DE60305832T2

DE60305832T2 - Lichthärtgerät mit ausgewähltem Spektrum

Info

Publication number: DE60305832T2
Application number: DE60305832T
Authority: DE
Inventors: Igor Gofman; Joseph Colombo
Original assignee: Coltene Whaledent Inc
Current assignee: Coltene Whaledent Inc
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: US7029277B2; JP2004136094A; ATE328546T1; ES2265544T3; EP1410768B1; EP1410768A2; EP1410768A3; DE60305832D1; US20040076921A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lampe, die zum Härten von Materialien aus lichtaktivierten Verbindungen verwendet wird, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Härtelampe, welche zwei oder mehrere Lichtquellen umfasst, deren Ausgaben miteinander zu einer einzigen kombiniert werden, um ein Lichtspektrum vorzusehen, welches zum Härten einer Vielfalt von lichtaktivierten Verbindungen geeignet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Lichtaktivierte Verbindungen sind bestens bekannt und werden bei einer Vielfalt kommerzieller Anwendungen verwendet. Beispielsweise finden derartige Verbindungen bei einer Vielfalt von zahntechnischen Verfahren, unter anderem für Sanierungsarbeiten und Füllungen nach Wurzelbehandlungen und andere Verfahren, für die Bohren erforderlich ist, weithin Verwendung. Mehrere gut bekannte zahntechnische Verbindungen werden beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen BRILLIANT LINE, Z-100, TPH, CHARISMA und HERCULITE & BRODIGY vertrieben. Zahntechnische Verbindungen umfassen für gewöhnlich flüssige und pulverförmige Komponenten, die miteinander vermischt werden, um eine Paste zu bilden. Das Härten der Verbindung erfordert, dass die flüssige Komponente verdampft, was bewirkt, dass das Kompositmaterial aushärtet. In der Vergangenheit wurde Härten durch Lufttrocknen bewerkstelligt, was mit dem Nachteil behaftet war, dass es eine beträchtliche Zeit in Anspruch nahm. Dieser Zeitraum kann für den Patienten ziemlich unangenehm sein. In der jüngeren Vergangenheit fand die Verwendung von Kompositmaterialien, die lichtaktivierte Beschleuniger enthalten, auf dem Gebiet der Zahnheilkunde als Mittel zum Reduzieren der Härtungsdauer starken Anklang. Gemäß diesem Trend wurden Härtelampen für zahntechnische Härtungsanwendungen entwickelt. Ein Beispiel für eine derartige Härtelampe ist in US-Patent Nr. 5,975,895, erteilt am 2. November 1999 an Sullivan, dargestellt.
Herkömmliche zahntechnische Härtelampen bedienen sich im Allgemeinen Wolframfadenhalogenlampen, welche einen Faden zum Erzeugen von Licht, einen Reflektor zum Richten von Licht und oft ein Filter zum Begrenzen der übertragenen Wellenlängen umfassen. Beispielsweise kann ein Blaufilter verwendet werden, um das übertragene Licht auf Wellenlängen im Bereich von 400 bis 500 Nanometer (nm) zu begrenzen. Licht wird typischerweise von der gefilterten Lampe zu einem Lichtleiter hin geführt, welcher das Licht, das von einem Applikationsende des Leiters abgestrahlt wird, zu einer dem auszuhärtenden Material benachbarten Position hinlenkt.
Filter werden im Allgemeinen gemäß den Lichtaktivierungseigenschaften von ausgewählten Materialien aus Kompositverbindungen ausgewählt. Beispielsweise kann blaues Licht für wirksam befunden werden, um Kompositbeschleuniger, beispielsweise Kampferchinin, welches eine Blaulichtabsorptionsspitze von etwa 470 Nanometer (nm) aufweist, zu erregen. Sobald er erregt wurde, stimuliert der Kampferchinin-Beschleuniger seinerseits die Erzeugung freier Radikale in einer Tertiäramin-Komponente des Komposits und bewirkt Polymerisation und Härtung.
Eine zunehmende Anzahl von lichtaktivierten Verbindungen wird derzeit durch Verwendung einer Vielfalt von Fotoinitiatoren mit unterschiedlichen Lichteigenschaften entwickelt. Beispielsweise wurden kieferorthopädische Klebstoffe mit einem Phenolpropandion-Beschleuniger hergestellt, welcher in Gegenwart von grünem Licht, das eine Lichtabsorptionsspitze von etwa 440 nm aufweist, eine Erzeugung von freien Radikalen erfährt. Um wirksam mit einer Vielfalt von Verbindungen verwendet zu werden, wäre es demnach erstrebenswert, über eine Härtelampe zu ver fügen, welche in der Lage ist, Licht mit mehreren Farben abzugeben.
