EP3390895A2 - Homogeniser comprising a light source - Google Patents

Homogeniser comprising a light source

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Publication number
EP3390895A2
EP3390895A2 EP16822411.1A EP16822411A EP3390895A2 EP 3390895 A2 EP3390895 A2 EP 3390895A2 EP 16822411 A EP16822411 A EP 16822411A EP 3390895 A2 EP3390895 A2 EP 3390895A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
homogenizer
light
ribs
led chips
output surface
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.)
Withdrawn
Application number
EP16822411.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bruno Senn
Markus Pauler
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Ivoclar Vivadent AG filed Critical Ivoclar Vivadent AG
Publication of EP3390895A2 publication Critical patent/EP3390895A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
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    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0096—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the lights guides being of the hollow type

Definitions

  • the invention relates to a homogenizer, according to the preamble of claim 1, and a light curing apparatus, according to the preamble of claim 15.
  • the light guide can be designed as a light guide rod, or as a light fiber rod, or in combination of these.
  • the light sources used are LED chips, but also laser chips, which each emit at a given wavelength spectrum, and in the dental restoration material which is to be hardened, excite the respectively mixed photoinitiator, for example camphorquinone, to ensure the polymerization.
  • the polymerization takes place uniformly and also with appropriate depth. While a correspondingly longer polymerization time is selected for dental restoration parts of several millimeters in depth in order to ensure the polymerization of the deeper areas, it is also important that the polymerization proceeds uniformly in the horizontal direction, ie in the direction transverse to the emission axis of the light guide rod.
  • the light emitted by the light source is collected, as known, for example, from US 4,742,432 A1. This creates a center emphasizing and focusing of the emitted light beam. This center emphasis is not readily apparent to the naked eye, and the dentist relies on uniform emissions of light across the entire emission range, such as a 1 cm circle diameter, although this should not be the case due to centerline stress.
  • mixing body between the light guide rod or light fiber rod on the one hand and the light source on the other hand.
  • a light mixing body for example, glass body with mini-flexo bodies, which are evenly distributed in the glass bodies are used. It may also be a clouding of the glass body or other transparent body can be used to ensure a homogenization and diffusion.
  • the LED chips are typically in an array having rectangular outer dimensions, or even square.
  • LED chip arrangement can be used depending on the desired performance and design of the light curing, so that different light mixing body must be kept ready for optimum mixing of light.
  • ribbed mixers have already become known as homogenizers with different input and output forms. These homogenizers typically have an entrance surface and an exit surface and are filled with transparent material. Alternatively, they may also be formed as a hollow body. The disadvantage here is the additional effort and the optical losses that are generated by such a homogenizer as an additional part, so that such homogenizers are not used in most cases.
  • the invention is therefore based on the object to provide a homogenizer or a light curing apparatus according to the preamble of claim 1 and 15, which is optimized in terms of light efficiency and equalization of the light output on the one hand, but also in terms of storage costs.
  • This object is achieved by claim 1 or 15.
  • the light mixing body or homogenizer is equipped with a corrugation, which extends in a conventional manner from the input surface to the output surface.
  • the homogenizer according to the invention is designed as a hollow body. Inside there is air or another gas or, if necessary, a vacuum.
  • the homogenizer surrounds the light source according to the invention. After being designed as a reflecting hollow body, it reflects the light emitted by the light source there, so that the homogenizer also acts as the main reflector for the light source.
  • the homogenizer is closed at the output surface with a transparent disk.
  • the hollow body of the homogenizer with its input-side end face rests on a base plate which extends parallel to the input surface and on which LED chips of the light source are also mounted. Again, can easily achieve a seal. The interior of the hollow body is sealed so far, which prevents contamination can set.
  • the homogenizer is in the form of a corrugated body which extends around the outer circumference.
  • the wall of the hollow body is not straight so far, but rippled around the entire circumference.
  • the deformability benefits so that surprisingly can be covered with the hollow body according to the invention all occurring in practice input and output configurations.
  • the homogenizer is designed as a solid body which is preferably substantially cylindrical on the outside and substantially frustoconical on the inside.
  • a two-part or multi-part realization of the homogenizer is useful or even necessary to facilitate mounting on the base plate. It is understood that then snap-locking closures can be formed on the outside cylindrical surface of the homogenizer, which break through the cylindricity.
  • the design as a solid body also has the advantage that the heat dissipation is improved by the LED chips, which may be provided on the outside of the homogenizer body cooling fins, if necessary.
  • the hollow body with its corrugated inner wall is simply pushed into the corresponding receiving bushing for the 8mm light guide rod, which extends away from there.
  • the corrugated wall is so elastic that it adapts and at the same time retains the uniformity of the corrugation due to its elasticity.
  • the rib angle is then somewhat steeper, but this does not preclude the homogenization effect.
  • the wall of the homogenizing hollow body according to the invention can be deformed if necessary, so that even with different placement of the prepared LED chips of the light curing device ever optimal adaptation can be realized. It can be realized as it were automatic shape adjustment on the input side and the output side of the hollow body according to the invention.
  • the hollow body automatically turns in the inventive design of the hollow body, a transition from rectangular to round.
  • the entrance area is rectangular or polygonal and the exit area is circular. This automatically requires an inclination of the walls of the hollow body, which also benefits the multi-reflection and the mixing of the introduced light.
  • the homogenizer As far as collecting lenses are provided in particular on the input side of the homogenizer, they are realized for example as a plano-convex lenses.
  • the introduced light is always reflected several times by the oblique angles, in which it hits and reflects, which benefits the scattering effect.
  • the hollow body of two half-shells can be connected to each other via a latching connection, so that they form an annular cross-section hollow reflector.
  • the groove reflector according to the invention may also be composed of any desired plurality of segments.
  • the reflector is preferably made of polycarbonate with a high surface quality and has a coating with a reflective aluminum layer and an additional protective layer thereon.
  • the input side or input surface of the reflective hollow body may have any shape, in adaptation to the - used and possibly potted - LED chips.
  • the envelope of the potted LED chips is at least polygonal, and the hollow body can lean closely against the potted chips applied in SMD technology.
  • the potting compound of the LED chips each forms a positive lens.
  • the spaced-apart LED chips have at least partially different emission maxima. At least partially, they are not arranged coaxially with the optical axis of the input side of the light guide rod. This requires an asymmetric introduction of light in at least one color in the homogenizer. Due to the multireflection on the oblique ribs of the inventive reflecting hollow body in several axes, the emitted light beam reciprocates in the hollow body with multiple reflections until it leaves the hollow body.
  • the LED chips are arranged within the hollow body acting as a reflector.
  • the emitted radiation is completely reflected, in an oblique angle and several times, which is particularly beneficial for the homogenization.
  • the homogenizer according to the invention is designed as an internally reflecting hollow body.
  • the ribs of the corrugation may have any suitable course. As a particularly favorable sawtooth shape or a triangular shape of the profile of the ribs has been found in the settlement. It can also be favorable to realize the ribs or corrugations not with a regular shape, for example a triangular shape or a sine shape with a constant period, but irregularly, so that incident light rays are reflected in any desired and undefined manner. While it is preferred to extend the ribs in a constant manner from the input surface to the output surface, in a modified embodiment it may also be beneficial to increase the height and / or width of at least a portion of the ribs over the path from the input surface to the output surface to change.
  • the circumference of the input surface and the output surface is the same.
  • ribs of the corrugation extend continuously from the input surface to the output surface.
  • the ribs of the corrugation viewed radially inwardly of the homogenizer, taper pointedly.
  • ribs of the corrugation viewed radially inwardly rounded, in particular with a radius of less than a third, preferably about one sixth of their distance from each other and / or their height.
  • ribs have inclined surfaces, and the inclined surfaces of adjacent ribs to each other at an angle between 60 and 110 degrees, preferably over 80 degrees.
  • the ribs viewed in section have a substantially sinusoidal course.
  • FIG. 1 shows a schematic exemplary arrangement of a cut-open homogenizer with adjacently arranged LED chips
  • Fig. 2 is an inventive embodiment of the homogenizer according to the
  • FIG. 3 shows a section according to the embodiment of FIG. 2; 4 shows a further view of the embodiment according to FIGS. 2 and 3;
  • Figures 5A to 5D show various possible LED arrangements for use with a homogenizer according to the invention
  • Fig. 7 shows a further embodiment of a homogenizer according to the invention in a sectional view.
