DE19943393C1 - Bestrahlungsgerät für Dentalwerkstoffe - Google Patents
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Abstract
Ein Bestrahlungsgerät zum Aushärten von dentalen Kunststoffen weist ein Array 11 aus Leuchtdioden 12 auf, deren optische Achsen einen Fokusbereich 20 am Eintrittsende eines Lichtleiters 18 bilden. Die Leuchtdioden 12 bestrahlen den Fokusbereich 20 unmittelbar, das heißt ohne Zwischenfügung eines von Luft verschiedenen Lichtleitkörpers. Dies spart nicht nur den Herstellaufwand und das Gewicht des beim Stand der Technik vorgesehenen kompliziert gestalteten Lichtleitkörpers, sondern vermeidet vor allem Verluste an Strahlungsleistung der Leuchtdioden.
Description
Zum Aushärten von dentalen Kunststoffen, etwa Zahnfüllungen, sind
Leuchtdioden wegen ihrer geringen Wärmeentwicklung von Vorteil, wobei
der bevorzugte Spektralbereich im sichtbaren blauen Bereich (400 bis 500
nm) liegt. Um bei dentalen Anwendungen die für eine brauchbar rasche
Aushärtung erforderliche Lichtintensität (circa 400 mW/cm2) zu erzielen,
reicht eine einzelne Leuchtdiode nicht aus.
Aus JP(A) 9-10238 ist ein dentales Bestrahlungsgerät mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen bekannt. Dort ist ein
Array aus Leuchtdioden an der Kalottenfläche eines kugelsektorförmigen
Lichtleitkörpers aus Quarz oder Kunststoff angeordnet, dessen Spitze in
einen Lichtleiterstab übergeht. Die Strahlen der Leuchtdioden werden von
dem Lichtleitkörper gebündelt und in den Lichtleiterstab eingeleitet.
Abgesehen davon, daß ein solcher Lichtleitkörper in seiner Herstel
lung aufwendig ist und das Gewicht des Geräts erhöht, verursacht er Strah
lungsverluste. Diese resultieren nicht nur aus der mehrfachen Totalreflexi
on sondern auch daraus, daß der Reflexionswinkel an der konischen Innen
wand zunehmend steiler wird und damit zu Reflexion erst an einer äußeren
Verspiegelung oder gar zu Rückreflexion in Richtung der Dioden führt.
WO 97/36552 offenbart ein weiteres dentales Bestrahlungsgerät, bei
dem ein planares Array aus Leuchtdioden mit parallelen optischen Achsen
der gekrümmten Eingangsfläche eines konischen Kondensors gegenüber
steht. Der Kondensor ist ausgangsseitig an einen Lichtleiter angekoppelt
und gegebenenfalls mit einer optischen Flüssigkeit gefüllt. Aus dem Vor
handensein dieses Kondensors resultieren die gleichen Schwierigkeiten, wie
sie oben in Zusammenhang mit dem Lichtleitkörper erläutert wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bestrahlungsgerät,
insbesondere zum Aushärten von dentalen Kunststoffen, mit verbesserten
Eigenschaften anzugeben. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann
darin gesehen werden, ein mit Leuchtdioden arbeitendes unaufwendiges
Bestrahlungsgerät mit hoher Strahlungsausbeute zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem
Anspruch 1.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß sich
das Licht eines Leuchtdioden-Arrays mit gutem Wirkungsgrad auch ohne
jede Sammeloptik auf einen Fokusbereich bündeln läßt.
Da die Leuchtdioden den Fokusbereich unmittelbar, das heißt ohne
Zwischenfügung eines von Luft verschiedenen Lichtleitkörpers, bestrahlen,
entfällt das beim Stand der Technik vorhandene Problem optischer Verlu
ste. Durch das Weglassen eines besonders gestalteten Lichtleitkörpers wird
das erfindungsgemäße Gerät gleichzeitig in der Herstellung billiger und für
die Handhabung leichter.
In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ergibt sich eine
geometrisch einfache Gestaltung.
Der Fokusbereich kann gemäß Anspruch 3 der Eintrittsbereich eines
Lichtleiters oder auch unmittelbar die Behandlungsstelle selbst sein.
Die in Anspruch 4 angegebene Gestaltung resultiert in einer optima
len Ausbeute der von den Leuchtdioden erzeugten Strahlung.
Die Maßnahmen der Ansprüche 5 bis 7 sind zur weiteren Schonung
der Leuchtdioden und damit zur Erhöhung der Lebensdauer von Interesse.
Gemäß Anspruch 8 kann es sich bei den Leuchtdioden um Laser
dioden handeln.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein dentales Be
strahlungsgerät, und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des vorderen Teil des Gerätes
nach Fig. 1.
