EP2764391A2 - Strahlungsquelle sowie lichtleiteinrichtung - Google Patents

Strahlungsquelle sowie lichtleiteinrichtung

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Publication number
EP2764391A2
EP2764391A2 EP12769107.9A EP12769107A EP2764391A2 EP 2764391 A2 EP2764391 A2 EP 2764391A2 EP 12769107 A EP12769107 A EP 12769107A EP 2764391 A2 EP2764391 A2 EP 2764391A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
section
radiation source
mixing body
monocoren
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP12769107.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno Senn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ivoclar Vivadent AG
Original Assignee
Ivoclar Vivadent AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ivoclar Vivadent AG filed Critical Ivoclar Vivadent AG
Priority to EP12769107.9A priority Critical patent/EP2764391A2/de
Publication of EP2764391A2 publication Critical patent/EP2764391A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/003—Apparatus for curing resins by radiation
    • A61C19/004—Hand-held apparatus, e.g. guns
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/421—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical component consisting of a short length of fibre, e.g. fibre stub
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers

Definitions

  • the invention relates to a radiation source, preferably for medical or dental medical use, in particular a light curing apparatus for polymerizing dental materials, according to the preamble of claim 1, and to a light conducting device for such a radiation source or such a light curing apparatus according to the preamble of claim 15.
  • light stands not only for electromagnetic radiation in the visible spectral range, but also for electromagnetic radiation in the UV and near infrared. If the following is the preferred use of light-emitting diodes (or LEDs or LED chips), these terms should also include other visible light, UV and / or near infrared emitting bulbs and radiation sources, in particular semiconductor radiation sources, - for reasons of better readability - should not be listed in all places. Even if only light curing devices are mentioned in some places, it goes without saying for the person skilled in the art that the corresponding statements apply in the same way to other radiation sources and are also to be referred to them.
  • Fiber optics which consist of a single fiber and can also be referred to as a light guide rod, are basically relatively stiff and can thus be difficult to bend.
  • liquid-filled optical fibers are disadvantageous, especially in oral applications, because there is a risk that the patient - inadvertently - bites the light guide and thus creates a leak.
  • Multi-fiber optical fibers which are also referred to as multicore optical fibers have the advantage of significantly improved bendability.
  • the dentist can thus give the light guide the desired shape at the end, in order to obtain the light emission at the desired, partially deep-lying point.
  • the light emission occurs primarily at the top of the LED chip, which is typically about 1 mm 2 in size.
  • a muiticorer light guide which typically has a diameter of 6 to 13 mm, is mounted in front of the LED chip, the main light emission hits typi- only the 6 or 7 inner fibers, while the outer optical fibers are exploited only to a very small extent.
  • the invention is based on the object to provide a radiation source preferably for medical or dental medical use, in particular a light curing device for polymerizing dental materials, according to the preamble of claim 1 and a light guide according to the preamble of claim 15, the (or) on the one hand easy and inexpensive to produce and universally usable and on the other ergonomic manageable especially in medical, preferably dental applications, and their (or the) light color and / or emission spectrum and / or spectral radiant power of the emitted radiation to purpose and application is customizable, without the light emission or the handling would suffer.
  • the invention can surprisingly - in a very simple and inexpensive design and without increasing space requirements or length - just by the interaction between the reflector assembly, which couples the radiation directly into the light mixing body, and this light mixing body, achieve a very high degree of light mixing and thereby astonishingly when using light sources, in particular LEDs, which differ in light color and / or emission spectrum and which are controlled separately, provide a corresponding device whose light color and / or emission spectrum and / or spectral radiant power of the emitted radiation to purpose and application is adaptable without the light emission or handling would suffer.
  • the present invention makes it possible to homogenize and mix the light generated in a light generating device and to distribute it over the entire cross-sectional area of the optical waveguide, so that at the output of the optical waveguide a surface can be homogeneously illuminated in terms of brightness and spectral distribution.
  • it enables an effective, simple and low-loss coupling of the emitted light, as generated in particular by a plurality of light-emitting diodes or other semiconductor radiation sources, in the light guide.
  • more than one multicorer and / or more than one monocorer section are linked together. This is favorable, for example, when the light guide is very long and has points over its course where it has to be sharply bent. There are then formed multicore and otherwise monocore sections.
  • the realization of a plurality of differently colored LED chips can provide the desired emission spectra, without the need for an additional convergent lens and further complex homogenization devices. This is especially true for the typically three arranged in a triangle different colored Lichtleitchips, for example, have their emission maxima in the red, green and blue spectral range and from which any light color can be generated by additive light mixing.
  • the solution according to the invention can be integrated extremely cost-effectively and with only minimal structural changes in all conventional devices.
  • a very simple installation or replacement of optical fibers in the medical or dental practice or for example in the dental laboratory is possible.
  • the solution according to the invention is also extremely easy to maintain in the service workshop.
  • the light mixing device despite its simple structure and its very short length, ie even very short light Mixing distance within the light mixing body - in particular in conjunction with the usual in the art reflector assembly in the light generating device - as well as the multiple phase transition or interface interactions between solid and air and solid again in the light path of the beam path of such a device, so for example light emitting diode / air , Air / reflector, reflector / air, air / protective glass, protective glass / air, air / light mixing body, light mixing body / air, air / fiber bundle - also by interfacial reflections and resulting differences in time differences of different beams in the beam path and their superposition an unexpectedly high degree of homogenization in terms of Achieve intensity distribution and the spectral emission curves over the entire exit surface of the fiber optic bundle. At the same time, however, only extremely small light losses occur with respect to the entire radiant energy generated by the light-emitting diodes up to the outlet end of
  • Another advantage of the solution according to the invention is that the use of expensive fiber bundles with randomized arrangement of the individual fibers is no longer necessary in the future, which on the one hand considerable costs can be saved in the production of optical fibers and on the other mechanical problems, such as twisting and pinching of the fibers the thermal expansion during operation and during autoclaving no longer occur.
  • the solution according to the invention makes it very simple and inexpensive to provide illumination devices or light curing devices whose emitted working spectra can be synthesized by means of additive light mixing of the spectra of light emitting diodes with different emission spectra by a corresponding electronic control of the different light emitting diodes. It is particularly surprising that a very high degree of homogenization in terms of light intensity and emission spectra over the entire illumination cross section can be achieved by the specific construction of the solution according to the invention only using the simplest optical means and simultaneously improves the efficiency of light transmission and the power loss can be reduced.
  • the light mixing device can be optimally positioned with respect to the light-emitting diodes or semiconductor radiation sources. It can the positioning parameters are chosen such that the entrance surface of the light mixing body "out of focus" is placed with respect to respective focal points of the light emitting diodes or semiconductor radiation sources associated reflectors and on the one hand as fully as possible illuminated by the strictlysstrahlenbündeln and on the other hand, the entrance angle range of the incoming radiation as completely as possible by the numerical Aperture of the light entry end of the light mixing body predetermined Eintitts- or acceptance cone is exhausted.
  • any unnecessary additional bending in the beam path of the light path is avoided.
  • any bends within a (monocorner) light guide rod can be eliminated, which, as has been shown, lead to significant additional light losses within the light path and significantly degrade the efficiency.
  • a light mixing body with a small overall length which is of the order of the diameter of the light mixing body, is capable of well mixing the light of differently colored LED cips or semiconductor radiation sources or their different emission spectra, so that well-mixed light enters the multicore section of the light guide and no color variance over the light exit surface of the light guide is detected.
  • the transition between the monocore and the multicore section of the optical waveguide can take place while maintaining the refractive index.
  • a glass adhesive or a cement adhesive can be used whose refractive index corresponds to that of the optical material used for the light guide.
  • a sleeve which extends particularly preferably over the transition between the monocoren and the multicoren section.
  • the sleeve has the added advantage of preventing a jump in stiffness that reduces the load bearing capacity of the lightguide against shear stress by lateral abutment at the point of application.
  • the forces introduced are at least partially absorbed by the multicoren section stiffer monocoren section passed over.
  • the bendability and flexibility of the leading end of the light guide is present to a large extent, that is, at the point where bendability is essential in practical application.
  • the sleeve is made of metal, in particular of stainless steel and has a wall thickness which is less than one fifth, in particular less than one fifteenth of the diameter of the light guide.
  • the sleeve can have a high-temperature-resistant plastic, in particular a sulfone, ether ketone, or imide plastic, or plastic composite material, with which the light mixing body is preferably connected non-positively and / or materially. In this way, on the one hand the required temperature resistance, mechanical strength and dimensional stability of the connection interface can be ensured and on the other hand a capacity for thermal expansion movements and limitation of thermal stresses can be achieved due to the elastic properties of the corresponding plastic materials.
  • connection interface made of such a plastic material made possible the targeted use of interference fits and / or pretensions on the one hand between the connection interface and the light mixing body, which in this case can preferably be non-positively and / or materially connected to the connection interface as well as between the connection interface and the connection component in which the connection interface can be attached without play and safely to temperature changes using a press fit and / or preload.
  • a transition from the monocoren section to the multicore section takes place directly, ie without an air layer, and the refractive index changes over the course of the transition by less than 50%, in particular by less than 20%.
  • the multicore section also has the advantage that the yield losses decrease in proportion to the straight path of the light guide.
  • a strongly bent multicorer light guide typically has a lower attenuation than a monocorer in the same radius gebo ⁇ generous light guide, so that according to the invention for the straight portion of the light guide, the light guide type (monocore) with the lowest losses there with the light guide type (multicore), which has the lowest losses for the bent area.
  • the multicore section has a bend or is bent off, in particular adjacent to the light exit-side end.
  • Such a design and arrangement greatly improves and facilitates handling in use.
  • the light losses are kept low.
  • the monocoren section a length which corresponds at least to its 5-fold diameter. It is understood, however, that the length can also be varied in both ranges, for example from twice, three times to seven or even ten times the diameter.
  • the monocore and / or the multicore section are conical at least over part of their length, in particular tapering towards the light outlet end.
  • the light guide can be made slimmer, which facilitates handling, for example, in the mouth of a patient, and / or concentrate the radiant energy, for example, from a larger diode array to, for example, a smaller treatment area.
  • both the monocore and the individual fibers of the multicore section consist of a core glass and a cladding glass.
  • these differ greatly in their refractive index, which leads to the desired full reflection.
  • the radiation losses in the total reflection can be reduced and a better guidance of the radiation can be effected.
  • Such a larger difference between the two refractive indices enlarges the numerical aperture of the light mixing body and also allows "trapping" of incident light. rays which deviate greatly from the incident solder of the light entrance surface of the light mixing body and thus ensures an enlargement of the entry cone for the radiation of the light generating device. As a further advantage, the angular range for the total reflection of the radiation propagated in the light mixing body increases and the reflection coefficient improves considerably.
  • other transparent inorganic materials or ceramics but also organic glasses with or without doping or transparent plastic materials can be used for core and / or cladding regions of the light-mixing body.
