DE60130995T3

DE60130995T3 - Gerät zur härtung von materialen mittels lichtstrahlung

Info

Publication number: DE60130995T3
Application number: DE60130995T
Authority: DE
Inventors: Joseph Logan; Raymond Knox
Original assignee: Kerr Corp
Current assignee: Kerr Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: JP2004505665A; EP1304977B2; EP1304977B1; JP4880180B2; AU2001281074A1; EP2258308A3; DE60130995D1; DE60130995T2; JP5619689B2; CN1461205A; EP1891909A3; EP1891909A2; WO2002011640A2; BR0112973A; EP1891909B1; MXPA03001091A; EP2258308A2; JP2011235132A; WO2002011640A3; WO2002011640B1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Härten von Materialien mit Strahlung und insbesondere das Härten von Zahnbeschichtungs- und -füllmassen mit Licht.
Hintergrund der Erfindung
Härtbare Klebstoffverbindungen und Bond- oder Füllverbindungen werden weit verbreitet zum strukurellen Verbinden von Objektflächen miteinander oder zum Füllen von Lücken, Öffnungen und Hohlräumen in einer Objektfläche eingesetzt. Solche härtbaren Massen werden im Allgemeinen auf der Objektoberfläche in einem teilfesten Zustand manipuliert und positioniert und dann in ihrer Position in einen festeren und permanenten Zustand verfestigt. Das Härten von auftragbaren Massen ist im Allgemeinen ein chemischer Prozess, der durch ein oder mehrere Härtungsbedingungen oder -faktoren gefördert und angetrieben wird. So kann der Härtungsprozess z. B. durch Inkontaktbringen der teilfesten Masse und Komponenten davon mit Luft oder durch Bestrahlen einer solchen Masse und ihrer Komponenten mit einer Energiequelle wie z. B. einer Wärmequelle angetrieben werden.
Weitere härtbare Klebstoff- und Füllmassen werden durch Bestrahlen mit Strahlungsenergie wie z. B. sichtbarer und unsichtbarer Lichtenergie gehärtet. Solche Massen, die nachfolgend lichthärtbare Massen genannt werden, werden zu einer teilfesten Form in einen Bereich oder auf eine Arbeitsfläche bearbeitet. Lichtstrahlung, vorzugsweise in Form eines Lichtstrahls mit einer speziellen Wellenlänge oder einem speziellen Wellenlängenband, wird dann auf die Masse gerichtet. Die Masse beinhaltet lichtempfindliche chemische Komponenten, die bei Bestrahlung mit Licht mit der vorgegebenen Wellenlänge das Härten der Masse in der gewünschten Position auf der Arbeitsfläche fördert, um die Oberfläche zu bonden, zu füllen oder zu beschichten.
So werden z. B. lichthärtbare Füll- und Klebstoffmassen weithin in dentalen Prozeduren eingesetzt. Zahnärzte benutzen lichthärtbare dentale Massen zum Beschichten und Versiegeln von Zahnoberflächen, zum Füllen von Karies und anderen Hohlräumen in der Zahnoberfläche und zum Befestigen von Kronen und verschiedenen anderen dentalen Strukturen auf einer Zahnoberfläche. Herkömmlicherweise werden dentale Massen durch Bestrahlen mit Licht im blauen Bereich des Spektrums gehärtet. Nach dem Härten reduziert die dentale Masse weiter Zahnzerfall, bondet die dentale Struktur und/oder bildet eine zusätzliche Struktur auf einem Zahn. Es ist daher wichtig, dass die Massen vollkommen gehärtet werden.
Spezieller, zum Härten von lichthärtbaren dentalen Massen wird sichtbares blaues Licht und insbesondere ein blauer Lichtstrahl von einer Härtungshandlampe auf eine Zahnoberfläche gerichtet, die die gewünschte Masseschicht enthält. Das blaue Licht dringt in die Masseschicht auf der Zahnoberfläche ein und härtet sie vollständig. Die Dauer der Bestrahlung mit blauem Licht für ein richtiges Härten der Masseschicht wird durch den Typ der Masse und die Dicke der Masseschicht sowie durch den Leistungspegel und die Eigenschaften des blauen Lichts von der Härtungslampe bestimmt. So benötigt beispielsweise ein(e) dünne(s) Zahnoberflächenschicht oder -furnier weniger Strahlungslichtleistung, während dickere und tiefere Füllungen für Karies und andere Hohlräume mehr an auf die Zahnoberfläche gerichteter Strahlungsleistung für ein ordnungsgemäßes Härten brauchen.
Während lichthärtbare Massen sehr günstige Ergebnisse im Dentalbereich gebracht haben, haben existierende Techniken und Zahnhärtungslampen, die zum Zuführen des Lichtes auf die Zahnoberfläche verwendet werden, verschiedene Nachteile. So benötigen beispielsweise derzeitige Zahnhärtungsgeräte spezielle Filtermechanismen. Die Filterung muss aus mehreren Gründen erfolgen. Erstens ist bekannt, dass bestimmte Wellenlängen von blauem Licht für menschliches Gewebe schädlich sind. Es wurden zwar Versuche unternommen, um den Lichtstrahl nur auf die Zahnoberfläche zu richten, aber ein gewisser Kontakt des Mundgewebes mit dem Licht ist unvermeidlich. Daher müssen schädliche Wellenlängen ausgefiltert werden. Zudem sind lichthärtbare Massen gewöhnlich für Licht mit einer etwas speziellen Wellenlänge empfindlich, wie z. B. eine spezielle Blaulichtwellenlänge mit derzeit verfügbaren Dentalmassen. Daher wird ein dentales Härtungslichtfiltergerät so abgestimmt, dass es Licht mit den richtigen Wellenlängen sowohl für die Sicherheit des Patienten als auch für ein ordnungsgemäßes Härten emittiert.
Viele derzeitige konventionelle dentale Härtungslampen benutzen Lampenelemente mit einem breiten Spektrum, z. B. Halogenbirnen. Folglich müssen dentale Härtungslampen spezielle und komplizierte Filtergeräte oder Filter benutzen, die das Breitspektrumlicht von dem Lampenelement empfangen und das Licht dann so filtern, dass nur das Licht mit den gewünschten Wellenlängen durchgelassen wird. Erhältliche Lampenelemente führen ein breites Strahlungsspektrum zu, inklusive sichtbares Licht, UV-Licht und Infrarotlicht. Daher sind Härtungstechniken und Lichtgeräte des Standes der Technik im Allgemeinen sehr ineffizient, weil eine große Menge der abgestrahlten Lichtleistung einfach aufgrund des Ausfilterns eines erheblichen Teils des Lichtspektrums verloren geht. So kann beispielsweise die Eingangsleistung in eine herkömmliche Halogenbirne typischerweise etwa 80 Watt betragen, während die Ausgangsleistung der dentalen Lampe von Licht mit der gewünschten blauen Wellenlänge z. B. von 400–500 Nanometern gewöhnlich weniger als ein halbes (0,5) Watt beträgt.
Ferner wird der Wirkungsgrad der dentalen Härtungslampen des Standes der Technik weiter durch Leistungsverluste aufgrund des Einfallswinkels des abgestrahlten Lichts hinter dem Filterelement herabgesetzt. So verwenden beispielsweise viele Härtungslampen des Standes der Technik reflektierende Filter, die nur das Licht mit den gewünschten Wellenlängen, z. B. blaues Licht, auf die Zahnoberfläche und die Dentalmasse reflektieren. Licht mit den unerwünschten Wellenlängen wird durch das Filter zu einer lichtabsorbierenden Komponente gelassen, wo es abgeführt wird. Wenn der Einfallswinkel des Lichts von der Halogenbirne erheblich vom gewünschten Einfallswinkel für die Filterelementoberfläche abweicht (z. B. 45°), dann wird eine reduzierte Menge des gewünschten Lichtes auf die Zahnoberfläche reflektiert. Dadurch nimmt die Menge an gewünschter Lichtleistung, die zum Härten der Dentalmasse zur Verfügung steht, weiter ab. Umgekehrt, eine höhere Lichtmenge bei unerwünschten Wellenlängen kann auch auf die Zahnoberfläche reflektiert werden, anstatt durch das Filterelement zum Abführen durchgelassen zu werden.
Ein weiterer Nachteil von Härtungslampen des Standes der Technik ist, dass sie erhebliche Wärmemengen erzeugen und daher komplizierte Kühlsysteme benötigen, damit sie im richtigen Temperaturbereich arbeiten. Die signifikante Menge an durch die Halogenbirne erzeugter Lichtenergie mit den unerwünschten Wellenlängen muss gefiltert oder auf andere Weise eingefangen werden. Die eingefangene oder gefilterte Energie wird dann in Form von Wärme abgeführt.
Daher werden in herkömmlichen Härtungslampen Leistungsabsorptions- und Wärmeabführungselemente benötigt.
