchtungssystem so ausgebildet, dass in der Ebene mit dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem durch das Beleuchtungssystem eine Beleuchtungsstärke E_V von mindestens 10 kLux erreicht wird. Dabei gilt:
wobei

λ: eine Wellenlänge ist; und
E(λ): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird.

Durch diese Ausgestaltung wird eine ausreichend helle Beleuchtung des Objektfeldes gewährleistet.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird das Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Objektfeldes während einer Verarbeitung eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs im Objektfeld verwendet.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierbei umfasst der photoinduziert-aushärtende Kunststoff Lucirin TPO, Phenylpropanedion, Ivocerin und/oder Campherchinon.
Dabei stellen die genannten Photoinitiatoren die aktuell in der Zahnmedizin am häufigsten eingesetzten Photoinitiatoren dar.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der photoinduziert-aushärtende Kunststoff an einem Zahn angebracht.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist eine über den Dimm-Bereich hinweg eingestrahlte effektive Bestrahlungsstärke I_2;eff, welche zu einem Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs führt, kleiner als 6 W/m². Dabei gilt:
wobei

λ: die Wellenlänge ist;
E(λ): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem im Objektfeld eingestrahlt wird; und
A(λ): eine wellenlängenabhängige Absorption des im Objektfeld befindlichen photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs ist.

Somit ist es möglich ein zu schnelles Aushärten eines in dem Objektfeld befindlichen photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs zu verhindern und damit genügend Zeit zur Verarbeitung des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs zu haben. Die Absorptionskurven zu den bekanntesten in der Zahnmedizin verwenden Kunststoffen sind in beigefügten Figuren gezeigt.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist eine über den Dimm-Bereich hinweg während einer Beleuchtung des Objektfeldes auf den photoinduziert-aushärtenden Kunststoff eingestrahlte effektive Dosis D_2;eff kleiner als 360 J/m². Dabei gilt:
wobei

λ: die Wellenlänge ist;
t: eine Dauer der Beleuchtung des Objektfeldes mit dem Beleuchtungssystem ist;
E(λ): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem im Objektfeld eingestrahlt wird; und
A(λ): die wellenlängenabhängige Absorption eines im Objektfeld befindlichen photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs ist.

Das bedeutet, dass das Objektfeld und somit der photoinduziert-aushärtende Kunststoff nur solange mit dem Beleuchtungssystem beleuchtet wird, solange ein wesentliches Aushärten des Kunststoffs noch nicht zu erkennen ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist ein während der Verwendung des Beleuchtungssystems im Objektfeld erhaltener Farbwiedergabeindex größer als 60, bevorzugt größer als 70, weiter bevorzugt größer als 80 und höchst bevorzugt größer als 90.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist eine während der Verwendung des Beleuchtungssystems im Objektfeld erhaltene Beleuchtungsstärke E_V größer als 10 kLux. Dabei gilt:
wobei

λ: die Wellenlänge ist; und
E(λ): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem im Objektfeld eingestrahlt wird.

Damit ist eine ausreichend helle Beleuchtung des Objektfeldes gewährleistet.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Grenzwellenlänge λ₆ so gewählt, dass sie bei einer Wellenlänge liegt, für welche die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke E(λ) gerade mittig zwischen der ersten mittleren spektralen Bestrahlungsstärke E₁ und der zweiten mittleren spektralen Bestrahlungsstärke E₂ liegt, das heißt, es gilt: E(λ_G) = (E₁ + E₂)/0,5.
Damit ist gewährleistet, dass die Grenzwellenlänge den Übergang zwischen dem Dimm-Bereich und dem Beleuchtungs-Bereich festlegt und nicht willkürlich gewählt wird.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Beobachtungssystem eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines Objektfeldes, ein erfindungsgemäßes Filtersystem und eine Abbildungsoptik zur Abbildung des Objektfeldes, wobei das optische Filtersystem in einem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Objektfeld angeordnet ist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Beobachtungssystem ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem und eine Abbildungsoptik zur Abbildung des Objektfeldes.