Da Halogenlampen für gewöhnlich ein breites Lichtspektrum erzeugen, würde es den Anschein haben, dass diese Lampen einen gewissen Vorteil gegenüber monochromatischeren Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs), bieten. Allerdings stellt es bei herkömmlichen halogenbasierten Lampen ein Problem dar, dass sich der Zustand von Lampe, Filter und Reflektor im Lauf der Zeit verschlechtert. Diese Verschlechterung wird beispielsweise insbesondere durch die erhebliche Wärme, welche durch die Halogenlampe erzeugt wird, beschleunigt. Beispielsweise kann diese Wärme bewirken, dass es zur Blasenbildung an Filtern kommt und Reflektoren sich verfärben, was zu Reduktionen von Lichtabgabe und Härtungswirksamkeit führt. Während Wärme durch Hinzufügen eines Ventilatoraggregats zu der Lampe abgeleitet werden kann, kann der Ventilator andere unerwünschte Wirkungen verursachen (beispielsweise das unerwünschte Verteilen eines bakteriellen Aerosols, welches eventuell vom Zahnarzt im Mund des Patienten appliziert wurde). Alternative Lampentechnologien, die sich Xenon- und Laser-Lichtquellen bedienen, wurden untersucht, jedoch erwiesen sich diese Technologien eher als kostspielig, verbrauchten große Mengen an Energie und erzeugten beträchtliche Wärme. Bei Lasertechnologien waren auch strenge Sicherheitsvorkehrungen vonnöten.
LEDs und LDs scheinen gute Alternativen zu Halogen-Härtungslichtquellen zu sein und weisen Kosten und Lebensdauer betreffend hervorragende Eigenschaften auf. Sie erzeugen geringe Wärme und stellen auch ein geringeres Risiko im Sinne einer Reizung des oder einer Unannehmlichkeit für den Patienten dar. Allerdings neigen LEDs und LDs einzeln dazu, relativ monochromatische Lichtenergie zu produzieren.
US-Patent Nr. 6,331,111 an Cao offenbart ein Lichthärtsystem, das eine Mehrzahl von LEDs oder LDs in einer einzigen Härtelampe integriert. Die Mehrzahl von LEDs oder LDs ist auf einer einzigen Wärmesenke angeordnet, um das Ableiten der Wärme zu erleichtern, und strahlen Licht durch einen transparenten Fokusdom oder ein transparentes Fokusfenster hindurch zu einem Härtungsziel ab. Cao hält fest, dass LEDs und LDs, welche unterschiedliche charakteristische Wellenlängen aufweisen, ausgewählt werden können, um eine Vielfalt von Kompositmaterialien zu härten, welche Fotoinitiatoren aufweisen, die gegenüber diesen unterschiedlichen charakteristischen Wellenlängen empfindlich sind. Die US-Patentanmeldung Nr. 2002/0102513 an Plank offenbart eine Lichtstrahl-Härtevorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und 10, umfassend eine Mehrzahl von LED-Vorrichtungen, und legt dar, dass die Mehrzahl von LED-Vorrichtungen derart ausgewählt werden kann, dass sie LEDs mit unterschiedlichen charakteristischen Wellenlängen umfasst. Jede charakteristische Wellenlänge wird als Sollspitzenwellenlänge zum Härten eines spezifischen härtbaren zahntechnischen Materials gewählt. Allerdings offenbaren Cao und Plank kein effizientes Mittel zum Kombinieren von Lichtenergie aus monochromatischen Lichtquellen von einigen Farben, um ein breites, kontinuierliches Lichtenergiespektrum zum Härten einer Vielfalt von Kompositmaterialien zu erzeugen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Einschränkungen des Standes der Technik werden durch eine neuartige Härtelampe behoben, welche eine Mehrzahl von Lichtquellen, wobei jede einen einfallenden Lichtstrahl erzeugt, und ein Mittel zum Integrieren der Mehrzahl von einfallenden Lichtstrahlen zu einem einzigen Austrittslichtstrahl umfasst. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine erste der Lichtquellen eine erste charakteristische Wellenlänge auf und eine zweite der Lichtquellen eine zweite charakteristische Wellenlänge auf, die derart ausgewählt sind, dass der Austrittslichtstrahl eine Intensität aufweist, welche über einen Bereich, der durch die erste und die zweite charakteristische Wellenlänge definiert ist, um höchstens 25 Prozent schwankt. Dieses Ergebnis kann beispielsweise erzielt werden, falls die erste der Lichtquellen eine erste Spektralbreite aufweist, die an einer obersten Wellenlänge endet, und die zweite der Lichtquellen eine zweite Spektralbreite aufweist, die an einer untersten Wellenlänge endet, durch Auswählen des ersten und des zweiten Lichtes derart, dass die oberste Wellenlänge der ersten Lichtquelle und die unterste Wellenlänge der zweiten Lichtquelle annähernd koinzident sind.