Thermische Abschirmungen werden häufig in Verbindung mit reflektierenden Filtern benutzt, um die unreflektierte, unbenutzte Lichtenergie in Form von Wärme zu absorbieren und abzuführen. Der hohe Leistungsausgang, der für die Halogenbirne zum Erzeugen des gewünschten Lichtleistungspegels zum Härten nötig ist, erzeugt eine signifikant hohe Wärmelast an den Abschirmungen. Die Abschirmungen müssen dann gekühlt werden. Im Allgemeinen werden Lüfterelemente in der dentalen Lampe zwecks Konvektionskühlung für die Abschirmungen verwendet. Durch die zusätzlichen Kühlelemente wird die Lichtlampe größer und ihr Design komplizierter. Man wird verstehen, dass es wünschenswert ist, die Lampe möglichst klein und manövrierbar zu halten, da sie in der Hand gehalten und im Mund eines Patienten benutzt wird.
Zusätzlich wird auch das reflektierende Filterelement thermisch belastet und muss dann ebenfalls gekühlt werden, z. B. durch Kühlkörper und Lüfter. Die Absorptionsgeräte und Wärmeableitungssysteme verkomplizieren nicht nur Betrieb und Design der Lampe, sondern verteuern auch die Produktion und neigen zu Betriebsausfällen.
Ein weiterer Nachteil von dentalen Härtungslampen des Standes der Technik ist die begrenzte Nutzungsdauer des Lampenelementes wie z. B. einer Halogenbirne. Die Birnen brennen häufig aus und müssen ausgewechselt werden. Ferner verkürzt die in der Lampe, die gewöhnlich umschlossen ist, erzeugte Wärme die effektive Nutzungsdauer der Birne.
Es wurden im Stand der Technik Versuche unternommen, einige dieser Nachteile zu beheben. So offenbaren z. B. die japanischen Patentanmeldungen Nr. 6-30275 , 6-285508 , 7-163863 und 8-194786 ; die US-Patente Nr. 5,420,768 und 5,634,711 ; und die UK-Patentanmeldung Nr. GB 2,329,756 alle verschiedene Geräte mit verpackten, konventionellen Leuchtdioden oder LEDs zum Bereitstellen einer Härtungslichtquelle mit Licht im gewünschten blauen Bereich. Während spezielles blaues Licht von den LEDs ohne signifikante Filterung erzeugt wird, erfordern verschiedene dieser Geräte komplizierte Innendesigns zum Fokussieren des Härtungslichtes oder erfordern eine spezielle elektronische Steuerung der LEDs. Zudem sind große Stückzahlen herkömmlicher LEDs nötig. Wie in den Figuren dieser Anwendungen illustriert, sind die Halbleiter-LED-Elemente über eine Leiterplatte oder eine andere Tragstruktur verteilt und benötigen ein etwas größeres Gehäuse zur Aufnahme aller herkömmlichen LEDs, die zum Erzeugen der Lichtintensität nötig sind, die für praktische Härtungsanwendungen erforderlich ist. Daher ist es schwierig, ein geeignetes Härtungslicht mit herkömmlichen LEDs bereitzustellen, das ausreichende Härtungsleistung in einem kleinen und kompletten Design erzeugt.
Die Verwendung traditioneller verpackter LEDs, wie im oben erwähnten Stand der Technik offenbart, hat insbesondere Schwierigkeiten in Verbindung mit der Erzeugung einer ausreichenden Härtungsleistung in einem Gerät sinnvoller Größe bereitet, das ausreichend gekühlt werden kann. Weitere Komplikationen mit solchen Geräten rührten von Versuchen her, das Licht von der großen Gruppierung traditioneller LEDs in einen kleinen Bereich mit einer ausreichenden Leistungsdichte zu konzentrieren, um zum Härten nützlich zu sein. Solche Schwierigkeiten beim Bereitstellen einer geeigneten Härtungslampe mittels derzeitiger traditionell verpackter LED-Technik werden durch das Fehlen einer beliebten und weithin genutzten dentalen Härtungslampe auf dem Markt deutlich gemacht, der solche Technik nutzt.
Alternativ haben die in der WO99/35995 offenbarten Geräte und Techniken ein Härtungsgerät mit nichtemittierenden Halbleiterkomponenten bereitgestellt, die ausreichende Härtungsleistungsdichten in einem sinnvoll bemessenen Gerät erzeugen, das korrekt gekühlt werden kann. Weitere Bemühungen der Erfinder der vorliegenden Anmeldung verbessern die in dieser früheren Anwendung offenbarte derzeitige Technik weiter und stellen die gewünschte Härtungsleistungsdichte, Größe und die thermischen Eigenschaften bereit, die für ein erfolgreiches kommerzielles Härtungsgerät nötig sind.
Noch ein weiterer Nachteil in Verbindung mit Härtungslichtern des Standes der Technik ist deren Ineffizienz beim Durchlassen des Lichtes auf die Arbeitsfläche, wie z. B. eine Zahnoberfläche, wenn das Licht durch das Element oder die Birne erzeugt wurde. Das Licht wird innerhalb des Hauptgehäuses der Härtungslampe erzeugt und muss zu einem Ausgangsende des Gehäuses durchgelassen werden. Existierende dentale Härtungslampen benutzen längliche Lichtleiter zum Zuführen von Licht von den Lichterzeugungselementen innerhalb des Gehäuses zum Zahn.
Lichtleiter bestehen gewöhnlich aus einer großen Zahl von optischen Fasern, die zu einem länglichen Leiter zusammengeschweißt sind. Die Luft-Glas-Grenzflächen zwischen den Erzeugungselementen und dem Eingangsende des Lichtleiters und dem Ausgangsende des Lichtleiters und der Innenseite des Mundes sind ineffizient und verursachen Leistungsverluste von etwa 10% pro Grenzfläche. Ferner können Geräte des Standes der Technik eine konvergierende Linse benutzen, um Licht in das Eingangsende des Lichtleiters zu fokussieren. Dadurch entstehen für das Licht weitere Grenzflächenverluste. Solche Ineffizienzen erhöhen die notwendige Härtungszeit weiter und/oder machen höhere Leistungen (mit der assoziierten Wärme) nötig, um die notwendige Härtungslichtintensität zu erzielen.
Ein weiteres Anliegen mit dentalen Härtungslampen ist, dass solche Lampen medizinische/dentale Instrumente sind und ein Teil des Instrumentes in einen Hohlraum des Körpers, z. B. in den Mund eingeführt wird. Da dieselbe Härtungslampe bei verschiedenen Patienten verwendet wird, müssen Querkontaminationen zwischen Patienten vermieden werden. Demgemäß muss die Härtungslampe, oder ein Teil davon, mit herkömmlichen Geräten sterilisiert werden. Die Sterilisation, häufig Autoklavieren genannt, erfordert zusätzliche Ausrüstung, die vom Zahnarzt oder einem anderen Arzt gekauft und gewartet werden muss. Eine Sterilisation bedeutet auch einen zusätzlichen Schritt zwischen Härtungsprozeduren. Ferner kann die für die Sterilisation benötigte größere Wärme beispielsweise im Laufe der Zeit Komponenten der Härtungslampe beschädigen. Demgemäß müssen konventionelle Härtungslampen so ausgelegt werden, dass sie eine Sterilisation und die damit verbundenen hohen Temperaturen aushalten, die das Sterilisationsproblem auf andere Weise lösen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, haltbare Härtungslampe zum Härten von lichthärtbaren Massen bereitzustellen. Es ist insbesondere eine Aufgabe, eine solche Härtungslampe zum Härten von dentalen Massen bereitzustellen, die zum Füllen und Beschichten von Zähnen verwendet werden.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Härtungslampe bereitzustellen, die Halbleiterlichtelemente verwendet.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Härtungslampe bereitzustellen, die kompakt und einfach aufgebaut ist und die eine Lichtleistungsdichte erzielen kann, die für praktische Härtungsanwendungen nützlich ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Massen mit Härtungslampen mit einer geringeren Leistung zu härten, die einen höheren Wirkungsgrad haben, um die Menge an von dem Gerät erzeugter Wärmeenergie zu reduzieren und somit die abführungsbedürftige Wärmeenergie zu reduzieren. Ferner ist es wünschenswert, eine effizientere Kühlung der Lichterzeugungsgeräte bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Notwendigkeit für reflektierende Filter und sonstige Filterelemente in einem Lichtgerät zum Härten von lichthärtbaren Massen zu eliminieren.
Es ist noch eine weitere Aufgabe, die Notwendigkeit für Sterilität in einer Härtungslampe anzugehen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe, ein Blaulichtgerät bereitzustellen, das in einem kleinen Raum arbeitet und sich leicht im Mund eines Zahnpatienten manipulieren lässt.
Diese sowie verschiedene andere Aufgaben gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung besser hervor.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Instrument zum Härten von lichthärtbaren Massen wie z. B. dentalen Massen im Mund eines Patienten, wobei das Instrument ein Gehäuse und mehrere lichtemittierende Halbleiterplättchen aufweist, wobei die Plättchen Halbleiterübergänge sind, die auf einem Substrat individuell angeordnet sind, um eine Anordnung auf dem genannten Substrat zu bilden, und zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen in einem schmalen Band von Wellenlängen betriebsfähig sind, wobei das Instrument ferner ein optisch reflektierendes Element aufweist, das so gekoppelt ist, dass es einen Außenrand des Substrats und die Anordnung von lichtemittierenden Plättchen umgibt, zum Reflektieren des Lichts, das von der Plättchenanordnung gemeinsam emittiert wird, und zum Lenken desselben in Richtung einer Masse zum Härten der Masse.
