JP2014528307A - 照射源及び導光装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、照射源、特に、歯科材料の重合のための光硬化装置に関し、照射源は、光導波体と、少なくとも２つの光源、好ましくは半導体光源、特に発光ダイオードを有する発光装置と、を備え、その放射は、反射体によって誘導され、光導波体に結合される。前述の各光源は、光色及び／又は発光スペクトルが異なり、光色及び／又は発光スペクトル及び／又は放出された光のスペクトル放射力を改善するために、相互に独立して制御することができる。前述の光導波体は、少なくとも１つの単芯部分と多芯部分とを備え、光源によって放射された光は、光導波体の単芯部分に結合される。また、本発明は、前述の種類の照射源及び／又は前述の種類の光硬化装置のための導光装置にも関する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の導入部による、好ましくは医療用又は歯科用の照射源、特に歯科材料の重合のための光硬化装置に関し、また、これに加えて、請求項１５の導入部による照射源のための導光装置又はこのような種類の光硬化装置に関する。

本明細書の説明及び特許請求の範囲に使用する光という用語は、可視スペクトル域の電磁波放射だけでなく、ＵＶ及び近赤外線領域の電磁波放射も意味する。好ましくは配置された発光ダイオード（又はＬＥＤ若しくはＬＥＤチップ）について言及する場合、これらの用語には、他の光源及び照射源も含まれ、特に、読みやすさの理由により、本明細書全体を通じて挙げられていない可視光線、ＵＶ及び／又は近赤外線を放射する半導体照射源も含まれる。硬化装置についてのみ言及する場合があっても、対応する明示が同様に他の照射源にも適用され、これらを参照する必要があることも、当業者によって理解される。

このような種類の光硬化装置は、長い間知られている。

１９７０年代の導光体の実施の一例は、独国特許出願公開第２３５２６７０号明細書から採用することができる。その時点において、シングルファイバからなる可撓性の導光体は、周知であると考えられていた。この文献は、導光液体、及び導光体を供給する可撓性プラスチック製ホースの実施についても示す。

シングルファイバからなり、導光ロッドと称することもある導光体は、基本的に、比較的堅いか又は硬質であり、このため、曲げるのが困難である。一方、液体を充填した導光体は、患者が、不注意により導光体を噛み、このようにして、漏れが生じるという危険性があるので、特に口腔域の用途には不都合である。

１９８０年代だけでなく、これまで、導光体は、一般に、マルチファイバの導光体に移った。独国実用新案第２９７０９７８５号明細書は、例として、この導光体について言及している。

多芯導光体（ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とも称するマルチファイバの導光体は、実質的に改善された曲げ特性の提供という利点を有する。このため、歯科医は、その端部側において、導光体を所望の形状にし、発光を維持するか又は所望の部分的に深い位置から出すことができる。

ところで、同様のことは、歯科用カメラの光センサーにおける導光体の使用だけでなく、例えば、狭い曲率半径を必要とする内視鏡の導光体の使用にも適用される。

赤色、黄色及び青色などの基調色の光学的な付加混合物により、白色光を発生できることが、長い間既に知られている。これは、対応する色のＬＥＤを相互に近接させて配置することによって、及び導光体にその発光を誘導することによって利用される。

実際、いわゆる白色ＬＥＤは、最近知られるようになった。しかしながら、これらはまだ、現在のところ、比較的高価であり、光混合により、正確な色合いを、要求により良く適合させることができる。また、特定の発光スペクトルを選択することもできる。

単一のＬＥＤ又は単一のＬＥＤチップが光源として使用される場合、発光は、通常およそ１ｍｍ^２の大きさであるＬＥＤチップの上側において主に生じる。通常径が６〜１３ｍｍである多芯導光体が、ＬＥＤチップの前方に取り付けられている場合、主な発光は、通常、６つ又は７つの内側のファイバにのみ衝突するが、外側の光ファイバのごく一部分が利用されるにすぎない。

かかる状況を防止するために、光ファイバの光入射側端部において、集光レンズを使用することが知られるようになった。一方、集光レンズの付加的な提供は、それぞれの反射の２つの更なる光境界面を意味し、その結果、効率が低下する。

したがって、言及した用途の両例において、特に、多芯導光体の使用で発生する収率損失とは対照的に、単芯技術の場合では、光学的に有効な媒体によって導光体の全断面積を採用することができるので、単芯導光体（ｍｏｎｏｃｏｒｅ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）又は導光ロッドを進んで使用している。

例えば歯科材料の重合のための、これまで一般に使用されている医療用又は歯科用の従来技術である光源は、所定の特定発光スペクトルを放出するように構成され設計された。

これとは対照的に、本発明は、請求項１の導入部による、好ましくは医療用又は歯科用の照射源、特に歯科材料の重合のための光硬化装置、並びに請求項１５の導入部による導光装置を創作するという目的に基づいており、一方で、容易かつ費用効果的に製造することができ、普遍的に使用することができ、他方で、特に医療用途、好ましくは歯科用途で、より人間工学的に取り扱うことができ、そして、その光色及び／又は発光スペクトル及び／又は放射された光のスペクトル放射力を、用途の目的、及び発光を使用しない用途の場合又は損傷を受ける簡単な取扱いに適合させることができる。

この目的は、照射源及び光硬化装置に関する請求項１によって本発明により解決される。このような種類の導光装置に関して、目的は、請求項１５によって解決される。

更なる有利な発展が、本明細書の説明から、特に従属請求項から明らかである。説明及び従属請求項に開示されている技術的特徴はすべて、それぞれの当業者の専門知識によって相互に自由に組み合わせることができ、独立請求項１及び１５の特徴に関連して、ともに技術的に実施することができる。