  • an exemplary homogenizer 10 is seen as part of a light curing device. Adjacent to an input surface 12 of the homogenizer 10 is a plurality of LED chips 14, which are individually cast with a transparent potting compound 16 to form converging lenses. In this embodiment, the potted LED chips 14 are spaced from the input surface.
  • the input surface 12 is approximately square, wherein in Fig. 1, a rectangular shape is shown after the homogenizer 10 is shown cut away.
  • the homogenizer 10 is formed as a hollow body and has a corrugation 18 on its outer periphery.
  • the corrugation 18 consists of a plurality of ribs 20 which are distributed uniformly around the circumference.
  • the ribs 20 extend along the outer circumference in the course of the homogenizer, ie from the input surface 12 to an output surface 22.
  • the ribs 20 are formed in the illustrated embodiment as triangular ribs.
  • the entire material forming the wall 24 of the homogenizer 10 is corrugated, the wall 22 is corrugated internally and externally.
  • the wall 24 is also provided on the inside with a mirror coating.
  • the mirroring can be realized for example by a vapor-deposited aluminum layer.
  • a protective layer is then preferably applied to these in order to ensure consistently good reflection properties.
  • the hollow body or homogenizer 10 is made with its wall 24 of polycarbonate with at least the inside of a high surface quality and low roughness.
  • the output surface 22 is circular in the illustrated embodiment. It is suitable to supply light to the input terminal of a light guide, not shown.
  • the input connection of the light guide has a maximum of a few percent deviation. gen exactly the same area as the output surface 22. This ensures a virtually complete light transition from the homogenizer 10 to the light guide.
  • Fig. 1 light beams 25 are shown schematically, which are multiply reflected by the homogenizer 10. Particularly important is the oblique reflection on the ribs 20 inside, which leads to an asymmetrical and thus uncontrolled course of the light rays 25 and provides the desired homogenization.
  • the input surface 12 is formed as a rectangular envelope for the LED chips 14.
  • the homogenizer with the
  • the input surface 12 extends around the LED chips 14, preferably so as to be comparatively close to the outer sides of the LED chips 14.
  • the LED chips 14 are accommodated in the homogenizer 10 in this respect. With this embodiment, it is ensured that all the emitted light gets straight into the homogenizer 10 and has the great opportunity to be reflected on the ribs 20 and deflected asymmetrically.
  • the wall 24 is made of a bent and welded as a tube sheet of polycarbonate. Outside, the wall 24 is smooth, while inside it forms a corrugated reflector.
  • the Congressfiambae 22 is again circular. It has the same circumferential length as the input surface 12.
  • the shape mismatch results in oblique side surfaces of the reflector 26, in addition to the slope of the ribs 20.
  • the multi-axial obliquity of the reflector 26 and the corrugation 18 contributes to the improvement of the homogenization result.
  • FIG. 3 The embodiment of the homogenizer according to FIG. 2 is shown in section in FIG. 3. Like reference numerals here as well as in the other figures to the same or corresponding parts. From Fig. 3, the extent of the corrugation perpendicular to both the input surface 12 and the output surface 22 is clearly visible. It can also be seen that the peripheral wall 24 extends obliquely and thus adapts the input surface to the output surface. The embodiment shown in Fig. 4 corresponds to the embodiment shown in Fig. 2. In addition, it can be seen how the light beams 25 are reflected several times and extend from the input surface 12 in the direction of the output surface 22 under multiple deflection under reflection at the corrugation 18.
  • FIGS. 5A to 5D show various possible shapes of the input surface 12 that includes the LED chips 14.
  • the wall 24 and thus the reflective hollow body 10 each extend along straight outer sides of the molded LED chips 14. Between adjacent but offset staggered corners it runs obliquely so that the envelope around the potted LED chips this closely adjacent runs.
  • FIG. 5A shows an arrangement of three LED chips 14 with the same wavelength and in a row. Spaced apart from these, but center-symmetrically arranged to them, another, larger encapsulated LED chip is provided, which is also surrounded by the wall 24.
  • the wall 24 according to FIG. 5A has a hexagonal shape.
  • Fig. 5B shows an arrangement of LED chips 14 which are potted and additionally on the outer periphery in the gaps between these distributed sensors 30.
  • the sensors 30 are used in a manner known per se for detecting light rays coming from the surface of the applied material , For example, dental material, are reflected.
  • the sensors 30 are also surrounded by the wall 24.
  • the wall 24 can then be slightly indented.
  • This refinement is particularly favorable if the reflected light is to be detected during the light emission of the LED chips, that is to say simultaneously, and not in pulse pauses.
  • FIG. 5C an asymmetrical arrangement of the LED chips can be seen.
  • Three LED chips 14 extend laterally next to or diagonally offset from a larger potted LED chip 14.
  • the wall 24 of the homogenizer 10 extends in turn in as short a loop around the LED chips 14th
  • a further embodiment of the arrangement of the LED chips 14 can be seen.
  • Three LED chips 14 with a smaller potting compound extend in the triangle, and the hypotenuse adjacent extends an LED chip 14 with a larger potting compound.
  • FIG. 6A the corrugation-and thus the ribs 20 -is substantially sinusoidal.
  • An edge 32 of the rib 20 has a skew angle ⁇ of about 45 degrees. This angle results at the same time from the ratio of dC and dH, ie the period and the fin height according to FIG. 6. Both quantities can be constant, or they can be around the
  • FIGS. 6A and 6C show sinusoidal corrugations
  • a triangular corrugation again with the skew angle ⁇
  • the angle ⁇ can be adapted to the requirements in a wide range. In the illustrated embodiment, it is 50 degrees, so that the opening angle of the ribs is 80 degrees.
  • the wall 24 of the homogenizer 10 is formed solid, and the homogenizer 10 is in two parts, wherein the cylindrical outer side of the wall 24 is pierced by corresponding locking tongues, but retains its cylindrical basic character.
  • the homogenizer 10 is externally formed as a solid, in particular substantially cylindrical, body with a wall thickness, the output side at least a quarter and the input side at least one third of the radius of the homogenizer (10) corresponds to the outside.
  • the homogenizer 10 acts in this embodiment simultaneously as a homogenizer and as a reflector after the ribs 18 are mirrored on the inner wall of the homogenizer 10 to form a reflector and after the reflector 26 widens conically towards the output surface 22.
  • the output surface 22 is in this embodiment of a transparent
  • a special feature of the embodiment according to FIG. 7 is the integration of the sensors 30, which are mounted together with the LED chips 14 on a common base plate 36. Insofar, the sensors 30 are located on the same plane as the LED chips 14.
  • Oblique sensor light channels 38 and 40 extend from the interior of the homogenizer 10 to the sensors 30. Due to their obliqueness, they preferably absorb the reflected light, for example light reflected from a dental surface, and convey it to the sensor 30.
  • the skew angle can be, for example, 30 degrees, relative to the optical axis of the homogenizer 10, but also only 15 or, for example, also 40 degrees.
  • the sensor light channel 38 and 40 each ends clearly spaced from the sensor 30. Insofar there is a certain thermal separation.
  • the entire assembly of homogenizer and base plate is accommodated in a closed housing, so that the light admitted via the sensor light channels is the only light that can reach the area of the sensors 30.
  • the homogenizer 10 according to the invention has a triple function in this embodiment. It serves as a reflector, due to the corrugation with the ribs 18 as a light mixer and at the same time as ZuleitMech for the sensor light.

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Abstract

The invention relates to a homogeniser having an input surface and an output surface which are incongruent to one another, at least one inclined surface extending between the input surface and the output surface. The inclined surface is corrugated. According to the invention, the homogeniser is designed as a hollow element which surrounds the LED chips (14) reflectively.

Description

Homogenisierer mit Lichtquelle  Homogenizer with light source
Die Erfindung betrifft einen Homogenisierer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Lichthärtgerät, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15. The invention relates to a homogenizer, according to the preamble of claim 1, and a light curing apparatus, according to the preamble of claim 15.
Es ist bereits seit langem bekannt, bei Lichthärtgeräten, insbesondere zu Dentalzwecken, einen Lichtleiter zu verwenden, um das aus der Lichtquelle stammende Licht dem Behandlungsort zuzuleiten. Der Lichtleiter kann als Lichtleitstab ausgebildet sein, oder als Lichtfaserstab, oder auch in Kombination dieser. It has long been known in light curing devices, in particular for dental purposes, to use a light guide in order to direct the light originating from the light source to the treatment site. The light guide can be designed as a light guide rod, or as a light fiber rod, or in combination of these.