  • a coating is provided on the outer surface of the monocoren, or the multicoren section, but optionally also on both sections, which prevents the light leakage and is thus intransparent.
  • the coating can also be made metallic reflective.
  • Another aspect is that the reflection of the propagated within the Lichtmisch stressess light radiation takes place in this embodiment on two boundary surfaces and thus each reflexively split in Lichtmisch phenomena light beams is split into two mutually offset partial beams, in a first partial beam at the boundary layer between the core and the jacket of the light mixing body is partially totally reflected, and a second light beam whose reflection occurs at the reflective outer layer of the light mixing body, whereby the homogenization performance of the light mixing body is further improved.
  • the front end of the light guide which is part of the multicore section, is bent at a predetermined angle, for example 45 degrees to the optical axis of the light source, which acts on the light guide.
  • the front end bend ⁇ sam it is provided to design the front end bend ⁇ sam, so that it can be bent depending on the application, at- For example, 90 degrees or even more than 90 degrees.
  • the handling in use in specific application situations, for example, in hard to reach regions of the oral cavity of a patient can be further improved and facilitated.
  • the different colors emitted by the LED chips are well mixed, so that well-mixed light enters the multicore section and no color variance over the light exit surface can be detected.
  • the burr-identical adhesive according to the invention between the monocorene and multicore section is temperature-resistant
  • the light guide according to the invention is not only removable, but also autoclavable. This plays a role in particular in the use of dental light guides and endoscopes.
  • the mounting of the light guide relative to the light source can be done in any suitable manner, for example via a socket, which also allows rotation of the light guide relative to the light source, as well as its removability allows.
  • a socket which also allows rotation of the light guide relative to the light source, as well as its removability allows.
  • all other construction variants for use between optical fibers and the illumination or light curing device, as they have been proposed in the prior art, can be easily combined with the inventive solution.
  • the connection interface between the light guide and the illumination or light curing device can be adapted in any way to the technical requirements, without the need for special solutions be developed.
  • the optical waveguide can be used favorably in a light curing device (or a radiation source), wherein the optical waveguide is preferably rotatable relative to the light curing device (or the radiation source), and in particular is detachably mounted thereon. Due to the rotatability, for example, a dentist can adjust the exit point and exit direction of the light cone from the light guide to the localization of the tooth surface to be treated. The removability of the light guide allows a simple autoclaving the same regardless of the light curing device (or from the
  • the space between the light entry end of the monocorner section and the light source can be filled in any suitable manner, for example also with silicone or another transparent mass whose refractive index substantially corresponds to the refractive index of the glass used, so that only very small reflection losses occur Media transition arise. It is also possible to shed the room with the transparent mass.
  • the monocore section has a length which corresponds at least to 1.5 times the diameter of the monocorner section.
  • the monocore section and / or the optical fibers of the multicore section consist of a core glass and a cladding glass.
  • Such a larger difference between the two refractive indices increases the numerical aperture of the light mixing body and also allows the "trapping" of incident light rays, which deviate greatly from the incident light of the light entrance surface of the light mixing body and thus ensures an enlargement of the entrance cone for the radiation of the light generating device.
  • the angular range for the total reflection of the radiation propagated in the light mixing body increases and the reflection coefficient improves considerably.
  • the two sections are connected to each other with a cement adhesive and / or a glass adhesive at a transition, which and / or having a refractive index such as glass.
  • At least the monocore portion is surrounded by a sleeve.
  • the sleeve extends at least over the transition between the monocoren portion and the multicoren portion, so that at least one adjoining the monocoren portion portion of the multicore portion is also surrounded by the sleeve.
  • ⁇ results in a significant stiffening of the mechanical connection of the two optical fiber sections and a transition of the power flow over the mechanically vulnerable junction between the optical fiber sections.
  • the sleeve has the additional advantage that a jump in stiffness is prevented, the load capacity of the light guide reduced against shear stress by lateral contact at the application site. The introduced forces are at least partially transferred from the multicoren section to the stiffer monocorner section.
  • the bendability and flexibility of the leading end of the light guide is present to a large extent, that is, at the point where bendability is essential in practical application.
  • the diam ⁇ ser of the light guide is 6 mm to 13 mm.
  • the monocore and / or the multicore section are conical at least over part of their length.
  • the light guide can be made slimmer, which facilitates handling, for example, in the mouth of a patient, and / or concentrate the radiant energy, for example, from a larger diode array to, for example, a smaller treatment area.
  • the light inlet-side end is located on the monocoren section and the light exit end on the multicoren section.
  • this embodiment is advantageous in terms of shaping (bending, bending) of the light guide or equipment with a flexible end portion.
  • the multicore section has a bend or is bent.
  • Such a design and arrangement greatly improves and facilitates handling in use.
  • the light losses are kept low.
  • a light exit surface of the multicoren section extends at an angle of 2 ° to 90 ° relative to a perpendicular to the longitudinal extent of the monocoren section extending light entrance surface.
  • the light inlet side end of the monocoren section has a connection interface to the light curing device (or to the radiation source), is curable with the polymerizable dental material. This ensures a flexible coupling and uncoupling of the light guide to the light curing device (or the radiation source), wherein the light guide can be easily autoclaved separately from the device.
  • connection interface is formed by a form-fitting with the light curing device (or the radiation source) connectable socket which is fixedly connected to the light inlet end of the monocoren portion.
  • the light mixing body can be formed rotationally symmetrical.
  • curved wall portions or tapers in the cross section of the light mixing body may influence and modify the reflection angles of the light beams totally reflected within the light mixing body, and further enhance the light homogenization within the light mixing body by a higher number of wall reflections of the light.
  • the light mixing body may be cylindrical and preferably have a plane light entrance and / or exit surface on ⁇ .
  • This embodiment of the light mixing body is technically particularly easy to implement and can therefore be produced very inexpensively, although surprisingly already a high degree of homogenization with respect to the intensity distribution and the spectral emission curves over the entire exit surface of the optical fiber bundle can be achieved.
  • the light entry and exit surface may have a polished surface and / or a surface finish or other reflection-reducing coatings and / or be acted upon by an immersion agent.
  • a polished surface whose surface roughness is preferably at most a small fraction of the wavelength of light used, the transmission properties of the light-mixing body can be improved and light losses greatly reduced.
  • a surface finish or other reflection-reducing coatings may further be applied to light entry and / or exit surfaces of the light mixing body. By this measure, light losses during passage through the light mixing body can be further reduced.
  • an immersion agent such as an immersion oil for example silicone oil on the corresponding surfaces of the light mixing body, so that the gap between the light mixing body and, for example, the fiber bundle of the light guide or the protective glass via light emitting diodes or semiconductor radiation sources completely filled with associated reflectors with this immersion agent and thus instead of a solid-to-air solid phase transition, a solid-liquid-solid state phase transition occurs.
  • an immersion agent such as an immersion oil for example silicone oil
  • the refractive index of the immersion agent is higher than that of air, it is possible on the one hand to further reduce light losses by means of interfacial reflection and, on the other hand, to bring about adjustments to the numerical aperture of the adjoining optical components.
  • the light-mixing body may comprise at least one photoconductive core, preferably of a core glass, having a first refractive index and a light-conducting cladding, preferably a cladding glass, having a second refractive index, wherein the second refractive index is less, preferably at least 0.1 Units less than the first refractive index.
  • the two refractive indices of the core and cladding layers which is preferably at least 0.1 units in the light mixing body specified here.
  • Such a larger difference between the two refractive indices increases the numerical aperture of the light mixing body and also allows the "trapping" of incident light rays, which deviate greatly from the incident light of the light entrance surface of the light mixing body and thus ensures an enlargement of the entrance cone for the radiation of the light generating device.
  • the angular range for the total reflection of the radiation propagated in the light mixing body increases and the reflection coefficient improves considerably.
  • other transparent inorganic materials or ceramics but also organic glasses with or without doping or transparent plastic materials can be used for core and / or cladding regions of the light-mixing body.
  • the light mixing body can have a reflection-increasing coating or a reflective sleeve on its circumferential surface.
  • Another aspect is that the reflection of the propagated within the Lichtmisch stressess light radiation takes place in this embodiment on two boundary surfaces and thus each reflexively split in Lichtmisch phenomena light beams is split into two mutually offset partial beams, in a first partial beam at the boundary layer between the core and the jacket of the light mixing body is partially totally reflected, and a second light beam whose reflection occurs at the reflective outer layer of the light mixing body, whereby the homogenization performance of the light mixing body is further improved.
  • the diameter of the light mixing body may preferably be between 2 mm and 20 mm, more preferably between 6 mm and 15 mm, in particular between 8 mm and 13 mm, and the length of the light mixing body be greater than 0.5 times the diameter , in particular, be greater than 0.8 times the diameter, and preferably smaller than 5 times the diameter, in particular smaller than 2 times the diameter of the light mixing body.
  • These dimensions provide a particularly favorable structural dimensions are in terms of the geometry of the light mixing body. In this way, optimum light mixing and homogenization can be achieved with minimized Au ⁇ .b horren.
  • the indicated diameters take account of the geometrically optical conditions with regard to the size of the light-generating device and the diameter of the fiber bundle of the light guide, as is typically used in the specified areas of medicine and dental medicine.
  • the light mixing device can have a connection interface-preferably with a high-temperature-resistant plastic, in particular a sulfone, ether ketone, or imide plastic or plastic composite material, with which the light mixing body is preferably positively and / or materially connected , wherein the connection interface is preferably self-aligning with respect to the light guide and / or the light generating device with at least one of the two connectable.
  • a connection interface preferably with a high-temperature-resistant plastic, in particular a sulfone, ether ketone, or imide plastic or plastic composite material, with which the light mixing body is preferably positively and / or materially connected
  • the connection interface is preferably self-aligning with respect to the light guide and / or the light generating device with at least one of the two connectable.
  • connection interface with the light guide and / or on or in the housing of the lighting or light curing device with the light generating device can be connected, wherein the connection interface preferably formed in such a way is that this performs a self-adjustment with respect to the light guide and / or the light generating device and is thus positioned without additional installation and adjustment effort exactly within the beam path.
  • the connection interface is at least substantially made of a high-temperature resistant plastic, in particular a sulfone, ether ketone, or imide plastic or plastic composite material.
  • connection interface made of such a plastic material enabled the targeted use of interference fits and / or pretensions on the one hand between the connection interface and the light mixing body, which in this case may preferably be non-positively and / or materially connected to the connection interface as well as between the connection interface and the connection component to which the connection interface can be secured without play and safe against temperature changes using a press fit and / or bias.
  • the light entry and / or exit surface of the light mixing body may be formed aplanar.
  • the corresponding surfaces of the light mixing body slightly wavy or undulating, for example like the concentric annular waves which form after a throw of stone in a water surface.