驚くべきことに、特に、光混合要素に直接放射する反射体の配置とこの光混合要素の相互作用によって、本発明は、非常に単純かつ費用効果的な設計で、空間条件又は全長を増加させることなく、光色及び／又は発光スペクトルが異なり、かつ相互に別々に制御することができる、光源、特にＬＥＤを使用することによって、非常に高度な光混合を達成し、光色及び／又は発光スペクトル及び／又は放射された光のスペクトル放射力を、用途の目的、及び発光を使用しない用途の場合又は損傷を受ける簡単な取扱いに適合させることができる、対応する装置を提供することができる。

本発明によれば、単芯導光体と多芯導光体の組合せにより、これらの両方の利点が、予想される不都合なしで予想外に達成できることが特に好ましい。多芯導光体の場合に存在する不適当な光混合は、中心光ファイバに焦点を合わせた唯一の部分的な光衝突と同様に、完全に回避される。入射側において、集光レンズ又は他の高価な光混合装置を使用する必要はなく、むしろ、単芯導光体に、１以上のＬＥＤチップによって放射された光を直接供給することができる。比較的大きな光入射面により、導光体は、完全に放射光を吸収し、この放射光を前方に誘導する。

本発明は、発光装置で発生した光を均質化及び混合し、導光体の全断面領域にわたってこの光を分布させることができ、導光体の出口では、輝度及び分光分布に関し、均質に領域を照らすことができる。このようにして、特に、複数の発光ダイオード又は他の半導体照射源によって発生する放射光の、効果的で、単純でかつ損失の低い、導光体への結合を可能にする。

本発明の変形実施形態において、１を超える多芯部分及び／又は１を超える単芯部分は、相互に接続される。これは、例えば、導光体が非常に長く、極度に曲がっているその延長に沿った位置を含む場合に好ましい。そして、前述の位置において、多芯部分及び更なる単芯部分が形成される。

光ファイバは通常、単芯導光体と比較して、１５％低い光収率であるが、これらの収率の損失を少なくとも半減するように、本発明により設けられている。光出射側の導光体の前方のみ、したがって導光体の３分の１は、多芯であるように形成され、導光体の後方、導光体の３分の２は、単芯であるように形成され、収率損失が１５％から５％に減少する。

さらに、本発明によれば、ＬＥＤチップの像が、光ファイバ又は多芯導光体によって表示されるのを防止することが特に好ましい。単芯導光体部分では、強い混合が生じ、このようにして、光が均質化される。

それにもかかわらず、所望の発光スペクトルは、種々の色の複数のＬＥＤチップの実現により提供することができ、実際に、付加的な集光レンズ、さらには、高価な均質化装置を使用する必要がない。このことは、種々の色を有し、通常、三角形に配置されている３つの導光体チップにも特に適用され、導光体チップは、例えば、赤色、緑色、青色スペクトル領域に発光極大があり、付加的な光混合によって所望の光色を発生させるのに使用することができる。

同様に、本発明による解決策は、非常に費用効果的に、いずれかの従来の装置に内蔵することができ、構造に対して最小の変化を必要とするにすぎない。また、医療若しくは歯科診療、例えば歯科研究室における導光体の非常に容易な設置又は交換が可能である。さらに、本発明による解決策はまた、サービス現場において維持するのが非常に容易である。

驚くべきことに、本発明による光混合装置に関して、単純な設計及び非常に短い全長、すなわち、光混合要素内の非常に短い光混合距離の光混合装置であるにもかかわらず、光ファイバ束の出口面全体を介して、特に、装置の発光装置における従来技術である反射体の配置に関して、強度分布及びスペクトル放出曲線に対する予想外の高度な均質化を達成することができるとともに、固相、気相、及び、また、このような種類の装置の光路における固相、すなわち、例えば、発光ダイオード／気相、気相／反射体、反射体／気相、気相／保護ガラス、保護ガラス／気相、気相／光混合要素、光混合要素／気相、気相／ファイバ束の間の反復する相転移及び境界面の相互作用により、さらに、境界面での反射により、光路とこれらの重なりで、種々の光線束の遅れの相違が生じる。しかしながら、同時に、光の非常に低い損失のみが、光ファイバ束の出口端部まで、発光ダイオードによって生じた放射エネルギー全体に対して生じる。

本発明による解決策の更なる利点は、無作為に配置された個々のファイバを含む高価なファイバ束の使用が、これ以上今後必要にならないということであり、このようにして、一方で、導光体の製造において相当な節約をすることができ、他方で、ファイバを捩って押し潰すような機械的課題は、使用時及びオートクレーブ処理時の熱膨張によりこれ以上生じない。

さらに、本発明による解決策により、点灯装置又は光硬化装置の非常に容易でかつ費用効果的な提供が可能になり、その放出された作用スペクトルを、種々の発光ダイオードをそれぞれ電子的に制御することによって、種々の発光スペクトルを含む発光ダイオードのスペクトルの付加的な光混合を用いて合成することができる。最も単純な光学手段のみを使用する、本発明による解決策の特定の構造に関して、非常に高度な均質化を、全発光断面にわたって、光強度及び発光スペクトルの強度に関して達成することができ、同時に、光透過の効率を向上し、電力消散を低減できることが特に驚くべきことである。

有利には、本発明による光混合装置は、発光ダイオード又は半導体光源に関して理想的に配置することができる。このようにすることで、光混合要素の入射面が、半導体照射源に割り当てられた発光ダイオード又は反射体のそれぞれの焦点に対して、「焦点をずらして」位置するように、位置決めパラメーターを選択することができ、また、一方では、入射光線の束によって最も包括的に明るくなり、他方では、入射光の入射角領域は、光混合要素の光入射端部の開口数によってあらかじめ定められた入射又は受光コーンを可能な限り完全に利用する。