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel zum Integrieren der einfallenden Lichtstrahlen eine Mehrzahl von Faseroptikbündeln, wobei eine Empfangsseite jedes Faseroptikbündels angeordnet ist, um einen einfallenden Lichtstrahl von einer aus der Mehrzahl von Lichtquellen zu empfangen, und Aussendeseiten von Fasern bei jedem aus der Mehrzahl von Faseroptikbündeln beliebig kombiniert sind, um eine einzige Ausgangsoberfläche zum Aussenden des Austrittsstrahls zu bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Durch die Lektüre der folgenden Beschreibung von konkreten veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenschau mit der beiliegenden Zeichnung kann ein vollständigeres Verstehen der Erfindung erzielt werden. Es zeigen:
1 eine typische Spektrallinie für eine herkömmliche Lichtquelle;
2 eine typische Spektrallinie für eine herkömmliche Leuchtdiode (LED);
3, 4 die Wirkungen der Verwendung eines LED-Lichts, um ein Kompositharz zu härten, wenn das Kompositharz einen Beschleuniger umfasst, der durch Lichtenergie mit einer Wellenlänge außerhalb des Spektralbreitenbereichs der LED aktiviert wird;
5, 7 und 7a Grundsätze und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche ein ausgewähltes Spektrum betreffen;
6a, 6b, 8a, 8b und 9 Vorrichtungen, welche Grundsätze der vorliegenden Erfindung umsetzen; und
10 eine zahntechnische Härtelampe, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 6a, 6b, 8a und 8b einbindet.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen, wo immer dies möglich ist, gleichartige Bezugszahlen gleichartige oder ähnliche Elemente der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Folgende ausführliche Beschreibung umfasst eine Beschreibung der besten Art oder Arten, die vorliegende Erfindung auszuführen. Diese Beschreibung ist nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, sondern als Beispiel für die Erfindung, welches lediglich für deren Veranschaulichung dargelegt wird, wobei durch Bezugnahme darauf in Verbindung mit der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung einschlägig versierte Fachleute über die Vorteile und Bauart der Erfindung in Kenntnis gesetzt werden.
1 stellt eine typische Spektrallinie für eine Lichtquelle dar. Lichtenergie konzentriert sich nahe einer Spitzenwellenlänge (zentralen Wellenlänge) 1 (λ_p), wobei eine relative Lichtleistung auf der Spitzenwellenlänge 1 einen maximalen relativen Wert 3 bei 1,0 erreicht. Hier kann die Leistung beispielsweise als elektrischer Ausgang von einem Fotodetektor gemessen werden, welcher die Lichtintensität anzeigt.
Je weiter eine Wellenlänge von der Spitzenwellenlänge λ_p abweicht, desto niedriger ist ihre Lichtleistungsamplitude. Eine bedeutende Eigenschaft dieser Spektrallinie ist ihre Spektralbreite 2 (Δλ), welche zweckmäßig als Breite der Spektrallinie in Nanometer (nm) zwischen Wellenlängen definiert ist, die eine Leistung erzeugen, welche die Hälfte des maximalen relativen Leistungswerts 3 beträgt. Mit zunehmender Spektralbreite werden mehr Farben effektiv durch die Lichtquelle abgestrahlt. Wie zuvor vorgeschlagen wurde, kann ein ungefiltertes Halogenlicht effektiv Licht über eine Bandbreite (Spektralbreite) von 100 nm übertragen. Im Gegensatz dazu kann eine LED-Spektralbreite in der Größenordnung von ein paar Dutzend von nm vorliegen, während die typische Breite einer LD 1 nm oder weniger betragen kann.
2 stellt eine Spektrallinie 6 für eine typische LED mit einer zentralen Wellenlänge 1 von 470 nm dar. Ein Betriebsbereich 4 ist durch die Spektralbreite 2 definiert und in 2 als grau schattierter Bereich unter der Spektrallinie 6 mit Grenzen an der unteren Grenzwellenlänge 7 und der oberen Grenzwellenlänge 8 dargestellt. Innerhalb dieses Bereichs wird Lichtleistung mit einem Mindestpegel 5 erzeugt, der mindestens 50 Prozent der maximalen bei der zentralen Wellenlänge 1 erzeugten Leistung ausmacht.