Exemplarische Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert:
1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines optischen Beobachtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt Graphen, die ein Emissionsspektrum einer breitbandigen Lichtquelle und eine Transmissionscharakteristik eines Filtersystems darstellen;
3A bis 3D zeigen Absorptionskurven häufig verwendeter Photoinitiatoren;
4 zeigt eine Darstellung des Farbraums des CIE(1931)-Farbsystems;
5A und 5B zeigen beispielhafte Transmissionscharakteristiken von Filtersystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
6A und 6B zeigen beispielhafte Transmissionscharakteristiken von Filtersystemen gemäß Ausführungsformen der Erfindung; und
7 zeigt Graphen, die Emissionsspektren unterschiedlicher Lichtquellen und eine Transmissionscharakteristik eines Filtersystems darstellen.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung als Beobachtungssystem. Dabei umfasst das beispielhafte Beobachtungssystem ein Beleuchtungssystem 11 und eine Abbildungsoptik 23. Das Beleuchtungssystem ist auf Zähne 7 im Kopf 3 eines Patienten ausgerichtet, auf welche ein photoinduziert-aushärtender Kunststoff zur Verarbeitung aufgebracht ist. Eine Objektebene 8, in welcher die Zähne 7 des Patienten liegen, weist entlang eines Strahlengangs 17 zu einem der Objektebene 8 nächstliegenden Bauteil des Beleuchtungssystems 11, welches hier als Transmissionsfilter 19 ausgebildet ist, einen Abstand d auf, welcher in dem vorliegenden Beispiel 30 cm beträgt. Eine Lichtquelle 13 emittiert Licht, welches über einen parabolförmigen Reflexionsspiegel 15 zu einem Lichtstrahl 17 geformt und auf die Objektebene 8 gerichtet wird. In dem vorliegenden Beispiel ist die Lichtquelle als Xenon-Lichtquelle ausgebildet, wobei als Lichtquelle auch andere Lichtquellen mit einer ausreichend starken Emission im sichtbaren Spektrum verwendet werden können. Ein Transmissionsfilter 19 ist mit Hilfe eines Aktuators 20 in einem Strahlengang von der Lichtquelle 13 zu dem Objektfeld 8 anordenbar, was durch einen Doppelpfeil 16 angezeigt ist, um das von der Lichtquelle 13 ausgehende Licht zu filtern, bevor es auf das Objektfeld 8 trifft. Um eine Handhabung des Beleuchtungssystems 11 zu erleichtern, ist das Beleuchtungssystem 11 an einem Stativ 21 angebracht, welches an einer Decke oder an einem Boden des Behandlungsraums festgemacht ist. Über das Stativ kann das Beleuchtungssystem 11 in eine gewünschte Ausrichtung bezüglich des Objektfeldes gebracht und in dieser schließlich fixiert werden. Zur Beobachtung des Objektfelds weist das Beobachtungssystem die Abbildungsoptik 23 auf. Eine behandelnde Person kann dann das Objektfeld 8 durch ein Okular 27 der Abbildungsoptik 23 beobachten. Ähnlich wie das Beleuchtungssystem 11 ist auch die Abbildungsoptik 23 mit einem Stativ 25 an der Decke oder an dem Boden des Behandlungsraums festgemacht.
In dem dargestellten Beispiel sind die Abbildungsoptik 23 und das Beobachtungssystem 11 in separaten Gehäusen untergebracht, welche von separaten Stativen getragen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Abbildungsoptik und das Beobachtungssystem in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen, welches an einem einzigen Stativ getragen wird.
Um das Objektfeld 8 nun bei ausreichender Helligkeit und Farbtreue beobachten zu können, und das ohne ein frühzeitiges Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs hervorzurufen, könnte das Beleuchtungssystem 11 folgendermaßen ausgebildet sein.
2 zeigt eine beispielhafte Emissionscharakteristik E_Bel(λ) der Lichtquelle 13 und eine beispielhafte Transmissionscharakteristik T(λ) des Transmissionsfllters 19 in Form von Graphen, welche eine spektrale Bestrahlungsstärke E in w / m²nm beziehungsweise einen Transmissionsgrad T (dimensionslos) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm anzeigen. Zudem ist eine spektrale Bestrahlungsstärke E(λ) gezeigt, welche schließlich durch das beispielhafte Beleuchtungssystem 11 im Objektfeld eingestrahlt werden würde.