本発明による解決策の更なる利点は、光路における不要な付加的なすべての屈曲が回避されることである。具体的には、光路内に相当な付加的光損失が生じ、効率を大幅に低下させることが示されている、（単芯）導光ロッド内の屈曲を除くことができる。

驚くべきことに、本発明の更なる利点は、光混合要素の径の大きさに近い、小さな全長の１つの光混合要素が、その異なる発光スペクトルの有色ＬＥＤチップ又は半導体照射源から別々に光を適切に混合できることであり、これによって、適切に混合された光は、導光体の多芯部分に入射し、また、色の変化は、導光体の光出射面で検出することができない。

本発明による特に好ましい方法において、導光体の単芯部分と多芯部分との間の移行は、屈折率を維持しつつ、実現することができる。この目的のために、ガラス接着剤又は接着性セメントを使用することができ、その屈折率は、導光体に使用される光学材料の屈折率に対応する。

更なる有利な実施形態によれば、より好ましくは、単芯部分と多芯部分との間の移行部に延びるスリーブによって、導光体を堅くさせるか又は補強するように設けられる。スリーブには、適用位置との側方付着により、剪断応力に対する導光体の負荷容量を低減する剛性ジャンプ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｊｕｍｐ）を防止するという付加的な利点がある。導入された力は、多芯部分によって、より硬質な単芯部分に少なくとも部分的に移動する。しかしながら、導光体の前方端部の屈曲性及び可撓性は、大規模に、すなわち、屈曲性が実用上不可欠な前述の位置に付与される。

スリーブは、好ましくは金属、特にステンレス鋼からなり、導光体の径の５分の１未満、特に１５分の１未満の壁の厚さを有する。または、スリーブは、高温耐性プラスチック材料、特に、スルホン、エーテルケトン又はイミドプラスチック材料若しくはプラスチック複合材料を含み、導光体は、好ましくは確実でなく又は確実に接着されるように接続される。このようにして、一方で、接続インターフェースの必要な耐熱性、機械的強度及び寸法安定性を保証することができ、他方で、対応するプラスチック材料の弾性により、熱膨張運動の感受性及び熱応力の制限を達成することができる。同時に、かかるプラスチック材料から製造されたこのような接続インターフェースによって、一方で、接続インターフェースと光混合要素との間の圧入及び／又は前負荷の目的とする使用が可能になり、この場合、好ましくは確実でなく又は確実に接着されるように接続インターフェースに接続でき、他方で、接続インターフェースと接続部品との間の圧入及び／又は前負荷の目的とする使用が可能になり、接続インターフェースと接続部品との間を、圧入及び／又は前負荷を用いて、温度変化に対して作用することなく確実に接着することができる。

特に、好ましくは、更なる移行は、単芯部分から多芯部分まで直接生じ、すなわち、空気層がなく、そして、移行時において、５０％未満、特に２０％未満の屈折率の変化が生じる。

独国特許出願公開第２３５２６７０号明細書から理解される可撓性の単芯導光体と比較して、多芯部分は、導光体の直線状のレイアウトに関連して、収率損失が低下するという利点を更に有する。極度に曲がった多芯導光体は、通常、同じ半径の湾曲した単芯導光体よりも低い減衰であり、その結果、導光体の直線部分についての本発明によれば、最小の損失を有する前述の導光体の種類（単芯）は、湾曲領域において最小の損失を有する導光体の種類（多芯）と組み合わせられる。

多芯部分が、特に光出射端部に隣接する屈曲部又はクランク部を備える場合が特に好ましい。かかる設計及び配置により、使用時の取扱いが大幅に改善され、容易となる。この場合、光損失は低く維持される。

本発明の更なる特に好適な実施形態において、単芯部分は、少なくとも５倍の径に相当する長さを有するように設けられる。ただし、長さは、両方の部分で変更可能であり、例えば、２倍、３倍、最大７倍又は更に１０倍の長さを有することが理解される。

単芯部分及び／又は多芯部分は、少なくともその長さの一部にわたって、特に光出射側端部の方に対してテーパ状に、円錐状に形成されることが好都合である。これによって、導光体は細長く構成され、このため、例えば、患者の口内の取扱いを改善し、及び／又は、例えばダイオードの大きなアレイからの放射エネルギーを、例えば小さな取扱い面に集中させることができる。

本発明による好ましい方法において、単芯部分、及び多芯部分の個々のファイバはともに、コアガラスとクラッドガラスとからなる。それ自体公知の方法において、コアガラス及びクラッドガラスは、所望の全反射をもたらす屈折率が大きく異なる。屈折率の異なる、２つの異なる透明材料、好ましくは２つの種類のガラスから製造された光混合要素のかかる同軸設計によって、全反射に対する放射損失が低減し、放射のより良好な誘導を達成することができる。本明細書に言及する光混合要素では、導光技術の分野で広く使用されているような従来の導光体とは異なり、コアおよびクラッド層双方の屈折率に大きな差があることが好ましく、この差は、０．１単位であることが好ましい。このような双方の屈折率の比較的大きな差は、光混合要素の開口数を増加させ、また、光混合要素の光入射面の入射軸とは実質的に異なる入射光線の「捕捉」も可能にし、これによって、発光装置の放射に対する入射コーンの増加が保証される。更なる利点として、光混合要素において透過した放射の全反射の角度範囲が増加し、また、反射率が大幅に向上する。ガラスの代わりに、他の透明な無機材料又はセラミックだけでなく、ドーピングされたか若しくはされていない有機ガラス、又は透明プラスチック材料も、光混合要素のコア及び／またはクラッド領域に使用することができる。

