JP5049041B2 - 半導体放射線源 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１前段に記載の半導体放射線源、請求項２１前段に記載の光硬化装置、ならびに請求項２４前段に記載の照明装置に関する。

多様な波長の光を発光する光源群を使用したこの種の放射線源の構成は、例えば欧州特許出願公開第０１５１６８６号Ａ２明細書ならびに欧州特許出願公開第８７９５８２号Ａ２明細書によって、以前から知られている。前者の解決方式においては４００ないし４５０ｎｍの波長を使用して歯科材料がまず部分的に重合化され、続いて３５０ｎｍの波長によって完全に重合化される。これに対して、後者の解決方式においては例えば４３５，４５０および４７０ｎｍの異なった波長を有するＬＥＤが使用される。

それらのＬＥＤは束にして配置して均等な電圧がかけられ、従って選択的な制御は不可能である。従ってこの解決方式では、それぞれ異なったスペクトル感応性を有する多様な光開始剤を考慮することができない。

硬化に際して歯科補綴材の安全性を損なうことなく光重合の効率を改善して歯科医師あるいは歯科技工士の処理時間を短縮化するために、過去１０年の間に多様な実験が実施されてきた。

そのため多様な光重合性材料が実験および使用されており、その際一般的に使用される光源の放射スペクトルと光開始剤の感応スペクトルとの間に可能な限り大きなスペクトル重複を達成することが試みられてきた。これには多様な光開始剤が対応する多様な放射スペクトルを使用することが条件となる。

最近いわゆる二重硬化システムが提案されており、その解決方式はドイツ国特許出願公開第１０１２５３４０号Ａ１明細書に記載されているように硬化性能の改善を可能にするものである。この解決方式は互いに離間していて特に異なった時点で到達されるそれぞれ異なった放射極大を有する２つの半導体放射線源を備えている。

所要の光出力を提供するために、この解決方式においては勿論多数のＬＥＤチップが使用され、従ってこの解決方式はむしろ高価格な光硬化装置に適している。所要の硬化を達成するために、比較的高価格な高い光出力を有していて集中的な光放射線を発することができるＬＥＤチップが使用される。すなわち、この解決方式においてはグループ化されたＬＥＤによって順々に実施され、従ってＬＥＤチップの部分グループも硬化のために充分な出力を備える必要がある。

欧州特許出願公開第０１５１６８６号Ａ２明細書 欧州特許出願公開第８７９５８２号Ａ２明細書 ドイツ国特許出願公開第１０１２５３４０号Ａ１明細書

従って、本発明の目的は、多用途に使用可能であるとともに低コストに製造でき、それにもかかわらず良好な放射効率を達成することができる、請求項１前段に記載の放射線源を提供することである。

前記の課題は、本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が示されている。

本発明によれば、光源が２つの光源に分割され、その両方の光源がそれぞれ複数のＬＥＤから構成可能であるとともに、共有の基礎部材の中央領域内に配置される。従って光源は基礎部材の表面のうちの、例えば１０％あるいは１５％、または僅か５％程度の、極僅かな部分を占有するものとなる。

本発明によれば、第１の光源が１つの光軸内に配置され、第２の光源は少なくとも２つのＬＥＤを含み、それらが特に光軸を介して互いに対称かつ光軸を包囲して配置される。

それによって従来の解決方式に比べて驚くほど高い光効率が達成される。むしろ周囲に配置される多数の光源を排除することによって、適宜な集光レンズを使用して光効率を大幅に高めることができる。このことは、同じ供給電気エネルギーを使用しても著しく高い光放射線を提供し得ることを意味している。この効果に関して、周囲配置されたＬＥＤチップを省略することによってチップ面積に比べてより大きな基礎部材が使用可能となることが極めて好適であり、それが冷却緩衝材として機能する。従って熱放散するが極めて高効率となり、ＬＥＤチップが全負荷領域、それどころか過負荷領域になるような衝撃稼動に際してもその寿命に悪影響を及ぼさずに稼動することができる。

本発明によれば、全てのＬＥＤチップが光軸の近傍に配置される。第１の光源は光軸内に配置され、第２の光源はそれに極近接してそれを包囲するように配置される。

第２の光源は対称的に配置され、ここでその対称的な配置のためには少なくとも２つのＬＥＤチップが必要であることが理解される。好適には第２の光源は４個のＬＥＤチップから構成され、それらはそれぞれ方形の中央部ＬＥＤチップの縁部に沿って配置され、その際個々のＬＥＤチップ間の間隙は可能な限り小さいものとされる。