Hersteller von Material aus Kompositverbindungen geben für gewöhnlich Standardhärtezeiten für eine Lichtquelle an, die mit mindestens 50 Prozent eines maximalen Leistungsabgabepegels betrieben wird. Aufgrunddessen ist außerhalb des Betriebsbereichs 4 die relative Leistung der LED für gewöhnlich zu niedrig, um ein Kompositmaterial innerhalb der vom Hersteller des Materials angegebenen Standardhärtezeiten zu polymerisieren. Hingegen kann jedwedes Kompositmaterial, das eine lichtaktivierte Komponente aufweist, die auf eine Wellenlänge innerhalb des Betriebsbereichs 4 empfindlich ist, im Allgemeinen durch die Lichtquelle innerhalb der vom Hersteller angegebenen Zeiträume gehärtet werden.
Es herrscht oft die Meinung, dass LEDs Licht erzeugen, welches gewissermaßen monochromatisch ist oder aus einer Farbe besteht. Wie durch 2 dargestellt ist, setzt sich jedoch selbst das monochromatische Licht einer LED aus einem Bereich von Wellenlängen zusammen. Sichtbares Licht ("weißes Licht") reicht etwa von 400 nm bis 700 nm (mit anderen Worten: weißes Licht weist eine Spektralbreite von etwa 300 nm auf). Eine LED scheint für gewöhnlich eine Farbe zu erzeugen, da die Spektralbreite der sichtbaren Strahlung einer LED mit etwa 30 nm relativ schmal ist. Mit schmäler werdender Spektralbreite erscheint Licht als zusehends monochromatisch.
Lichtaktivierte Kompositmaterialien werden bei einer Vielfalt von kommerziellen Anwendungen verwendet. Beispielsweise werden lichtaktivierte Kompositmaterialien weithin als Klebstoffe (beispielsweise in der Halbleiterindustrie) und als Füllstoffe (beispielsweise im zahntechnischen Bereich) verwendet. Zahntechnische Harze sind in der zahntechnischen Branche für die Sanierung primärer Zähne bestens bekannt. Sie sind in einer Vielfalt von Farbtönen verfügbar und lassen sich für gewöhnlich mit einer zahntechnischen Härtelampe, die sichtbares Licht in einem Bereich zwischen 400 bis 500 nm erzeugt, polymerisieren. In diesem Bereich können Hersteller bis zu 10 bis 15 verschiedene Farbtöne von Kompositharzen für verschiedene Anwendungen erzeugen, wobei jedes durch Licht aktiviert wird, welches mit einer anderen Wellenlänge im sichtbaren Bereich abgestrahlt wird. Infolgedessen ist keine Lichtquelle mit nur einer LED wirksam, um jedes dieser Kompositharze zu aktivieren.
3 zeigt die Spektrallinie 6 aus 2 in Bezug auf ein Kompositharz mit einer Polymerisationswellenlänge 9 von 455 nm. Wie aus 3 hervorgeht, liegt die Polymerisationswellenlänge 9 außerhalb der Spektralbreite 2 der LED 10, die eine zentrale Wellenlänge 1 von 470 nm aufweist. Demnach wäre eine auf der LED 10 basierende Härtelampe zum Härten des mit Wellenlänge 9 aktivierten Harzes wirkungslos. Festzuhalten ist, dass die LED 10 bei Wellenlänge 9 einen verringerten Leistungspegel 11 erzeugt, der nur 30% ihrer maximalen Lichtintensität darstellt.
Wie aus 4 hervorgeht, würde alternativ dazu für ein Kompositharz, welches bei Wellenlänge 12 von 470 nm polimerisiert, die Wellenlänge 12 außerhalb der Spektralbreite 2 der LED 13, die eine zentrale Wellenlänge 1 von 455 nm aufweist, liegen. In diesem Fall erzeugt die LED 13 bei Wellenlänge 12 einen verringerten Leistungspegel 14, der nur 15% ihrer maximalen Lichtintensität darstellt.
Im Gegensatz dazu wirkt die vorliegende Erfindung dahingehend, dass Licht, welches durch mehrere sorgfältig ausgewählte monochromatische Lichtquellen in einer Reihenfolge bereitgestellt wird, integriert wird, beispielsweise um Licht mit einer Spektralbreite zu erzeugen, welche Wellenlängen für die gängigeren lichtaktivierten zahntechnischen Verbindungen umfasst. Die Entwicklung dieses "ausgewählten" Lichtspektrums wird nunmehr mit Bezugnahme auf 5, 7 und 7a erläutert.