更なる好適な実施形態において、コーティングは、単芯部分又は多芯部分の外面だけでなく、両方の部分にも設けられ、必要に応じて、光が出射するのを防止し、この点で透明である。また、コーティングは、金属反射性になるように具体化することもできる。光混合要素内の光損失は、付加的な反射層によって更に低減することができ、同時に、光混合要素の開口数を大幅に増加することができ、これによって、光混合要素の光入射コーンの受光角度を大幅に増加することができる。更なる態様は、光混合要素内で透過した光の反射が、この例示的な実施形態において、２つの境界面で生じるものであり、これによって、光混合要素内で反射により透過したすべての光線は、相互に相殺される２つのそれぞれのサブビームに、光混合要素のコアとクラッドとの間の境界層で部分的に完全に反射される第１のサブビームに、及び、光混合要素の外側反射層で反射が生じる第２の光線に分離され、光混合要素の均質化性能が更に向上する。

本発明の有利な実施形態において、端部が多芯部分の一部である、導光体の前方端部は、角度をなして、例えば、導光体に衝突する光源の光軸に対し４５°の角度をなして湾曲するように設けられる。かかる設計及び配置により、使用時の取扱いが大幅に改善され、容易となる。

本発明の変形実施形態では、可撓性の導光体の前方端部を構成するように設けられ、その結果、用途に応じて、例えば、９０°に又は更に９０°より大きく曲げることができる。このようにすることで、特定の状況での使用における取扱いは、例えば、到達するのが困難な患者の口腔環境の領域において、更に改善され、容易になり得る。

これは、単芯部分において、ＬＥＤチップによって放出された種々の色が適切に混合される場合に、特に好ましく、適切に混合された光は、多芯部分に入射し、また、色の変化は、光出射面で検出することができない。

単芯部分と多芯部分との間の本発明による接着剤が耐熱性であり、接着剤及び当該部分が同じ屈折率である場合、本発明による導光体は、取り外し可能であるだけでなく、オートクレーブ処理も可能である。このことは、特に、歯科用導光体及び内視鏡の範囲内での用途において、役割を果たす。

光源に対する導光体の設置は、いずれかの適切な方法で、例えば、導光体を光源に対して更に回転可能で、取り外し可能にするブッシングによって行うことができる。しかしながら、従来技術においてこれまで示唆されている、導光体と光硬化装置又は点灯装置との間に用いられる他のすべての設計変更を、課題のない本発明による解決策と組み合わせることができる。したがって、導光体と光硬化装置又は点灯装置との間の接続インターフェースを、特別な解決策を開発する必要なしに、いずれかの所望の方法で、技術的要件に適合させることができる。

本発明によれば、光硬化装置（又は照射源）において導光体を使用することが好ましく、導光体は、光硬化装置（又は照射源）に対して捩れ可能であることが好ましく、また、特に、取り外し可能に、光硬化装置（又は照射源）上に支持される。このような捩れが可能であることによって、例えば、歯科医は、導光体からの光コーンの出射点及び出射方向を、治療すべき歯の表面の位置に適合させることができる。導光体の取外しが可能であることによって、光硬化装置（又は照射源）と独立して、簡単なオートクレーブ処理が可能になる。

単芯部分の光入射端部と光源との間の空間は、いずれかの適切な方法で、例えば、シリコン、又は、非常に小さな反射損失しか媒体遷移で発生しないように、屈折率が、使用されるガラスの屈折率に実質的に対応する、他の透明な化合物で充填することができる。また、透明な化合物を空間にグラウト充填することもできる。

たとえ、導光体の単芯部分と多芯部分両方へのガラスの使用が本明細書に強調されたとしても、導光体を設けるのに、他の適切な材料、特に透明プラスチック材料を使用できることが理解される。

本発明の好適な実施形態によれば、単芯部分は、単芯部分の径の少なくとも１．５倍に相当する長さを有するように設けられる。

本発明の更なる好適な実施形態によれば、単芯部分、及び／又は多芯部分の光ファイバは、コアガラスとクラッドガラスとからなるように設けられる。屈折率の異なる、２つの異なる透明材料、好ましくは２つの種類のガラスから製造された光混合要素のかかる同軸設計によって、全反射に対する放射損失が低減し、放射のより良好な誘導を達成することができる。本明細書に言及する光混合要素では、光導波技術の分野で広く使用されているような従来の導光体とは異なり、コアおよびクラッド層双方の屈折率に大きな差があることが好ましく、この差は、０．１単位であることが好ましい。このような双方の屈折率の比較的大きな差は、光混合要素の開口数を増加させ、また、光混合要素の光入射面の入射軸とは実質的に異なる入射光線の「捕捉」も可能にし、これによって、発光装置の放射に対する入射コーンの増加が保証される。更なる利点として、光混合要素において透過した放射の全反射の角度範囲が増加し、また、反射率が大幅に向上する。

更なる好適な実施形態によれば、コーティングは、単芯部分及び／又は多芯部分の外面において、導光体から光が出射するのを防止し、及び／又は導光体上に衝突した光を反射するように設けられる。光混合要素内の光損失は、付加的な反射層によって更に低減することができ、同時に、光混合要素の開口数を大幅に増加することができ、これによって、光混合要素の光入射コーンの受光角度を大幅に増加することができる。更なる態様は、光混合要素内で透過した光の反射が、この例示的な実施形態において、２つの境界面で生じるものであり、これによって、光混合要素内で反射により透過したすべての光線は、相互に相殺される２つのそれぞれのサブビームに、光混合要素のコアとクラッドとの間の境界層で部分的に完全に反射される第１のサブビームに、及び、光混合要素の外側反射層で反射が生じる第２の光線に分離され、光混合要素の均質化性能が更に向上する。