Die Anordnung dient zum gemeinsamen Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge in einem schmalen Band von Wellenlängen. In einer Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet das schmale Wellenlängenband das der blauen Wellenlänge. Es können aber auch je nach der Lichtempfindlichkeit der verwendeten härtbaren Masse andere Wellenlängen verwendet werden.
Ein geeignetes Gehäuse für die Erfindung ist pistolenförmig und hat einen Griffabschnitt und einen Schaftabschnitt. Der Griffabschnitt wird von einem Bediener gehalten, der Schaftabschnitt wird auf eine Arbeitsfläche wie z. B. einen Zahn gerichtet. Eine tragbare Stromversorgung kann in dem Gehäuse so verwendet werden, dass das Instrument ein Handgerät ist, das völlig tragbar ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung von lichtemittierenden Elementen am distalen Ende des Schaftabschnitts des Gehäuses positioniert, das so im Mund eines Patienten platziert wird, dass das Licht direkt auf eine Arbeitsfläche wie z. B. einen Zahn gelenkt wird. In eine alternativen Ausgestaltung kann die Anordnung von Elementen so in dem Gehäuse positioniert werden, dass das erzeugte Licht zum distalen Ende durchgelassen werden muss, z. B. durch einen Lichtwellenleiter.
Gemäß der Erfindung wird ein optisches Fokussiergerät so positioniert, dass es das von der Anordnung von Elementen emittierte Licht erfasst. Das optische Fokussiergerät ist ein nichtbildgebendes optisches Gerät zum Kollimieren des Lichts von der Anordnung zu einem auf eine Masse zum Härten der Masse gerichteten Strahl. Das nichtbildgebende Gerät kollimiert das Licht von der Anordnung und lässt es auf effiziente Weise zu einer Arbeitsfläche durch, ohne die mit bildgebenden Linsen des Standes der Technik assoziierten Ineffizienzen. Das reflektierende Element kann zwischen der Anordnung und dem optischen Fokussiergerät positioniert werden, um Licht von der Anordnung weiter effizient in das optische Fokussiergerät zu lenken, um kollimiert und zu einer Arbeitsfläche geführt zu werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Plättchenanordnung auf einem Substrat in einer Dichte angeordnet, mit der eine Lichtleistungsdichte im Bereich von 200–1400 mW/cm² emittiert werden kann. Eine solche Dichte erzeugt eine wünschenswerte Härtungsleistung zur Arbeitsfläche für eine geeignete Härtung. Zum Kühlen einer solchen Anordnung und des Substrats, auf dem die montiert sind, nutzt die vorliegende Erfindung vorzugsweise Leitungskühlung, bei der ein Wärmerohr, das eine wärmeleitende Flüssigkeit enthält, thermisch mit dem Substrat gekoppelt ist, um von der Anordnung von Elementen erzeugte Wärme leitend von dem Substrat abzuführen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkörper thermisch mit dem Substrat gekoppelt und das Wärmeröhr wird dann thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt. Auf diese Weise wird Wärme leitend von dem Substrat und den Elementen abgeführt. Ein Wärmetauscher ist mit dem anderen Ende des Wärmerohres gekoppelt, um Wärme konvektiv an die Luft zu übertragen, wie z. B. mit einem Lüfter.
In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird während des Härtens eine Hülse über einem Abschnitt des Gehäuses verwendet. Nach jedem Härtungsvorgang kann die Hülse entfernt und entsorgt oder autoklaviert werden, so dass nicht das gesamte Härtungsinstrument nach jedem Gebrauch und vordem nächsten Gebrauch autoklaviert zu werden braucht. Zu diesem Zweck könnte die Hülse nach einmaligem Gebrauch ganz entsorgt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das nichtbildgebende optische Gerät, wie z. B. eine nichtbildgebende Linse, und das reflektierende Element mit einem Ende der Hülse gekoppelt. Nach dem Positionieren der Hülse über einem Abschnitt des Gehäuses werden das reflektierende Element und die Linse koaxial auf die Licht von der Anordnung kollimierende Anordnung ausgerichtet. In einer Einwegausgestaltung der Hülse sind sowohl die nichtbildgebende Linse als auch das reflektierende Element Einwegartikel und werden mit der Hülse nach jedem Gebrauch entsorgt.
Die Anordnung, die mehrere auf einem flachen Substrat positionierte Plättchen umfasst, emittiert im Allgemeinen Licht in einem Bereich von 0–180°. Wenn sich die Anordnung am distalen Ende des Gehäuses befindet, dann können die nichtbildgebende Linse und das reflektierende Element das Licht innerhalb des 180°-Bereichs erfassen und das Licht effektiv und effizient zu einem auf die Arbeitsfläche gerichteten Strahl kollimieren. Wenn die Anordnung weiter innerhalb des Gehäuses positioniert wird, fern vom distalen Ende des Gehäuses und fern von der Arbeitsfläche, dann hat die nichtbildgebende Linse die Aufgabe, Licht innerhalb des 180°-Bereiches zu einem Strahl zu kollimieren, der nicht signifikant von einem Akzeptanzwinkel eines Lichtwellenleiters abweicht. Auf diese Weise wird Licht effizient durch den Lichtleiter und das Gehäuse zum distalen Ende des Gehäuses gelenkt, wonach es auf eine Arbeitsfläche wie z. B. einen Zahn emittiert wird. Die Anordnung wird vorzugsweise am distalen Ende des Gehäuses montiert, um Licht direkt zur Arbeitsfläche zu führen. Auf diese Weise kann ein Lichtwellenleiter, der mehrere verlustreiche Luft/Glas-Grenzflächen hat, für ein effizientes Durchlassen von Licht eliminiert werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung verwendet ein einzelnes nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät für die Anordnung von Elementen. Alternativ können die Elemente in Untergruppen auf der Anordnung angeordnet sein und es können mehrere nichtbildgebende optische Geräte verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Begleitzeichnungen, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten sind und Bestandteil davon bilden, illustrieren Ausgestaltungen der Erfindung und dienen, zusammen mit der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung, zum Erläutern der Grundsätze der Erfindung.
1 ist eine Seitenansicht eines Teilquerschnitts einer Ausgestaltung einer Härtungslampe gemäß den Grundsätzen der Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht, im Teilquerschnitt, eines Teils der Ausgestaltung der in 1 illustrierten Erfindung.
2A ist eine Seitenansicht, im Teilquerschnitt, eines Teils einer anderen Ausgestaltung der Erfindung.
2B ist ein Grundriss einer Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
3 ist eine Seitenansicht, im Teilquerschnitt, eines Teils einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
4 ist eine Seitenansicht, im Teilquerschnitt, eines Teils einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 illustriert eine Ausgestaltung einer Härtungslampe oder eines Härtungslichtes zum Härten von lichthärtbaren Massen wie z. B. dentalen Massen gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung. In 1 beinhaltet das Gerät 10 ein Gehäuse 12, das zum Härten manipuliert werden soll. Das Gehäuse 12 ist allgemein pistolenförmig und beinhaltet einen Griffabschnitt 14 und einen Schaftabschnitt 16. Der Bediener, wie z. B. ein Zahnarzt, ergreift das Gehäuse 12 um den Griffabschnitt 14 und richtet den Schaftabschnitt 16 in Richtung der Zahnoberfläche (oder einer anderen Arbeitsfläche) und die zu härtende Masse (nicht gezeigt). Zum Härten von Zahnfüll- und -beschichtungsmassen würde der Zahnarzt im Allgemeinen wenigstens einen Teil des Schaftabschnitts im Mund eines Patienten so positionieren, dass ein strahlendes Ende 17 des Schaftabschnitts auf einen oder mehrere bestimmte Zähne zeigt. Der Griffabschnitt 14 beinhaltet einen Betriebsauslöseschalter 18, der betriebsmäßig mit einer Stromversorgung 20 und/oder einer Steuerschaltung 24 zum selektiven Betätigen des Gerätes und zum Zuführen von Leistung zu lichtemittierenden Elementen 32 gekoppelt ist, um einen Härtungslichtstrahl zu erzeugen, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird. Die Stromversorgung 20 ist im Griffabschnitt 14 befindlich dargestellt, könnte sich aber auch an einer anderen Stelle im Gehäuse befinden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromversorgung tragbar und beinhaltet Batterien 22. Die Batterien könnten von einem beliebigen geeigneten Typ (z. B. Lithiumbatterien) sein und könnten Einwegbatterien oder Akkus sein. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse 12 einen Anschluss 23 zum Anschließen eines externen Ladegerätes (nicht gezeigt) an die Stromversorgung 20 aufweisen, um aufladbare Batterien 22 aufzuladen. Alternativ könnte eine externe Stromversorgung, wie z. B. eine durch eine Netzbuchse betriebene, mit der Stromversorgung 20 gekoppelt werden, um die zum Betreiben des Gerätes 10 benötigte Leistung zuzuführen.