5 zeigt ein zusammengesetztes Schaubild, welches Grundsätze der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 5 sind Spektralleistungseigenschaften für eine ausge wählte Lichtquelle dargestellt, welche kombinierte Ausgaben von 4 LED-Lichtquellen umfasst. Demzufolge zeigt 5 Spektrallinien für eine "königsblaue" LED 15, die bei 460 nm zentriert ist (beispielsweise Teilenummer NSPB500SV der Nichia Corporation), eine "blaue" LED 16, die bei 470 nm zentriert ist (beispielsweise Teilenummer NSPB500SW470 der Nichia Corporation), und eine "wasserblaue" LED 17, die bei 480 nm zentriert ist (beispielsweise Teilenummer NSPB500SX der Nichia Corporation), und eine "weiße" LED 18 (beispielsweise Teilenummer NSPW500BS der Nichia Corporation). Die LED 18 wird aus folgendem Grund eingebunden. In zahntechnischen Kompositmaterialien wird ein geringer Prozentsatz von Beschleunigern verwendet, welche nicht mit sichtbaren Blaulichtwellenlängen chemisch reagieren. Durch eine Reihe von Experimenten stellten wir fest, dass ein Anteil von weißem Licht, das einer Blaulichtquelle hinzugefügt wurde, wirksam ist, um derartige Beschleuniger zu stimulieren, insbesondere jene, welche einen Anteil von grünem Spektrallicht benötigen. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne Weiteres erkennen, dass die weiße LED 18 ebenfalls mit einer ähnlichen Wirkung anderen Gruppen von LEDs hinzugefügt werden kann, welche ausgewählt wurden, um eine der anderen sichtbaren Farben (beispielsweise Rot, Orange, Gelb, Indigo und Violett) zu erzeugen. Beispielsweise könnten drei rote "LEDs" ausgewählt werden, um jeweils Ausgaben zu erzeugen, die bei jeweils einer aus der Gruppe umfassend 625 nm, 660 nm und 700 nm zentriert sind. Diese und alle anderen derartigen Kombinationen aus Einfarben- und Weiß-Lichtquellen werden durch die vorliegende Erfindung zur Gänze in Betracht gezogen.
Wie in 5 dargestellt ist, kann die Lichtausgabe von LEDs 15–18 kombiniert werden, um die Spektrallinie 19 zu erzeugen, welche eine Spektralbreite 20 aufweist, die weit breiter als die Spektralbreiten der einzelnen LEDs 15–18 ist. Zusätzlich ist die maximale relative Leistung 21 für die kombinierte Spektrallinie 19 erheblich höher als die maximale relative Leistung, die durch jede der vier LEDs 15–18 einzeln erzeugt wird (dargestellt in 5 jeweils auf einem Referenzpegel von 100 Prozent). Bei dem Beispiel aus 5 ist die maximale relative Leistung 21 der Spektrallinie 19 etwa 3 Mal höher als der Referenzpegel.
7 zeigt die Spektralleistung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ausgewählten Lichtquelle, umfassend eine "blaue" LED 16 mit 470 nm (Luxeon-Teilenummer LXHL-BB0I Blue), eine "königsblaue" LED 15 mit 460 nm (Luxeon-Teilnumer LXHL-BR02) und eine "weiße" LED 18 (Luxeon-Teilenummer LXHL-BW0I). 7a zeigt die Spektralleistung einer zu der Lichtquelle aus 7 alternativen Lichtquelle, wobei die "blaue" LED 16 mit 470 nm aus 7 durch eine "cyanfarbene" LED 17a mit 505 nm ersetzt wird (Luxeon-Teilenummer LXHL-BE01).
Bei der ausgewählten Lichtquelle aus 7 liegen die zentralen Spektralwellenlängen für die blauen LEDs 15, 16 etwa 14 nm voneinander entfernt und erzeugen eine Spektralbreite 52, welche durch die Spektrallinie 53 für die kombinierte Lichtquelle von 37 nm dargestellt ist. Die Spektrallinie 53 über der Spektralbreite 52 weist eine relative Leistung auf, die beinahe auf oder über den maximalen Leistungspegeln der einzelnen LEDs in diesem Bereich liegt. Mit den ausgewählten LEDs 15, 16 und 18 kann durch die ausgewählte Lichtquelle aus 7 beispielsweise eine maximale Leistungsabgabe von etwa 1200 Milliwatt pro Quadratzentimeter(mw/cm2) Abgabe erreicht werden.