更に有利な実施形態によれば、これらの部分はともに、ガラスのような屈折率を有するガラス接着剤及び／又は接着性セメントによって、移行部において相互に接続するように設けられる。このようにして、境界面における反射による移動損失を、２倍の屈折率の急激な変化により、大幅に低減することができる。

更なる有利な実施形態によれば、少なくとも単芯部分は、スリーブに包囲されるように設けられる。

更なる有利な実施形態によれば、スリーブは、単芯部分と多芯部分との間の移行部において、少なくとも部分的に延びるように設けられ、その結果、単芯部分に次いで、多芯部分の少なくとも一部も、同様に、スリーブに包囲される。これによって、導光体部分間の機械的な危険がもたらされる接合を介して、両方の導光体部分の機械的接続、及び電力流れの移行の有意な補強がもたらされる。スリーブには、適用位置との側方付着により、剪断応力に対する導光体の負荷容量を低減する剛性ジャンプを防止するという付加的な利点がある。導入された力は、多芯部分によって、より硬質な単芯部分に少なくとも部分的に移動する。しかしながら、導光体の前方端部の屈曲性及び可撓性は、大規模に、すなわち、屈曲性が実用上不可欠な前述の位置に付与される。

更なる有利な実施形態によれば、導光体の径は、６ｍｍ〜１３ｍｍとなるように設けられる。

更なる有利な実施形態によれば、単芯部分及び／又は多芯部分は、少なくともその長さの一部にわたって、円錐状に形成されるように設けられる。これによって、導光体は細長く構成され、このため、例えば、患者の口内の取扱いを改善し、及び／又は、例えばダイオードの大きなアレイからの放射エネルギーを、例えば小さな取扱い面に集中させることができる。

更なる有利な実施形態によれば、光入射側端部は単芯部分に位置し、光出射側端部は多芯部分に位置するように設けられる。このようにして、一方で、光混合及び均質化を大幅に改善することができ、光損失を最小化することができる。他方で、本実施形態は、導光体の設計（オフセット角、クランク）又は可撓性の端部による提供に関して有利である。

更なる有利な実施形態によれば、多芯部分は、屈曲部又はクランク部を備えるように設けられる。かかる設計及び配置により、使用時の取扱いが大幅に改善され、容易となる。このようにして、光損失は低く維持される。

更なる有利な実施形態によれば、多芯部分の光出射面は、単芯部分の長手方向延長に対して垂直である光入射面に対して、２°〜９０°の角度をなして延びるように設けられる。かかる設計及び配置により、使用時の取扱いが大幅に改善され、容易となる。

更なる有利な実施形態によれば、単芯部分の光入射側端部は、重合性歯科材料を硬化することができる光硬化装置（又は照射源）に対する接続インターフェースを備えるように設けられる。これは、光硬化装置（又は照射源）との導光体の可撓性連結及び分離を保証し、導光体は、装置から分離して、オートクレーブ処理することができる。

更なる有利な実施形態によれば、接続インターフェースは、光硬化装置（又は照射源）と確実に接続することができ、単芯部分の光入射側端部と固定して接続された、ブッシングによって形成されるように設けられる。これは、力学に関して特に有利な実施形態を表す。

有利な実施形態において、光混合要素は、回転対称に構成することができる。構造的に、これは、所定の全長における均質化性能に対する光混合要素の光学特性の相当な程度の適合、例えば、発光装置に関して所定の幾何学的な光放射経路への適合、光混合要素の光入射端部に対する開口数、及び導光体の光混合要素とファイバ束との間の開口数に対する必要な適合を更に含む、特に機能的な解決策を表す。また、一方で、発光装置の形状に光混合要素の光入射面の大きさを適合させることができ、また、他方で、例えば、小さな径を有するファイバ束上に光のエネルギーを濃縮することができる。さらに、例えば、光混合要素の断面において湾曲した壁部又はテーパは、光混合要素内に完全に内部に反射される光線の反射角を変化させ、改善することができ、また、光混合要素内の光均質化は、光の多くの壁反射によって更に改善することができる。

更なる有利な実施形態において、光混合要素は、円筒状に構成され、好ましくは、平坦な光入射面及び／又は光出射面を備える。このような設計の光混合要素は、特に容易に技術的に実現することができ、このため、非常に費用効果的に製造することができるが、光ファイバ束の出口面全体を介して、強度分布及びスペクトル放出曲線に対する予想外の高度な均質化を達成することができる。

更なる好適な実施形態において、光入射面及び光出射面は、研磨された面及び／又はコーティング面若しくは他の反射防止コーティングを備え、及び／又は液浸手段に供される。残存する表面粗さが、使用される光の最大波長のごく一部分となる、研磨された面は、光混合要素の透過性を改善し、光損失を大幅に低減する。代替的に又は追加的に、表面コーティング又は他の反射防止コーティングを、光混合要素の光入射面及び／又は光出射面に塗布することができる。光が光混合要素を通過する場合、このような手段は、光損失を更に低減することができる。上述した手段に対し代替的に又は追加的に、液浸油、例えばシリコン油などの液浸手段を、光混合要素の対応する面に適用することもでき、これによって、光混合要素間の隙間、例えば、関連する反射体を備えた発光ダイオード又は半導体照射源を介して、導光体又は保護ガラスのファイバ束は、このような液浸手段により完全に充填され、このため、固相‐気相‐固相転移の代わりに、固相‐液相‐固相転移が生じる。液浸手段の屈折率は、空気よりも高く、この屈折率によって、境界面の反射による光損失を更に低減させることができ、そして、相互に接続された光学部品の開口数の適合がもたらされ得る。