Das in der Zeichnung gezeigte Handgerät zum Bestrahlen von denta
len Kunststoffen enthält im vorderen Bereich eines generell zylindrischen
Gehäuses 10 ein Leuchtdioden-Array 11 mit beispielsweise fünfzig einzel
nen Leuchtdioden 12, bei denen es sich um Laserdioden handeln kann. Die
Leuchtdioden 12 werden aus einer im hinteren Teil des Gehäuses 10 ange
ordneten Batterie 13 über eine Treiberstufe 14 gespeist, die von einer Steu
erschaltung 15 zeitgesteuert wird. Die Steuerschaltung 15 ist mit einem seit
lich am Gehäuse 10 angeordneten Einschalttaster 16 und einer ebenfalls
seitlich am Gehäuse 10 angeordneten Anzeigediode 17 verbunden. Aus dem
vorderen konischen Ende des Gehäuses 10 ragt ein an seinem vorderen
Ende gekrümmter Lichtleiterstab 18 heraus.
Die Leuchtdioden 12 sind in einer ebenen Halteplatte 19 derart ange
ordnet, daß ihre optischen Achsen einander in einem Fokusbereich 20
schneiden, der an dem innerhalb des Gehäuses 10 befindlichen, mit einer
Antireflexionsschicht versehenen Eintrittsende des Lichtleiterstabes 18
liegt. Der mit dem Abstand von der Mittelachse zunehmende Winkel, um
den die optische Achse jeder Leuchtdiode 12 gekippt ist, ist unter Berück
sichtigung der Strahlkegelöffnung und des Abstands vom Lichtleiterstab 18
so gewählt, daß im wesentlichen das gesamte Strahlungsbündel der Leucht
diode 12 auf die Eintrittsfläche des Lichtleiterstabes 18 fällt.
Jeweils eine der Zuleitungen der Leuchtdioden 12 ist mit einem Kör
per 21 aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und -kapazität, vor
zugsweise Kupfer oder Aluminium, verbunden, der als Wärmesenke für die
Leuchtdioden 12 dient. Der Körper 21 ist mit dem Gehäuse 10 thermisch
verbunden, so daß auch dieses als Wärmesenke für die Leuchtdioden 12
herangezogen wird.
Da die Leuchtdioden 12 in einer gemeinsamen Ebene liegen, hat der
Wärmesenkekörper 21, der für optimale Wirkung möglichst nahe an den
Leuchtdioden 12 angeordnet sein soll, die Form einer zu der Haltescheibe
19 parallel angeordneten planparallelen Scheibe. Dies ist unter dem Ge
sichtspunkt sowohl eines geringen Herstellaufwandes als auch einer ge
drängten Bauform günstig.
Anstelle der oben beschriebenen planaren Anordnung können die
Leuchtdioden auch an einer gekrümmten, insbesondere sphärischen, zum
Fokusbereich hin konkaven Fläche angeordnet sein.
Leuchtdioden emittieren Licht in einem Strahlkegel mit typischen
Öffnungswinkeln zwischen 60° bis unter 10°. Im vorliegenden Fall werden
Leuchtdioden mit kleinen Öffnungswinkeln bevorzugt. Der Durchmesser
handelsüblicher Leuchtdioden liegt bei etwa 3 mm. Bei Verwendung von
beispielsweise fünfzig derartigen Leuchtdioden ergibt sich ein Platzbedarf
für die Halteplatte 19 und damit ein Gerätequerschnitt von rund 5 cm2.
Im Gebrauch wird das Austrittsende des Lichtleiterstabes 18 auf die
Behandlungsstelle, etwa eine auszuhärtende Zahnfüllung, gerichtet und der
Einschalttaster 16 gedrückt, wodurch die Leuchtdioden 12 beaufschlagt
werden und gleichzeitig die Anzeigediode 17 eingeschaltet wird. Nach einer
vorgegebenen oder einstellbaren Zeitspanne schaltet die Steuerschaltung 15
die Stromzufuhr zu den Leuchtdioden 12 und der Anzeigediode 17 ab.
Claims (8)
1. Bestrahlungsgerät, insbesondere zum Aushärten von dentalen Werk
stoffen, mit mehreren Leuchtdioden (12), deren Lichtstrahlen gebündelt
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen der Leuchtdioden (12)
auf einen Fokusbereich (20) gerichtet sind und diesen unmittelbar bestrah
len.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdi
oden (12) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln in einer im wesentlichen
planaren Halterung (19) angeordnet sind.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus
bereich (20) im Eingangsbereich eines Lichtleiters (18) liegt.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungs
winkel jeder Leuchtdiode (12) so gewählt ist, daß ihr im wesentlichen ge
samter Strahlkegel auf den Eingangsbereich des Lichtleiters (18) fällt.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leuchtdioden (12) mit einem Gerätegehäuse (10) ther
misch verbunden sind.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leuchtdioden (12) mit einem Körper (21) hoher Wärme
leitfähigkeit und -kapazität thermisch verbunden sind.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (21)
aus Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, besteht.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leuchtdioden (12) Laserdioden sind.
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