Typischerweise werden als Lichtquellen LED-Chips, aber auch Laser-Chips, verwendet, die je bei einem vorgegebenen Wellenlängenspektrum emittieren, und in dem dentalem Restaurationsmaterial, das gehärtet werden soll, den je eingemischten Photoinitiator, beispielsweise Campherchinon, anregen, um die Polymerisation sicherzustellen. Typically, the light sources used are LED chips, but also laser chips, which each emit at a given wavelength spectrum, and in the dental restoration material which is to be hardened, excite the respectively mixed photoinitiator, for example camphorquinone, to ensure the polymerization.
Es ist ausgesprochen wichtig, dass die Polymerisation gleichmäßig und auch mit entsprechender Tiefenwirkung erfolgt. Während bei mehreren Millimeter tiefen dentalen Restaurationsteilen eine entsprechend längere Polymerisationszeit gewählt wird, um auch die Polymerisation der tieferliegenden Bereiche sicherzustellen, ist es wichtig, dass auch in horizontaler Richtung, also in Richtung quer zur Emissionsachse des Lichtleitstabs, die Polymerisation gleichmäßig vonstatten geht. Typischerweise wird das von der Lichtquelle emittierte Licht gesammelt, wie es beispielsweise aus der US 4 742 432 A1 bekannt ist. Hierdurch entsteht eine Mittenbetonung und Fokussierung auch des emittierten Lichtstrahls. Diese Mittenbetonung ist mit bloßem Auge nicht ohne weiteres zu erkennen, und der Zahnarzt verlässt sich darauf, dass über den gesamten Emissionsbereich mit beispielsweise einem Kreisdurchmesser von 1 cm eine gleichmäßige Lichtemission erfolgt, auch wenn dies aufgrund der Mittenbetonung nicht der Fall sein sollte. It is extremely important that the polymerization takes place uniformly and also with appropriate depth. While a correspondingly longer polymerization time is selected for dental restoration parts of several millimeters in depth in order to ensure the polymerization of the deeper areas, it is also important that the polymerization proceeds uniformly in the horizontal direction, ie in the direction transverse to the emission axis of the light guide rod. Typically, the light emitted by the light source is collected, as known, for example, from US 4,742,432 A1. This creates a center emphasizing and focusing of the emitted light beam. This center emphasis is not readily apparent to the naked eye, and the dentist relies on uniform emissions of light across the entire emission range, such as a 1 cm circle diameter, although this should not be the case due to centerline stress.
Um der Mittenbetonung und ungleichmäßigen Ausleuchtung entgegenzuwirken, ist es seit langem bekannt geworden, Mischkörper zwischen den Lichtleitstab oder Lichtfaserstab einerseits und der Lichtquelle andererseits anzuordnen. Als Lichtmischkörper werden beispielsweise Glaskörper mit Minireflexkörpern, die in den Glaskörpern gleichmäßig verteilt sind, verwendet. Es kann auch eine Eintrübung des Glaskörpers oder sonstigen Transparentkörpers verwendet werden, um eine Vergleichmäßigung und Diffusion zu gewährleisten. In order to counteract the center emphasis and uneven illumination, it has long been known to arrange mixing body between the light guide rod or light fiber rod on the one hand and the light source on the other hand. As a light mixing body, for example, glass body with mini-flexo bodies, which are evenly distributed in the glass bodies are used. It may also be a clouding of the glass body or other transparent body can be used to ensure a homogenization and diffusion.
Ferner ist es bereits vorgeschlagen worden, an dem Lichtmischkörper außen Rippen anzuordnen, die sich im wesentlichen in Längsrichtung des Lichtmischkörpers, also im wesentlichen parallel zur Lichtrichtung erstrecken. Diese Längsrippen erzeugen je nach dem Rippenwinkel unterschiedliche Reflexionen, insbesondere aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindexes zwischen der umgebenden Luft und dem aus Glas oder sonstigen transparenten Kunststoff bestehenden Lichtmischkörper. Furthermore, it has already been proposed to arrange on the light mixing body outside ribs, which extend substantially in the longitudinal direction of the light mixing body, that is substantially parallel to the light direction. Depending on the rib angle, these longitudinal ribs produce different reflections, in particular due to the different refractive index between the surrounding air and the light mixing body consisting of glass or other transparent plastic.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Rippen des Glas-Lichtmischkörpers zu ver- spiegeln, indem eine Spiegelschicht aufgedampft wird, und so die Reflektionswirkung zu verbessern. It has also been proposed to mirror the ribs of the glass-light mixing body by vapor deposition of a mirror layer, thus improving the reflection effect.
Die LED-Chips liegen typischerweise in einer Anordnung vor, die rechteckige Aussenab- messungen aufweist, oder sogar quadratisch ist. The LED chips are typically in an array having rectangular outer dimensions, or even square.
Andererseits können viele verschiedenartige Formen der LED-Chip-Anordnung je nach erwünschter Leistung und Auslegung des Lichthärtgeräts zum Einsatz gelangen, so dass zur optimalen Lichtdurchmischung unterschiedliche Lichtmischkörper bereitgehalten werden müssen. On the other hand, many different forms of the LED chip arrangement can be used depending on the desired performance and design of the light curing, so that different light mixing body must be kept ready for optimum mixing of light.
Zudem bestehen Lichtleitstäbe mit 8mm Durchmesser und mit 10mm Durchmesser. There are also light guide rods with 8mm diameter and 10mm diameter.
Dementsprechend muss auch ausgangsseitig dem Erfordernis Rechnung getragen werden, unterschiedliche Lichtaustrittsflächen bereitzustellen, um eine verlustlose Lichtleitung zu gewährleisten, was die Anzahl der erforderlichen Lichtmischkörper weiter verdoppelt. Accordingly, on the output side, the requirement must be taken into account to provide different light exit surfaces in order to ensure lossless light conduction, which further doubles the number of light mixing bodies required.
Ferner sind Rippenmischer als Homogenisierer mit unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsformen bereits bekanntgeworden. Diese Homogenisierer weisen typischerweise eine Eingangsfläche und eine Ausgangsfläche auf und sind mit transparenten Material gefüllt. Alternativ können sie auch als Hohlkörper ausgebildet sein. Nachteilig ist hierbei der zusätzliche Aufwand und auch die optischen Verluste, die durch einen derartigen Homogenisierer als Zusatzteil erzeugt werden, so dass derartige Homogenisierer in aller Regel nicht eingesetzt werden. Furthermore, ribbed mixers have already become known as homogenizers with different input and output forms. These homogenizers typically have an entrance surface and an exit surface and are filled with transparent material. Alternatively, they may also be formed as a hollow body. The disadvantage here is the additional effort and the optical losses that are generated by such a homogenizer as an additional part, so that such homogenizers are not used in most cases.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Homogenisierer bzw. ein Lichthärtgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 15 zu schaffen, das hinsichtlich der Lichtausbeute und Vergleichmäßigung der Lichtabgabe einerseits, aber auch hinsichtlich der Lagerhaltungskosten andererseits optimiert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention is therefore based on the object to provide a homogenizer or a light curing apparatus according to the preamble of claim 1 and 15, which is optimized in terms of light efficiency and equalization of the light output on the one hand, but also in terms of storage costs. This object is achieved by claim 1 or 15. Advantageous developments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß ist der Lichtmischkörper oder Homogenisierer mit einer Riffelung ausgestattet, die sich in an sich bekannter Weise von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche erstreckt. Der erfindungsgemäße Homogenisierer ist als Hohlkörper ausgebildet. Im Inneren befindet sich Luft oder ein anderes Gas oder bei Bedarf auch ein Vakuum. According to the light mixing body or homogenizer is equipped with a corrugation, which extends in a conventional manner from the input surface to the output surface. The homogenizer according to the invention is designed as a hollow body. Inside there is air or another gas or, if necessary, a vacuum.
Besonders günstig ist es, dass der Homogenisierer die Lichtquelle erfindungsgemäß umgibt. Nachdem er als reflektierender Hohlkörper ausgebildet ist, reflektiert er das von der Lichtquelle abgegebene Licht dort, so dass der Homogenisierer zugleich als Hauptreflektor für die Lichtquelle wirkt. It is particularly favorable that the homogenizer surrounds the light source according to the invention. After being designed as a reflecting hollow body, it reflects the light emitted by the light source there, so that the homogenizer also acts as the main reflector for the light source.