Eine Steuerschaltung 24 ist im Gehäuse 12 montiert und betriebsmäßig mit der Stromversorgung 20, dem Auslöseschalter 18 und den anderen Komponenten 10, wie z. B. der Anordnung 32, zum Betreiben und Steuern der Komponenten gekoppelt. Die Steuerschaltung 24 kann z. B. verschiedene elektrische Schaltungskomponenten beinhalten, die auf einer Leiterplatte montiert und auf eine Weise angeordnet sind, die von einer durchschnittlichen Fachperson zum Zuführen der gewünschten Leistung und zum Steuern des Gerätes 10 bestimmt wird. So beinhaltet die Steuerschaltung 24 beispielsweise gewöhnlich konventionelle Steuerschaltungen für eine Härtungslampe, wie z. B. eine Zeituhr zum zeitlichen Steuern des Betriebsstrahlungszyklus für das Gerät, wenn der Auslöseschalter aktiv ist. Für eine solche Steuerung kann auch ein Mikroprozessor anstatt diskreter Komponenten verwendet werden. Man wird leicht verstehen, dass die Steuerschaltung auf mehrere verschiedene Weisen konfiguriert sein kann, um die Härtungslampe 10 richtig zu betätigen. In einer Ausgestaltung regelt die Mikroprozessorsteuerung die Lampenspannung zum Erzeugen eines konstanten Ausgangs. In anderen Ausgestaltungen kann die Mikroprozessorsteuerung zum rampenförmigen Hoch- und Herunterfahren auf eine gewählte Weise zum ordnungsgemäßen Härten verwendet werden.
Der Schaftabschnitt 16 ist auf geeignete Weise ausgebildet und kann ein abgewinkeltes distales oder strahlendes Ende 17 aufweisen, um einen Härtungslichtstrahl 21 aus dem Gehäuse auf eine Zahnoberfläche oder sonstige Arbeitsfläche zu richten. Die durchschnittliche Fachperson wird verstehen, dass die Form des Gehäuses 12 ebenfalls variieren kann. Der Schaftabschnitt 16 ist in den Figuren mit einer durchgezogenen Linie dargestellt; er kann jedoch auch Lüftungslöcher zur Wärmeabführung aufweisen. Ferner kann der Schaftabschnitt 16 vom Rest des Gehäuses getrennt und mit einem geeigneten Verfahren wie in der Technik bekannt abnehmbar an dem Gehäuse befestigt werden. So könnte beispielsweise der Schaftabschnitt 16 mit dem Gehäuse 12 verschraubt werden. Außerdem könnte die Stromversorgung in Reihe mit dem Schaftabschnitt positioniert werden, um den Griffabschnitt zu reduzieren oder zu eliminieren und dadurch das Design zu straffen, wie z. B. für eine kleine Taschenhärtungslampe. Das Gehäuse 12 ist aus einem geeigneten leichten Kunststoffmaterial wie Polysulfon gebildet.
1 illustriert eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der ein Strahlungsbündel oder Lichtstrahl 21 für Härtungszwecke von einer Anordnung 32 von lichtemittierenden Elementen erzeugt wird, die sich in der Nähe des strahlenden Endes 17 des Schaftabschnitts 16 befindet. Durch die Anordnung 32 erzeugte Wärme wird vom strahlenden Ende 17 oder vom distalen Ende zurück zum proximalen Ende 19 des Schaftabschnitts übertragen, wo es weiter abgeführt wird. In der Ausgestaltung von 1 ist ein Wärmerohr 38 thermisch mit der Anordnung 32 gekoppelt und überträgt leitend von der Anordnung erzeugte Wärme zu einem Wärmetauscher 26, der dann konvektionsgekühlt wird. Ein geeigneter Lüfter 28 mit einem Motor 29 und einem Flügel 30 kann in dem Gehäuse 12 wie in 1 gezeigt montiert werden, um die Konvektionskühlung zu unterstützen.
Spezieller, mit Bezug auf 2, die illustrierte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet mehrere individuelle lichtemittierende Plättchen 30, die zur Bildung einer gemeinsamen Anordnung 32 auf einem Substrat 34 montiert sind. Die Plättchen 30 sind kleine, bloße Halbleiterübergänge und sind aus einem lichterzeugenden Halbleitermaterial konstruiert. Die Plättchen 30 sind vorzugsweise nicht getrennt oder individuell verpackt oder auf andere Weise mit individuellen integrierten Linsen wie bei herkömmlichen Leuchtdioden oder LEDs montiert. Im Stand der Technik verwendete konventionelle LEDs haben integrierte und individuelle Gehäuse, die gewöhnlich einen Reflektor und eine integral ausgebildete individuelle Linse aufweisen. Die erfindungsgemäßen Plättchen könnten mit zusätzlichen Komponenten wie z. B. einem klaren Schutzüberzug 40 verwendet werden, der über die Plättchen auf dem Substrat 34 aufgebracht wird, oder mit anderen zusätzlichen Komponenten. Die montierten Plättchen sind jedoch im Wesentlichen bloße Halbleiterübergänge, ohne vorverpackte individuelle und integrierte Reflektoren und Linsen, wie sie bei herkömmlichen LEDs angetroffen werden.
Wie oben erwähnt, sind die Plättchen 30 keine individuellen Linsen wie herkömmliche LEDs. Sie könnten jedoch mit einer/einem klaren Schutzschicht oder -überzug 40 aus Plastik bedeckt werden, um die Haltbarkeit der Anordnung 32 zu verbessern.
Das Substrat 34 ist ein elektrisch isoliertes Substrat, das Wärmeleiteigenschaften haben kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Substrat 34 ein Saphirsubstrat oder ein Diamant sein, der elektrisch isolierende Eigenschaften hat, der aber auch Wärme von der Plättchenanordnung 32 abführt. Für die Zwecke einer gleichförmigen Lichterzeugung innerhalb eines Strahlenbündels mit einem allgemein kreisförmigen Querschnitt sind die Plättchen der Anordnung 30 vorzugsweise in einem kreisförmigen Muster angeordnet. Die WO99/35995 illustriert mehrere kreisförmige Muster von Plättchen und lichterzeugenden Elementen, die für eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Das Substrat 34 ist auf einen Kühlkörper 36 geklebt, der aus einem geeigneten wärmeleitfähigen Material wie z. B. Kupfer gebildet ist. Der Kühlkörper 36 wird dann auf ein Ende eines flüssigkeitsgefüllten Wärmerohrs 38 geschweißt oder gelötet, um von den Plättchen 30 erzeugte Wärme vom Kühlkörper 36, vom Substrat 34 und von der Anordnung 32 abzuleiten. Eine wärmeleitende Flüssigkeit 39 hat Kontakt mit der Rückseite des Kühlkörpers 36 gegenüber dem Substrat 34 und der Anordnung 32 (siehe 2) und zieht Wärme thermisch vom Kühlkörper ab. Daher wird die Plättchenanordnung mit dem Wärmerohr 38 und den Zwischenelementen 34, 36 effektiv leitungsgekühlt. Das Wärmerohr 38, das eine wärmeleitende Flüssigkeit 39 wie z. B. Salzlösung beinhaltet, ist im Handel von Aavid Thermal Technologies erhältlich.
Ein besonders einzigartiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass die Anordnung 32 leitungsgekühlt wird, um eine ausreichende Übertragung von den lichterzeugenden Plättchen 30 zu erzeugen. Strukturen des Standes der Technik beruhten traditionell auf Konvektionskühlung, bei der ein Kühlkörper und andere wärmeabführende Geräte, die thermisch mit den lichterzeugenden Elementen gekoppelt sind, mit Luft konvektionsgekühlt werden, wie z. B. durch einen Lüfter. Ein besonderes Problem mit Geräten des Standes der Technik war die Abführung von Wärme, die von den LEDs oder anderen darin verwendeten lichterzeugenden Elemente erzeugt wird. In der vorliegenden Erfindung zieht das Wärmerohr 38 Wärme schnell leitend von der Anordnung 32 und den Plättchen 30 zwecks Erzielung verbesserter Kühleigenschaften ab. So kann eine ausreichende Menge an Härtungslichtleistung für ein ordnungsgemäßes Härten erzeugt und gleichzeitig eine Anordnung behalten werden, die nicht überhitzt. Somit erzielt die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Wärmeübertragungs- und -abführungseigenschaften.
Wieder mit Bezug auf 1 und die Ausgestaltung der Erfindung, die die am distalen oder strahlenden Ende 17 des Schaftabschnitts 16 befindliche Anordnung 32 verwendet, das gegenüberliegende oder proximale Ende des Wärmerohrs 38 ist thermisch mit einem Wärmetauscher 36 gekoppelt, der von einem Lüfter 28 konvektionsgekühlt wird. Der Wärmetauscher, der auf das Wärmerohr 38 gelötet werden kann, hat Rippen wie gezeigt, über die Luft geleitet wird. Daher wird die Plättchenanordnung 32 vom Wärmerohr 38 und einer Flüssigkeit darin leitungsgekühlt und das Wärmerohr wird dann am gegenüberliegenden Ende von Luft wie beispielsweise durch einen Lüfter konvektionsgekühlt.