従って全体として、中央ＬＥＤチップとしての第１の光源とこの第１の光源のＬＥＤチップに隣接してそれを包囲している第２の光源の４つのＬＥＤチップからなる十字形が形成される。

意外なことにそれによって光効率が著しく高められ、この際例えばＬＥＤチップを遮蔽して放射される光を集束させる遮蔽レンズ、ならびに放射される光線をさらに焦点化させることを可能にする焦点レンズ等の、任意の手段を使用することができることが理解される。

しかしながら、合計のＬＥＤチップの寸法が小さいため光導波管の入力端部に直接的に入力することも可能となる。

本発明によれば、光放射を２つの光源に分割することによって、光硬化する材料内の光開始剤を任意の適宜な方式で励起することができる。例えば、第１の光源を４００ないし４３０ｎｍの波長範囲におけるルセリン（Ｌｕｃｅｒｉｎ）の励起のために設定し、第２の光源を４５０ないし４８０ｎｍの波長範囲における樟脳キノン（ｃａｍｐｈｏｒｑｕｉｎｏｎｅ）の励起のために設定することができる。

両方の光開始剤を有する歯科材料を使用する際は両方の光源を同時に作動させることができ、また使用する材料に従って各光源を別々に作動させることもできる。

特に好適な構成において、本発明に係る放射線源は多機能方式で使用することができ、すなわち光硬化装置だけではなく、特に患者の口内に存在する樹脂充填材が適宜に歯の裂孔内に存在しているかどうかを検査するための、照明装置として使用することができる。

そのため手持ち式光硬化装置の方式で形成された手持ち式装置が極めて好適なものであり、その理由は、大抵の場合硬質である光導波管およびその細身の形状によって光源を的確かつ直接的に患者の口内に挿入しそこで影を形成せずに照明を行うことができるためである。

縁部裂孔状態を検査するためには、眩輝作用を発生させないために、光源のうちの一方のみ、例えば弱いほうの第１の光源のみを作動させることが好適である。この点に関して、検査波長も必要に応じて広範に調節し得ることは勿論であり；好適にはこれは光軸内に存在している第１の光源からのより短い波長とされる。

別の好適な構成形態において、第２の光源は第１の光源の周りに十字形状に配置されている４つのＬＥＤチップからなり、第１の光源は１つのＬＥＤチップからなる。

別の好適な構成形態によれば、各光源は密接して配置され、それらの間に存在する間隙は各ＬＥＤチップの直径の１／５未満、特に約１／１０となる。間隙幅は０．５ないし２ｍｍ、特に約１ｍｍとすることが好適である。

別の好適な構成形態によれば、第１および第２の光源は基礎部材の中央領域内に配置される。

別の好適な構成形態によれば、少なくとも第１の光源、特に全ての光源が特に０．１ないし１ｍｍの高さを有する基礎部材の中央隆起部上に配置される。

別の好適な構成形態によれば、隆起部は光源の形状に従ったものとなり、特に実質的に十字形の形状を有する。

別の好適な構成形態によれば、光源は基礎部材上あるいは隆起部上に接着剤結合あるいはハンダ付けによって固定される。

別の好適な構成形態によれば、基礎部材および／または隆起部が０．５℃／Ｗより高い熱伝導性を有する。

別の好適な構成形態によれば、基礎部材および／または隆起部が導電性のものとなる。

別の好適な構成形態によれば、基礎部材は少なくとも部分的に銅から形成される。

別の好適な構成形態によれば、基礎部材は少なくとも部分的に金またはニッケル金によって被覆される。

別の好適な構成形態によれば、基礎部材の中央領域、特に隆起部を包囲するように電気接続接触部を備えたプリント基板を配置する。

別の好適な構成形態によれば、光源のための電気接続接触部は基礎部材の周囲上のゾーンとして、特にプリント基板上に配置され、ＬＥＤチップから電気接続接触部にジャンパー線が延在している。

別の好適な構成形態によれば、光源が凸型の遮蔽レンズによって遮蔽され、そのレンズは特に光源に対向する側が平坦に形成される。

別の好適な構成形態によれば、特にプリント基板上に支持されているスペーサが光源を包囲しており、このスペーサが特に遮蔽レンズと共に光源の前に閉鎖された空間を形成する。