Der zusätzliche Aufwand für die Bereitstellung eines separaten Homogenisierers entfällt daher, und der erfindungsgemäße Hohlkörper hat insofern eine Doppelfunktion, die in überraschend einfacher Weise einen erheblichen Fortschritt gegenüber den bislang bekannten Lösungen darstellt. The additional expense of providing a separate homogenizer is therefore eliminated, and the hollow body according to the invention thus has a dual function, which represents a considerable advance over the previously known solutions in a surprisingly simple manner.
Bevorzugt ist der Homogenisierer an der Ausgangsfläche mit einer transparenten Scheibe verschlossen. Bevorzugt liegt der Hohlkörper des Homogenisierers mit seiner eingangs- seitigen Stirnfläche auf einer Basisplatte auf, die sich parallel zur Eingangsfläche erstreckt und auf welcher auch LED-Chips der Lichtquelle montiert sind. Auch hier lässt sich ohne weiteres eine Abdichtung erzielen. Der Innenraum des Hohlkörpers ist insofern abgedichtet, was verhindert, dass sich Verschmutzungen einstellen können. Preferably, the homogenizer is closed at the output surface with a transparent disk. Preferably, the hollow body of the homogenizer with its input-side end face rests on a base plate which extends parallel to the input surface and on which LED chips of the light source are also mounted. Again, can easily achieve a seal. The interior of the hollow body is sealed so far, which prevents contamination can set.
Erfindungsgemäß liegt der Homogenisierer als Körper mit einer Riffelung vor, die sich um den Außenumfang erstreckt. Die Wand des Hohlkörpers ist insofern nicht gerade, sondern um den gesamten Umfang herum geriffelt. In einer Ausgestaltung kommt der Verformbarkeit zugute, so dass sich überraschend mit dem erfindungsgemäßen Hohlkörper sämtliche in der Praxis vorkommenden eingangs- und ausgangsseitigen Konfigurationen abdecken lassen. According to the invention, the homogenizer is in the form of a corrugated body which extends around the outer circumference. The wall of the hollow body is not straight so far, but rippled around the entire circumference. In one embodiment, the deformability benefits, so that surprisingly can be covered with the hollow body according to the invention all occurring in practice input and output configurations.
In modifizierter Ausgestaltung ist der Homogenisierer als massiver Körper ausgebildet, der außen bevorzugt im wesentlichen zylindrisch ist und innen im wesentlichen kegel- stumpfförmig. Bei dieser Ausgestaltung ist eine zweigeteilte oder mehrteilige Realisierung des Homogenisierers sinnvoll oder sogar erforderlich, um die Montage auf der Basisplatte zu erleichtern. Es versteht sich, dass außen an der zylindrischen Außenfläche des Homogenisierers dann auch Schnapp-Rast- Verschlüsse ausgebildet sein können, die Zylindrizität durchbrechen. In a modified embodiment, the homogenizer is designed as a solid body which is preferably substantially cylindrical on the outside and substantially frustoconical on the inside. In this embodiment, a two-part or multi-part realization of the homogenizer is useful or even necessary to facilitate mounting on the base plate. It is understood that then snap-locking closures can be formed on the outside cylindrical surface of the homogenizer, which break through the cylindricity.
Die Ausgestaltung als massiver Körper hat zudem den Vorteil, dass die Wärmeableitung von den LED-Chips verbessert ist, wobei bei Bedarf auch außen an dem Homogenisierer- Körper Kühlrippen vorgesehen sein können. The design as a solid body also has the advantage that the heat dissipation is improved by the LED chips, which may be provided on the outside of the homogenizer body cooling fins, if necessary.
Um eine Durchmesserreduktion von 10mm auf 8mm an der Ausgangsfläche zu realisieren, wird der Hohlkörper mit seiner geriffelten Innenwand kurzerhand in die entsprechende Aufnahmebuchse für den 8mm-Lichtleitstab, der sich von dort weg erstreckt, eingeschoben. Die geriffelte Wand ist so elastisch, dass sie sich anpasst und auch zugleich aufgrund ihrer Elastizität die Gleichmäßigkeit der Riffelung beibehält. Der Rippenwinkel ist dann etwas steiler, was jedoch der Homogenisierungswirkung nicht entgegensteht. In order to realize a diameter reduction from 10mm to 8mm at the starting surface, the hollow body with its corrugated inner wall is simply pushed into the corresponding receiving bushing for the 8mm light guide rod, which extends away from there. The corrugated wall is so elastic that it adapts and at the same time retains the uniformity of the corrugation due to its elasticity. The rib angle is then somewhat steeper, but this does not preclude the homogenization effect.
Auch eingangsseitig lässt sich die Wand des Homogenisier-Hohlkörpers erfindungsgemäß bei Bedarf verformen, so dass auch bei unterschiedlicher Bestückung der vorbereiteten LED-Chips des Lichthärtgerätes je eine optimale Anpassung realisierbar ist. Es kann eine gleichsam automatischen Formanpassung an der Eingangsseite und der Ausgangsseite des erfindungsgemäßen Hohlkörpers realisiert sein. Also on the input side, the wall of the homogenizing hollow body according to the invention can be deformed if necessary, so that even with different placement of the prepared LED chips of the light curing device ever optimal adaptation can be realized. It can be realized as it were automatic shape adjustment on the input side and the output side of the hollow body according to the invention.
Zudem stellt sich automatisch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hohlkörpers ein Übergang von rechteckig auf rund ein. Typischerweise ist die Eingangsfläche rechteckig oder mehreckig und die Ausgangsfläche rund. Dies bedingt automatisch eine Schrägstellung der Wände des Hohlkörpers, was ebenfalls der Multireflektion und der Durchmischung des eingeleiteten Lichts zugute kommt. In addition, automatically turns in the inventive design of the hollow body, a transition from rectangular to round. Typically, the entrance area is rectangular or polygonal and the exit area is circular. This automatically requires an inclination of the walls of the hollow body, which also benefits the multi-reflection and the mixing of the introduced light.
Soweit Sammellinsen insbesondere eingangsseitig des Homogenisierers vorgesehen sind, werden diese beispielsweise als plan-konvexe Linsen realisiert. As far as collecting lenses are provided in particular on the input side of the homogenizer, they are realized for example as a plano-convex lenses.
Durch die Riffelung mit dem gewinkelten Rippen findet eine nahezu verlustlose oder zumindest verlustarme Homogenisierung der eingeleiteten Lichtstrahlung statt. By corrugation with the angled ribs takes place a nearly lossless or at least low-loss homogenization of the introduced light radiation.
Dass eingeleitete Licht wird durch die schrägen Winkel, in denen es auftrifft und reflektiert wird stets mehrfach reflektiert, was der Streuwirkung zugute kommt. The introduced light is always reflected several times by the oblique angles, in which it hits and reflects, which benefits the scattering effect.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Hohlkörper aus zwei Halbschalen auszubilden. Diese können über eine Rastverbindung miteinander verbunden sein, so dass sie einen im Querschnitt ringförmigen hohlen Reflektor bilden. Anstelle dessen kann der erfindungsgemäße Rillenreflektor auch aus einer beliebigen Mehrzahl von Segmenten zusammengesetzt sein. Bevorzugt ist der Reflektor aus Poly- carbonat mit einer hohen Oberflächengüte und weist eine Beschichtung mit einer reflektierenden Aluminiumschicht sowie einer zusätzlichen Schutzschicht auf dieser auf. In a further preferred embodiment, it is provided to form the hollow body of two half-shells. These can be connected to each other via a latching connection, so that they form an annular cross-section hollow reflector. Instead, the groove reflector according to the invention may also be composed of any desired plurality of segments. The reflector is preferably made of polycarbonate with a high surface quality and has a coating with a reflective aluminum layer and an additional protective layer thereon.
Die Eingangsseite oder Eingangsfläche des reflektierenden Hohlkörpers kann eine beliebige Form, in Anpassung an die verwendeten - und gegebenenfalls vergossenen - LED- Chips haben. Typischerweise ist die Hüllkurve der vergossenen LED-Chips mindestens mehreckig, und der Hohlkörper kann sich dort eng an die in SMD-Technik aufgebrachten vergossenen Chips anlehnen. Typischerweise bildet die Vergussmasse der LED-Chips je eine Sammellinse. The input side or input surface of the reflective hollow body may have any shape, in adaptation to the - used and possibly potted - LED chips. Typically, the envelope of the potted LED chips is at least polygonal, and the hollow body can lean closely against the potted chips applied in SMD technology. Typically, the potting compound of the LED chips each forms a positive lens.