更なる好適な実施形態において、光混合要素は、好ましくはコアグラスから製造された、第１の屈折率を有する少なくとも１つの導光コアと、好ましくはクラッドガラスから製造された、第２の屈折率を有する導光クラッドとを備え、第２の屈折率は、第１の屈折率よりも小さく、好ましくは少なくとも０．１単位小さい。屈折率の異なる、２つの異なる透明材料、好ましくは２つの種類のガラスから製造された光混合要素のかかる同軸設計によって、全反射に対する放射損失が低減し、放射のより良好な誘導が達成される。本明細書に言及する光混合要素では、導光技術の分野で広く使用されているような従来の導光体とは異なり、コアおよびクラッド層双方の屈折率に大きな差があることが好ましく、この差は、０．１単位であることが好ましい。このような双方の屈折率の比較的大きな差は、光混合要素の開口数を増加させ、また、光混合要素の光入射面の入射軸とは実質的に異なる入射光線の「捕捉」も可能にし、これによって、発光装置の放射に対する入射コーンの増加が保証される。更なる利点として、光混合要素において透過した放射の全反射の角度範囲が増加し、また、反射率が大幅に向上する。ガラスの代わりに、他の透明な無機材料又はセラミックだけでなく、ドーピングされたか若しくはされていない有機ガラス、又は透明プラスチック材料も、光混合要素のコア及び／またはクラッド領域に使用することができる。

更なる好適な実施形態において、光混合要素は、その外周面で反射増加コーティング又は反射スリーブを備え得る。光混合要素内の光損失は、このような付加的な反射層によって更に低減することができ、同時に、光混合要素の開口数を大幅に増加することができ、これによって、光混合要素の光入射コーンの受光角度を大幅に増加することができる。更なる態様は、光混合要素内で透過した光の反射が、この例示的な実施形態において、２つの境界面で生じるものであり、これによって、光混合要素内で反射により透過したすべての光線は、相互に相殺される２つのそれぞれのサブビームに、光混合要素のコアとクラッドとの間の境界層で部分的に完全に反射される第１のサブビームに、及び、光混合要素の外側反射層で反射が生じる第２の光線に分離され、光混合要素の均質化性能が更に向上する。

更なる好適な実施形態において、光混合要素の径は、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍ、特に好ましくは６ｍｍ〜１５ｍｍ、特に８ｍｍ〜１３ｍｍであり、また、光混合要素の長さは、光混合要素の径の０．５倍を超える径、特に０．８倍を超える径、好ましくは５倍未満の径、特に２倍未満の径である。これらの寸法は、光混合要素の形状に対して、特に好ましい構造的寸法を表す。このようにして、光の最適な混合及び均質化を、最小の外形寸法で達成することができる。さらに、所定の径は、医学及び歯科医学の所定の分野で通常使用されている、発光装置の大きさ並びに導光体のファイバ束の入口径に対して、幾何学的光学条件を考慮する。

更なる好適な実施形態において、光混合装置は、好ましくは高温耐性プラスチック材料、特に、スルホン、エーテルケトン又はイミドプラスチック材料若しくはプラスチック複合材料から製造された、接続インターフェースを備え、光混合装置は、好ましくは確実でなく又は確実に接着されるように接続され、接続インターフェースは、好ましくは、導光体及び／又は発光装置に対して自己調整されるように、これらの２つのうちの１つに接続可能である。これは、点灯装置又は光硬化装置の光路内に光混合要素を取り付けるのに特に有利な設計を表す。このようにすることで、接続インターフェースを、点灯装置若しくは光硬化装置の筐体における若しくは当該筐体の導光体及び／又は発光装置に接続することができ、接続インターフェースは、導光体及び／又は発光装置に対してそれ自体を調整するように、好ましくは構成され、このため、付加的に取り付ける試み及び調整する試みをする必要なしに、光路内に正確に位置する。このような接続において、接続インターフェースは、少なくとも相当な範囲において、好ましくは高温耐性プラスチック材料、特に、スルホン、エーテルケトン又はイミドプラスチック材料若しくはプラスチック複合材料から製造される。このようにして、一方で、接続インターフェースの必要な耐熱性、機械的強度及び寸法安定性を維持することができ、他方で、対応するプラスチック材料の弾性により、熱膨張運動の感受性及び熱応力の制限を達成することができる。同時に、かかるプラスチック材料から製造されたこのような接続インターフェースによって、一方で、接続インターフェースと光混合要素との間の圧入及び／又は前負荷の目的とする使用が可能になり、この場合、好ましくは確実でなく又は確実に接着されるように接続面に接続でき、他方で、接続インターフェースと接続部品との間の圧入及び／又は前負荷の目的とする使用が可能になり、接続インターフェースと接続部品との間を、圧入及び／又は前負荷を用いて、温度変化に対して作用することなく確実に接着することができる。

更なる好適な実施形態において、光混合要素の光入射面及び／又は光出射面は、非平面（ａｐｌａｎａｒ）となるように形成することができる。このため、例えば、水面に石を投げた後に生じる同心の円形波のように、わずかに波状に又は起伏させて、光混合要素のそれぞれの面を構成することができる。かかる面の設計の結果、平坦な面と比較して、入射及び出射する光線は、光混合要素の半径方向において交互にわずかに屈折し、広い角度範囲にわたって拡散し、これによって、光混合要素の光混合効果が大幅に増加する。同様の効果は、ファセット面の設計又は正面側における光混合要素のそれぞれの面のフレネル断面（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｃｕｔ）により達成することができた。さらに、光入射コーンの受光角度を増加させるか又は入口及び／又は出口の数に関して調整を行うために、光混合要素のそれぞれの面を、凸状又は凹状に構成することもでき、このようにして、例えば、光混合要素からの出射光線の発散を制限し、これを、ファイバ束の開口数に適合させることができる。