  • light rays which enter or exit alternately are then deflected alternately radially in the radial direction of the light mixing body and scattered over a larger angular range, as a result of which the light mixing effect of the light mixing body can be significantly increased.
  • a similar effect could also be achieved in the case of a facet-shaped surface design or in the case of a Fresnel cut of the corresponding end-face light mixing body surfaces.
  • the light mixing device can be provided and configured for retrofitting a lighting device or a light curing device and - preferably in a socket - be mounted between the light guide and the housing of the light generating device or the light curing device.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through an embodiment of a light guide according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view through a further embodiment of a light guide according to the invention.
  • the light guide 10 shown in FIG. 1 has a monocorner section 12 and a multicore section 14. Both sections 12 and 14 have the same outer diameter and go in a transition 16 flush with each other.
  • the mono-organic section 12 is arranged adjacent to a light-entry-side end 18 of the optical waveguide 10 and the multicore section 14 to a light-exiting-side end 20 of the optical waveguide.
  • the monocore section extends straight and takes in the illustrated embodiment about a length of three quarters of the length of the light guide.
  • the multicore section 14 occupies the last, the front quarter of the light guide and is bent adjacent the end 20, approximately at an angle of 60 degrees.
  • a light exit axis 22 accordingly extends at an angle of approximately 60 degrees to a light entry axis 24.
  • Both the monocore section 12 and the multicore section 14 have, on the outside, a jacket 26 which is not shown in detail and which is designed as a cover and reflects light radiation incident thereon from the inside back.
  • the monocore portion is formed as a solid, rod-shaped light guide rod, which is surrounded by the jacket 26.
  • the multicore section 14 consists of a plurality, for example, 100 to 500 individual optical fibers 30, as is indicated schematically in Fig. 1.
  • the multicore section 14 is also stiff.
  • the two sections 12 and 14 are connected to each other with a glass adhesive.
  • the monocore section 12 has a plug-in sleeve 32 at its light-entry side end 18.
  • the light guide 10 is mounted plugged into a corresponding socket of a light curing device, wherein the socket is formed in a conventional manner and is not shown here.
  • the light entry into the Lich entrance-side end 18 via a light source 34 which includes a plurality of individual LED chips, of which the chips 36 and 38 are shown in Fig. 1.
  • the light exit of the light source 34 is bundled via a reflector 40 in a conventional manner.
  • the space 42 between the light source 34 and the end 18 is filled with silicone or other mass whose refractive index is close to that of glass.
  • the chips 36 and 38 are mounted on a heat sink 44, which dissipates the heat generated there.
  • the chips 36 and 38 have different emission maxima and are preferably separately controllable.
  • the space 42 is filled with light of different color. In any case, a good light mixture takes place in the monocorene section 12, so that white light is introduced into the optical fibers 30.
  • FIG. 1 A further embodiment of the light guide according to the invention is shown in FIG.
  • the multicore section 14 is flexible.
  • the optical light exit axis 22 extends at an angle of about 45 degrees to the light entrance axis 24; it goes without saying, however, that also any other position, and even one Redirection is possible by almost 180 degrees.
  • the transition 16 is surrounded in this embodiment by a sleeve 50 which serves to stiffen the transition and prevents that under heavy mechanical stress provided for at the transition cement adhesive fails.
  • the light-conducting rod can be rotated altogether by means of the light guides 10; This is also possible in the embodiment of FIG. 1.
  • only a single chip 36 is provided as the light source 34, which is mounted centrally on the heat sink 44.
  • the space 42 is quite small, which is already favorable because silicone typically produces higher light losses than glass.
  • the space 42 shown in Figure 1 is exaggerated. in practice, the length of the space 42 is for example one third or less of the diameter of the light guide 10th
  • the diameter of the optical fiber is 12 mm in FIG. 1, and 5 mm in FIG. 2, it being understood that the diameter of the optical fiber can assume any desired value without departing from the scope of the invention. This also applies to the length distribution between the monocoren and the multicoren section.
  • the monocore section can be at least eight times as long as its diameter.
  • the length of the multicore portion 14 is about two-fifths of the total length of the light guide 10, and that of the monocorner portion is three-fifths accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsquelle, insbesondere ein Lichthärtgerät zum Polymerisieren von Dentalmaterialien, mit einem Lichtleiter und einer Lichterzeugungsvorrichtung, die mindestens zwei Lichtquellen, vorzugsweise Halbleiter-Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden aufweist, und deren Strahlung von einem Reflektor gebundelt und in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Die Lichtquellen unterdscheiden sich hinsichtlich ihrer Lichtfarbe und/oder ihres Emissionsspektrums und sind zur Veränderung der Lichtfarbe und/oder des Emissionsspektrums und/oder der spektralen Strahlungsleistung der abgegebenen Strahlung getrennt voneinander ansteuerbar. Der Lichtleiter weist zumindest einen monocoren Abschnitt und einen multicoren Abschnitt auf, wobei die abgegebenen Strahlung der Lichtquellen in einen monocoren Abschnitt des Lichtleiters eingekoppelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lichtleiteinrichtung für eine solche Strahlungsquelle bzw. ein solches Lichthärtgerät.

Description

Strahlungsquelle sowie Lichtleiteinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Strahlungsquelle vorzugsweise zur medizinischen oder dentalmedizinischen Verwendung, insbesondere ein Lichthärtgerät zum Polymerisieren von Dentalmaterialien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Lichtleiteinrichtung für eine solche Strahlungsquelle bzw. ein solches Lichthärtgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Der Begriff Licht, wie er hier in Beschreibung und Ansprüchen verwendet wird, steht dabei nicht nur für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, sondern ebenso auch für elektromagnetische Strahlung im UV- und nahen Infrarotbereich. Wenn im Folgenden von den bevorzugt eingesetzten Leuchtdioden (bzw. LEDs oder LED-Chips) die Rede ist, so sollen diese Begriffe ebenso auch andere sichtbares Licht-, UV- und/oder nahes Infrarot emittierende Leuchtmittel und Strahlungsquellen, insbesondere Halbleiter- Strahlungsquellen einschließen, die - aus Gründen der besseren Lesbarkeit - nicht an allen Stellen aufgezählt werden sollen. Auch, wenn an einigen Stellen lediglich von Lichthärtgeräten die Rede ist, versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die entsprechenden Aussagen in gleicher Weise auch für andere Strahlungsquelle Gültigkeit haben und auf diese ebenfalls zu beziehen sind.
Derartige Lichthärtgeräte sind seit langem bekannt.
Ein Beispiel für eine Realisierung eines Lichtleiters aus den 70er Jahren lässt sich der DE 23 52 670 entnehmen. Bereits seinerzeit wurden biegsame Lichtleiter, die aus einer einzigen Faser bestehen, als bekannt angesehen. Die Druckschrift weist auch die Realisierung von lichtleitenden Flüssigkeiten und einen biegsamen Plastikschlauch für die Be- reitstellung eines Lichtleiters als bekannt nach.
Lichtleiter, die aus einer einzigen Faser bestehen und auch als Lichtleitstab bezeichnet werden können, sind im Grunde vergleichsweise steif und lassen sich insofern schlecht biegen. Flüssigkeitsgefüllte Lichtleiter sind andererseits gerade bei Anwendungen im Oralbereich ungünstig, denn es besteht die Gefahr, dass der Patient - versehentlich - auf den Lichtleiter beißt und so ein Leck erzeugt.
In den 80er Jahren, aber auch bis heute, ist man daher typischerweise zu Mehrfaser- Lichtleitern übergegangen; als Beispiel hierfür sei die DE 297 09 785 genannt.
Mehrfaser-Lichtleiter, die auch als multicore Lichtleiter bezeichnet werden haben den Vorteil der wesentlich verbesserten Biegbarkeit. Der Zahnarzt kann so dem Lichtleiter endsei- tig die gewünschte Form geben, um den Lichtaustritt an der gewünschten, teilweise tiefliegenden Stelle, zu erhalten.
Gleiches gilt übrigens für die Verwendung von Lichtleitern für Lichtsensoren für Dentalkameras, aber auch beispielsweise für die Verwendung von Lichtleitern in Endoskopen, die ebenfalls enge Krümmungsradien benötigen.
Es ist bereits seit langer Zeit bekannt, dass man durch optisch additive Mischungen von Grundfarben wie Rot, Gelb und Blau weisses Licht erzeugen kann. Dies wird ausgenutzt, indem LEDs entsprechender Farbgebung eng benachbart nebeneinander angeordnet werden, und deren Lichtemission dem Lichtleiter zugeleitet wird.
Zwar sind in neuerer Zeit auch sogenannte weisse LED bekannt geworden. Diese sind jedoch derzeit noch vergleichsweise teuer, und durch die Lichtmischung lässt sich auch der genaue Farbton besser an die Bedürfnisse anpassen. Es ist auch möglich, ein bestimmtes Emissionsspektrum auszuwählen.
Wenn eine einzige LED oder ein LED-Chip als Lichtquelle verwendet wird, erfolgt die Lichtemission primär an der Oberseite des LED-Chips, die typischerweise etwa 1 mm2 groß ist. Wenn nun ein muiticorer Lichtleiter, der typischerweise einen Durchmesser von 6 bis 13 mm aufweist, vor dem LED-Chip montiert wird, trifft die Haupt-Lichtemission typi- scherweise lediglich die 6 oder 7 inneren Fasern, während die äußeren Lichtleitfasern nur zu einem ganz geringen Teil ausgenutzt werden.
Um dies zu verhindern, ist es bekannt geworden, eine Sammellinse am Lichteingangssei- tigen Ende der Lichtleitfasern einzusetzen. Andererseits bedeutet das zusätzliche Vorsehen einer Sammellinse zwei weitere optische Grenzflächen mit den entsprechenden Reflexionen, so dass der Wirkungsgrad sinkt.
In beiden genannten Anwendungsfällen greift man daher gerne auf monocore Lichtleiter oder Lichtleitstäbe zurück, insbesondere da die gesamte Querschnittfläche des Lichtleiters bei monocorer Technik vom optisch wirksamen Medium eingenommen werden kann, im Gegensatz zu den Ausbeuteverlusten, die durch die Verwendung von multicoren Lichtleitern entstehen.
Bisher übliche Lichtquellen zur medizinischen oder dentalmedizinischen Verwendung, z.B. zum Polymerisieren von Dentalmaterialien, nach dem Stand der Technik waren zur Emission bestimmter festgelegter Emissionsspektren konstruiert und ausgelegt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Strahlungsquelle vorzugsweise zur medizinischen oder dentalmedizinischen Verwendung, insbesondere ein Lichthärtgerät zum Polymerisieren von Dentalmaterialien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lichtleiteinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 zu schaffen, die (bzw. das) zum einen einfach und kostengünstig herstellbar und universell verwendbar und zum anderen gerade bei medizinischen, bevorzugt zahnmedizinischen Anwendungen ergonomischer handhabbar ist, und deren (bzw. dessen) Lichtfarbe und/oder Emissionsspektrum und/oder spektrale Strahlungsleistung der abgegebenen Strahlung an Einsatzzweck und Anwendungsfall anpassbar ist, ohne dass die Lichtemission oder die Handhabbarkeit leiden würde.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Strahlungsquelle bzw. des Lichthärtgeräts erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich der Lichtleiteinrichtung für ein solches Gerät wird die Aufgabe durch Anspruch 15 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der Beschreibung und insbesondere aus den Unteransprüchen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale aus der Beschreibung und den Unteransprüchen sind dabei nach den Fachkenntnissen des einschlägigen Fachmanns frei miteinander kombinierbar und können in Verbindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 15 gemeinsam technisch realisiert werden.