Die Emissionscharakteristik E_Bel(λ) weist für die Wellenlängen von 420 nm bis 705 nm einen annähernd konstanten Wert auf. Bei einer direkten Beleuchtung des Objektfeldes durch die Lichtquelle würde dies aufgrund einer erheblichen Bestrahlung mit Licht kurzer Wellenlängen, welches im allgemeinen zum Aushärten eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs führt, zu einem schnellen Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs führen. Um dies zu verhindern weist ein wellenlängenabhängiger Transmissionsgrad T(λ) des Transmissionsfilters 19 in einem Durchlass-Bereich zwischen einer Grenzwellenlänge λ_G und einer Wellenlänge von 700 nm einen ersten Transmissionsgrad T₁ und in einem Dimm-Bereich zwischen 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G einen zweiten Transmissionsgrad T₂ auf. Dabei ist die Grenzwellenlänge λ_G so gewählt, dass Licht mit Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge λ_G ein Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs hervorruft und Licht mit Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge λ_G kein Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs hervorruft. Zudem ist der zweite Transmissionsgrad T₂ mit einem beispielhaften Wert von 0,2 deutlich kleiner als der erste Transmissionsgrad T₁, welcher einen beispielhaften Wert von 1,0 aufweist, und dennoch erheblich größer als Null. Ist der Transmissionsfilter 19 nun wie beschrieben in dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 13 und der Objekteben 8 angeordnet, erreicht kurzwelliges Licht mit Wellenlängen aus dem Dimm-Bereich des Transmissionsfilters die Objektebene nur mit einer deutlich verringerten spektralen Bestrahlungsstärke, während Licht mit Wellenlängen aus dem Beleuchtungs-Bereich des Transmissionsfilters noch immer eine sehr hohe Bestrahlungsstärke im Objektfeld aufweist. In der Objekteben kommt damit noch Licht mit einer in Graph E(λ) dargestellten spektralen Bestrahlungsstärke an. Einerseits wird durch die so im Objektfeld erhaltene vergleichsweise niedrige Bestrahlungsstärke E(λ) im Dimm-Bereich (im Vergleich zum Beleuchtungs-Bereich) noch kein wesentliches Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs hervorgerufen. Andererseits ermöglicht die vergleichsweise hohe Bestrahlungsstärke E(λ) im Beleuchtungs-Bereich eine hohe Beleuchtungsstärke im Objektfeld, welche für eine detaillierte Beobachtung des Objektfeldes notwendig ist. Eine Verfälschung eines Farbeindrucks am Objekt, welcher durch die vergleichsweise hohe Bestrahlungsstärke im Beleuchtungs-Bereich hervorgerufen werden würde, wird dabei durch die restliche über den Dimm-Bereich hinweg eingestrahlte Bestrahlungsstärke E(λ) (vgl. T₂ = 0,2) möglichst ausgeglichen, was eine weitestgehend farbneutrale Beleuchtung des Objektfeldes ermöglicht.
Damit ist es möglich das Objektfeld und damit den photoinduziert-aushärtenden Kunststoff im Objektfeld ausreichend hell und farbneutral zu beleuchten, ohne ein wesentliches Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs hervorzurufen Um eine bestmögliche Beleuchtung zu erhalten muss die Grenzwellenlänge λ_G möglichst gut an den jeweiligen im Objektfeld zu verarbeitenden photoinduziert-aushärtenden Kunststoff angepasst werden.
Die 3A bis 3D zeigen Absorptionskurven einiger in der Zahnmedizin gebräuchlicher Photoinitiatoren, welche in photoinduziert-aushärtenden Kunststoffen zur Aktivierung der Polymerisation verwendet werden, in Form von Graphen, welche eine relative Intensität I_rel (dimensionslos) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm anzeigen. Während für Lucirin TPO (vgl. 3A) eine geeignete Grenzwellenlänge λ_G beispielsweise bei 430 nm liegen könnte, könnte eine geeignete Grenzwellenlänge λ_G für Phenylpropanedion (vgl. 3B) bei etwa 490 nm, für Campherchinon (engl.: Camphorquinone) (vgl. 3C) bei etwa 510 nm und für Ivocerin (vgl. 3D) bei etwa 450 nm liegen.
4 zeigt mit dem Farbraum des CIE(1932)-Farbsystems eine Alternative zum CRI-Farbwiedergabeindex, um eine Farbneutralität (bzw. Farbwiedergabe) eines Systems zu bewerten. Um die entsprechende Bewertung vornehmen zu können, müssen eine x-Koordinate und eine y-Koordinate eines Farbpunkts R → eines Beleuchtungssystems (bzw. eines Filtersystems) im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems über eine Integration und eine anschließende Normierung einer wellenlängenabhängigen spektralen Bestrahlungsstärke (bzw. eines Transmissionsgrades) entlang einer Spektralfarblinie S im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ermittelt werden:
wobei

E(r →): die wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke E(λ) im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist, welche durch das Beleuchtungssystem in einer Objektebene eingestrahlt wird;
r →: Koordinaten im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems sind; und
S: die Spektralfarblinie im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist.