更なる好適な好ましい実施形態において、光混合装置は、点灯装置又は光硬化装置を改良するように設け、構成することができ、導光体と発光装置又は光硬化装置の筐体との間に、好ましくはブッシングに取り付けることができる。これによって、本発明による有利な光混合装置とともに使用される、既存の点灯装置又は光硬化装置の改良が可能になり、このため、これらの効率が向上し、本発明による利点によってこれらが改良される。

更なる利点、詳細及び特徴は、図面を参照して、本発明の２つの例示的な実施形態についての次に示す説明から明らかになる。

図１は、本発明による導光体の実施形態の概略断面図を示す。 図２は、本発明による導光体の更なる実施形態の概略断面図を示す。

図１で示す導光体１０は、単芯部分１２と多芯部分１４とを備えている。部分１２と部分１４はともに同じ外径であり、移行部１６で水平に相互に結合されている。単芯部分１２は、導光体１０の光入射側端部１８に隣接して位置し、多芯部分１４は、導光体の光出射側端部２０に隣接して位置している。

単芯部分は直線状に延び、図示する実施形態では、導光体の長さの約４分の３の長さである。多芯部分１４は、最後、すなわち、導光体前方の４分の１を占め、実際約６０°の角度をなして、端部２０に隣接し湾曲している。

同様に、光出射軸２２も、光入射軸２４に対しておよそ６０°の角度をなして延びている。

単芯部分１２と多芯部分１４はともに、その外側において、クラッド２６（詳細に図示せず。）を備え、このクラッドは、コーティングのように形成され、後方内側から衝突する放射光を反射する。

単芯部分は、クラッド２６に包囲された、大きく、ロッド状の導光ロッドとして形成されている。これとは対照的に、図１に概略的に示すように、多芯部分１４は、複数の導光体又は光ファイバ３０、例えば１００〜５００の個別の導光体ファイバからなっている。図示する実施形態では、多芯部分１４も硬質であるように形成されている。

移行部１６において、部分１２及び１４は、ガラス接着剤によって相互に接続されている。単芯部分の導光ロッド、多芯部分１４の導光体又は光ファイバ３０、及びガラス接着剤（図示せず。）はそれぞれ、同じ屈折率であり、その結果、可能な場合に、相境界の反射が回避される。

単芯部分１２は、その光入射側端部１８において、プラグインスリーブ３２を備えている。前述のプラグインスリーブ３２によって、導光体１０は、光硬化装置の対応するソケットにおいて、プラグイン形式で支持され、ソケットは、それ自体公知の方法で形成されるが、ここに示さない。

光入射側端部１８への光入射は、複数の個々のＬＥＤチップを備えた光源３４によって生じ、ＬＥＤチップのうちの一部は、図１、すなわち、チップ３６及び８８に示す。光源３４の光出射は、それ自体公知の方法で、反射体４０によって集束される。光源３４と端部１８との間の空間４２は、屈折率がガラスに近似するシリコン又は別の化合物で充填される。

チップ３６及び３８は、そこで発生した熱を放散する冷却要素４４上に設置されている。

チップ３６及び３８は、異なる発光極大を有し、好ましくは別々に制御可能である。

光源３４のすべてのＬＥＤチップにスイッチを入れると、空間４２は、種々の色の光で満たされる。単芯部分１２では、白色光が光ファイバ３０に供給されるように、どのような場合も十分な光混合がある

図２は、本発明による導光体の更なる実施形態を示す。図１による実施形態とは異なり、多芯部分１４は、この例において、撓むことができるように構成されている。図示する例示的な実施形態において、光出射軸２２は、光入射軸２４に対しおよそ４５°の角度をなして延びている。ただし、他のいずれかの位置では、更におよそ１８０°の移動も可能であることが理解される。

この例示的な実施形態において、移行部１６は、スリーブ５０に包囲されており、このスリーブは、移行部を堅くするように機能し、移行部で提供される接着性セメントが強力な機械的負荷により破損するのを防止する。

図２から理解されるように、導光ロッドは、導光体１０によって全体的に回転することができる。これは、図１による実施形態の場合にも可能である。図２による実施形態では、１つのシングルチップ３６のみが光源３４として設けられ、このチップは、冷却要素４４の中心に設置されている。シリコンが通常、ガラスよりも高い光損失を生じるという事実により、空間４２が十分に小さいことが依然として好ましい。この点により、図１による空間４２を過度に長く示している。実際に、空間４２の長さは、例えば、導光体１０の径の３分の１以下の長さである。

図１によれば、導光体の径は１２ｍｍであり、また、図２によれば２〜５ｍｍであるが、本発明の範囲から逸脱することなく、導光体の径が、いずれかの適切な値も採用できることが理解される。このことは、単芯部分と多芯部分との間の長さ分布にも適用される。

例えば、単芯部分は単独で、その径よりも少なくとも８倍長いと考えられる。図２に示す実施形態において、多芯部分１４の長さは、導光体１０の全長のおよそ５分の２であり、同様に、単芯部分の長さは、導光体１０の全長の５分の３である。

説明した実施形態の詳細及び値はすべて、例示的なものにすぎないことが理解され、このため、特許請求の範囲の保護範囲内で変更することができる。本発明が、歯科用光硬化装置での使用を参照して本明細書で説明されていたとしても、導光体を必要とする他の装置、特に、内視鏡又は他の光源などの医療機器において、本発明の基本的な概念は、例えば、医学研究、実験室での使用又は産業目的でも、有利に使用されることが理解される。

Claims (24)