In 7a sind die zentralen Spektralwellenlängen für die LEDs 15, 17a mit etwa 32 nm weiter voneinander getrennt und erzeugen eine Spektralbreite 54 von 69 nm, welche durch die Spektrallinie 55 für die kombinierte Lichtquelle dargestellt ist. Während die relative Leistung infolge der größeren Trennung auf einen verringerten Pegel 56 nahe dem Mittelpunkt der Spektralbreite 54 abnimmt, bleibt die rela tive Leistung selbst auf ihrem niedrigsten Pegel nahezu auf den maximalen für die einzelnen LEDs 15, 17a dargestellten relativen Leistungspegeln.
Bei dem Beispiel aus 7 kann die Ausgangsleistung durch Ersetzen der LED 16 durch eine leistungsstärkere LED mit 470 nm (Luxeon-Teilenummer LXHL-LB5C), Ersetzen der LED 15 durch eine leistungsstärkere LED mit 460 nm (Luxeon-Teilenummer LXHL-LR5C) und Ersetzen der LED 18 durch eine leistungsstärkere weiße LED (Luxeon-Teilenummer LXHL-LW5C) oder deren Äquivalent erheblich gesteigert werden. Diese Kombination erzeugt eine kombinierte Ausgangsleistung von über 4000 mw/cm².
6 und 8–10 zeigen neuartige Vorrichtungen, welche Grundsätze der vorliegenden Erfindung umsetzen. 8a, 8b zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich einer Faseroptikkabelbaugruppe 26 bedient, welche Licht, das durch einzelne LEDs 22 erzeugt wird, an Eingangsoberflächen 33 empfängt und Licht zu einer Ausgangsoberfläche 34 leitet, um zur Eingangsoberfläche 35 des Faseroptik-Lichtleiters 37 umgeleitet zu werden. Zur Applikation wird Licht wird durch einen herkömmlichen Lichtleiter 37 zur Ausgangsoberfläche 36 geführt, beispielsweise um ein zahntechnisches Kompositharz zu polymerisieren. Die Baugruppe 26 kann vorzugsweise derart konstruiert sein, dass die Optikfasern eine numerische Apertur (NA) von etwa 0,66 aufweisen, und derart angeordnet sein, dass einzelne Fasern, welche von den Eingangsoberflächen 33 weggerichtet sind, innerhalb der Fläche, die durch die Ausgangsoberfläche 34 definiert ist, beliebig geordnet sind.
6 und 6b zeigen Aspekte eines Trägers 57 zum körperlichen Verpacken der LEDs 22. Beispielhaft umfasst der Träger 57 vier oberflächenmontierte LEDs 22 (welche, wie oben beschrieben, als LUMILED-LEDs von Luxeon erhältlich sind), eine Leiterplatte 23, eine Wärmesenke 24 zum Ab leiten von Wärme von der Basis der LEDs 22 und eine wärmeleitende Verbindung 25, um die Übertragung von Wärme von der Basis jeder LED 22 zu der Oberfläche der Wärmesenke 24 zu unterstützen.
Wie in 8a, 8b dargestellt ist, sind Leiterplatte 23 und Wärmesenke 24 des Trägers 57 aus 6a, 6b fest an eine Lippe anstoßend angeordnet, welche in einem Lampengehäuse 58 die hintere Ausnehmung 60 umgibt. Jede LED 22 ist ferner an einer Kollimatorlinse 27 (beispielsweise Luxeon-Teilenummer LXHL-NX05) zum Lenken von Lichtstrahlen 28, die von der LED 22 empfangen werden, hin zu einer Eingangsoberfläche 33 angebracht. Bekanntlich weisen derartige Kollimatorlinsen Lichtübertragungswirkungsgrade bis zu 90% auf und liefern einen konzentrierten Lichtstrahl mit einem Durchmesser von etwa 10 mm, mit einigen geringeren Verlusten infolge Streuaustrittsstrahlen.
Um die Effektivität der Kollimatorlinse 27 zu verbessern, umfasst die vorliegende Erfindung auch eine planar-konvexe Antireflexionslinse 29 für das weitere Fokussieren und Konzentrieren von Lichtstrahlen, welche durch die Linse 27 erzeugt werden, hin zur Eingangsoberfläche 33 (in 8a als Lichtstrahlen 31 dargestellt). Als geeignete Linse kann beispielsweise die von Edmund Industrial Optics mit der Teilenummer L45-238 dienen, welche ausgewählt wurde, um einen Durchmesser aufzuweisen, der annähernd gleich dem maximalen Durchmesser der Kollimatorlinse 27 ist. Eine Ausgangskrümmung (Dicke) 30 der Linse 29 kann zum Lenken der Lichtstrahlen 31 entlang einer geeigneten Brennweite 32 gewählt werden.