Durch die Erfindung lässt sich überraschenderweise - bei sehr einfacher und kostengünstiger Ausführung und ohne Erhöhung von Platzbedarf oder Baulänge - gerade durch das Zusammenwirken zwischen der Reflektoranordnung, die die Strahlung direkt in den Lichtmischkörper einkoppelt, und diesem Lichtmischkörper, ein sehr hoher Grad an Lichtdurchmischung erzielen, und hierdurch erstaunlicherweise bei Einsatz von Lichtquellen, insbesondere LEDs, die sich hinsichtlich ihrer Lichtfarbe und/oder ihres Emissionsspektrums unterscheiden und die getrennt voneinander ansteuerbar sind, ein entsprechendes Gerät bereitstellen, dessen Lichtfarbe und/oder Emissionsspektrum und/oder spektrale Strahlungsleistung der abgegebenen Strahlung an Einsatzzweck und Anwendungsfall anpassbar ist, ohne dass die Lichtemission oder die Handhabbarkeit leiden würde.
Erfindungsgemäß besonders günstig ist es, dass sich überraschenderweise durch die Kombination von monocoren und multicoren Lichtleitern die Vorteile beider erzielen lassen, ohne dass dies mit den zu erwartenden Nachteilen erkauft würde. Die bei multicoren Lichtleitern bestehende schlechte Lichtdurchmischung wird vollständig vermieden, ebenso wie die nur partielle Lichtbeaufschlagung, die auf die zentralen Lichtleitfasern fokussiert ist. Es ist nicht erforderlich, eine Sammellinse oder andere aufwendige Lichtmischvorrichtungen eingangsseitig zu verwenden; vielmehr kann die von dem oder den LED-Chips emittierte Lichtstrahlung unmittelbar dem monocoren Lichtleiter zugeleitet werden. Dieser nimmt sie aufgrund der vergleichsweise großen Lichteintrittsfläche vollständig auf und leitet sie nach vorne.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, das in einer Lichterzeugungseinrichtung erzeugte Licht zu homogenisieren und zu mischen und über die gesamte Querschnittsfläche des Lichtleiters zu verteilen, so dass am Ausgang des Lichtleiters eine Fläche homogen hinsichtlich Helligkeit und spektraler Verteilung ausgeleuchtet werden kann. Dabei ermöglicht sie eine wirkungsvolle, einfache und verlustarme Einkopplung des emittierten Lichts, wie es insbesondere von mehreren Leuchtdioden oder anderen Halbleiterstrahlungsquellen erzeugt wird, in den Lichtleiter. In einer modifizierten Ausgestaltung der Erfindung sind mehr als ein multicorer und/oder mehr als ein monocorer Abschnitt miteinander verbunden. Dies ist beispielsweise dann günstig, wenn der Lichtleiter sehr lang ist und über seinen Verlauf Stellen aufweist, an denen er stark abgebogen werden muss. Dort sind dann multicore und im übrigen monocore Abschnitte ausgebildet.
Während typischerweise Lichtleitfasern eine 15% geringere Lichtausbeute bieten als monocore Lichtleiter, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, diese Ausbeuteverluste mindestens zu halbieren. Wenn lediglich das vordere, also lichtaustrittsseitige Drittel des Lichtleiters multicor und die rückwärtigen zwei Drittel des Lichtleiters monocor ausgebildet ist, sind die Ausbeuteverluste von 15 auf 5% reduziert.
Besonders günstig ist es auch, dass erfindungsgemäß verhindert wird, dass ein Bild des LED-Chips durch Lichtleitfasern oder multicore Lichtleiter abgebildet wird. In dem mono- coren Lichtleitabschnitt wird eine starke Durchmischung erzeugt, die so für die Lichtvergleichmäßigung sorgt.
Dennoch lassen sich bei Realisierung mehrerer verschiedenfarbiger LED-Chips die erwünschten Emissionsspektren bereitstellen, und zwar ohne dass eine zusätzliche Sammellinse und weitere aufwendige Homogenisationseinnchtungen eingesetzt werden müss- te. Dies gilt insbesondere auch für die typischerweise drei im Dreieck angeordneten verschiedenfarbigen Lichtleitchips, die beispielsweise Ihre Emissionsmaxima im roten, grünen und blauen Spektralbereich aufweisen und aus denen jegliche Lichtfarbe durch additive Lichtmischung erzeugt werden kann.
Ebenso lässt sich die erfindungsgemäße Lösung äußerst kostengünstig und mit nur minimalen konstruktiven Veränderungen in allen herkömmlichen Geräte integrieren. Darüber hinaus ist auch eine sehr einfache Montage oder Austausch von Lichtleitern in der ärztlichen oder zahnärztlichen Praxis oder beispielsweise im Dentallabor möglich. Zudem ist die erfindungsgemäße Lösung auch überaus wartungsfreundlich in der Servicewerkstatt.
Erstaunlicherweise lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lichtmischeinrichtung, trotz Ihres einfachen Aufbaus und ihrer sehr kurzen Baulänge, d. h. auch sehr kurzen Licht- mischstrecke innerhalb des Lichtmischkörpers - insbesondere im Zusammenspiel mit der im Stand der Technik üblichen Reflektoranordnung in der Lichterzeugungseinrichtung der Geräte - sowie durch den mehrfachen Phasenübergang bzw. Grenzflächenwechselwirkungen zwischen Festkörper und Luft und wieder Festkörper im Lichtweg des Strahlengangs eines solchen Gerätes, also beispielsweise Leuchtdiode/Luft, Luft/ Reflektor, Reflektor /Luft, Luft/ Schutzglas, Schutzglas/Luft, Luft/Lichtmischkörper, Lichtmischkörper /Luft, Luft/Faserbündel - auch durch Grenzflächenreflexionen und resultierende Laufzeitunterschiede unterschiedlicher Strahlenbündel im Strahlengang und deren Überlagerung ein unerwartet hohes Maß an Homogenisierung hinsichtlich der Intensitätsverteilung und der spektralen Emissionskurven über die gesamte Austrittsfläche des Lichtleiterfaserbündels hinweg erzielen. Gleichzeitig treten jedoch nur äußerst geringe Lichtverluste hinsichtlich der gesamten von den Leuchtdioden erzeugten Strahlungsenergie bis zum Austrittsende des Lichtleiterfaserbündels auf.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Verwendung teurer Faserbündel mit randomisierter Anordnung der Einzelfasern zukünftig nicht mehr notwendig ist, wodurch einerseits erhebliche Kosten bei der Fertigung der Lichtleiter eingespart werden können und andererseits mechanische Probleme, wie Verdrillung und Quetschung der Fasern, durch die thermische Ausdehnung im Betrieb und beim Autokla- vieren nicht mehr auftreten.
Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Lösung sehr einfach und kostengünstig möglich, Beleuchtungsvorrichtungen oder Lichthärtvorrichtungen bereitzustellen deren emittierte Arbeitsspektren mittels additiver Lichtmischung der Spektren von Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren durch eine entsprechende elektronische An- steuerung der verschiedenen Leuchtdioden synthetisiert werden kann. Besonders überraschend ist, dass durch die spezifische Konstruktion der erfindungsgemäßen Lösung lediglich unter Verwendung einfachster optischer Mittel bereits ein sehr hohes Maß an Homogenisierung hinsichtlich Lichtintensität und Emissionsspektren über den gesamten Beleuchtungsquerschnitt erzielt werden kann und gleichzeitig der Wirkungsgrad der Lichtübertragung verbessert und die Verlustleistung verringert werden kann.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Lichtmischeinrichtung optimal im Bezug auf die Leuchtdioden oder Halbleiterstrahlungsquellen positioniert werden. Dabei können die Positionierungsparameter derartig gewählt werden, dass die Eintrittsfläche des Lichtmischkörpers "Out of focus" bezüglich jeweiliger Brennpunkte von den Leuchtdioden oder Halbleiterstrahlungsquellen zugeordneten Reflektoren platziert ist und einerseits möglichst vollflächig von den Eintrittsstrahlenbündeln ausgeleuchtet wird und andererseits der Eintrittswinkelbereich der eintretenden Strahlung möglichst vollständig den durch die numerische Apertur des Lichteintrittsendes des Lichtmischkörpers vorgegebenen Eintitts- oder Akzeptanzkegel ausgeschöpft wird.
Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung wird jede unnötige zusätzliche Biegung im Strahlengang des Lichtwegs vermieden. Insbesondere können auch jegliche Krümmungen innerhalb eines (monocoren) Lichtleitstabs entfallen, die, wie es sich gezeigt hat, zu erheblichen zusätzlichen Lichtverlusten innerhalb des Lichtweges führen und den Wirkungsgrad beträchtlich verschlechtern.
Überraschenderweise zeigt sich zudem als Vorteil der Erfindung, dass bereits ein Lichtmischkörper mit geringer Baulänge, welche in der Größenordnung des Durchmessers des Lichtmischkörpers liegt, dazu in der Lage ist, das Licht von verschiedenfarbigen LED-Cips oder Halbleiterstrahlungsquellen oder deren unterschiedliche Emissionsspektren gut zu durchmischen, so dass gut durchgemischtes Licht in den multicoren Abschnitt des Lichtleiters eintritt und keine Farbvarianz über die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters feststellbar ist.
In erfindungsgemäß besonders günstiger Weise kann der Übergang zwischen dem mono- core und dem multicoren Abschnitt des Lichtleiters unter Beibehaltung des Brechungsindex erfolgen. Hierzu kann ein Glasklebstoff oder ein Zementklebstoff eingesetzt werden, dessen Brechungsindex dem des verwendeten optischen Materials für den Lichtleiter entspricht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Lichtleiter über eine Hülse auszusteifen, die sich besonders bevorzugt über den Übergang zwischen den monocoren und dem multicoren Abschnitt erstreckt. Die Hülse hat den zusätzlichen Vorteil, dass ein Steifigkeitssprung verhindert wird, der die Belastbarkeit des Lichtleiters gegen Scherbeanspruchung durch seitliche Anlage an dem Applikationsort reduziert. Die eingeleiteten Kräfte werden von dem multicoren Abschnitt mindestens teilweise auf den steiferen monocoren Abschnitt übergeleitet. Dennoch ist die Biegbarkeit und Flexibilität des vorderen Endes des Lichtleiters in großem Umfang gegeben, also an der Stelle, an welcher die Biegbarkeit in der praktischen Anwendung essentiell ist.