Die voneinander beabstandeten LED-Chips weisen mindestens teilweise unterschiedliche Emissionsmaxima auf. Mindestens teilweise sind sie nicht koaxial zur optischen Achse der Eingangsseite des Lichtleitstabs angeordnet. Dies bedingt eine asymmetrische Einleitung von Licht in mindestens einer Farbe in den Homogenisierer. Aufgrund der Multireflek- tion an den in mehreren Achsen schrägen Rippen des erfindungsgemäßen reflektierenden Hohlkörpers wandert der emittierte Lichtstrahl mehrfach reflektiert in dem Hohlkörper hin und her, bis er den Hohlkörper verlässt. The spaced-apart LED chips have at least partially different emission maxima. At least partially, they are not arranged coaxially with the optical axis of the input side of the light guide rod. This requires an asymmetric introduction of light in at least one color in the homogenizer. Due to the multireflection on the oblique ribs of the inventive reflecting hollow body in several axes, the emitted light beam reciprocates in the hollow body with multiple reflections until it leaves the hollow body.
Insofern ist es besonders günstig, dass die LED-Chips innerhalb des als Reflektor wirkenden Hohlkörpers angeordnet sind. Die emittierte Strahlung wird vollständig reflektiert, und zwar in schrägen Winkein und mehrfach, was der Homogenisierung besonders zugute kommt. In this respect, it is particularly favorable that the LED chips are arranged within the hollow body acting as a reflector. The emitted radiation is completely reflected, in an oblique angle and several times, which is particularly beneficial for the homogenization.
Insofern ist es günstig, dass der erfindungsgemäße Homogenisierer als innen reflektierender Hohlkörper ausgebildet ist. In this respect, it is favorable that the homogenizer according to the invention is designed as an internally reflecting hollow body.
Während bei einem fest montierten Lichtleitstab eine zusätzliche Abdeckscheibe aus- gangsseitig des Homogenisierers entbehrlich ist, ist es günstig, eine transparente Abdeckscheibe vorzusehen, insbesondere, wenn der Lichtleitstab austauschbar ist. Es ist auch möglich, eine in Maßen nachgiebige Kupplung zu realisieren, die dann sowohl für 8mm- Lichleitstäbe als auch für 10mm-Lichtleitstäbe passt. While an additional cover plate on the output side of the homogenizer can be dispensed with in the case of a permanently mounted light guide rod, it is favorable to provide a transparent cover plate, in particular if the light guide rod is exchangeable. It is also possible to realize a dimensionally flexible coupling, which then fits both 8mm Lichleitstäbe and 10mm-Lichtleitstäbe.
Die Rippen der Riffelung können einen beliebigen geeigneten Verlauf aufweisen. Als besonders günstig hat sich eine Sägezahn-Form oder eine Dreiecks-Form des Profils der Rippen in der Abwicklung herausgestellt. Es kann auch günstig sein, die Rippen oder Riffelung nicht mit einer regelmäßigen Form, beispielsweise einer Dreiecks-Form oder einer Sinus-Form mit konstanter Periode, zu realisieren, sondern unregelmäßig, so dass auftreffende Lichtstrahlen in beliebiger und Undefinierter Weise reflektiert werden. Während es bevorzugt ist, die Rippen in konstanter Weise von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche verlaufen zu lassen, kann es in einer modifizierten Ausgestaltung auch günstig sein, die Höhe und/oder die Breite mindestens eines Teils der Rippen über den Verlauf von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche zu ändern. The ribs of the corrugation may have any suitable course. As a particularly favorable sawtooth shape or a triangular shape of the profile of the ribs has been found in the settlement. It can also be favorable to realize the ribs or corrugations not with a regular shape, for example a triangular shape or a sine shape with a constant period, but irregularly, so that incident light rays are reflected in any desired and undefined manner. While it is preferred to extend the ribs in a constant manner from the input surface to the output surface, in a modified embodiment it may also be beneficial to increase the height and / or width of at least a portion of the ribs over the path from the input surface to the output surface to change.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Um- fangsstrecke der Eingangsfläche und der Ausgangsfläche gleich ist. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the circumference of the input surface and the output surface is the same.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Rippen der Riffelung sich durchgängig von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche erstrecken. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that ribs of the corrugation extend continuously from the input surface to the output surface.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rippen der Riffelung radial einwärts des Homogenisierers betrachtet spitz zulaufen. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the ribs of the corrugation, viewed radially inwardly of the homogenizer, taper pointedly.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Rippen der Riffelung radial einwärts betrachtet abgerundet zulaufen, insbesondere mit einem Radius von weniger als einem Drittel, bevorzugt etwa einem Sechstel ihres Abstandes voneinander und/oder ihrer Höhe. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that ribs of the corrugation viewed radially inwardly rounded, in particular with a radius of less than a third, preferably about one sixth of their distance from each other and / or their height.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Rippen Schrägflächen aufweisen, und die Schrägflächen einander benachbarter Rippen zueinander einen Winkel zwischen 60 und 110 Grad, bevorzugt über 80 Grad aufweisen. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that ribs have inclined surfaces, and the inclined surfaces of adjacent ribs to each other at an angle between 60 and 110 degrees, preferably over 80 degrees.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rippen im Schnitt betrachtet einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf aufweisen. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the ribs viewed in section have a substantially sinusoidal course.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgende Further advantages, details and features will become apparent from the following
Beschreibung der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung. Description of the several embodiments of the invention with reference to the drawing.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische beispielhafte Anordnung eines aufgeschnittenen Homogenisierers mit benachbart angeordneten LED-Chips; 1 shows a schematic exemplary arrangement of a cut-open homogenizer with adjacently arranged LED chips;
Fig. 2 eine erfinungsgemäße Ausführungsform des Homogenisierers gemäß der Fig. 2 is an inventive embodiment of the homogenizer according to the
Erfindung, wobei die LED-Chips sich in dem Homogenisierer befinden;  Invention, wherein the LED chips are in the homogenizer;
Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Ausführungsform Fig. 2; Fig. 4 eine weitere Ansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3; 3 shows a section according to the embodiment of FIG. 2; 4 shows a further view of the embodiment according to FIGS. 2 and 3;
Fig. 5A bis 5D verschiedene mögliche LED-Anordnungen zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Homogenisierers; Figures 5A to 5D show various possible LED arrangements for use with a homogenizer according to the invention;
Fig. 6A bis 6C mögliche Formen des Innenreflektors des erfindungsgemäßen Homogenisierers; und 6A to 6C possible forms of the inner reflector of the homogenizer according to the invention; and
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Homogenisierers in einer Schnittdarstellung. Fig. 7 shows a further embodiment of a homogenizer according to the invention in a sectional view.
Aus Fig. 1 ist ein beispielhafter Homogenisierer 10 als Teil eines Lichthärtgeräts ersichtlich. Einer Eingangsfläche 12 des Homogenisierers 10 benachbart ist eine Mehrzahl von LED-Chips 14 angeordnet, die je einzeln mit einer transparenten Vergussmasse 16 unter Bildung von Sammellinsen vergossen sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die vergossenen LED-Chips 14 von der Eingangsfläche beabstandet. Die Eingangsfläche 12 ist etwa quadratisch, wobei in Fig. 1 eine Rechteck-Form dargestellt ist, nachdem der Homogenisierer 10 aufgeschnitten dargestellt ist. From Fig. 1, an exemplary homogenizer 10 is seen as part of a light curing device. Adjacent to an input surface 12 of the homogenizer 10 is a plurality of LED chips 14, which are individually cast with a transparent potting compound 16 to form converging lenses. In this embodiment, the potted LED chips 14 are spaced from the input surface. The input surface 12 is approximately square, wherein in Fig. 1, a rectangular shape is shown after the homogenizer 10 is shown cut away.
Der Homogenisierer 10 ist als Hohlkörper ausgebildet und weist an seinem Außenumfang eine Riffelung 18 auf. Die Riffelung 18 besteht aus einer Vielzahl von Rippen 20, die gleichmäßig um den Umfang verteilt sind. Die Rippen 20 erstrecken sich im Verlauf des Homogenisierers an dem Außenumfang entlang, also von der Eingangsfläche 12 zu einer Ausgangsfläche 22. The homogenizer 10 is formed as a hollow body and has a corrugation 18 on its outer periphery. The corrugation 18 consists of a plurality of ribs 20 which are distributed uniformly around the circumference. The ribs 20 extend along the outer circumference in the course of the homogenizer, ie from the input surface 12 to an output surface 22.