Die Linse 29 ist vorzugsweise antireflexionsbeschichtet, um eine Gesamtübertragung von nur 92%, die für unbeschichtete Linsen charakteristisch ist, zu verbessern und Gefahren zu reduzieren, die beispielsweise durch sich durch das System rückwärts bewegende Reflexionen (Geisterbilder) verursacht werden. Eine ¼λ-dicke Magnesiumfluorid-Breitbandbeschichtung (typisch 400–750 nm) wird vorzugsweise für Substrate mit einem Brechungsindex im Bereich von 1,45 bis 2,40 verwendet. Diese Beschichtung ist weniger gegenüber Winkel- und Spektralvariationen empfindlich als dielektrische Mehrlagen-Beschichtungen. Die Leistungsfähigkeit der Beschichtung nimmt mit steigendem Brechungsindex des Substrats zu.
Jede Linseneinheit 27, 29 wird mit herkömmlichen Mitteln in einer aus einer Mehrzahl von Kavitäten 59 im Gehäuse 58 fest angeordnet und ausgerichtet. Jede Kavität 59 steht mit der Ausnehmung 60 in Kommunikation, so dass, wenn der Träger 57 der Ausnehmung 60 benachbart angeordnet wird, jede aus der Mehrzahl von LEDs 22 in einer geeigneten Position in Bezug auf die Linse 27 aufgenommen wird. Jede von einer Mehrzahl von Bohrungen 61 steht mit einer Kavität 59 an einem entgegengesetzten Ende der Kavität 59 in Kommunikation, um ein Eingangsende 62 der Faseroptikbaugruppe 26 fest aufzunehmen, so dass jede Eingangsoberfläche 33 der Faseroptikbaugruppe 26 in einer geeigneten Brennweite 32 und Ausrichtung in Bezug auf eine zugeordnete Linseneinheit 27, 29 angeordnet wird.
Die Kammer 38 des Gehäuses 58 sieht einen Raum zum Ausrichten der Faseroptikbaugruppe 26 vor, so dass ein Ausgangsende 63 der Faseroptikbaugruppe 26 fest an einem entgegengesetzten Ende der Kammer 38 angeordnet werden kann. Die Ausgangsoberfläche 34 der Faseroptikbaugruppe 26 wird dadurch effektiv in Bezug auf die Eingangsoberfläche 35 des Lichtleiters 37 angeordnet, um die Übertragung von Lichtenergie von der Faseroptikbaugruppe 26 zum Lichtleiter 37 zu erleichtern. Das Ausgangsende 63 der Faseroptikbaugruppe 26 kann durch eine Vielfalt herkömmlicher Mittel, beispielsweise durch den Einsatz 64, welcher einwirkend in einer gewünschten Position in der Kammer 38 sitzt, fest in der Kammer 38 angeordnet werden. Der Lichtleiter 37 ist in der vorderen Ausnehmung 65 des Gehäuses 58 fest angeordnet und weist beispielsweise eine herkömmliche Geometrie auf und bedient sich herkömmlicher Mittel zum festen Anbringen des Lichtleiters 37 am Gehäuse 58.
9 zeigt eine zu der in 8a, 8b dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung alternative Ausführungsform. In 9 ist jede LED 22 an einem aus einer Mehrzahl von Trägern 57 angebracht, wobei jeder Träger 57 derart installiert ist, dass er an einer aus einer Mehrzahl von hinteren Ausnehmungen 60 im Lampengehäuse 58 anstößt. Jede Ausnehmung 60 kommuniziert mit einer Kavität 59, und jede Kavität 59 hält eine Linseneinheit 27, 29 zum Fokussieren und Verdichten von Licht, welches durch die LED 22 abgestrahlt wird, auf die Eingangsoberfläche 35 des Lichtleiters 37 fest. Die Kavitäten 59 kommunizieren mit der Kammer 38, so dass sich Licht, welches über die Linseneinheit 27, 29 übertragen wird, direkt durch die Kavität 38 zur Eingangsoberfläche 35 bewegt, ohne beispielsweise durch die Faseroptikbaugruppe 26 aus 8a, 8b gelenkt werden zu müssen.