Bevorzugt besteht die Hülse aus Metall, insbesondere aus rostfreien Stahl und weist eine Wandstärke auf, die weniger als ein Fünftel, insbesondere weniger als ein Fünfzehntel des Durchmessers des Lichtleiters beträgt. Alternativ kann die Hülse einen hochtempera- turbestängigen Kunststoff, insbesondere einem Sulfon-, Etherketon-, oder Imid- Kunststoff, oder -Kunststoff-Verbundwerkstoff - aufweisen, mit welcher der Lichtmischkörper vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Hierdurch kann einerseits die erforderliche Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Formstabilität der Verbindungsschnittstelle gewährleistet werden und andererseits aufgrund der elastischen Eigenschaften der entsprechenden Kunststoffwerkstoffe eine Aufnahmefähigkeit für thermische Ausdehnungsbewegungen und Begrenzung thermischer Verspannungen erzielt werden. Zugleich ermöglichte eine solche Verbindungsschnittstelle aus einem derartigen Kunststoffwerkstoff den gezielten Einsatz von Presspassungen und/oder Vorspannungen einerseits zwischen der Verbindungsschnittstelle und dem Lichtmischkörper, welcher in diesem Fall vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Verbindungsschnittstelle verbunden sein kann wie auch zwischen der Verbindungsschnittstelle und dem Anschlussbauteil, an dem die Verbindungsschnittstelle unter Einsatz einer Presspassung und/oder Vorspannung spielfrei und sicher gegenüber Temperaturwechseln befestigt sein kann.
Besonders bevorzugt erfolgt ferner ein Übergang von dem monocoren Abschnitt auf den multicoren Abschnitt unmittelbar, also ohne Luftschicht, und der Brechungsindex ändert sich über den Verlauf des Übergangs um weniger als 50 %, insbesondere um weniger als 20 %.
Verglichen mit dem aus der DE-OS 23 52 670 bekannten biegsamen monocoren Lichtleiter weist der multicore Abschnitt zudem den Vorteil auf, dass die Ausbeuteverluste im Verhältnis zum geraden Verlauf des Lichtleiters sinken. Ein stark gebogener multicorer Lichtleiter hat typischerweise eine geringere Dämpfung als ein in gleichem Radius gebo¬ gener monocorer Lichtleiter, so dass erfindungsgemäß für den geraden Bereich des Lichtleiters der Lichtleitertyp (Monocore) mit den dort geringsten Verlusten mit dem Lichtleiter- typ (Multicore) kombiniert wird, der für den gebogenen Bereich die geringsten Verluste aufweist.
Besonders günstig ist es, wenn der multicore Abschnitt eine Biegung aufweist oder abge- kröpft ist, insbesondere dem lichtaustrittseitigen Ende benachbart. Durch eine solche Formgebung und Anordnung wird die Handhabung im Gebrauch erheblich verbessert und erleichtert. Hierbei werden die Lichtverluste gering gehalten.
In weiterer besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dem mo- nocoren Abschnitt eine Länge zu geben, die mindestens seinem 5-fachen Durchmesser entspricht. Es versteht sich, dass die Länge aber auch in beiden Bereichen variierbar ist, beispielsweise vom doppelten, dreifachen, bis zum sieben- oder gar zehnfachen des Durchmessers.
Günstigerweise sind der monocore und/oder der multicore Abschnitt zumindest über einen Teil ihrer Länge konisch ausgebildet, insbesondere sich zum lichtaustrittseitigen Ende hin verjüngend. Hierdurch lässt der Lichtleiter schlanker gestalten, was die Handhabung beispielsweise im Mund eines Patienten erleichtert, und/oder die Strahlungsenergie beispielsweise aus einem größeren Diodenarray auf beispielsweise eine kleinere Behandlungsfläche konzentrieren.
In erfindungsgemäß günstiger Weise bestehen sowohl der monocore als auch die Einzelfasern des multicoren Abschnitts aus einem Kernglas und einem Mantelglas. In an sich bekannter Weise unterscheiden sich diese stark in ihrem Brechungsindex, was zur erwünschten Vollreflexion führt. Durch einen solchen koaxialen Aufbau des Lichtmischkörpers aus zwei unterschiedlichen transparenten Materialien, vorzugsweise aus zwei Glassorten, mit unterschiedlichen Brechungsindices können die Strahlungsverluste bei der Totalreflexion vermindert und eine bessere Führung der Strahlung bewirkt werden. Im Unterschied zu üblichen Lichtleitern, wie sie beispielsweise im Bereich der Lichtwellenleittech- nik verbreitet eingesetzt werden, besteht bei dem hier angegebenen Lichtmischkörper vorzugsweise ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies von Kern- und Mantelschicht, der vorzugsweise mindestens 0,1 Einheiten beträgt. Ein solcher größerer Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies vergrößert die numerische Apertur des Lichtmischkörpers und erlaubt auch das "Einfangen" von einfallenden Licht- strahlen, die stark vom Einfallslot der Lichteintrittsfläche des Lichtmischkörpers abweichen und gewährleistet so eine Vergrößerung des Eintrittskegels für die Strahlung der Lichterzeugungseinrichtung. Als weiterer Vorteil vergrößert sich der Winkelbereich für die Totalreflexion der im Lichtmischkörper fortgeleiteten Strahlung und der Reflexionskoeffizient verbessert sich erheblich. Anstelle von Gläsern können für Kern- und/oder Mantelbereiche des Lichtmischkörpers auch andere transparente anorganische Werkstoffe oder Keramiken aber auch organische Gläser mit oder ohne Dotierung oder transparente Kunststoffwerkstoffe eingesetzt werden.
In weiterer günstiger Ausgestaltung ist an der äußeren Oberfläche des monocoren, oder des multicoren Abschnitts, aber gegebenenfalls auch an beiden Abschnitten eine Beschichtung vorgesehen, die den Lichtaustritt verhindert und insofern intransparent ist. Die Beschichtung kann auch metallisch reflektierend ausgestaltet sein. Durch eine zusätzliche reflektierende Schicht können Lichtverluste innerhalb des Lichtmischkörpers weiter reduziert und gleichzeitig die numerische Apertur des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden, so dass der Akzeptanzwinkel des Lichteintrittskegels des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden kann. Einen weiteren Aspekt stellt es dar, dass die Reflexion der innerhalb des Lichtmischkörpers fortgeleiteten Lichtstrahlung bei diesem Ausführungsbeispiel an zwei Begrenzungsoberflächen stattfindet und damit jeder reflexiv im Lichtmischkörper fortgeleitete Lichtstrahlen jeweils in zwei gegeneinander versetzte Teilstrahlen aufgespalten wird, in einen ersten Teilstrahl der an der Grenzschicht zwischen Kern und Mantel des Lichtmischkörpers partiell total reflektiert wird, und einen zweiten Lichtstrahl, dessen Reflexion an der reflektierenden Außenschicht des Lichtmischkörpers eintritt, wodurch sich die Homogenisierungsleistung des Lichtmischkörpers noch weiter verbessert.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das vorderere Ende des Lichtleiters, das Teil des multicoren Abschnitts ist, mit einem vorgegebenen Winkel abgebogen ist, beispielsweise 45 Grad zur optischen Achse der Lichtquelle, die den Lichtleiter beaufschlagt. Durch eine solche Formgebung und Anordnung wird die Handhabung im Gebrauch erheblich verbessert und erleichtert.
In modifizierter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, das vordere Ende bieg¬ sam auszugestalten, so dass es je nach Anwendungsfall abgebogen werden kann, bei- spielsweise um 90 Grad oder sogar mehr als 90 Grad. Hierdurch kann die Handhabung im Gebrauch in spezifischen Anwendungssituationen beispielsweise in schwer zugänglichen Regionen des Mundraumes eines Patienten weiter verbessert und erleichtert werden.
Besonders günstig ist es jedenfalls, dass im monocoren Abschnitt die von den LED-Chips emittierten verschiedenen Farben gut durchmischt werden, so dass gut durchmischtes Licht in den multicoren Abschnitt eintritt und keine Farbvarianz über die Lichtaustrittsfläche feststellbar ist.
Wenn der erfindungsgemäße brechnungsidentische Klebstoff zwischen dem monocoren und multicoren Abschnitt temperaturfest ist, ist der erfindungsgemäße Lichtleiter nicht nur abnehmbar, sondern auch autoklavierbar. Dies spielt insbesondere bei der Verwendung im Rahmen von Dentallichtleitern und Endoskopen eine Rolle.
Die Lagerung des Lichtleiters gegenüber der Lichtquelle kann in einer beliebigen geeigneten Weise erfolgen, beispielsweise über eine Buchse, die auch eine Drehbarkeit des Lichtleiters gegenüber der Lichtquelle ermöglicht, sowie dessen Abnehmbarkeit ermöglicht. Aber auch sämtliche andere Konstruktionensvarianten für die Verwendung zwischen Lichtleiter und dem Beleuchtungs- oder Lichthärtgerät, wie sie bisher im Stand der Technik vorgeschlagen wurden, lassen sich problemlos mit der erfindungsgemäßen Lösung kombinieren. Somit kann die Verbindungsschnittstelle zwischen dem Lichtleiter und der Beleuchtungs- oder Lichthärtvorrichtung in beliebiger Weise an die technischen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass hierfür spezielle Lösugen entwickelt werden müss- ten.
Erfindungsgemäß lässt sich der Lichtleiter günstig in einem Lichthärtgerät (oder einer Strahlungsquelle) einsetzen, wobei der Lichtleiter gegenüber dem Lichthärtgerät (oder der Strahlungsquelle) bevorzugt verdrehbar ist, und insbesondere an diesem abnehmbar gelagert ist. Durch die Verdrehbarkeit kann beispielsweise ein Zahnarzt Austrittsstelle und Austrittsrichtung des Lichtkegels aus dem Lichtleiter an die Lokalisation der zu behandelnden Zahnfläche anpassen. Die Abnehmbarkeit des Lichtleiters ermöglicht eine einfache Autoklavierung desselben unabhängig vom Lichthärtgerät (oder von der
Strahlungsquelle). Der Raum zwischen dem Lichteintrittsende des monocoren Abschnitts und der Lichtquelle kann in beliebiger geeigneter Weise gefüllt sein, beispielsweise auch mit Silikon oder einer anderen transparenten Masse , dessen bzw. deren Brechungsindex im Wesentlichen dem Brechungsindex des verwendeten Glases entspricht, so dass nur sehr geringe Reflexionsverluste bei Medienübergang entstehen. Es ist auch möglich, den Raum mit der transparenten Masse zu vergießen.