Zum Leiten und Kollimieren des von der Anordnung 32 erzeugten Strahls 21 verwendet die in 2 illustrierte Ausgestaltung der Erfindung eine reflektierende Fläche 42 und ein optisches Fokussiergerät 44 zum Kollimieren von Licht von der Anordnung 32 zu einem Strahl, der in den Mund des Patienten zum Härten einer Masse darin oder auf eine andere Arbeitsfläche gerichtet wird. Wie gezeigt, befinden sich die Anordnung 32, die reflektierende Fläche 42 und das optische Fokussiergerät 44 alle am distalen Ende des Schaftabschnitts. Dadurch wird das Licht direkt auf die Arbeitsfläche und die Masse gestrahlt. So eliminiert die Ausgestaltung der 1 und 2 verschiedene verlustträchtige Luft-Objekt-Grenzflächen. Somit führt die vorliegende Erfindung wirksamer Leistung von den lichterzeugenden Elementen zur Arbeitsfläche. Im Allgemeinen wird das strahlende oder distale Ende 17 so im Mund des Patienten positioniert, dass es einen Lichtstrahl direkt auf eine Arbeitsfläche mit einer lichthärtbaren Masse strahlt. Bei Geräten des Standes der Technik, die lichtdurchlassende Geräte mit mehreren verlustreichen Grenzflächen benutzen, ist das Erzeugen ausreichender Lichtleistungsdichten zum Härten häufig schwierig. Die vorliegende Erfindung geht dieses Problem dadurch an, dass sie verschiedene verlustreiche Grenzflächen eliminiert.
Zum Fokussieren des Lichts von der Anordnung 32 verwendet die Härtungslampe 10 eine reflektierende Fläche oder einen Reflektor 42, der die Anordnung wie in 2 gezeigt umgibt. In der illustrierten Ausgestaltung wird die reflektierende Fläche 42 von einer geeignet geformten Plastikringstruktur 43 gebildet, die den Außenrand der Anordnung 32, vom Substrat 34 definiert, umfangsmäßig umgibt. Die reflektierende Fläche 42 ist allgemein parabolisch geformt und wird durch Beschichten der Fläche 42 der Plastikstruktur 43 mit einem reflektierenden Überzug zum Erzielen einer effizienten Reflexion beschichtet. Es hat sich gezeigt, dass ein Mylar-Überzug, von 3M erhältlich, für diesen Zweck geeignete Eigenschaften aufweist und einen Reflexionswirkungsgrad von etwa 99% für die Zwecke der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung hat, wie in 2 illustriert. Wie in 2 gezeigt, bildet die Plastikringstruktur 43 die allgemein parabolische reflektierende Fläche 42 um die Anordnung 32 zum Abführen des Lichts von den Plättchen 30 in ein Eingangsende 45 des optischen Fokussiergerätes 44.
Das optische Fokussiergerät gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein nichtbildgebendes Gerät. Ein geeignetes nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät ist eine nichtbildgebende Linse 44 mit einer allgemein kegelstumpfförmigen Gestalt wie in 2 illustriert. Eine nichtbildgebende Linse wie z. B. die Linse 44 empfängt das Licht von der Anordnung 32 am Eingangsende 45 und lenkt und konzentriert das Licht von der Anordnung 32 zu einem fokussierten Strahl am Ausgangsende 47 der nichtbildgebenden Linse 44. Die nichtbildgebende Linse bildet jedoch kein optisches Bild, was ineffizient ist. Ein nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät, wie es in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, kollimiert Licht effizient so, dass eine wünschenswerte Lichtleistungsdichte an der Arbeitsfläche wie z. B. der Oberfläche eines Zahns erzielt wird. Die Lichtleistungsdichte von der Anordnung 32 wird durch die Bildung eines Bildes wie bei traditionellen optischen Linsen nicht reduziert. Eine geeignete nichtbildgebende Linse ist aus einem transparenten Polycarbonatmaterial gebildet. Wie illustriert, ist die Struktur 43 geeigneterweise so gebildet, dass sie das Eingangsende 45 der Linse 44 zum Positionieren der Linse in koaxialer Ausrichtung mit der Anordnung 32 und der Fläche 42 um die Achse 51 aufnimmt. Sowohl die Linse als auch die Fläche 42 haben vorzugsweise einen allgemein kreisförmigen Transversalquerschnitt für eine effiziente Übertragung des Lichtes entlang der Achse 51. Eine geeignete Kombination aus reflektierender Fläche und optischem Fokussiergerät, die betriebsmäßig miteinander gekoppelt sind, ist von Teledyne aus Hawthorne in Kalifornien erhältlich.
Die in 2 illustrierte Ausgestaltung der Erfindung zeigt ein einzelnes nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät 44 für die Plättchenanordnung 32. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere nichtbildgebende optische Fokussiergeräte verwendet werden könnten. So kann beispielsweise, mit Bezug auf 2A, das Substrat 34a mehrere Plättchengruppen 30a, 30b beinhalten, die auf dem Substrat 34a so angeordnet sind, dass sie als separate Gruppen von lichterzeugenden Elementen funktionieren. Zu diesem Zweck kann ein nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät 44a mit einer Plättchengruppe von 34a assoziiert sein, während ein anderes nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät 44b mit Plättchen 30b der anderen Gruppe assoziiert sein können. Es kann natürlich auch eine größere Zahl von nichtbildgebenden optischen Fokussiergeräten für andere diskrete Plättchengruppen verwendet werden. Im Allgemeinen wird die Zahl der nichtbildgebenden optischen Fokussiergeräte jedoch weitaus kleiner sein als die der individuellen Plättchen. Das heißt, in den in den 2 und 2A illustrierten Ausgestaltungen der Erfindung bedient ein einzelnes nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät eine Mehrzahl von individuellen lichtemittierenden Plättchen. Die mehreren Fokussiergeräte arbeiten beim Übertragen von Licht entlang der Achse 51 zusammen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schaftabschnitt 16 des Gerätes 10, besonders das distale oder strahlende Ende 17 des Schaftabschnitts, in den Mund des Patienten eingeführt, um die Masse darin zu härten. Demgemäß wird man verstehen, dass das Gerät vor dem Gebrauch beim nächsten Patienten sterilisiert werden muss. Geräte des Standes der Technik müssen komplett sterilisiert werden, wie z. B. durch Autoklavieren wie oben erwähnt, was den Härtungsvorgang weiter verkompliziert und verlängert. Die vorliegende Erfindung stellt eine einzigartige Konstruktion bereit, bei der die Notwendigkeit für eine Sterilisation des gesamten Gerätes oder einen Sterilisationsprozess insgesamt wegfällt, so dass der Härtungsvorgang einfacher, schneller und rentabler wird.
Zu diesem Zweck verwendet die Erfindung eine entfernbare Hülse, die separat autoklaviert werden kann. Alternativ kann die Hülse, wie erwähnt, eine Einweghülse sein, die nach einmaligem Gebrauch entsorgt wird. Speziell sind in der in den 1 und 2 illustrierten Ausgestaltung der Erfindung die die reflektierende Fläche 42 und die benachbarte nichtbildgebende Linse 44 bildende Ringstruktur 43 in einer Hülse 50 montiert und befestigt. Die Hülse 50 kann aus einem geeigneten wegwerfbaren Kunststoff wie z. B. PVC oder einem autoklavierbaren Kunststoff hergestellt sein und die Hülse ist so konfiguriert, dass sie über wenigstens einer Sektion des Schaftabschnitts 16 des Gerätes 10 positioniert wird. Die Hülse ist vorzugsweise so konfiguriert, dass sie über eine erhebliche Sektion des Schaftabschnitts 16 und wenigstens über den Teil des Schaftabschnitts 16 verläuft, der mit dem Mund eines Patienten in Kontakt kommt. In der in 2 illustrierten Ausgestaltung ist die Hülse 50 so konfiguriert, dass sie über dem Wärmerohr 38 und der Anordnung 32 positioniert wird. Die Hülse 50 ist so konfiguriert, dass die Linse 44 und die reflektierende Oberfläche koaxial mit der Anordnung 32 positioniert wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung können dann, wenn das Gerät zum Härten benutzt wurde, die Hülse 50, die Ringstruktur 53 und die nichtbildgebende Linse 44 vom Wärmerohr und von der Anordnung 32 der lichtemittierenden Plättchen entfernt werden. Die Hülse, inklusive der Linse und der reflektierenden Struktur 43, könnten dann zusammen mit der Hülse 50 entsorgt werden. Alternativ könnten Hülse, Linse und reflektierende Struktur entfernt und autoklaviert und dann wieder angebracht werden.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte nur die Hülse autoklavierbar oder wegwerfbar sein. Die Linse 44 und die Ringstruktur könnten dann bei der Anordnung 32 bleiben oder könnten separat mit der Anordnung fern von der Hülse 50 positioniert werden. In einem solchen Fall würde nur die Hülse entsorgt oder autoklaviert.