別の好適な構成形態によれば、閉鎖された空間内に液状あるいは粘性の物質、特にシリコンゲルあるいは注封材料が存在する。

別の好適な構成形態によれば、光源の前に延在している光学要素、特に光源の前に存在している遮蔽レンズあるいは材料が燐光粒子を有する。

別の好適な構成形態によれば、光源の前方でその直径の数倍離間して、特に遮蔽レンズより前方に、集光レンズが配置される。

別の好適な構成形態によれば、遮蔽レンズは光源よりも顕著に大きな直径を有し、集光レンズは遮蔽レンズよりも顕著に大きな直径を有し、それらの直径比はそれぞれ１．２：１および１０：１となる。

別の好適な構成形態によれば、導波管は半導体放射線源の光軸内に配置され、特に放射方向において集光レンズよりも先方に配置される。

別の好適な構成形態によれば、第１および第２の光源は同時に点入することが可能である。

別の好適な構成形態によれば、第１および第２の光源は別々の時点で点入あるいは切断することが可能である。

別の好適な構成形態によれば、歯の中あるいは上の樹脂充填材の縁部裂孔の照明あるいは光学的検査は特に第１の光源の点入によって行われる。

本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は、添付図面を参照しながら以下に記す実施例の説明によって明からにされる。

図１には、半導体放射線源１０が概略的に示されている。図には基礎部材１２が示されており、これは中央領域１４内に２つのＬＥＤチップを備えている。ここで、光軸内に配置された第１の光源１６が設けられている。この実施例においては両方の光源１６および１８が直接基礎部材１２の中央領域内に配置されており、すなわちその領域の上に光源が取り付けられるとともにＬＥＤチップによって生成される熱を放散するよう機能する。この実施例において、両方のＬＥＤチップはいずれも光軸２２に隣接して配置されている。それらの間には間隙２０が保持され、これは技術的および電気的に短絡を防止することができる程度に小さく保持され、その離間距離は数μｍとすることができる。

各ＬＥＤチップは既知の方式で方形に形成されている。

図２には、本発明に係る半導体放射線源１０の別の実施例が示されている。図中において同一あるいは同等な構成要素は同一の参照符号で示されている。図２の実施例において、第１の光源１６は直接光軸２２内に配置されている。第２の光源１８は４個のＬＥＤ２４，２６，２８および３０から構成され、それらは第１の光源１６のＬＥＤチップの周りに十字形に配置されている。全てのチップは同一の寸法を有しており、従って縁の長さがいずれも同一となる。ここでも極めて狭い間隙２０が設けられており、これは電気的な絶縁を保持するが中央領域１４内の全てのＬＥＤチップを空間的に大きく離間させるものではない。

ここにおいても、第１および第２の光源１６および１８は互いに独立して点入可能であり、また基礎部材１２の中央領域１４を占有しているが、それより大きな領域が空白となっている。

図３には、本発明に係る放射線源１０のさらに別の実施例が示されている。この実施例は図４によって側面から示されているように、第１および第２の光源１６および１８を支承する隆起部３１を備えている。隆起部３１はそれ自体第１および第２の光源１６および１８によって形成された十字形に相当する形状を有しているが、参照符号３２で示された脚部はいずれも幾らか丸み付けられた円形を有している。このことによってＬＥＤチップの組み立ての容易化と基礎部材１０への良好な熱放散が達成される。

基礎部材１０は、実質的に銅から形成され、特にその前面は、すなわち光源に隣接して、ニッケル金層によって被覆されている。変更された構成形態においては基礎部材が完全にこの層によって被覆される。

図３に示されているように、基礎部材１２は１つの角部上に角取り部３４を有している。この角取り部３４は組み立てを容易化するように作用し、すなわち以降の図に示される接触面に的確に接続されることが保証される。

図４に示されているように、ＬＥＤチップの厚みは基礎部材に比べて大幅に薄くなり、例えば１０倍の係数の相違となる。

また、光源１６および１８に対するＬＥＤチップの厚みは隆起部３１の高さよりも小さくなる。

図５には、好適には基礎部材１２上に接合したプリント基板４１によって形成される環状面４０によって中央領域１４が包囲され得ることが示されている。好適には、実質的に基礎部材１２の正方形に適合するように設定された円形リングが形成される。

環状面４０の外側に互いに離間した４つの接触領域４２，４４，４６および４８を形成すれば極めて好適である。これらの接触領域４２ないし４８は光源１６，１８のＬＥＤチップのための接続線またはジャンパー線を接続するために機能する。すなわち、ジャンパー線は環状面４０を迂回して延在する（図７参照）。これも特に重要な中央領域１４上に光放射を集中させるために効果的である。

図６に示されているように、プリント基板４１は実質的に隆起部３１と同じ高さに延在することができる。プリント基板あるいは隆起部がより厚くなるように、任意に高さ調節し得ることが理解される。