Die Rippen 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Dreiecksrippen ausgebildet. Das gesamte die Wand 24 des Homogenisierers 10 bildende Material ist geriffelt, die Wand 22 ist insofern innen als auch außen geriffelt. The ribs 20 are formed in the illustrated embodiment as triangular ribs. The entire material forming the wall 24 of the homogenizer 10 is corrugated, the wall 22 is corrugated internally and externally.
Die Wand 24 ist zudem innen mit einer Verspiegelung versehen. Die Verspiegelung kann beispielsweise durch eine aufgedampfte Aluminiumschicht realisiert sein. Auf diese ist dann bevorzugt noch eine Schutzschicht aufgebracht, um gleichbleibend gute Reflekti- onseigenschaften zu gewährleisten. The wall 24 is also provided on the inside with a mirror coating. The mirroring can be realized for example by a vapor-deposited aluminum layer. A protective layer is then preferably applied to these in order to ensure consistently good reflection properties.
Der Hohlkörper oder Homogenisierer 10 besteht mit seiner Wand 24 aus Polycarbonat mit mindestens innen einer hohen Oberflächengüte und geringer Rauigkeit. The hollow body or homogenizer 10 is made with its wall 24 of polycarbonate with at least the inside of a high surface quality and low roughness.
Die Ausgangsfläche 22 ist in den dargestellten Ausführungsbeispiel kreisrund. Sie ist geeignet, Licht dem Eingangsanschluss eines nicht dargestellten Lichtleiters zuzuführen. Der Eingangsanschluss des Lichtleiters hat mit höchstens wenigen Prozent Abweichun- gen exakt die gleiche Fläche wie die Ausgangsfläche 22. Damit ist ein praktisch vollständiger Lichtübergang vom Homogenisierer 10 zum Lichtleiter gewährleistet. The output surface 22 is circular in the illustrated embodiment. It is suitable to supply light to the input terminal of a light guide, not shown. The input connection of the light guide has a maximum of a few percent deviation. gen exactly the same area as the output surface 22. This ensures a virtually complete light transition from the homogenizer 10 to the light guide.
In Fig. 1 sind schematisch Lichtstrahlen 25 dargestellt, die mehrfach reflektiert durch den Homogenisierer 10 verlaufen. Besonders wichtig ist die schräge Reflektion an den Rippen 20 innen, die zu einem asymetrischen und insofern unkontrollierten Verlauf der Lichtstrahlen 25 führt und die erwünschte Homogenisierung bereitstellt. In Fig. 1, light beams 25 are shown schematically, which are multiply reflected by the homogenizer 10. Particularly important is the oblique reflection on the ribs 20 inside, which leads to an asymmetrical and thus uncontrolled course of the light rays 25 and provides the desired homogenization.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Homogenisierers dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Eingangsfläche 12 als rechteckige Hüllkurve für die LED-Chips 14 ausgebildet. Hiermit ist gemeint, dass der Homogenisierer mit der 2, an embodiment of a homogenizer according to the invention is shown. In this embodiment, the input surface 12 is formed as a rectangular envelope for the LED chips 14. By this is meant that the homogenizer with the
Innenseite der Wand 24 die Mehrfachanordnung von LED-Chips 14 umgibt, und zwar vergleichsweise eng benachbart. Bei dieser Ausführungsform sind vier LED-Chips 14 vorgesehen, die symmetrisch angeordnet sind. Aufgrund der Schnittdarstellung sind lediglich zwei LED-Chips 14 aus Fig. 7 ersichtlich. Die Eingangsfläche 12 erstreckt sich um die LED-Chips 14 herum und zwar bevorzugt so, dass sie vergleichsweise eng an den Außenseiten der LED-Chips 14 anliegt. Inside the wall 24 surrounds the array of LED chips 14, and relatively close. In this embodiment, four LED chips 14 are provided, which are arranged symmetrically. Due to the sectional illustration, only two LED chips 14 from FIG. 7 can be seen. The input surface 12 extends around the LED chips 14, preferably so as to be comparatively close to the outer sides of the LED chips 14.
Die LED-Chips 14 sind insofern in dem Homogenisierer 10 aufgenommen. Mit dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass sämtliches emittierte Licht gleich in den Homogenisierer 10 gerät und die große Chance hat, an den Rippen 20 reflektiert und asymmetrisch umgelenkt zu werden. The LED chips 14 are accommodated in the homogenizer 10 in this respect. With this embodiment, it is ensured that all the emitted light gets straight into the homogenizer 10 and has the great opportunity to be reflected on the ribs 20 and deflected asymmetrically.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Wand 24 aus einer gebogenen und als Rohr verschweißten Folie aus Polycarbonat realisiert. Außen ist die Wand 24 glatt, während sie innen einen geriffelten Reflektor bildet. In the embodiment shown in Fig. 2, the wall 24 is made of a bent and welded as a tube sheet of polycarbonate. Outside, the wall 24 is smooth, while inside it forms a corrugated reflector.
Die Ausgangsfiäche 22 ist wiederum kreisrund. Sie weist die gleiche Umfangslänge wie die Eingangsfläche 12 auf. Durch die Forminkongruenz entstehen schräge Seitenflächen des Reflektors 26, zusätzlich zur Schräge der Rippen 20. Die mehrachsige Schräg heit des Reflektors 26 und der Riffelung 18 trägt zur Verbesserung des Homogenisierergebnisses bei. The Ausgangsfiäche 22 is again circular. It has the same circumferential length as the input surface 12. The shape mismatch results in oblique side surfaces of the reflector 26, in addition to the slope of the ribs 20. The multi-axial obliquity of the reflector 26 and the corrugation 18 contributes to the improvement of the homogenization result.
Die Ausführungsform des Homogenisierers gemäß Fig. 2 ist in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Gleiche Bezugszeichen weisen hier wie auch in den weiteren Figuren auf gleiche oder entsprechende Teile hin. Aus Fig. 3 ist die Erstreckung der Riffelung senkrecht sowohl zur Eingangsfläche 12 als auch zur Ausgangsfläche 22 deutlich ersichtlich. Es ist auch ersichtlich, dass die umlaufende Wand 24 schräg verläuft und insofern die Eingangsfläche an die Ausgangsfläche anpasst. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform entspricht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Zusätzlich ist ersichtlich, in welcher Weise die Lichtstrahlen 25 mehrfach reflektiert werden und sich von der Eingangsfläche 12 in Richtung zur Ausgangsfläche 22 unter mehrfacher Umlenkung unter Reflexion an der Riffelung 18 erstrecken. The embodiment of the homogenizer according to FIG. 2 is shown in section in FIG. 3. Like reference numerals here as well as in the other figures to the same or corresponding parts. From Fig. 3, the extent of the corrugation perpendicular to both the input surface 12 and the output surface 22 is clearly visible. It can also be seen that the peripheral wall 24 extends obliquely and thus adapts the input surface to the output surface. The embodiment shown in Fig. 4 corresponds to the embodiment shown in Fig. 2. In addition, it can be seen how the light beams 25 are reflected several times and extend from the input surface 12 in the direction of the output surface 22 under multiple deflection under reflection at the corrugation 18.
Die Fig. 5A bis 5D zeigen verschiedene mögliche Formen der Eingangsfläche 12, die die LED-Chips 14 einschließt. Die Wand 24 und damit der reflektierende Hohlkörper 10 erstreckt sich je an geraden Außenseiten der vergossenen LED-Chips14 entlang. Zwischen einander benachbarten, jedoch gegeneinander versetzten Ecken verläuft er schräg, so dass die Hüllkurve um die vergossenen LED-Chips diesen eng benachbart verläuft. FIGS. 5A to 5D show various possible shapes of the input surface 12 that includes the LED chips 14. The wall 24 and thus the reflective hollow body 10 each extend along straight outer sides of the molded LED chips 14. Between adjacent but offset staggered corners it runs obliquely so that the envelope around the potted LED chips this closely adjacent runs.
Aus Fig. 5A ist eine Anordnung von drei LED-Chips 14 mit gleicher Wellenlänge und in einer Reihe ersichtlich. Von diesen beabstandet, jedoch zu ihnen mitten-symmetrisch angeordnet, ist ein weiterer, größerer vergossener LED-Chip vorgesehen, der ebenfalls von der Wand 24 umgeben ist. FIG. 5A shows an arrangement of three LED chips 14 with the same wavelength and in a row. Spaced apart from these, but center-symmetrically arranged to them, another, larger encapsulated LED chip is provided, which is also surrounded by the wall 24.