Ein Abstand des so erhaltenen Farbpunkts R → von dem Weißpunkt W → im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems zeigt dann an, wie farbneutral das Beleuchtungssystem (bzw. das Filtersystem) ist. Ist der Abstand kleiner als 0,3 bzw. kleiner als 0,2 oder gar kleiner als 0,1 kann von einer erheblichen Farbneutralität des Beleuchtungssystems (bzw. des Filtersystems) ausgegangen werden.
Um bestimmte Anforderungen an mittlere Transmissionsgrade T₁ und T₂ von Filtersystemen zu erfüllen, können wellenlängenabhängige Transmissionsgrade T(λ) auf verschiedene Weisen ausgebildet sein. Ähnliches gilt dabei auch für wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärken von Beleuchtungssystemen.
Die 5A und 5B sowie die 6A und 6B zeigen Transmissionskurven T(λ) beispielhafter Filtersysteme in Form von Graphen, welche einen Transmissionsgrad T (dimensionslos) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm anzeigen. Dabei sei angemerkt, dass die Formulierung „Transmissionskurve” keine Einschränkung auf eine bauteilige Umsetzung des Filtersystems darstellt und das Filtersystem auch ohne weiteres Reflexionsfilter oder Ähnliche umfassen kann.
Der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad T(λ) aus 5A startet bei einer Wellenlänge von 380 nm mit einem Wert von etwa 0,35 und nähert sich dann mit steigender Wellenlänge einem erheblich niedrigeren Wert von etwa 0,14 an. Bei der Grenzwellenlänge λ_G erfolgt dann ein Sprung des wellenlängenabhängigen Transmissionsgrads T(λ) auf einen deutlich höheren Wert von etwa 0,78. Ausgehend von diesem höheren Wert steigt der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad T(λ) mit größeren Wellenlängen weiterhin an und nähert sich schließlich einem noch höheren Wert von etwa 0,95 an. Ein solch gearteter Transmissionsfilter könnte beispielsweise bei einer Arbeit mit photoinduziert-aushärtenden Kunststoffen, welche Campherchinon (vgl. 3C) aufweisen, vorteilhaft sein, da bei den Wellenlängen von 380 nm bis 430 nm, für welche Campherchinon nur eine geringere Absorption aufweist, eine erhöhte (im Vergleich zu den Wellenlängen von 430 nm bis 490 nm) spektrale Bestrahlungsstärke im Objektfeld eingestrahlt wird und so eine Farbwiedergabe im Objektfeld erheblich verbessert werden kann, ohne ein wesentliches Aushärten des photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs im Objektfeld zu bewirken.
5B zeigt einen weiteren wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad T(λ), wobei hier der Transmissionsgrad T(λ) bis zu einer Wellenlänge von etwa 550 nm mit der Wellenlänge stetig ansteigt. Bei Wellenlängen oberhalb von 555 nm treten dann erhebliche Schwankungen des wellenlängenabhängigen Transmissionsgrads T(λ) auf. Ein solcher Verlauf ist bei Filtersystemen denkbar, bei welchen ein exakter Verlauf des Transmissionsgrads T(λ) in dem kurwelligen Bereich bis beispielsweise 555 nm sehr wichtig ist und ein Verlauf des Transmissionsgrads T(λ) in dem langwelligen Bereich oberhalb von beispielsweise 555 nm nicht ebenso wohldefiniert sein muss.
6A zeigt einen weiteren beispielhaften sehr idealisierten wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad T(λ), der zwischen einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Wellenlänge λ₂ einen Übergangsbereich aufweist. Es ist zu beachten, dass die Grenzwellenlänge λ_G, welche einen Durchlass-Bereich (oberhalb der Grenzwellenlänge) von einem Dimm-Bereich (unterhalb der Grenzwellenlänge) trennt, zwischen der ersten Wellenlänge λ₁ und der zweiten Wellenlänge λ₂ liegt. Dabei weist ein entsprechendes Filtersystem über den Durchlass-Bereich hinweg einen ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ auf, welcher wesentlich größer als ein zweiter mittlerer Transmissionsgrad T₂ des Dimm-Bereichs ist. Im Übergangsbereich verläuft der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad T(λ) sehr steil und linear zur Wellenlänge, womit ein relativ abrupter und wohldefinierter Übergang von dem Dimm-Bereich zum Durchlass-Bereich erreicht wird.