この実施形態においては、ＬＥＤチップに対して直列抵抗が追加的に設けられる。この直列抵抗によってＬＥＤチップを並列接続した際の較正が実施され、従って特に選ばれたものでない安価なＬＥＤチップを使用することが可能になる。

図７には、ジャンパー線５０が個別のＬＥＤチップを接続するためにどのように延在しているかが示されている。別々の接続形成によってＬＥＤ２４ないし３０および光源１６を個別に制御し得ることが達成される。

ＬＥＤチップ２４ないし３０ならびに光源１６のＬＥＤチップの電気絶縁は既知の方式、例えば使用される半導体材料に酸化層を設けることによって実施することができる。このことは、ＬＥＤチップを隆起部３１または基礎部材１２上に確実に固定することと相反しない。

図７に示されているように、スペーサ４０によって中央領域１４を包囲することができる。このスペーサ４０は例えば、光源１６および１８を支持する樹脂あるいは軽金属によって形成することができる。図示された実施例において、これは環形状となっており図１０および図１１に示されている遮蔽レンズ５２を収容するように形成されている。

図８および図９の実施例においては光源１６および１８の上方に空間５４が保持されているが、図１０および図１１の実施例においてはこの空間５４は閉鎖式にされ特殊な材料が充填されている。図示された実施例においてこれはシリコンゲル５６からなり、これが黄色の燐光粒子を含んでいる。それによって、光出力に悪影響を及ぼすことなく放出される光がより高い白色成分を含むことが保持される。

図１２および図１３に示されている特に好適な構成形態において、部分的に図示された複合照明および光硬化装置内に、本発明に係る放射線源が組み込まれている。そのため集光レンズ６０が設けられ、これは遮蔽レンズ５２の上方にそれと重複し遮蔽するような形態で延在するように、光学ホルダー６２によって取り付けられている。図１３の実施例において、集光レンズ６０に接続して光導管６４が放射方向に延在している。図１３に概略的に示されているように、この光硬化装置はケース部材７０を備えており、手持ち式装置として形成されている。

図１２および図１３に示されているように、光源１６，１８ならびに遮蔽レンズ５２、さらに集光レンズ６０および光導管６４はいずれも光軸２２内に配置されている。これによって、極めて良好な光使用効率ならびに所要の焦点位置への容易な焦点化が達成される。

本発明に係る放射線源の第１の実施例を示した概略平面図である。 本発明に係る放射線源の第２の実施例を示した概略平面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した概略平面図である。 図３の実施例の側面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した概略平面図である。 図５の実施例の側面図である。 図５および図６の実施例の拡大図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した概略平面図である。 図８の実施例の横断面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した概略平面図である。 図１０の実施例の横断面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した横断面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した横断面図である。 本発明に係る放射線源の別の実施例を示した説明図である。

符号の説明

１０ 放射線源
１２ 基礎部材
１４ 中央領域
１６，１８ 光源
２０ 間隙
２２ 光軸
２４，２６，２８，３０ ＬＥＤチップ
３１ 隆起部
３４ 角取り部
４０ スペーサ
４１ プリント基板
４２，４４，４６，４８ 接触領域
５０ ジャンパー線
５２ 遮蔽レンズ
６０ 集光レンズ
６４ 光導管
７０ ケース部材

Claims (29)