Insofern hat die Wand 24 gemäß Fig. 5A eine sechseckige Form. In this respect, the wall 24 according to FIG. 5A has a hexagonal shape.
Fig. 5B zeigt eine Anordnung von LED-Chips 14, die vergossen sind, und zusätzlich am Außenumfang in den Lücken zwischen diesen verteilten Sensoren 30. Die Sensoren 30 dienen in an sich bekannter Weise zur Erfassung von Lichtstrahlen, die von der Oberfläche des beaufschlagten Materials, beispielsweise von Dentalmaterial, reflektiert werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Sensoren 30 ebenfalls von der Wand 24 umgeben. Fig. 5B shows an arrangement of LED chips 14 which are potted and additionally on the outer periphery in the gaps between these distributed sensors 30. The sensors 30 are used in a manner known per se for detecting light rays coming from the surface of the applied material , For example, dental material, are reflected. In the illustrated embodiment, the sensors 30 are also surrounded by the wall 24.
In einer modifizierten Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Sensoren 30 von der Homogenisierung auszunehmen, und die Wand 24 innerhalb der Sensoren, jedoch außerhalb der LED-CHips 14, verlaufen zu lassen. An den Stellen, an denen sich die Sensoren 30 befinden, kann die Wand 24 dann etwas eingebuchtet sein. In a modified embodiment, it is provided to exclude the sensors 30 from the homogenization, and to allow the wall 24 to extend within the sensors but outside the LED chips 14. At the locations where the sensors 30 are, the wall 24 can then be slightly indented.
Diese Ausgestaltung ist besonders dann günstig, wenn während der Lichtemission der LED-Chips, also gleichzeitig, und nicht in Impulspausen das reflektierte Licht erfasst werden soll. This refinement is particularly favorable if the reflected light is to be detected during the light emission of the LED chips, that is to say simultaneously, and not in pulse pauses.
Aus Fig. 5C ist eine asymetrische Anordnung der LED-Chips ersichtlich. Drei LED-Chips 14 erstrecken sich seitlich neben bzw. diagonal versetzt gegenüber einem größeren vergossenen LED-Chip 14. Die Wand 24 des Homogenisierers 10 erstreckt sich wiederum in einer möglichst kurzen Umschlingung um die LED-Chips 14. Aus Fig. 5D ist eine weitere Ausgestaltung der Anordnung der LED-Chips 14 ersichtlich. Drei LED-Chips 14 mit eine kleineren Vergussmasse erstrecken sich im Dreieck, und der Hypotenuse benachbart erstreckt sich ein LED-Chip 14 mit einer größeren Vergussmasse. From Fig. 5C, an asymmetrical arrangement of the LED chips can be seen. Three LED chips 14 extend laterally next to or diagonally offset from a larger potted LED chip 14. The wall 24 of the homogenizer 10 extends in turn in as short a loop around the LED chips 14th From Fig. 5D, a further embodiment of the arrangement of the LED chips 14 can be seen. Three LED chips 14 with a smaller potting compound extend in the triangle, and the hypotenuse adjacent extends an LED chip 14 with a larger potting compound.
Hier ergibt sich eine fünfeckige Anordnung der Wand 24, die sämtliche LED-Chips 14 umgibt. This results in a pentagonal arrangement of the wall 24, which surrounds all the LED chips 14.
Aus Fig. 6 sind zwei bespielhaft mögliche Formen der Riffelung 18 ersichtlich. Gemäß Fig. 6A verläuft die Riffelung - und damit die Rippen 20 - im wesentlichen sinusförmig. Eine Flanke 32 der Rippe 20 hat einen Schrägstellungswinkel α von etwa 45 Grad. Dieser Winkel ergibt sich zugleich aus dem Verhältnis von dC und dH, also der Periode und der Rippenhöhe gemäß Fig. 6. Beide Größen können konstant sein, oder sich um den From Fig. 6 are two examples of possible forms of corrugation 18 can be seen. According to FIG. 6A, the corrugation-and thus the ribs 20 -is substantially sinusoidal. An edge 32 of the rib 20 has a skew angle α of about 45 degrees. This angle results at the same time from the ratio of dC and dH, ie the period and the fin height according to FIG. 6. Both quantities can be constant, or they can be around the
Umfang der innen liegenden Riffelung 18 ändern. Change the circumference of the internal corrugation 18.
Während Fig. 6A und Fig. 6C sinusförmige Riffelungen zeigen, ist gemäß Fig. 6B eine dreiecksförmige Riffelung, wiederum mit dem Schrägstellungswinkel α ersichtlich. Der Winkel α kann in weiten Bereichen an die Erfordernisse angepasst werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt er bei 50 Grad, so dass der Öffnungswinkel der Rippen 80 Grad beträgt. Eine weitere beispielhafte Größe ist α = 20 Grad, entsprechend einem Öffnungswinkel von 140 Grad. While FIGS. 6A and 6C show sinusoidal corrugations, according to FIG. 6B a triangular corrugation, again with the skew angle α, can be seen. The angle α can be adapted to the requirements in a wide range. In the illustrated embodiment, it is 50 degrees, so that the opening angle of the ribs is 80 degrees. Another exemplary size is α = 20 degrees, corresponding to an opening angle of 140 degrees.
Aus Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des Homogenisierers ersichtlich. Die Wand 24 des Homogenisierers 10 ist massiv ausgebildet, und der Homogenisierer 10 ist zweiteilig, wobei die zylindrische Außenseite der Wand 24 von entsprechenden Rastzungen durchbrochen ist, aber ihren zylindrischen Grundcharakter beibehält. From Fig. 7, a further embodiment of the homogenizer can be seen. The wall 24 of the homogenizer 10 is formed solid, and the homogenizer 10 is in two parts, wherein the cylindrical outer side of the wall 24 is pierced by corresponding locking tongues, but retains its cylindrical basic character.
Der Homogenisierer 10 ist außen als massiver, insbesondere im wesentlichen zylindrischer, Körper mit einer Wandstärke ausgebildet, die ausgangsseitig mindestens einem Viertel und eingangsseitig mindestens einem Drittel des Radius des Homogenisierers (10) außen entspricht. The homogenizer 10 is externally formed as a solid, in particular substantially cylindrical, body with a wall thickness, the output side at least a quarter and the input side at least one third of the radius of the homogenizer (10) corresponds to the outside.
Der Homogenisierer 10 wirkt bei dieser Ausführungsform gleichzeitig als Homogensierer und als Reflektor, nachdem die Rippen 18 an der Innenwand des Homogenisierers 10 unter Bildung eines Reflektors verspiegelt sind und nachdem der Reflektor 26 sich zur Ausgangsfläche 22 hin konisch aufweitet. The homogenizer 10 acts in this embodiment simultaneously as a homogenizer and as a reflector after the ribs 18 are mirrored on the inner wall of the homogenizer 10 to form a reflector and after the reflector 26 widens conically towards the output surface 22.
Die Ausgangsfläche 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel von einer transparenten The output surface 22 is in this embodiment of a transparent
Abdeckscheibe 32 abgedeckt, die an einem Haltering 34 gegenüber dem Homogenisierer im Übrigen abgedichtet gehalten ist. Eine Besonderheit der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist die Integration der Sensoren 30, die zusammen mit den LED-Chips 14 auf einer gemeinsamen Basisplatte 36 angebracht sind. Die Sensoren 30 befinden sich Insofern auf der gleichen Ebene wie die LED-Chips 14. Cover 32 covered, which is kept sealed on a retaining ring 34 relative to the homogenizer otherwise. A special feature of the embodiment according to FIG. 7 is the integration of the sensors 30, which are mounted together with the LED chips 14 on a common base plate 36. Insofar, the sensors 30 are located on the same plane as the LED chips 14.
Von dem Innenraum des Homogensisierers 10 zu den Sensoren 30 erstrecken sich schräge Sensor-Lichtkanäle 38 und 40, die aufgrund ihrer Schrägheit bevorzugt das reflektierte Licht, beispielsweise von einer Dentaloberfläche reflektierte Licht, auffangen und dem Sensor 30 zuleiten. Oblique sensor light channels 38 and 40 extend from the interior of the homogenizer 10 to the sensors 30. Due to their obliqueness, they preferably absorb the reflected light, for example light reflected from a dental surface, and convey it to the sensor 30.
Der Schrägstellungswinkel kann beispielsweise 30 Grad, bezogen auf die optische Achse des Homogenisierers 10 betragen, aber auch nur 15 oder beispielsweise auch 40 Grad. The skew angle can be, for example, 30 degrees, relative to the optical axis of the homogenizer 10, but also only 15 or, for example, also 40 degrees.