6B zeigt einen weiteren wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad T(λ), wobei hier die beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂ deutlich weiter auseinander liegen als in 6A. Damit ergibt sich ein relativ breiter Übergangsbereich. Im Übergangsbereich zwischen der ersten Wellenlänge λ₁ und der zweiten Wellenlänge λ₂ folgt der hier gezeigte wellenlängenabhängige Transmissionsgrad T(λ) nicht exakt einem linearen Verlauf, welcher durch den Graph T_soll(λ) angezeigt wird, wobei gilt:
Jedoch liegen alle Werte T(λ) innerhalb eines engen Korridors um den linearen Graph T_soll(λ): |T(λ) – T_soll(λ)| < 0,15 für alle λ mit λ₁ ≤ λ ≤ λ₂; (angezeigt über die Punkt-gestrichelte Linie) womit der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad T(λ) über den Übergangsbereich hinweg der Einfachheit halber als mit der Wellenlänge λ linear ansteigend angenähert werden kann. Auch hier gilt zu beachten, dass die Grenzwellenlänge λ_G zwischen der ersten Grenzwellenlänge λ₁ und der zweiten Grenzwellenlänge λ₂ liegt und einen Durchlass-Bereich mit einem ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ ≈ 0,8 von einem Dimm-Bereich mit einem zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ ≈ 0,18 trennt, wobei der erste mittlere Transmissionsgrad T₁ deutlich größer ist als der zweite mittlere Transmissionsgrad T₂ und der zweite mittlere Transmissionsgrad T₂ noch immer erheblich größer ist als Null.
Neben den gezeigten beispielhaften Transmissionskurven sind viele andere Transmissionskurven denkbar, welche noch immer dem Geist der Erfindung entsprechen.
7 zeigt Emissionskurven (R, G, B) dreier unterschiedlicher Lichtquellen und mittlere spektrale Bestrahlungsstärken (E₁ und E₂) eines Beleuchtungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Form von Graphen, welche eine relative spektrale Bestrahlungsstärke E_rel (dimensionslos) beziehungsweise eine spektrale Bestrahlungsstärke E in w / m²nm in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm anzeigen. Eine erste Lichtquelle ist eine rote LED, deren relative spektrale Bestrahlungsstärke durch den Graph R angezeigt wird. Eine zweite Lichtquelle ist eine grüne LED, deren relative spektrale Bestrahlungsstärke durch den Graph G angezeigt wird. Die rote LED und die grüne LED strahlen mit etwa derselben maximalen spektralen Bestrahlungsstärke, um jeweils in einem Objektfeld etwa dieselbe Bestrahlungsstärke bereitstellen zu können. Eine dritte Lichtquelle ist eine blaue LED, deren relative spektrale Bestrahlungsstärke durch den Graph B angezeigt wird. Dabei ist eine maximale spektrale Bestrahlungsstärke der blauen LED im Vergleich zu den spektralen Bestrahlungsstärken der roten und der grünen LED deutlich abgesenkt, was beispielsweise über ein Dimmen der blauen LED erreicht werden kann. Als Kombination der drei unterschiedlichen Lichtquellen weist das Beleuchtungssystem (bestehend aus den drei LED's) in einem Beleuchtungs-Bereich von einer Grenzwellenlänge λ_G bis zu einer Wellenlänge von 700 nm eine erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁ auf. Dabei speist sich diese erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁ überwiegend aus Licht der roten und der grünen LED. Über einen Dimm-Bereich von 380 nm bis zur Grenzwellenlänge λ_G hinweg ergibt sich eine zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₂. Dabei ist zu beachten, dass sich diese zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke im Wesentlichen über Licht der blauen LED speist. Die zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₂ ist erheblich kleiner als die erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁, womit ein Aushärten eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs verzögert wird, während eine helle und farbneutrale Beleuchtung eines Objektfeldes ermöglicht wird. Dabei ist die Grenzwellenlänge λ_G wie bereits oben beschrieben auf einen zu beleuchtenden photoinduziert-aushärtenden Kunststoff angepasst.