1. 共通の基礎部材上に固定されるとともに統合的な放射スペクトルで共同的に光を放出する少なくとも２つの光源を備え、そのうち第１の光源（１６）は特に４００ないし４３０ｎｍの短波長放射スペクトルを、第２の光源（１８）は特に４５０ないし４８０ｎｍの長波長放射スペクトルを有している、半導体放射線源であり、
   前記少なくとも２つの光源のうちの一方特に第１の光源（１６）が光軸（２２）内に配置され、他方の光源、特に第２の光源（１８）が少なくとも２個のＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）を備えていて、それらが特に互いに対称、また前記光軸（２２）に相関してならびに前記光軸（２２）を包囲するようにして配置され、
   前記第１及び第２の光源（１６，１８）が互いに密接して配置され、
   前記基礎部材は、中央に配置された隆起部（３１）を備え、前記隆起部（３１）の形状は前記第１及び第２の光源（１６、１８）の形状に相当することを特徴とする放射線源。
2. 第２の光源（１８）が第１の光源（１６）の周りに十字形あるいは星形に配置された４個のＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）を備え、また第１の光源（１６）は１個のＬＥＤチップからなることを特徴とする請求項１記載の放射線源。
3. 全てのＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）が基礎部材（１２）の中央領域（１４）内に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の放射線源。
4. 光源が接着剤結合あるいはハンダ付けによって基礎部材（１２）上に固定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 基礎部材（１２）は０．５℃／Ｗよりも高い熱伝導特性を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の放射線源。
6. 基礎部材（１２）は導電性であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の放射線源。
7. 基礎部材（１２）は少なくとも部分的に銅から形成され、また特に少なくとも部分的に金またはニッケル金によって被覆されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の放射線源。
8. 光源に対する電気接続面はゾーンとして、特にプリント基板（４１）上に配置され、ＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）から電気接続面にジャンパー線（５０）が延在することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の放射線源。
9. プリント基板（４１）は中央に配置されたＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）から外に向かって、特に基礎部材（１２）の周囲部に向かって延在することを特徴とする請求項８に記載の放射線源。
10. プリント基板（４１）は実質的にＬＥＤチップと同じ高さを有することを特徴とする請求項８または９記載の放射線源。
11. プリント基板（４１）の導体通路は特にボンディング結合によってＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）と結合されることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の放射線源。
12. プリント基板（４１）はエポキシ樹脂基材を備えており、少なくとも一方の側に少なくとも１つの導体通路を備えているとともに特に銅によって被覆されまた接続孔メッキ（Ｐｌａｔｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ）されていることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の放射線源。
13. 放射線の進行方向においてＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）の後に凸型の遮蔽レンズを配置することを特徴とする請求項１１または１２記載の放射線源。
14. プリント基板（４１）の少なくとも１つの導体通路がスペーサの下側を貫通して延在しており、前記スペーサは導体通路に対して密着することを特徴とする請求項８ないし１３のいずれかに記載の放射線源。
15. ＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）とスペーサと遮蔽レンズとの間に閉鎖された空間が延在し、これは透明または半透明の液体状あるいは固形材料、特にシリコンゲルあるいは注封材料が充填されることを特徴とする請求項１４記載の放射線源。
16. 充填材料が燐光粒子を含むことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の放射線源。
17. 放射線の進行方向において遮蔽レンズの後に集光レンズを配置し、その直径を特に前記遮蔽レンズの直径よりも大きいものとすることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれかに記載の放射線源。
18. 前記ＬＥＤチップおよび／または前記遮蔽レンズは反射板によって包囲されていることを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれかに記載の放射線源。
19. 放射線の進行方向において集光レンズの後、あるいはスペーサの後、あるいは反射板の後に光導管を配置することを特徴とする請求項１８に記載の放射線源。
20. 遮蔽レンズ（５２）は光源（１６，１８）よりも著しく大きな直径を有し、集光レンズ（６０）は遮蔽レンズ（５２）よりも著しく大きな直径を有し、ここでそれらの直径比が特に１．２：１ないし１０：１となることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の放射線源。
21. １つのＬＥＤチップ（２４，２６，２８，３０）と共に作用する少なくとも１つの直列抵抗（４９）をプリント基板（４１）上のスペーサ（４０）の外側に自由にアクセス可能に露出して配置することを特徴とする請求項１４または１５記載の放射線源。
22. 直列抵抗（４９）は可変であることを特徴とする請求項２１記載の放射線源。
23. 第１および第２の光源はいずれも同時あるいはそれぞれ異なった時点で点入可能であるか、および／またはいずれも同時あるいはそれぞれ異なった時点で切断可能であることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかに記載の放射線源。
24. 請求項１ないし２３のいずれかに記載の放射線源（１０）を備えた、特に光重合性歯科材料を硬化するための光硬化装置。
25. 請求項１ないし２４のいずれかに記載の放射線源を備え、少なくとも第１の光源（１６）が点入されていることを特徴とする照明装置。
26. 特に点入された第１の光源によって歯内のあるいは歯上の樹脂製充填物の裂孔を照明あるいは検査するための、請求項２５記載の照明装置の適用方法。
27. 実質的に環形状のスペーサが遮蔽レンズを少なくとも部分的にプリント基板および／または基礎部材上に支持し、ＬＥＤチップを包囲することを特徴とする請求項１４ないし２６のいずれかに記載の放射線源。
28. スペーサはそのＬＥＤチップに向いた側面上に錐形あるいはパラボラ形状の部分を備えることを特徴とする請求項１４ないし２７のいずれかに記載の放射線源。
29. 放射線の進行方向において遮蔽レンズの後に反射鏡を配置することを特徴とする請求項１３ないし２８のいずれかに記載の放射線源。

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