Das Gerät und die Komponenten, inklusive Wärmerohr 38, Kühlkörper 36, Substrat 34 und Plättchen 32, kommen nicht direkt mit dem Patienten in Kontakt, weil sie von der Hülse bedeckt werden. In der Ausgestaltung, in der die Linse und die Struktur 43 von der Hülse separat sind, werden auch diese Teile isoliert. Daher brauchen die isolierten oder bedeckten Komponenten nicht sterilisiert oder autoklaviert zu werden, wie dies bei Geräten und Methoden des Standes der Technik erforderlich ist. Danach wird eine neue oder sterilisierte Hülse, möglicherweise mit einer neuen oder sterilisierten reflektierenden Struktur 43 und Linse 44, auf das Wärmerohr 38 und den Schaftabschnitt 16 gesetzt und auf die Plättchenanordnung 32 für den nächsten Gebrauch ausgerichtet. Die vorliegende Erfindung reduziert somit die Möglichkeit einer Kontamination zwischen Zahnpatienten und verbessert das Härtungsverfahren weiter dadurch, dass der Sterilisationsprozess komplett wegfällt oder dass nur die Hülse autoklaviert zu werden braucht. Folglich wird der Härtungsvorgang einfacher und effizienter. Bei einer Einweghülse ist der Prozess auch rentabler, da keine Autoklavierausrüstung gekauft und betrieben zu werden braucht, um die Härtungslampe zu sterilisieren.
Die vorliegende Erfindung wie in 2 illustriert verbessert auch den Stand der Technik dadurch, dass ein Lichtstrahl von einer Quelle nahe der Arbeitsfläche (z. B. einem Zahn) zugeführt wird. Speziell, das distale oder strahlende Ende 17 des Schaftabschnitts 16 wird an oder nahe einer Zahnoberfläche positioniert, die die härtbare Masse enthält. Wenn das Licht direkt von der Anordnung 32 auf die Fläche nur durch die nichtbildgebende Linse 44 gerichtet wird, fallen zahlreiche verlustträchtige Luft/Glas-Grenzflächen zwischen der Plättchenanordnung 32 und der Ausgangsfläche 49 des Gerätes 10 weg. Herkömmlicherweise wurden die lichterzeugenden Elemente fern von der Arbeitsfläche und innerhalb des Gehäuses so positioniert, dass ein Lichtwellenleiter notwendig war, um das Licht auf die Arbeitsfläche zu übertragen. Ferner muss bei solchen Lichtleitern häufig eine konvergierende optische Linse vor dem Lichtleiter benutzt werden, so dass das erzeugte Licht effizient in das Eingangsende des Lichtleiters fokussiert werden kann. Lichtleiter und konvergierende Linsen haben verlustträchtige Luft/Glas-Grenzflächen mit dem Lichtstrahl. Man schätzt, dass Luft/Glas-Grenzflächen Lichtleistungsverluste im Bereich von etwa 10% pro Grenzfläche erzeugen können. Indem die vorliegende Erfindung die Grenzflächen zwischen den Plättchen 30 und der Zahnoberfläche entfallen, überträgt sie Licht in einer effizienten, kollimierten Form mit weniger Leistungsverlusten an den verschiedenen Grenzflächen, die im Stand der Technik nötig sind. Daher stellt die vorliegende Erfindung eine effiziente Übertragung eines kollimierten Lichtstrahls zur Arbeitsfläche des Zahns und der härtbaren Masse darauf bereit. Bei einer effizienteren Übertragung von Licht kann eine kleinere Zahl von Plättchen 30 in der Anordnung 32 verwendet und dabei doch eine ausreichende Lichtintensität oder Lichtleistungsdichte an der Ausgangsfläche 49 der Linse erzielt werden. Auf diese Weise kann die Erfindung weiterhin geeignete Härtungsleistungspegel in einem allgemein kompakten und leicht zu manipulierenden Gerät bereitstellen. Ferner wird bei weniger Verlust an der Grenzfläche weniger Wärme erzeugt, was eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik ergibt.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Plättchen 30 in der Anordnung 32 mit einer Dichte positioniert, die zur Erzielung einer Lichtleistungsausgangsdichte bei der gewünschten Wellenlänge im Bereich von etwa 200–1400 mW/cm² ausreicht. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Plättchen allgemein quadratisch mit einer Seitenlänge von 0,010 Zoll (0,254 mm). Die Plättchen werden auf das Substrat und speziell auf Leitungen (nicht dargestellt) punktgeschweißt, die elektrisch mit einer Steuerschaltung 24 und/oder einer Stromversorgung 20 gekoppelt sind. Das Plättchensubstrat ist vorzugsweise kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 0,19 Zoll (etwa 4,8 mm).
Es ist eine geeignete Anzahl von Plättchen auf dem Substrat 34 positioniert, um das/die gewünschte Licht und Leistungsdichte an der Ausgangsfläche 49 des nichtbildgebenden optischen Fokussiergerätes 44 zu erzeugen. Im Allgemeinen sind in einer Ausgestaltung der Erfindung 30–60 Plättchen zum Erzeugen der gewünschten Härtungslichtleistungsdichten geeignet. In anderen Ausgestaltungen können natürlich auch mehr oder weniger Plättchen verwendet werden.
Aufgrund der mit Leitungskühlung arbeitenden einzigartigen Kühlanordnung der vorliegenden Erfindung, der Reduzierung von verlustträchtigen Grenzflächen und der Gesamtkonfiguration der hierin offenbarten Ausgestaltung der Erfindung, können die Plättchen mit einem ausreichenden Leistungspegel angetrieben werden, um den/die gewünschte(n) Lichtleistungsausgang oder Lichtdichte im Bereich von etwa 200–1400 mW/cm² zu erzielen. Im Allgemeinen können die Plättchen mit 12 Volt Gleichstrom in Seriensätzen von 3 Plättchen angesteuert werden.
So könnte beispielsweise eine Ausgestaltung eine Lampe mit 34 Plättchen sein, die mit 8,13 Watt (8,7 V und 0,935 A) betrieben werden kann. Ein solches Design hat sich als effizient erwiesen und hat eine geeignete Härtungsaufgabe erfüllt. Eine andere Ausgestaltung könnte 60 Plättchen für einen höheren Leistungsausgang (z. B. einen um 67% höheren Leistungsausgang) verwenden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Seriengruppen von drei Plättchen in Reihe mit einer 12 Volt Gleichstromquelle durch einen Strombegrenzungswiderstand verbunden. Zu diesem Zweck wird jedes Plättchen mit etwa 4 Volt Gleichspannung angesteuert. Ferner kann durch Verwenden einer 12-Volt-Quelle auch der Lüfter mit dieser Gleichstromquelle betrieben werden. Man wird leicht verstehen, dass auch andere Plättchenanordnungen möglich sind, die von Quellen mit verschiedenen unterschiedlichen Leistungs- oder Spannungsausgangspegeln angesteuert werden.
Die Plättchen 30 werden vorzugsweise in der Anordnung 32 in einer ausreichenden Dichte positioniert, damit ein Härtungslicht entsteht, das einen geeigneten Lichtleistungsausgang für ein gutes Härten hat, aber ohne Gewebe um die Arbeitsfläche wie z. B. einen Zahn zu überhitzen. Die erfindungsgemäße Lampe erzeugt weniger Wärme für das Gewebe als eine Halogenlampe. So ergab beispielsweise eine Ausgestaltung mit 34 Plättchen wie oben beschrieben einen Radiometerwert von 200 mW/cm², während eine vergleichbare Härtung mit einer 52-Watt-Halogenlampe Werte um 600 mW/cm² ergab. Aufgrund der weitaus geringeren Radiometerwerte sollten Gewebeschäden mit der Erfindung kein so signifikantes Problem sein wie mit Halogenlicht.
Bei derzeitigen dentalen Anwendungen ist es wünschenswert, eine Plättchenanordnung 32 zu verwenden, die blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa bis zu 470 ± 20 Nanometer erzeugt, weil derzeitige Massen für blaues Licht empfindlich sind. Derzeitige gefilterte Halogenlampen erzeugen Licht im Bereich von 400–500 Nanometer. Während solches blaues Licht für derzeitige dentale Anwendungen geeignet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf blaue Lichtwellenlängen für Härtungszwecke begrenzt. Stattdessen kann die vorliegende Erfindung auch mit Massen verwendet werden, die mit Licht mit anderen verschiedenen Wellenlängen härten können.