Auch wenn hier die Verwendung von Glas sowohl für den monocoren Abschnitt als auch dem multicoren Abschnitt des Lichtleiters herausgestellt ist, versteht es sich, dass beliebige andere geeignete Materialien, insbesondere transparenter Kunststoff, für die Bereitstellung des Lichtleiters verwendbar sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der monocore Abschnitt eine Länge aufweist, die mindestens dem 1 ,5-fachen Durchmesser des monocoren Abschnittes entspricht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der monocore Abschnitt und/oder die Lichtleitfasern des multicoren Abschnitts aus einem Kernglas und einem Mantelglas bestehen. Durch einen solchen koaxialen Aufbau des Lichtmischkörpers aus zwei unterschiedlichen transparenten Materialien, vorzugsweise aus zwei Glassorten, mit unterschiedlichen Brechungsindices können die Strahlungsverluste bei der Totalreflexion vermindert und eine bessere Führung der Strahlung bewirkt werden. Im Unterschied zu üblichen Lichtleitern, wie sie beispielsweise im Bereich der Lichtwellenleittech- nik verbreitet eingesetzt werden, besteht bei dem hier angegebenen Lichtmischkörper vorzugsweise ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies von Kern- und Mantelschicht, der vorzugsweise mindestens 0,1 Einheiten beträgt. Ein solcher größerer Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies vergrößert die numerische Apertur des Lichtmischkörpers und erlaubt auch das "Einfangen" von einfallenden Lichtstrahlen, die stark vom Einfallslot der Lichteintrittsfläche des Lichtmischkörpers abweichen und gewährleistet so eine Vergrößerung des Eintrittskegels für die Strahlung der Lichterzeugungseinrichtung. Als weiterer Vorteil vergrößert sich der Winkelbereich für die Totalreflexion der im Lichtmischkörper fortgeleiteten Strahlung und der Reflexionskoeffizient verbessert sich erheblich. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich an der äusseren Oberfläche des monocoren und/oder des multicoren Abschnittes eines Be- schichtung befindet, die den Austritt von Licht aus dem Lichtleiter verhindert und/oder dort auftreffendes Licht reflektiert. Durch eine solche zusätzliche reflektierende Schicht können Lichtverluste innerhalb des Lichtmischkörpers weiter reduziert und gleichzeitig die numerische Apertur des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden, so dass der Akzeptanzwinkel des Lichteintrittskegels des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden kann. Einen weiteren Aspekt stellt es dar, dass die Reflexion der innerhalb des Lichtmischkörpers fortgeleiteten Lichtstrahlung bei diesem Ausführungsbeispiel an zwei Begrenzungsoberflächen stattfindet und damit jeder reflexiv im Lichtmischkörper fortgeleitete Lichtstrahlen jeweils in zwei gegeneinander versetzte Teilstrahlen aufgespalten wird, in einen ersten Teilstrahl der an der Grenzschicht zwischen Kern und Mantel des Lichtmischkörpers partiell total reflektiert wird, und einen zweiten Lichtstrahl, dessen Reflexion an der reflektierenden Außenschicht des Lichtmischkörpers eintritt, wodurch sich die Homogenisierungsleistung des Lichtmischkörpers noch weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die beiden Abschnitte mit einem Zementklebstoff und/oder einem Glasklebstoff an einem Übergang miteinander verbunden sind, der und/oder die einen Brechungsindex wie Glas aufweist. Hierdurch können die Übertrittsverluste durch Grenzflächenreflexionen aufgrund der zweimaligen sprunghaften Änderung des Brechungsindexes deutlich vermindert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass zumindest der monocore Abschnitt von einer Hülse umgeben ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich die Hülse mindestens über den Übergang zwischen dem monocoren Abschnitt und dem multicoren Abschnitt erstreckt, so dass zumindest ein sich an den monocoren Abschnitt anschließender Teilbereich des multicoren Abschnitts ebenfalls von der Hülse umgeben ist. Hier¬ durch ergibt sich eine erhebliche Aussteifung der mechanischen Verbindung der beiden Lichtleiterabschnitte und eine Überleitung des Kraftflusses über die mechanisch gefährdete Verbindungsstelle zwischen den Lichtleiterabschnitten. Die Hülse hat den zusätzlichen Vorteil, dass ein Steifigkeitssprung verhindert wird, der die Belastbarkeit des Lichtleiters gegen Scherbeanspruchung durch seitliche Anlage an dem Applikationsort reduziert. Die eingeleiteten Kräfte werden von dem multicoren Abschnitt mindestens teilweise auf den steiferen monocoren Abschnitt übergeleitet. Dennoch ist die Biegbarkeit und Flexibilität des vorderen Endes des Lichtleiters in großem Umfang gegeben, also an der Stelle, an welcher die Biegbarkeit in der praktischen Anwendung essentiell ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Durchmes¬ ser des Lichtleiters 6 mm bis 13 mm beträgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der monocore und/oder der multicore Abschnitt zumindest über einen Teil ihrer Länge konisch ausgebildet sind. Hierdurch lässt der Lichtleiter schlanker gestalten, was die Handhabung beispielsweise im Mund eines Patienten erleichtert, und/oder die Strahlungsenergie beispielsweise aus einem größeren Diodenarray auf beispielsweise eine kleinere Behandlungsfläche konzentrieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich das licht- eintrittseitige Ende an dem monocoren Abschnitt und das lichtaustrittseitige Ende an dem multicoren Abschnitt befindet. Hierdurch lassen sich einerseits die Lichtdurchmischung und -homogeiiisierung deutlich verbessern und Lichtverluste minimieren. Andererseits ist diese Ausführungsform hinsichtlich Formgebung (Abwinkelung, Kröpfung) des Lichtleiters oder Ausstattung mit einem flexiblen Endabschnitt vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der multicore Abschnitt eine Biegung aufweist oder abgekröpft ist. Durch eine solche Formgebung und Anordnung wird die Handhabung im Gebrauch erheblich verbessert und erleichtert. Hierbei werden die Lichtverluste gering gehalten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich eine Lichtaustrittsfläche des multicoren Abschnittes in einem Winkel von 2° bis 90° gegenüber einer senkrecht zur Längserstreckung des monocoren Abschnittes verlaufenden Lichteintrittsfläche erstreckt. Durch eine solche Formgebung und Anordnung wird die Handhabung im Gebrauch erheblich verbessert und erleichtert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das lichtein- trittseitige Ende des monocoren Abschnittes eine Verbindungsschnittstelle zum Lichthärtgerät (oder zu der Strahlungsquelle) aufweist, mit dem polymerisierbares Dentalmaterial ausgehärtbar ist. Hierdurch ist ein flexibles An- und Abkoppeln des Lichtleiters an das Lichthärtgerät (oder die Strahlungsquelle) gewährleistet, wobei der Lichtleiter einfach getrennt vom Gerät autoklaviert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Verbindungsschnittstelle von einer formschlüssig mit dem Lichthärtgerät (oder der Strahlungsquelle) verbindbaren Buchse gebildet ist, die fest mit dem lichteintrittseitigen Ende des monocoren Abschnitts verbunden ist. Dies stellt eine mechanisch besonders vorteilhafte Ausgestaltung dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Lichtmischkörper rotationssymetrisch ausgebildet sein. Dies stellt eine konstruktiv besonders zweckmäßige Lösung dar, die zudem eine weitgehende Anpassung der optischen Eigenschaften des Lichtmischkörpers hinsichtlich der Homogenisierungsleistung bei gegebener Baulänge, beispielsweise eine Anpassung an die geometrisch optischen Strahlungsgänge, die bezüglich der Lichterzeugungseinrichtung vorgegeben sind, etwaige notwendige Anpassungen hinsichtlich der numerischen Apertur im Bezug auf das Lichteintrittsende des Lichtmischkörpers und zwischen Lichtmischkörper und Faserbündel des Lichtleiters vorgenommen werden. Außerdem ist es möglich, die Größe der Lichteintrittsfläche des Lichtmischkörpers an die Geometrie der Lichterzeugungseinrichtung einerseits anzupassen und andererseits beispielsweise die Lichtenergie auf ein Faserbündel mit geringerem Durchmesser zu konzentrieren. Des Weiteren können beispielsweise gekrümmte Wandabschnitte oder Verjüngungen im Querschnitt des Lichtmischkörpers die Reflexionswinkel der Lichtstrahlen, die innerhalb des Lichtmischkörpers total reflektiert werden, beeinflusst und modifiziert werden und durch eine höhere Zahl von Wandreflexionen des Lichts die Lichthomogenisierung innerhalb des Lichtmischkörpers weiter verbessern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Lichtmischkörper zylindrisch ausgebildet sein und vorzugsweise eine plane Lichteintritts- und/oder -austrittsfläche auf¬ weisen. Diese Ausgestaltung des Lichtmischkörpers ist technisch besonders einfach zu realisieren und lässt sich daher sehr kostengünstig herstellen, wobei jedoch erstaunlicher- weise bereits ein hohes Maß an Homogenisierung hinsichtlich der Intensitätsverteilung und der spektralen Emissionskurven über die gesamte Austrittsfläche des Lichtleiterfaserbündels hinweg erzielt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Lichteintritts- und -austrittsfläche eine polierte Oberfläche und/oder eine Oberflächenvergütung oder andere reflexionsmindernde Beschichtungen aufweisen und/oder mit einem Immersionsmittel beaufschlagbar seien. Durch eine derartige polierte Oberfläche, deren Oberflächenrestrauigkeit vorzugsweise höchstens einen kleinen Bruchteil der verwendeten Lichtwellenlänge beträgt, lassen sich die Transmissionseigenschaften des Lichtmischkörpers verbessern und Lichtverluste stark verringern. Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin eine Oberflächenvergütung oder andere reflexionsmindernde Beschichtungen auf Lichtein- und/oder -austrittsflä- chen des Lichtmischkörpers angebracht seien. Durch diese Maßnahme können Lichtverluste beim Durchgang durch den Lichtmischkörper weiter verringert werden. Alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen ist es auch denkbar, ein Immersionsmittel wie beispielsweise ein Immersionsöl zum Beispiel Silikonöl auf die entsprechenden Oberflächen des Lichtmischkörpers aufzugeben, so dass sich der Spalt zwischen dem Lichtmischkörper und beispielsweise dem Faserbündel des Lichtleiters oder dem Schutzglas über Leuchtdioden oder Halbleiterstrahlungsquellen mit zugeordneten Reflektoren mit diesem Immersionsmittel vollständig füllt und somit anstelle eines Festkörper-Luft- Festkörper-Phasenübergangs ein Festkörper-Flüssigkeits-Festkörper-Phasenübergang tritt. Durch den gegenüber Luft erhöhten Brechungsindex des Immersionsmittels können einerseits Lichtverluste durch Grenzflächenreflexion weiter verringert werden und andererseits auch Anpassungen der numerischen Apertur der aneinander anschließenden optischen Komponenten herbeigeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Lichtmischkörper zumindest einen lichtleitenden Kern, vorzugsweise aus einem Kernglas, mit einem ersten Brechungsindex und einem lichtleitenden Mantel, vorzugsweise aus einem Mantelglas, mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der zweite Brechungsindex geringer - vorzugsweise um mindestens 0,1 Einheiten geringer - ist, als der erste Brechungsindex. Durch einen solchen koaxialen Aufbau des Lichtmischkörpers aus zwei unterschiedlichen transparenten Materialien, vorzugsweise aus zwei Glassorten, mit unterschiedlichen Bre- chungsindices können die Strahlungsverluste bei der Totalreflexion vermindert und eine bessere Führung der Strahlung bewirkt werden. Im Unterschied zu üblichen Lichtleitern, wie sie beispielsweise im Bereich der Lichtwellenleittechnik verbreitet eingesetzt werden, besteht bei dem hier angegebenen Lichtmischkörper vorzugsweise ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies von Kern- und Mantelschicht, der vorzugsweise mindestens 0,1 Einheiten beträgt. Ein solcher größerer Unterschied zwischen den beiden Brechungsindizies vergrößert die numerische Apertur des Lichtmischkörpers und erlaubt auch das "Einfangen" von einfallenden Lichtstrahlen, die stark vom Einfallslot der Lichteintrittsfläche des Lichtmischkörpers abweichen und gewährleistet so eine Vergrößerung des Eintrittskegels für die Strahlung der Lichterzeugungseinrichtung. Als weiterer Vorteil vergrößert sich der Winkelbereich für die Totalreflexion der im Lichtmischkörper fortgeleiteten Strahlung und der Reflexionskoeffizient verbessert sich erheblich. Anstelle von Gläsern können für Kern- und/oder Mantelbereiche des Lichtmischkörpers auch andere transparente anorganische Werkstoffe oder Keramiken aber auch organische Gläser mit oder ohne Dotierung oder transparente Kunststoffwerkstoffe eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Lichtmischkörper an seiner Um- fangsfläche eine reflexionserhöhende Beschichtung oder eine reflektierende Hülse aufweisen. Durch eine solche zusätzliche reflektierende Schicht können Lichtverluste innerhalb des Lichtmischkörpers weiter reduziert und gleichzeitig die numerische Apertur des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden, so dass der Akzeptanzwinkel des Lichteintrittskegels des Lichtmischkörpers erheblich vergrößert werden kann. Einen weiteren Aspekt stellt es dar, dass die Reflexion der innerhalb des Lichtmischkörpers fortgeleiteten Lichtstrahlung bei diesem Ausführungsbeispiel an zwei Begrenzungsoberflächen stattfindet und damit jeder reflexiv im Lichtmischkörper fortgeleitete Lichtstrahlen jeweils in zwei gegeneinander versetzte Teilstrahlen aufgespalten wird, in einen ersten Teilstrahl der an der Grenzschicht zwischen Kern und Mantel des Lichtmischkörpers partiell total reflektiert wird, und einen zweiten Lichtstrahl, dessen Reflexion an der reflektierenden Außenschicht des Lichtmischkörpers eintritt, wodurch sich die Homogenisierungsleistung des Lichtmischkörpers noch weiter verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Durchmesser des Lichtmischkörpers vorzugsweise zwischen 2 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 6 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 13 mm betragen und die Länge des Lichtmischkörpers größer sein als der 0,5-fache Durchmesser, insbesondere größer sein als der 0,8-fache Durchmesser, und vorzugsweise kleiner sein als der 5-fache Durchmesser, insbesondere kleiner sein als der 2-fache Durchmesser des Lichtmischkörpers. Diese Abmessungen stellen einen besonders günstige konstruktive Dimensionierung hinsichtlich der Geometrie des Lichtmischkörpers dar. Auf diese Weise lässt sich bei minimierten Au¬ ßenabmessungen ein Optimum an Lichtdurchmischung und Homogenisierung erzielen. Außerdem tragen die angegebenen Durchmesser den geometrisch optischen Gegebenheiten bezüglich der Größe der Lichterzeugungseinrichtung und dem Eintrittsdurchmesser des Faserbündels des Lichtleiters wie er typischerweise in den angegebenen Bereichen der Medizin und Dentalmedizin zum Einsatz kommt, Rechnung.
In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform kann die Lichtmischeinrichtung eine Verbindungsschnittstelle - vorzugsweise mit einem hochtemperaturbestängigen Kunststoff, insbesondere einem Sulfon-, Etherketon-, oder Imid- Kunststoff, oder -Kunststoff- Verbundwerkstoff - aufweisen, mit welcher der Lichtmischkörper vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist, wobei die Verbindungsschnittstelle vorzugsweise selbstjustierend bezüglich des Lichtleiters und/oder der Lichterzeugungseinrichtung mit mindestens einer der beiden verbindbar ist. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Montage des Lichtmischkörpers innerhalb des Strahlengangs der Beleuchtungsvorrichtung oder Lichthärtvorrichtung dar. Dabei kann die Verbindungsschnittstelle mit dem Lichtleiter und/oder am oder im Gehäuse der Beleuchtungs- oder Lichthärtvorrichtung mit der Lichterzeugungseinrichtung verbindbar sein, wobei die Verbindungsschnittstelle vorzugsweise derart ausgeformt ist, dass diese eine Selbstjustierung bezüglich des Lichtleiters und/oder der Lichterzeugungseinrichtung vornimmt und somit ohne zusätzlichen Montage- und Justierungsaufwand exakt innerhalb des Strahlengangs positioniert ist. Die Verbindungsschnittstelle ist dabei zumindest in wesentlichen Teilen vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere einem Sulfon-, Etherketon-, oder Imid-Kunststoff oder -Kunststoff-Verbundwerkstoff hergestellt. Hierdurch kann einerseits die erforderliche Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Formstabilität der Verbindungsschnittstelle gewährleistet werden und andererseits aufgrund der elastischen Eigenschaften der entsprechenden Kunststoffwerkstoffe eine Aufnahmefähigkeit für thermische Ausdehnungsbewegungen und Begrenzung thermischer Verspannungen erzielt werden. Zugleich ermöglichte eine solche Verbindungsschnittstelle aus einem derartigen Kunststoffwerkstoff den gezielten Einsatz von Presspassungen und/oder Vorspannungen einerseits zwischen der Verbindungsschnittstelle und dem Lichtmischkörper, welcher in diesem Fall vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Verbindungsschnittstelle verbunden sein kann wie auch zwischen der Verbindungsschnittstelle und dem Anschlussbauteil, an dem die Verbindungsschnittstelle unter Einsatz einer Presspassung und/oder Vorspannung spielfrei und sicher gegenüber Temperaturwechseln befestigt sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Lichteintritts- und/oder Austrittsfläche des Lichtmischkörpers aplanar ausgebildet sein. So ist es beispielsweise denkbar, die entsprechenden Flächen des Lichtmischkörpers leicht wellenförmig oder onduliert auszuführen, beispielsweise wie die konzentrischen ringförmigen Wellen, die sich nach einem Steinwurf in einer Wasseroberfläche ausbilden. Durch eine solche Oberflächengestaltung werden dann an eintretende bzw. austretende Lichtstrahlen - im Vergleich zu einer planaren Oberfläche - alternierend in Radialrichtung des Lichtmischkörpers leicht ausgelenkt und dabei über einen größeren Winkelbereich gestreut, wodurch die Lichtmischwirkung des Lichtmischkörpers deutlich gesteigert werden kann. Eine ähnliche Wirkung ließe sich auch bei einer facettenförmigen Oberflächengestaltung oder bei einem Fresnelschliff der entsprechenden stirnseitigen Lichtmischkörperflächen erzielen. Des Weiteren wäre es aber auch denkbar, die entsprechenden Flächen des Lichtmischkörpers konvex oder konkav auszubilden um hierdurch beispielsweise die Akzeptanzwinkel für den Lichteintrittskegel zu erhöhen oder Anpassungen bezüglich der numerischen Eintrittsund/oder Austrittsapertur vorzunehmen und so beispielsweise die Divergenz des Austrittsstrahls aus dem Lichtmischkörper zu begrenzen und an die numerische Apertur des Faserbündels anzupassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Lichtmischeinrichtung zur Nachrüstung einer Beleuchtungsvorrichtung oder einer Lichthärtvorrichtung vorgesehen und ausgebildet sein und - vorzugsweise in einer Buchse - zwischen dem Lichtleiter und dem Gehäuse der Lichterzeugungseinrichtung bzw. des Lichthärtgeräts montierbar sein. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, bereits bestehende und im Einsatz befindliche Beleuchtungsvorrichtungen oder Lichthärtvorrichtungen mit der vorteilhaften erfindungsgemäßen Lichtmischeinrichtung nachzurüsten und somit in ihrer Leistungsfähigkeit zu verbessern und auch nachträglich mit den erfindungsgemäßen Vorteilen auszustatten.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters; und
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters.
Der in Fig. 1 dargestellte Lichtleiter 10 weist einen monocoren Abschnitt 12 und einen multicoren Abschnitt 14 auf. Beide Abschnitte 12 und 14 weisen den gleichen Außendurchmesser auf und gehen in einem Übergang 16 bündig ineinander über. Der monoco- re Abschnitt 12 ist einem lichteintrittsseitigen Ende 18 des Lichtleiters 10 benachbart angeordnet und der multicore Abschnitt 14 einem lichtaustrittsseitigen Ende 20 des Lichtleiters.
Der monocore Abschnitt erstreckt sich gerade und nimmt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa eine Länge von dreiviertel der Länge des Lichtleiters ein. Der multicore Abschnitt 14 nimmt das letzte, das vordere Viertel des Lichtleiters ein und ist dem Ende 20 benachbart abgebogen, und zwar etwa um einen Winkel von 60 Grad.
Eine Lichtaustrittsachse 22 erstreckt sich dementsprechend in einem Winkel von etwa 60 Grad zu einer Lichteintrittsachse 24.
Sowohl der monocore Abschnitt 12 als auch der multicore Abschnitt 14 weisen außen einen nicht im Einzelnen dargestellten Mantel 26 auf, der wie ein Überzug ausgebildet ist und dort von Innen auftreffende Lichtstrahlung nach innen zurückreflektiert.
Der monocore Abschnitt ist als massiver, stabförmiger Lichtleitstab ausgebildet, der von dem Mantel 26 umgeben ist. Demgegenüber besteht der multicore Abschnitt 14 aus einer Vielzahl, beispielsweise 100 bis 500 einzelnen Lichtleitfasern 30, wie es in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch der multicore Abschnitt 14 steif ausgebildet. An dem Übergang 16 sind die beiden Abschnitte 12 und 14 mit einem Glasklebstoff miteinander verbunden. Der Lichtleitstab des monocoren Abschnitts, die Lichtleitfasern 30 des multicoren Abschnitts 14 und der nicht dargestellte Glasklebstoff weisen je gleiche Brechungsindizes auf, so dass Reflexionen an den Phasengrenzen nach Möglichkeit vermieden werden.