10 zeigt die Ausführungsform aus 8a, 8b in einer gebrauchsfertigen Konfiguration, beispielsweise in einer zahntechnischen Härtelampe. In 10 nimmt das Gehäuse 58a die Linseneinheiten 27, 29 und den Träger 57, an dem die LEDs 22 angebracht sind, auf. Das Gehäuse 58a enthält auch Bohrungen 61 zum Anordnen der Eingangsenden 62 der Faseroptikbaugruppe 26 in ihrer gewünschten Position in Bezug auf die Linseneinheiten 27, 29. Der Träger 57 wird nach erfolgter Montage im Gehäuse 58a an der Aufnahmefläche 58b positioniert, um die Baugruppe 58a, 57 in der Kammer 38 des Außengehäuses 58c zu positionieren. An einem vorderen Ende des Außengehäuses 58c wird die Abstrahloberfläche 34 der Faseroptikbaugruppe 26 durch ein Befestigungselement 64 in einer gewünschten Position in Bezug auf die Eingangsoberfläche 35 des Lichtleiters 37 gehalten. Das Außen gehäuse 58c umfasst einen Griffabschnitt 58e zum zweckmäßigen Ergreifen und Unterbringen eines Auslösers (nicht dargestellt) zum Bedienen der Härtelampe. Das Gehäuse 58c umfasst auch Schlitze 58d in der Nähe des Trägers 57, um das Ableiten von Wärme, die durch den Träger 57 erzeugt wird, zu unterstützen. Zu Gunsten besserer Übersichtlichkeit der Darstellung der vorliegenden Erfindung werden andere herkömmliche Elemente der Härtelampe, welche beispielsweise innerhalb des Griffabschnitts 58e angeordnet sein können, in 9 nicht dargestellt.

Claims

Lampe für ein Härtinstrument, umfassend: eine Mehrzahl von Lichtquellen, wobei jede aus der Mehrzahl von Lichtquellen einen einfallenden Lichtstrahl erzeugt; und ein Mittel zum Integrieren jedes der einfallenden Lichtstrahlen zu einem Austrittslichtstrahl, wobei der Austrittslichtstrahl eine Ausgangsleistungsintensitätsverteilung aufweist, wobei eine erste der Lichtquellen eine erste charakteristische Wellenlänge aufweist und eine zweite der Lichtquellen eine zweite charakteristische Wellenlänge aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistungsintensität des Austrittslichtstrahls über einen Bereich, der zwischen der ersten charakteristischen Wellenlänge und der zweiten charakteristischen Wellenlänge definiert ist, um höchstens 25 Prozent schwankt.
Lampe nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Lichtquelle Leuchtdioden (LEDs) sind.
Lampe nach Anspruch 1, wobei der durch die erste charakteristische Wellenlänge und die zweite charakteristische Wellenlänge definierte Bereich etwa 32 Nanometer (nm) beträgt.
Lampe nach Anspruch 3, wobei die charakteristische Wellenlänge der ersten Lichtquelle etwa 460 nm beträgt.
Lampe nach Anspruch 1, wobei der Austrittslichtstrahl eine Spektralbreite von etwa 69 nm aufweist.
Lampe nach Anspruch 1, wobei die Leistungsintensität des Austrittslichtstrahls über einen Bereich, der durch die erste charakteristische Wellenlänge und die zweite charakteristische Wellenlänge definiert ist, mindestens 90 Prozent einer maximalen Ausgangsleistungsintensität beträgt, die durch einen einfallenden Lichtstrahl von einer aus der Gruppe umfassend die erste und die zweite Lichtquelle erzeugt wird.
Lampe nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Lichtquelle blaue LEDs sind.
Lampe nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine dritte aus der Mehrzahl von Lichtquellen, wobei die dritte Lichtquelle eine weiße LED ist.
Lampe nach Anspruch 7, wobei eine aus der Gruppe umfassend die erste und die zweite Lichtquelle eine cyanfarbene LED ist.
Verfahren zum Herstellen einer Lampe für ein Härtinstrument, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen einer Mehrzahl von Lichtquellen, wobei jede aus der Mehrzahl von Lichtquellen einen einfallenden Lichtstrahl erzeugt; und Integrieren jedes der einfallenden Lichtstrahlen zu einem Austrittslichtstrahl, wobei der Austrittslichtstrahl eine Ausgangsleistungsintensitätsverteilung aufweist; wobei eine erste der Lichtquellen eine erste charakteristische Wellenlänge aufweist und eine zweite der Lichtquellen eine zweite charakteristische Wellenlänge aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistungsintensität des Austrittslichtstrahls über einen Bereich, der zwischen der ersten charakteristischen Wellenlänge und der zweiten charakteristischen Wellenlänge definiert ist, um höchstens 25 Prozent schwankt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Lichtquelle eine erste Spektralbreite, die an einer obersten Wellenlänge endet, aufweist und die zweite Lichtquelle eine zweite Spektralbreite, die an einer untersten Wellenlänge endet, aufweist, wobei die oberste Wellenlänge der ersten Lichtquelle und die unterste Wellenlänge der zweiten Lichtquelle annähernd koinzident sind.