Ferner kann das nichtbildgebende optische Fokussiergerät 44 je nach Anwendung geeignet bemessen werden. Zum Beispiel kann eine Linse mit einem Querschnittsdurchmesser von 8 Millimeter an der Ausgangsfläche 49 für kleine Härtungsanwendungen zum Einsatz kommen, während eine Linse mit einem Querschnittsdurchmesser von 11 Millimeter an der Fläche 49 für größere Härtungsanwendungen verwendet werden kann. Man wird verstehen, dass es zum Gewährleisten einer effizienten Übertragung von Härtungslicht auf die Arbeitsfläche wünschenswert ist, dass die Mehrheit, wenn nicht sogar die Gesamtheit des von den Plättchen der Anordnung 32 erzeugten Lichts in das und aus dem nichtbildgebende(n) optische(n) Fokussiergerät 44 übertragen wird. Zu diesem Zweck ist der Durchmesser der reflektierenden Fläche 42 so geformt und konfiguriert, dass gewährleistet wird, dass der Lichtstrahl gesammelt und in das Eingangsende 45 des optischen Fokussiergerätes 44 reflektiert wird. In der illustrierten Ausgestaltung hat das Ausgangsende 51 der reflektierenden Fläche, das an das Eingangsende 45 des optischen Fokussiergerätes angrenzt, einen kleineren Durchmesser hat als das Eingangsende 45. Auf diese Weise wird das von der Fläche 42 reflektierte Licht vom optischen Fokussiergerät 44 erfasst. Das nichtbildgebende optische Fokussiergerät 44 ist nicht durch eine Fokallänge begrenzt, da es ein nichtbildgebendes Gerät ist. Auf diese Weise erfasst und kollimiert das Gerät 44 den Lichtstrahl für eine effiziente Übertragung auf eine Arbeitsfläche wie z. B. einen Zahn. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht besonders für die Distanz empfindlich, in der das Ausgangsende 49 von der Zahnoberfläche gehalten wird. Es ist natürlich allgemein wünschenswert, das Ausgangsende 49 möglichst nahe an der Zahnoberfläche zu positionieren, um eine effiziente Härtung zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung könnten die Plättchen 30 auch gleichmäßig auf dem Substrat 34 angeordnet werden, um eine allgemein kreisförmige Anordnung zu bilden, wie in mehreren der in der WO 99/35995 offenbarten Ausgestaltungen und in 2B illustriert ist. Die Plättchen könnten auch in verschiedenen Gruppierungen montiert werden, wie z. B. in Untergruppen von vier oder einer anderen Zahl, und solche Untergruppen könnten dann auf dem Substrat montiert werden. Das heißt, Untergruppen von mehreren Plättchen könnten individuell montiert und elektrisch miteinander gekoppelt werden, und danach könnten die Untergruppen auf dem Substrat mit anderen Untergruppen montiert werden. Somit wäre die Erfindung nicht auf eine individuelle Montage aller Plättchen begrenzt.
3 illustriert eine Ausgestaltung, bei der die Plättchenanordnung ebenfalls in der Nähe des distalen oder strahlenden Endes 17 des Schaftabschnittes 16 des Gehäuses positioniert ist. In der alternativen Ausgestaltung ist die Struktur dem in den 1, 2 und 2A illustrierten Gerät 10 etwas ähnlich, mit einer anderen Konstruktion am distalen oder radialen Ende 17, wie in 3 illustriert. Speziell, die alternative Ausgestaltung verwendet eine Anordnung von Plättchen 60, die auf einer Substratschicht 62 montiert sind. Die Substratschicht könnte aus Saphir oder Diamant sein, der geeignete Wärmeleitungseigenschaften für eine Wärmeabführung hat und dabei elektrisch isoliert bleibt. Das Substrat 62 wird dann auf einen Kühlkörper 64 geklebt, der aus einem geeigneten Material wie z. B. Kupfer bestehen kann. Die Plättchenanordnung 60 und die Baugruppe aus dem Substrat 62 und dem Kühlkörper 64 werden dann auf ein Ende eines flüssigkeitsgefüllten Wärmerohres 66 geschweißt oder gelötet, das Wärme konduktiv vom Wärmekörper ableitet. Auf diese Weise verwendet die Ausgestaltung die durch die oben erörterte Ausgestaltung gegebenen Vorteile aufgrund der Leitungskühlung des Substrats und der Plättchenanordnung. Wie in 1 illustriert, ist das gegenüberliegende Ende des Wärmerohres 66 mit dem Wärmetauscher 26 gekoppelt, der beispielsweise durch einen Lüfter 28 konvektionsgekühlt wird.
Zum Fokussieren von Licht von der Plättchenanordnung 60 auf eine effiziente Weise in einen kollimierten und fokussierten Lichtstrahl verwendet die in 3 gezeigte Ausgestaltung eine totale Innenreflexions- oder TIR-Linse. TIR-Linsen sind bekannt (z. B. aus dem US-Patent Nr. 4,337,759 ) und im Handel z. B. von TIR Technologies, einer Division von Teledyne, erhältlich. TIR-Linsen sind effizienter als typische Fresnel-Linsen und erzeugen einen kollimierten Strahl von von der Plättchenanordnung 60 erzeugtem Licht. Die in 3 gezeigte TIR-Linsenstruktur 68 verwendet eine Serie von Sägezahnflächen 69 zum Kollimieren von Licht von der Anordnung 60 in mehreren verschiedenen Winkeln in einen Lichtstrahl 70, der in einer Richtung allgemein lotrecht zur Ebene der Anordnung wie durch die Bezugsziffer 70 bezeichnet fokussiert wird. Auf diese Weise kann Licht von der Anordnung effizient zu einer härtbaren Masse auf einer Arbeitsfläche geführt werden. Die TIR-Linse ist vorzugsweise ein nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät. Die Linse 68 ist etwa so angeordnet, dass sie allgemein koaxial auf die Anordnung 60 für eine effiziente Lichtübertragung ausgerichtet ist.
Die TIR-Linse 68 kann aus einem geeigneten Polycarbonat gebildet sein. Wie oben erörtert, kann die Linse 68 mit einer Einweghülse 72 integriert werden, die um das Wärmerohr 66 positioniert ist. Wenn eine Anwendung komplett ist, können Hülse 72 und TIR-Linse 69 entfernt und entsorgt werden, so dass die Notwendigkeit für eine weitere Sterilisation oder Autoklavierung des Gerätes 10 entfällt. Alternativ kann die Linse 68 separat mit Bezug auf die Hülse 72 positioniert werden, so dass sie separat entsorgt werden oder bei der Anordnung 60 bleiben kann. Die in 3 illustrierte Ausgestaltung erzielt ferner eine effiziente Zuführung von Licht von der Plättchenanordnung zu einer Arbeitsfläche, weil die Plättchen und die Linse am strahlenden oder distalen Ende 17 des Schaftabschnitts positioniert werden, so dass sie sich direkt neben der Arbeitsfläche befinden. Auf diese Weise fallen verschiedene Luft/Glas-Grenzflächen weg, um Leistungsverluste in Verbindung mit solchen Grenzflächen zu reduzieren, wie oben erörtert wurde.
Die Anordnung 60 von LEDs könnte ähnlich wie oben mit Bezug auf die in 2 illustrierte Ausgestaltung erörtert angeordnet und dimensioniert werden. Die TIR-Linse 68 hat im Allgemeinen einen kreisförmigen Querschnittsdurchmesser, der erheblich größer ist als der kreisförmige Querschnittsdurchmesser der Anordnung, damit die Linse Licht erfassen kann, das von der Anordnung in sehr kleinen Winkeln mit Bezug auf die Ebene der Anordnung 60 erzeugt wird. In der in 3 illustrierten Ausgestaltung wird kein Reflektor zwischen der Plättchenanordnung 60 und der Linse 68 verwendet. Daher muss die Linse auf geeignete Weise so bemessen werden, dass sie Licht aus kleinen Winkeln erfasst, wie z. B. durch die Bezugslinie 73 angedeutet wird.
4 illustriert eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, in der die Plättchenanordnung zentraler im Gehäuse positioniert und vom Schaftabschnitt nach hinten beabstandet ist. Speziell, eine Plättchenbaugruppe ähnlich der in 2 illustrierten ist in dem Gehäuse in der Nähe des proximalen Endes 19 des Schaftabschnitts montiert. Das Substrat 34 ist dann direkt mit dem Wärmetauscher 26 gekoppelt, der konvektionsgekühlt sein kann, z. B. durch einen Lüfter 28. Der Schaftabschnitt 16 nimmt kein Wärmerohr auf, sondern ein Lichtrohr oder einen Lichtleiter 76. Solche Lichtleiter sind im Handel in einer Reihe verschiedener Größen erhältlich. Im Allgemeinen werden solche Lichtrohre aus mehreren optischen Fasern (z. B. etwa 5000 Fasern, die zu einer einzelnen Lichtrohrstruktur geschweißt sind) gebildet. Der in das Eingangsende 77, das sich am proximalen Ende 19 des Schaftabschnitts 16 befindet, übertragene Lichtstrahl wird durch das Lichtrohr übertragen und aus dem Transmissionsende 78 des Rohrs am distalen Ende 17 des Schaftabschnitts 16 hinausgeführt. Das Lichtrohr kann einen gleichförmigen Durchmesser vom Eingangsende 77 zum Ausgangs- oder Transmissionsende 78 beibehalten oder kann von einem Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser am Transmissionsende 78 konisch zulaufen. Vorzugsweise ist das Lichtrohr gebogen und folgt dem gebogenen Schaftabschnitt 16, in 4 illustriert, so dass der Lichtstrahl nach unten wie z. B. in den Mund des Patienten gerichtet wird. Alternativ kann das Lichtrohr selbst einen Teil des Schaftabschnitts bilden und kann z. B. durch Einschrauben am Gehäuse 12 angebracht werden.