Der Sensor-Lichtkanal 38 und 40 endet je deutlich beabstandet von dem Sensor 30. Insofern ist eine gewisse thermische Trennung gegeben. Die gesamte Baueinheit aus Homogenisierer und Basisplatte ist in einem geschlossenen Gehäuse aufgenommen, so dass das über die Sensor-Lichtkanäle zugeiltete Licht das einzige Licht ist, dass in den Bereich der Sensoren 30 gelangen kann. The sensor light channel 38 and 40 each ends clearly spaced from the sensor 30. Insofar there is a certain thermal separation. The entire assembly of homogenizer and base plate is accommodated in a closed housing, so that the light admitted via the sensor light channels is the only light that can reach the area of the sensors 30.
Der erfindungsgemäße Homogenisierer 10 hat in dieser Ausführungsform insofern eine Dreifach-Funktion. Er dient als Reflektor, aufgrund der Riffelung mit den Rippen 18 als Lichtmischer und zugleich als Zuleitkörper für das Sensorlicht. The homogenizer 10 according to the invention has a triple function in this embodiment. It serves as a reflector, due to the corrugation with the ribs 18 as a light mixer and at the same time as Zuleitkörper for the sensor light.

Claims

Patentanmeldung Homogenisierer mit Lichtquelle Patentansprüche: Patent application Homogenizer with light source
1 . Homogenisierer, mit einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche, die zueinander insbesondere inkongruent sind, wobei sich zwischen Eingangsfläche (12) und Ausgangsfläche (22) mindestens eine Schrägfläche erstreckt, die eine Riffelung (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogeisierer (10) als innen reflektierender Hohlkörper ausgebildet ist, und dass LED-Chips (14) in dem Homogenisierer (10) aufgenommen sind. 1 . Homogenizer, with an input surface and an output surface, which are in particular incongruent with each other, wherein between the input surface (12) and output surface (22) extends at least one inclined surface having a corrugation (18), characterized in that the homogenizer (10) as inside reflecting hollow body is formed, and that LED chips (14) are received in the homogenizer (10).
2. Homogenisierer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsfläche (12) eckig ausgebildet ist, insbesondere viereckig und besonders bevorzugt recht-eckig und/oder dass die Ausgangsfläche (22) rund ausgebildet ist, bevorzugt kreisrund. 2. homogenizer according to claim 1, characterized in that the input surface (12) is angular, in particular square and more preferably rectangular and / or that the output surface (22) is round, preferably circular.
3. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsfläche (12) benachbart eine Mehrzahl von LED-Chips (14) angeordnet sind, die insbesondere je mit Sammellinsen vergossen sind, wobei die LED- Chips (14) vollständig in dem Reflektor aufgenommen sind. 3. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the input surface (12) adjacent a plurality of LED chips (14) are arranged, which are each cast in particular with converging lenses, the LED chips (14) completely in the Reflector are included.
4. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierer (10) als Hohlkörper sich bis zu einer Basisplatte (36) erstreckt, auf welcher die LED-Chips befestigt sind. 4. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the homogenizer (10) extends as a hollow body up to a base plate (36) on which the LED chips are mounted.
5. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfläche (22) verschlossen ist, insbesondere mit einer transparenten Abdeckscheibe, und insbesondere, dass die Abdeckscheibe in den Homogenisierer (10) eingesetzt ist und an ihrem der Ausgangsfläche (22) zugewandten Wand (24) umfangseitig mit einem insbesondere transparenten Klebstoff mit dem Homogenisierer (10) verklebt ist, wobei insbesondere die Abdeckscheibe stumpf auf die Ausgangsfläche (22) des Homogenisierers (10) aufgesetzt und dort insbesondere fixiert ist. 5. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the output surface (22) is closed, in particular with a transparent cover, and in particular that the cover is inserted into the homogenizer (10) and at its output surface (22) facing Wall (24) is glued peripherally with a particular transparent adhesive to the homogenizer (10), in particular the cover is stump on the output surface (22) of the homogenizer (10) placed and fixed there in particular.
6. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierer (10) außen als massiver, insbesondere im wesentlichen zylindrischer, Körper mit einer Wandstärke ausgebildet ist, die ausgangsseitig mindestens einem Viertel und eingangsseitig mindestens einem Drittel des Radius des Homogenisierers (10) außen entspricht. 6. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the homogenizer (10) is formed on the outside as a solid, in particular substantially cylindrical, body with a wall thickness on the output side at least a quarter and input side at least one third of the radius of the homogenizer (10 ) corresponds to the outside.
7. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierer (10) Sensor-Lichtkanäle (38, 40) aufweist, die sich zwischen den Innenraum des Hohlkörpers und einem Bereich au ßerhaib des Hohlkörpers, insbesondere auf der Ebene der LED-Chips (14) erstrecken. 7. homogenizer according to any one of the preceding claims, characterized in that the homogenizer (10) sensor light channels (38, 40) which extends between the interior of the hollow body and a region au ßerhaib the hollow body, in particular at the level of the LED Chips (14) extend.
8. Homogenisierer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Lichtkanäle (38, 40) sich zu Sensoren (30) erstrecken, und von diesen ausgesehend schräg radial einwärts zur Ausgangsfläche (22) des Homogenisierers hin. 8. Homogenizer according to claim 7, characterized in that the sensor light channels extend (38, 40) to sensors (30), and from this outwardly inclined radially inwardly towards the output surface (22) of the homogenizer out.
9. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riffelung (18) eine Vielzahl von Rippen (20) aufweist, die sich um den Innenumfang des Homogenisierers (10) erstrecken, insbesondere zwischen 10 und 100 Rippen (20) und besonders bevorzugt etwa 20 Rippen (20). 9. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugation (18) has a plurality of ribs (20) which extend around the inner circumference of the homogenizer (10), in particular between 10 and 100 ribs (20) and more particularly preferably about 20 ribs (20).
10. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (20) der Riffelung (18) sich mit einer gleichbleibenden Form zwischen der Eingangsfläche (12) und der Ausgangsfläche (22) erstrecken und/oder dass Rippen (20) der Riffelung (18) in einem regelmäßigen Muster, insbesondere im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. 10. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that ribs (20) of the corrugation (18) extend with a uniform shape between the input surface (12) and the output surface (22) and / or that Ribs (20) of the corrugation (18) are arranged in a regular pattern, in particular at the same distance from each other.
11 . Homogenisierer nach Anspruch 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (20) der Riffelung (18) mit sich im wesentlichen parallel zueinander, jedoch mit voneinander verschiedenen Formen erstrecken und/oder dass die Form der Riffelung (18), insbesondere deren Rippen (20), an die von dem Homogenisierer (10) übertragene Lichtwellenlänge oder Lichtwellenlängebereiche angepasst ist. 11. Homogeniser according to claim 1 to 11, characterized in that ribs (20) of the corrugations (18) extend substantially parallel to one another but with mutually different shapes and / or that the shape of the corrugations (18), in particular their ribs (20 ) to which the homogenizer (10) transmits transmitted light wavelength or light wavelength ranges.
12. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riffelung (18) des Homogenisierers (10) eine Reflexionsschicht aufweist, insbesondere eine aufgedampfte Reflektionsschicht. 12. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the corrugation (18) of the homogenizer (10) has a reflection layer, in particular a vapor deposited reflection layer.
13. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfläche (22) des Homogenisierers (10) einem Eingangang- schluss eines Lichtleiters benachbart ist und insbesondere diese beiden Flächen miteinander fluchten. 13. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that the output surface (22) of the homogenizer (10) is an input terminal of a light guide adjacent and in particular these two surfaces are aligned.
14. Homogenisierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Teile des Homogenisierers (10) insbesondere durch Rastverbindungen aneinander gehalten sind. 14. Homogenizer according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed in several parts, in particular two parts, wherein the parts of the homogenizer (10) are held together in particular by latching connections.
15. Lichthärtgerät, mit einem Homogenisierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierer (10) als Hauptreflektor des Lichthärtgeräts ausgebildet ist und im Strahlengang einer Lichtquelle nachgeschaltet ist. und insbesondere einem Lichtleitstab vorgeschaltet ist. 15. Light curing device, with a homogenizer according to one of claims 1 to 14, characterized in that the homogenizer (10) is designed as a main reflector of the light curing device and is connected downstream in the beam path of a light source. and in particular is preceded by a light guide rod.
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