1. 照射源、特に歯科材料の重合のための光硬化装置であり、該照射源は、発光装置と導光体とを備え、該発光装置（３４）は、少なくとも２つの光源（３６、３８）、好ましくは半導体光源、特に発光ダイオードを有し、その放射は、反射体（４０）によって集束されて該導光体（１２、１４）に供給され、該光源（３６、３８）は、光色及び／又は発光スペクトルが相互に異なり、異なる光源（３６、３８）が、光色及び／又は発光スペクトル及び／又は放射された光のスペクトル放射力を変化させるために、別々に制御可能であり、該導光体（１２、１４）が、単芯部分（１２）と多芯部分（１４）とを有し、該単芯部分（１２）が、該多芯部分（１４）よりも該光源に近接して配設されていることを特徴とする前記照射源。
2. 前記単芯部分（１２）が、前記単芯部分（１２）の径の少なくとも１．５倍に相当する長さを有することを特徴とする請求項１に記載の照射源。
3. 前記単芯部分（１２）、及び／又は、前記多芯部分（１４）の光ファイバ（３０）が、コアガラスとクラッドガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の照射源。
4. 前記単芯部分及び／又は前記多芯部分（１２、１４）の外面にコーティングがあり、該コーティングが、該導光体から光の出射を防止し、及び／又は該導光体上に衝突した光を反射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照射源。
5. 両方の部分（１２、１４）が、移行部（１６）において、接着性セメント及び／又はガラス接着剤によって接続され、好ましくはその両方及び／又は一方がガラスのような屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照射源。
6. スリーブ（５０）が、前記単芯部分（１２）の外周に配設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の照射源。
7. 前記スリーブ（５０）が、少なくとも、前記単芯部分（１２）と前記多芯部分（１４）との間の移行部（１６）において延び、前記単芯部分（１２）に隣接する多芯部分（１４）の小区分が、前記スリーブ（５０）に包囲されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照射源。
8. 前記導光体（１０）の径が６ｍｍ〜１３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の照射源。
9. 前記単芯部分及び／又は多芯部分（１２、１４）が、特にその長さの一部にのみにわたって、円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の照射源。
10. 前記導光体の光入射側端部（１８）が前記単芯部分（１２）に位置し、光出射側端部（２０）が前記多芯部分（１４）に位置していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の照射源。
11. 前記多芯部分（１４）が、屈曲部又はクランク部を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の照射源。
12. 前記多芯部分（１４）の光出射面が、前記単芯部分（１２）の長手方向延長に対して垂直である光入射面に対して、２°〜９０°の角度をなして延びていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の照射源。
13. 前記単芯部分（１２）の光入射側端部（１８）が、重合性歯科材料を硬化することができる光硬化装置の光源に対する接続インターフェースを備えていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の照射源。
14. 前記接続インターフェースが、光硬化装置と確実に接続することができ、かつ、前記単芯部分（１２）の光入射側端部（１８）と固定して接続された、ブッシング（３２）によって形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の照射源。
15. 医療用又は歯科用照射源のための、特に歯科材料を重合する光硬化装置のための導光装置であり、該導光装置が、少なくとも１つの透明材料、特にガラスから製造された棒状の単芯光混合要素（１２）と、多芯導光体（１４）と、光源又は光硬化装置の筐体に接続可能な接続インターフェース（３２）と、を備え、該光混合要素（１２）が、該導光体（１４）と、確実に及び光を誘導するように接続され、該多芯導光体及び該光混合要素が、確実に接着され、密封され及び膨張を補うことができるように、該接続インターフェース（３２）に受け入れられ、これによって、該導光装置が、好ましくは該筐体から分離された後、オートクレーブ処理することができることを特徴とする前記導光装置。
16. 前記光混合要素（１２）が回転対称に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の導光装置。
17. 前記光混合要素（１２）が円筒状に形成され、好ましくは平坦な光入射面及び／又は光出射面を備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の導光装置。
18. 前記光入射面及び／又は光出射面が、研磨された面及び／又はコーティング面若しくは反射防止コーティングを備え、及び／又は液浸手段に供されることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の導光装置。
19. 前記光混合要素（１２）が、好ましくはコアガラスから製造された、第１の屈折率を有する導光コアと、好ましくはクラッドガラスから製造された、第２の屈折率を有する導光クラッドと、を備え、該第２の屈折率は、該第１の屈折率よりも小さく、好ましくは０．０５〜０．２単位小さいことを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の導光装置。
20. 前記光混合要素（１２）が、その外周面で反射増加コーティング又は反射スリーブを備えていることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の導光装置。
21. 前記光混合要素（１２）の径が、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍ、特に好ましくは６ｍｍ〜１５ｍｍ、特に８ｍｍ〜１３ｍｍであり、前記光混合要素（１２）の長さが、前記光混合要素（１２）の径の０．５倍を超える径、特に０．８倍を超える径、好ましくは５倍未満の径、特に２倍未満の径であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の導光装置。
22. 前記導光装置が、好ましくは高温耐性プラスチック材料、特に、スルホン、エーテルケトン又はイミドプラスチック材料若しくはプラスチック複合材料から製造された、接続インターフェース（３２）を備え、前記導光体（１２、１４）が、好ましくは確実でなく又は確実に接着されるように接続され、該接続インターフェース（３２）が、好ましくは、発光装置（３４）に対して自己調整されるように、前記筐体に接続可能であることを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれかに記載の導光装置。
23. 前記光混合要素（１２）の光入射面及び／又は光出射面のうちの少なくとも１つが、非平面となるように形成されていることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の導光装置。
24. 前記導光装置が、点灯装置又は光硬化装置を改良するように設けられ、構成されていることを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれかに記載の導光装置。

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