Das nichtbildgebende optische Fokussiergerät, wie z. B. eine nichtbildgebende optische Linse 44, dient zum Fokussieren des Lichtes in das Lichtrohr. Das Eingangsende 77 des Lichtrohrs ist auf geeignete Weise so dimensioniert, dass Licht effizient durch das Fokussiergerät 44 zum Lichtrohr 76 geführt wird. Zu diesem Zweck kollimiert das Fokussiergerät 44 das Licht so, dass es nicht jenseits des Eingangsendes 77 des Lichtrohrs divergiert.
Im Allgemeinen haben Lichtrohre einen definierten Akzeptanzwinkel an ihrem Eingangsende 77 von beispielsweise 40°. Außerhalb dieses Akzeptanzwinkels gerichtetes Licht wird vom Lichtrohr nicht erfasst und auf die Arbeitsfläche übertragen. Die reflektierende Fläche 42 und das nichtbildgebende optische Fokussiergerät 44, die in der Ausgestaltung in 4 verwendet werden, sind so ausgelegt, dass sie einen Lichtstrahl erzeugen, der nicht um mehr als den Akzeptanzwinkel des Lichtrohrs divergiert. Auf diese Weise wird Energie von der Anordnung, die Licht im Allgemeinen in einem Winkel von 180° ausgibt, effizient translatiert. Daher verwendet die vorliegende Erfindung ein nichtbildgebendes optisches Fokussiergerät, das Licht von einer 180° Lichtausgangsquelle zu einer Säule kollimiert, die nicht um mehr als den Akzeptanzwinkel des Lichtrohrs divergiert, in das das Licht eingegeben wird.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung könnten eine Plättchenanordnung und eine TIR-Linsenstruktur ähnlich der in 3 innerhalb des Gehäuses wie in 4 gezeigt benutzt werden. Zu diesem Zweck sind die Plättchenanordnung 60, das Substrat 62 und der Kühlkörper 64 mit dem entsprechenden Wärmetauscher gekoppelt, der dann konvektionsgekühlt wird, z. B. durch einen Lüfter. Bei einer solchen Anordnung, wie auch in der in 4 gezeigten Ausgestaltung, müsste das Gerät 10 nach jedem Gebrauch sterilisiert oder autoklaviert werden. Da jedoch die Plättchenanordnung und die optischen Fokussiergeräte im Griffabschnitt des Gehäuses positioniert sind, wären sie vor den mit einer solchen Sterilisation assoziierten hohen Temperaturen geschützt.
Alternativ könnte, wie in 4 illustriert, eine Einweghülse 82 mit der Ausgestaltung verwendet werden, um das Lichtrohr zu bedecken. Die Einweghülse 82 kann nach jedem Gebrauch entsorgt werden, so dass der erforderliche Autoklavierschritt effektiv eliminiert würde.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar durch die Beschreibung der Ausgestaltungen davon illustriert, und die Ausgestaltungen wurden zwar recht ausführlich beschrieben, aber zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden für die Fachperson leicht offensichtlich sein.

Claims

Instrument (10) zum Härten von lichthärtbaren Massen, die im Mund eines Patienten härtbar sind, wobei das Instrument ein Gehäuse (12) und mehrere lichtemittierende Plättchen (30) aufweist, wobei die Plättchen Halbleiterübergänge sind, die auf einem Substrat (34) angeordnet sind, um eine Anordnung (32) auf dem Substrat zu bilden, und zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen in einem schmalen Band von Wellenlängen betriebsfähig sind, wobei das Instrument ferner ein optisch reflektierendes Element (42) aufweist, das so gekoppelt ist, daß es einen Außenrand des Substrats (34) und die Anordnung (32) von lichtemittierenden Plättchen (30) umgibt, zum Reflektieren von Licht, das von der Plättchenanordnung (32) gemeinsam emittiert wird, und zum Lenken desselben in Richtung einer Masse zum Härten der Masse, und eine optische Fokussiervorrichtung (44), die positioniert ist, um das von den Plättchen emittierte Licht abzufangen, wobei die optische Fokussiervorrichtung eine nichtbildgebende optische Vorrichtung ist, die zum Kollimieren des Lichts von den Plättchen zu einem auf die Masse zu richtenden Strahl betriebsfähig ist.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die optische Fokussiervorrichtung eine nichtbildgebende Linse (44) zum Empfangen des Lichts ist, das vom optisch reflektierenden Element (42) erfaßt wird, um in Richtung einer Masse weitergeleitet zu werden.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (34) entweder aus einem Diamant oder Saphir ausgebildet ist.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Kühlkörper (36), der mit dem Substrat (34) thermisch gekoppelt ist, zum Absorbieren der durch die Plättchen erzeugten Wärme.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem thermisch leitenden Element (38), das mit dem Substrat (34) thermisch gekoppelt ist, zum leitenden Abführen der durch die Plättchen erzeugten Wärme vom Substrat.
Instrument nach Anspruch 5, wobei das thermisch leitende Element ein Wärmerohr (38) aufweist.
Instrument nach Anspruch 6, abhängig von Anspruch 4, wobei das Wärmerohr (38) mit dem Kühlkörper (36) thermisch gekoppelt ist, zum leitenden Abführen der durch die Plättchen erzeugten Wärme vom Kühlkörper und vom Substrat.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Wärmetauscher (26), der mit dem Substrat (34) thermisch gekoppelt ist, zum Ableiten der durch die Plättchen erzeugten Wärme.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse einen Schaftabschnitt (16) mit einem distalen Ende (17) hat, das dafür konfiguriert ist, im Mund eines Patienten plaziert zu werden, wobei die Plättchen nahe dem distalen Ende gehalten werden, zur Positionierung im Mund eines Patienten, um eine Masse zu härten.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gehäuse einen Schaftabschnitt (16) mit einem proximalen Ende (19) hat, der von einem distalen Ende (17) des Schaftabschnitts beabstandet ist, wobei das distale Ende (17) dafür konfiguriert ist, nahe dem Mund eines Patienten plaziert zu werden, wobei die lichtdurchlässige Vorrichtung (76) mit dem optisch reflektierenden Element (42) betriebsfähig gekoppelt ist, zum Durchlassen des Lichts durch das distale Ende des Gehäuses.
Instrument nach Anspruch 10, wobei die lichtdurchlässige Vorrichtung (76) mehrere faseroptische Elemente aufweist, die betriebsfähig miteinander gekoppelt sind, zum Lenken des Lichts.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer Hülse (50, 82), die in bezug auf das Gehäuse (12) abnehmbar angeordnet ist.
Instrument nach Anspruch 12, wobei das optisch reflektierende Element (42) mit der Hülse (50) gekoppelt ist.
Instrument nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse (12) einen Schaftabschnitt (16) mit einem distalen Ende (17) aufweist, das dafür konfiguriert ist, im Mund eines Patienten plaziert zu werden, wobei die Hülse (50) an einem Ende mit einem optisch reflektierenden Element (42) gekoppelt ist und zum Anbringen am Schaftabschnitt (16) konfiguriert ist, so daß das optisch reflektierende Element (42) nahe dem distalen Ende (17) positioniert ist, um einen Lichtstrahl in den Mund des Patienten abzugeben.
Instrument nach Anspruch 2, ferner mit einer Hülse (50), die in bezug auf das Gehäuse abnehmbar angeordnet ist, wobei das optisch reflektierende Element (43) und die nichtbildgebende Linse (44) mit der Hülse gekoppelt sind.
Instrument nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Hülse (50, 82) aus einem Einwegmaterial besteht, das nach einer Verwendung zu entsorgen ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Hülse (50, 82) aus einem im Autoklav behandelbaren Material besteht, das nach einer Verwendung zu sterilisieren ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gehäuse (12) einen Schaftabschnitt (16) mit einem proximalen Ende (19) und einem distalen Ende (17) aufweist, wobei das distale Ende dafür konfiguriert ist, nahe dem Mund eines Patienten positioniert zu werden, wobei die lichtemittierenden Plättchen (30) und das optisch reflektierende Element (42) nahe dem distalen Ende des Schaftabschnitts angeordnet sind und das reflektierende Element (42) zum Lenken von Licht aus dem distalen Ende und in Richtung der Masse betriebsfähig ist.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer tragbaren Stromversorgung (20), die in dem Gehäuse positioniert ist, zum tragbaren Betreiben des Instruments.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (32) eine Plättchendichte auf dem Substrat hat, die zum gemeinsamen Emittieren einer Leistungsdichte des Lichts im Bereich von 200 bis 1400 mW/cm² betriebsfähig ist.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit mehreren optisch reflektierenden Elementen (34), die positioniert sind, um das von den Plättchen (30) emittierte Licht zu erfassen.
Instrument nach Anspruch 21, wobei eine wesentlich kleinere Anzahl optisch reflektierender Elemente (34) als lichtemittierende Plättchen (30) vorhanden sind, so daß jedes optisch reflektierende Element das Licht von mehreren lichtemittierenden Plättchen reflektiert.