Ein solches Beleuchtungssystem, welches aus drei oder mehr unterschiedlichen und separat steuerbaren Lichtquellen besteht, weist erhebliche Vorteile auf. Zum einen können die von der roten LED und der grünen LED in einem Objektfeld eingestrahlten spektralen Bestrahlungsstärken so hoch gewählt werden, dass das Objektfeld mit einer ausreichend hohen Beleuchtungsstärke beleuchtet wird. Zum anderen kann die blaue LED von diesen beiden anderen LED's unabhängig so weit gedimmt werden, dass einerseits ein Aushärten des zu beleuchtenden photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs verzögert wird und andererseits noch ein weißlicht-ähnlicher Gesamtfarbeindruck im Objektfeld hervorgerufen wird. Dabei ist es nicht notwendig, ein speziell geartetes Filtersystem zu entwickeln und an einzelne photoinduziert-aushärtende Kunststoffe anzupassen, da eine Anpassung einen jeweiligen photoinduziert-aushärtenden Kunststoff über ein bloße Anpassung der Bestrahlungsstärken der einzelnen Lichtquellen (R, G, B) erfolgt. Ein derartiges Beleuchtungssystem kann mehrere Betriebsmodi aufweisen, wobei die blaue LED beispielsweise in einem Betriebsmodus mit derselben maximalen Bestrahlungsstärke wie die rote und die grüne LED auf das Objektfeld einstrahlt, während sie in einem anderen Betriebsmodus um mindestens 80% gedimmt wird, um mit einer Bestrahlungsstärke von weniger als 20% derjenigen Bestrahlungsstärke, mit welcher die rote und die grüne LED auf das Objektfeld einstrahlen, auf das Objektfeld einzustrahlen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 6169 14 [0029]

Claims

Optisches Filtersystem für sichtbares Licht, welches in einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm folgende Durchlasscharakteristik aufweist: einen Durchlass-Bereich – zwischen einer Grenzwellenlänge λ_G – und einer Wellenlänge von 700 nm, – wobei der Durchlass-Bereich zwischen der Grenzwellenlänge λ_G und der Wellenlänge von 700 nm einen ersten mittleren Transmissionsgrad T₁ aufweist; und einen Dimm-Bereich – zwischen einer Wellenlänge von 380 nm – und der Grenzwellenlänge λ_G, – wobei der Dimm-Bereich zwischen der Wellenlänge von 380 nm und der Grenzwellenlänge λ_G einen zweiten mittleren Transmissionsgrad T₂ aufweist; wobei gilt: 410 nm < λ_G < 520 nm, und
Optisches Filtersystem nach Anspruch 1, wobei die Durchlasscharakteristik des Filtersystems einen Übergangsbereich aufweist, welcher sich zwischen einer ersten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Wellenlänge λ₂ erstreckt, wobei Folendesilt:
und |T(λ) – T_soll| < 0,15 für alle λ mit λ₁ ≤ λ ≤ λ₂; wobei T(λ) ein wellenlängenabhängiger Transmissionsgrad des Filtersystems ist.
Optisches Filtersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei gilt:
und |W → – R →| ≤ 0,3; wobei T(r) ein wellenlängenabhängiger Transmissionsgrad des Filtersystems im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist; r → Koordinaten im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems sind; S die Spektralfarblinie im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist; und W → der Weißpunkt im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist.
Optisches Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines Objektfeldes mit sichtbarem Licht in einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 700 nm, wobei das Beleuchtungssystem wenigstens eine Lichtquelle umfasst und in einer Ebene mit einem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem folgende Bestrahlungscharakteristik aufweist: einen Beleuchtungs-Bereich – zwischen einer Grenzwellenlänge λ_G – und einer Wellenlänge von 700 nm, – wobei über den Beleuchtungs-Bereich hinweg durch das Beleuchtungssystem eine erste mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₁ auf die Ebene eingestrahlt wird; einen Dimm-Bereich – zwischen einer Wellenlänge von 380 nm – und der Grenzwellenlänge λ_G, wobei über den Dimm-Bereich hinweg durch das Beleuchtungssystem eine zweite mittlere spektrale Bestrahlungsstärke E₂ auf die Ebene eingestrahlt wird; wobei gilt: 410 nm < λ_G < 520 nm und
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, wobei gilt: I₁ = E₁·(700 nm – λ_G) und
und insbesondere
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Bestrahlungscharakteristik des Beleuchtungssystems einen Übergangsbereich aufweist, welcher sich zwischen einer dritten Wellenlänge λ₃ und einer vierten Wellenlänge λ₄ erstreckt, wobei Folgendes gilt:
E(λ) eine wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird.
Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei gilt:
und |W → – R →| ≤ 0,3; wobei E(r →) eine wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist, welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird; r → Koordinaten im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems sind; S die Spektralfarblinie im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist; und W → der Weißpunkt im Farbraum des CIE(1931)-Farbsystems ist.
Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Beleuchtungssystem mehrere Lichtquellen umfasst, deren Emissionsspektren sich voneinander unterscheiden, wobei erste Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Dimm-Bereich und nicht im Beleuchtungs-Bereich liegt, in einem Betriebsmodus in der Ebene eine Bestrahlungsstärke einstrahlen, welche höchstens 20 Prozent derjenigen Bestrahlungsstärke entspricht, welche durch zweite Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Beleuchtungs-Bereich und nicht im Dimm-Bereich liegt, in der Ebene eingestrahlt wird.
Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Beleuchtungssystem so ausgebildet ist, dass in einer Ebene mit einem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem gilt:
und I₂ < 15 w / m², und insbesondere
wobei λ eine Wellenlänge ist; und E(λ) eine wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem in der Ebene eingestrahlt wird.
Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, ferner umfassend eine Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, das Beleuchtungssystem in zwei unterschiedliche Betriebsmodi zu versetzen, wobei in einem ersten Betriebsmodus in der Ebene mit dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem gilt:
und insbesondere
und in einem zweiten Betriebsmodus in der Ebene mit dem Abstand von 30 cm zum Beleuchtungssystem gilt:
und insbesondere
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Aktuator, welcher dazu ausgebildet ist, während dem ersten Betriebsmodus Filter des Beleuchtungssystems in einem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und der Ebene anzuordnen und während dem zweiten Betriebsmodus die Filter des Beleuchtungssystems aus dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Ebene zu entfernen, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist den Aktuator zu steuern.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Beleuchtungssystem mehrere Lichtquellen umfasst, deren Emissionsspektren sich voneinander unterscheiden, wobei Bestrahlungsstärken von ersten Lichtquellen, deren größter Teil des jeweiligen Emissionsspektrums im Dimm-Bereich und nicht im Beleuchtungs-Bereich liegt, während einem Betrieb im ersten Betriebsmodus im Vergleich zum Betrieb im zweiten Betriebsmodus um mindestens 80 Prozent herabgesetzt sind, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, ein Herabsetzten der jeweiligen Bestrahlungsstärken der ersten Lichtquellen zu steuern.
Verwendung des optischen Beleuchtungssystems nach einem der Ansprüche 4 bis 12 zur Beleuchtung eines Objektfeldes während einer Verarbeitung eines photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs im Objektfeld, wobei der photoinduziert-aushärtende Kunststoff insbesondere Lucirin TPO und/oder Phenylpropanedion und/oder Ivocerin und/oder Campherchinon umfasst, und wobei der photoinduziert-aushärtende Kunststoff insbesondere an einem Zahn angebracht ist.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei gilt:
wobei λ eine Wellenlänge ist; E(λ) eine wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem im Objektfeld eingestrahlt wird; und A(λ) eine wellenlängenabhängige Absorption eines im Objektfeld befindlichen photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs ist.
Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, wobei gilt:
wobei λ eine Wellenlänge ist; t eine Dauer der Beleuchtung des Objektfeldes mit dem Beleuchtungssystem ist; E(λ) eine wellenlängenabhängige spektrale Bestrahlungsstärke ist, welche durch das Beleuchtungssystem im Objektfeld eingestrahlt wird; und A(λ) eine wellenlängenabhängige Absorption eines im Objektfeld befindlichen photoinduziert-aushärtenden Kunststoffs ist.
Optisches Beobachtungssystem, umfassend: eine Abbildungsoptik zur Abbildung eines Objektfeldes; eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Objektfeldes; und ein optisches Filtersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Filtersystem in einem Strahlengang zwischen der Lichtquelle und dem Objektfeld angeordnet ist, oder ein optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 12.