Der monocore Abschnitt 12 weist an seinem lichteintrittsseiten Ende 18 eine Steckhülse 32 auf. Über die Steckhülse 32 ist der Lichtleiter 10 an einer entsprechenden Steckbuchse eines Lichthärtgeräts einsteckbar gelagert, wobei die Steckbuchse in an sich bekannter Weise ausgebildet ist und hier nicht dargestellt ist.
Der Lichteintritt in das licheintrittsseitige Ende 18 erfolgt über eine Lichtquelle 34, die eine Mehrzahl von einzelnen LED-Chips umfasst, von denen die Chips 36 und 38 in Fig. 1 dargestellt sind. Der Lichtaustritt der Lichtquelle 34 ist über einen Reflektor 40 in an sich bekannter Weise gebündelt. Der Raum 42 zwischen der Lichtquelle 34 und dem Ende 18 ist mit Silikon oder einer anderen Masse gefüllt, deren Brechungsindex dem von Glas nahe kommt.
Die Chips 36 und 38 sind auf einem Kühlkörper 44 montiert, der die dort erzeugte Wärme abführt.
Die Chips 36 und 38 weisen unterschiedliche Emissionsmaxima auf und sind bevorzugt getrennt steuerbar.
Wenn alle LED-Chips der Lichtquelle 34 eingeschaltet sind, ist der Raum 42 von Licht unterschiedlicher Farbe erfüllt. In dem monocoren Abschnitt 12 erfolgt jedenfalls eine gute Lichtmischung, so dass in die Lichtleitfasern 30 weisses Licht eingeleitet wird.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtleiters ist in Fig. 2 dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist hier der multicore Abschnitt 14 biegsam ausgestaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die optische Lichtaustrittsachse 22 in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Lichteintrittsachse 24; es versteht sich, dass jedoch auch eine beliebige andere Position, und auch sogar eine Umlenkung um nahezu 180 Grad möglich ist.
Der Übergang 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel von einer Hülse 50 umgeben, die der Aussteifung des Übergangs dient und verhindert, dass bei starker mechanischer Beanspruchung der an dem Übergang vorgesehene Zementklebstoff versagt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, lässt sich der Lichtleitstab mittels der Lichtleiter 10 insgesamt drehen; dies ist auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 möglich. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist lediglich ein einziger Chip 36 als Lichtquelle 34 vorgesehen, der auf dem Kühlkörper 44 zentral montiert ist. Der Raum 42 ist recht klein, was bereits deswegen günstig ist, da Silikon typischerweise höhere Lichtverluste erzeugt als Glas. Insofern ist übrigens auch der Raum 42 gemäß Fig. 1 übertrieben lang dargestellt; in der Praxis beträgt die Länge des Raums 42 beispielsweise ein Drittel oder weniger des Durchmessers des Lichtleiters 10.
Der Durchmesser des Lichtleiters beträgt gemäß Fig. 1 12 mm, und gemäß Fig. 2 5 mm, wobei es sich versteht, dass der Durchmesser des Lichtleiters beliebige Werte annehmen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dies gilt auch für die Längenverteilung zwischen dem monocoren und dem multicoren Abschnitt.
Beispielsweise kann allein der monocore Abschnitt mindestens acht mal so lang wie sein Durchmesser sein. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 beträgt die Länge des multicoren Abschnitts 14 etwa zwei Fünftel der Gesamtlänge des Lichtleiters 10, und die des monocoren Abschnitts dementsprechend drei Fünftel.
Alle Angaben und Werte der beschriebenen Ausführungsform sind lediglich beispielhaft zu verstehen und können innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche verändert werden. Auch wenn hier die Erfindung anhand des Einsatzes in einem dentalen Lichthärtgerät beschrieben ist, versteht es sich, dass die grundsätzlichen Gedanken der Erfindung auch bei anderen Geräten, die einen Lichtleiter erfordern, in vorteilhafter Weise angewandt werden, insbesondere bei medizinischen Geräten wie beispielsweise Endoskopen oder anderen Lichtquellen für beispielsweise die medizinische Forschung, den Einsatz im Labor oder industrielle Zwecke.

Claims

Patentansprüche:
1. Strahlungsquelle, insbesondere Lichthärtgerät zum Polymerisieren von Dentalmaterialien, mit einer Lichterzeugungsvorrichtung, und einem Lichtleiter, wobei die Lichterzeugungsvorrichtung (34) mindestens zwei Lichtquellen (36, 38), vorzugsweise Halbleiter- Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden aufweist, deren Strahlung von einem Reflektor (40) gebündelt und in den Lichtleiter (12, 14) eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (36, 38) sich hinsichtlich ihrer Lichtfarbe und/oder ihres Emissionsspektrums unterscheiden, dass die unterschiedlichen Lichtquellen (36, 38) zur Veränderung der Lichtfarbe und/oder des Emissionsspektrums und/oder der spektralen Strahlungsleistung der abgegebenen Strahlung getrennt voneinander ansteuerbar sind, und der Lichtleiter (12, 14) einen monocoren Abschnitt (12) und einen multicoren Abschnitt (14) aufweist, wobei der monocoren Abschnitt (12) den Lichtquellen näher benachbart als der multicore Abschnitt (14) ist.
2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der monocore Abschnitt (12) eine Länge aufweist, die mindestens dem 1 ,5-fachen Durchmesser des monocoren Abschnittes (12) entspricht.
3. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der monocore Abschnitt (12) und/oder die Lichtleitfasern (30) des multicoren Abschnitts (14) aus einem Kernglas und einem Mantelglas bestehen.
4. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der äusseren Oberfläche des monocoren und oder des multicoren Abschnittes (12,14) eine Beschichtung angeordnet ist, die dort den Austritt von Licht aus dem Lichtleiter verhindert und/oder dort auftreffendes Licht reflektiert.
5. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (12, 14) mit einem Zementklebstoff und/oder einem Glasklebstoff an einem Übergang (16) miteinander verbunden sind, der und/oder die vorzugsweise einen Brechungsindex wie Glas aufweist.
6 Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des monocoren Abschnitts ( 2) eine Hülse (50) angeordnet ist.
7. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (50) sich mindestens über den Übergang (16) zwischen dem monocoren Abschnitt (12) und dem multicoren Abschnitt (14) erstreckt und ein sich an den monocoren Abschnitt (12) anschließender Teilbereich des multicoren Abschnitts (14) von der Hülse (50) umgeben ist.
8. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Lichtleiters (10) 6 mm bis 13 mm beträgt.
9. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der monocore und/oder der multicore Abschnitt (12, 14), insbesondere nur über einen Teil ihrer Länge, konisch ausgebildet sind.
10. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichteintrittseitige Ende (18) des Lichtleiters an dem monocoren Abschnitt (12) und das lichtaustrittseitige Ende (20) an dem multicoren Abschnitt (14) ist. . Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der multicore Abschnitt (14) eine Biegung aufweist oder abgekröpft ist,
12. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Lichtaustrittsfläche des multicoren Abschnittes (14) in einem Winkel von 2° bis 90° gegenüber einer senkrecht zur Längserstreckung des monocoren Abschnittes (12) verlaufenden Lichteintrittsfläche erstreckt.
13. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichteintrittseitige Ende (18) des monocoren Abschnittes (12) eine Verbindungsschnittstelle zu den Lichtquellen des Lichthärtgeräts aufweist, mit dem polymerisier- bares Dentalmaterial aushärtbar ist.
14. Strahlungsquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschnittstelle von einer formschlüssig mit dem Lichthärtgerät verbindbaren Buchse (32) gebildet ist, die fest mit dem lichteintrittseitigen Ende (18) des monocoren Abschnitts (12) verbunden ist.
15. Lichtleiteinrichtung für eine medizinische oder dentalmedizinische Strahlungsquelle, insbesondere für ein Lichthärtgerät zum Polymerisieren von Dentalmassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung einen stabförmigen monocoren Lichtmischkörper (12) mit mindestens einem transparenten Material, insbesondere Glas, einen multicoren Lichtleiter (14), sowie eine mit einem Gehäuse der Lichtquelle bzw. des Lichthärtgerätes verbindbare Verbindungsschnittstelle (32) aufweist, wobei der Lichtmischkörper ( 2) stoffschlüssig lichtleitend verbunden mit dem Lichtleiter ( 4) ausgebildet ist und diese beiden derart stoffschlüssig, hermetisch dicht und dehnungsausgleichsfähig in der Verbindungsschnittstelle (32) aufgenommen sind, dass die Lichtleiteinrichtung - vorzugsweise nach deren Trennung vom Gehäuse - autoklavierbar ist.
16. Lichtleiteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmischkörper (12) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
17. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmischkörper (12) zylindrisch ausgebildet ist und vorzugsweise eine plane Lichteintritts- und/oder -austrittsfläche aufweist.
18. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintritts- und/oder -austrittsfläche eine polierte Oberfläche und/oder eine Oberflächenvergütung oder reflexionsmindernde Beschichtung aufweist und/oder mit einem Immersionsmittel beaufschlagbar ist.
19. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmischkörper (12) einen lichtleitenden Kern, vorzugsweise aus einem Kernglas, mit einem ersten Brechungsindex und einen lichtleitenden Mantel, vorzugsweise aus einem Mantelglas, mit einem zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der zweite Brechungsindex geringer - vorzugsweise um 0,05 bis 0,2 Einheiten geringer - als der erste Brechungsindex ist.
20. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtmischkörper (12) an seiner Umfangsfläche eine reflexionserhöhende Beschichtung oder eine reflektierende Hülse aufweist.
21. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Lichtmischkörpers (12) vorzugsweise zwischen 2 mm und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 6 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 13 mm beträgt und die Länge des Lichtmischkörpers (12) größer ist, als der 0,5-fache Durchmesser, insbesondere größer ist, als der 0,8-fache Durchmesser, und vorzugsweise kleiner ist, als der 5-fache Durchmesser, insbesondere kleiner ist, als der 2-fache Durch¬ messer des Lichtmischkörpers (12).
22. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung eine Verbindungsschnittstelle (32) - vorzugsweise mit einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere einem Sulfon-, Etherketon- oder Imid-Kunststoff, oder -Kunststoff-Verbundwerkstoff - aufweist, mit welcher der Lichtleiter (12, 14) vorzugsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist, wobei die Verbindungsschnittstelle (32) vorzugsweise selbstjustierend bzgl. der Lichterzeugungseinrichtung (1) mit dem Gehäuse verbindbar ist.
23. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lichteintritts- und/oder -austrittsflächen des Lichtmischkörpers (12) aplanar ausgebildet ist.
24. Lichtleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung zur Nachrüstung einer Beleuchtungsvorrichtung oder einer Lichthärtvorrichtung vorgesehen und ausgebildet ist.
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