Смешение света - RU2589248C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к усовершенствованию осветительных устройств, в частности в области медицины и стоматологии, а также к усовершенствованию фотополимеризаторов, предпочтительно для использования в стоматологии, которое в частности снабжено металлическими полупроводниковыми источниками излучения, такими как светоизлучающие диоды и которые испускают излучение в видимом диапазоне, УФ-диапазоне и/или ближнем инфракрасном спектральном диапазоне.

Более конкретно, изобретение относится к устройству для смешивания света, которое в частности подходит для использования в медицинских или стоматологических осветительных устройствах или фотополимеризаторах для полимеризации стоматологических масс. Термин свет, используемый здесь в описании и в формуле изобретения, относится не только к видимой части спектра, но и к электромагнитному излучению в УФ и ближнем инфракрасном диапазоне. Далее, предпочтительно используются упомянутые светоизлучающие диоды (или светодиоды или светодиодные чипы), эти условия также предназначены для включения других средств освещения и источников излучения, которые излучают видимый свет, УФ-свет и/или свет ближнего инфракрасного диапазона, в частности полупроводиковые излучающие устройства, которые, для упрощения, не перечисляются во всех местах.

Подобные фотополимеризаторы давно известны.

Один пример световода 1970-х годов можно найти в DE 2352670. Уже в то время гибкие световоды, состоящие из единого оптического волокна, считались хорошо известными. Документ подтверждает, что уже были известны, светопроводящие жидкости и гибкие пластиковые шланги, образующие световоды.

Световоды, которые состоят из единого оптического волокна и которые также могут быть названы как световодный стержень, обычно сравнительно жесткие или твердые и поэтому их трудно изгибать. Световоды, заполненные жидкостью, с другой стороны, неблагоприятны или неудобны, особенно при использовании в ротовой полости, поскольку существует опасность, что пациент ( случайно ) прокусит световод и таким образом вызовет протечку.

В 1980-х годах, но также и до настоящего времени, произошел переход к световодам, состоящим из множества волокон; один из примеров приведен в DE 29709785.

Световоды со множеством оптических волокон, которые также упоминаются как многожильные световоды, имеют преимущество, предлагая существенно улучшенные свойства изгиба. Таким образом, стоматолог может придать нужную форму концу световода для получения светового излучения или вывод в желаемом, частично глубоко расположенном положении.

Кстати, то же самое относится к использованию световодов для датчиков света в стоматологических камерах, а также, например, к использованию световодов в эндоскопах, которые также требуют минимальный радиус изгиба.

Уже долгое время известно, что с помощью оптически аддитивных смесей базовых цветов, таких как красный, желтый и голубой, можно сгенерировать белый свет. Этот факт используется с помощью расположения светодиодов соответствующей окраски рядом друг с другом и за счет подачи или направления излучения их света в световод.

Фактически, так называемые белые светодиоды стали известны недавно. Однако они все еще сравнительно дорогие в настоящее время, и благодаря смешению света в соответствии с требованиями можно подобрать точный оттенок цвета. Также возможно выбирать определенный спектр излучения.

Если как источник света используется единственный светодиод или светодиодный чип, излучение света в основном происходит на верхней стороне светодиодного чипа, который обычно имеет размер приблизительно 1 мм². Если многожильный световод, который обычно имеет диаметр от 6 до 13 мм, установить перед светодиодным чипом, основное излучение света обычно затрагивает или воздействует только на 6 или 7 внутренних волокон, в то время как используется только очень небольшая часть внешних оптических волокон.

Для предотвращения такой ситуации, стали применять собирающую линзу на входной стороне оптического волокна. С другой стороны, наличие собирающей линзы означает две дополнительные оптические граничные поверхности или интерфейс с соответствующими отражениями, поэтому эффективность снижается.

В обоих упомянутых случаях пользователи с удовольствием вернулись бы к одножильным световодам или световодным стержням, тем более что в случае одножильной технологии вся площадь поперечного сечения световода может быть занята в оптически эффективной среде, в отличие от потерь, возникающих при использовании многожильных световодов.

Кроме того, в документе EP 0549332 описано оптическое соединительное устройство, которое содержит световодный стержень, который изогнут на 180 градусов, встроено в пучок оптических волокон внутри отрезка световода, входная сторона, так же как и выходная сторона оптического соединительного устройства прочно соединены с концами пучка оптических волокон отрезка световода с помощью соединительной муфты.

В US 6692250 описан концентратор светового пучка, который собирает свет от множества светоизлучающих диодов с помощью отдельных тонких волокон световода, соответственно, и соединяет их в одном пучке оптических волокон, чтобы затем передавать потоки света от отдельных светоизлучающих диодов в изогнутый стержень световода и смешивать их, где между отдельными волокнами пучка происходит гомогенизация световых потоков от отдельных светоизлучающих диодов и равномерное их перераспределение.

В публикации WO 99/35995 описан полимеризатор для полимеризации или отверждения светоотверждаемых компонентов, при этом данное устройство для полимеризации содержит полость и ряд светоизлучающих полупроводниковых диодов для генерирования света с длиной волны в пределах малого диапазона длины волны. Предпочтительно, вырабатывается пиковая длина волны около 470 нм. Далее устройство содержит стекловолоконную световую трубку для обнаружения света и передачи луча света на область зубов или на другие рабочие области, содержащие фотополимеризуемые компоненты. Можно использовать оптические линзы для фокусировки света внутри световой трубки.

В публикации WO 02/11640 описан прибор и процесс для полимеризации светоотверждаемых компонентов во рту пациента, при этом данный прибор содержит полость и множество светоизлучающих полупроводниковых элементов на одной основе, которая крепится в полости. Элементы оказывают совместное воздействие на субстрат для совместного светоизлучения с длинами волны в пределах узкого диапазона длины волны. Устройство оптической фокусировки расположено так, чтобы фиксировать свет, излученный полем элемента, и содержит не создающее изображения оптическое устройство, которое можно использовать для фокусировки или объединения световых волн из поля внутри пучка, которые направлены на компонент для отвердевания. Невозвратная муфта покрывает полость и поле, и может содержать устройство для оптической фокусировки. Муфта является съемной и может удаляться после использования, так что нет необходимости в автоклавировании инструмента.

В заявке ЕР 1031326 А1 описано устройство для фотоактивации светочуствительных композитных материалов в стоматологии, при этом данное устройство содержит полость с энергоснабжающим узлом, имеющим электропроцессорный узел и источник света, состоящий из множества светоизлучающих диодов, питающихся из энергоснабжающего узла. Светоизлучающие диоды относятся к фокусирующему устройству, что позволяет оптимально фокусировать свет всех излучающих областей светоизлучателя в одной точке.

В отличие от этого целью изобретения является создание устройства, в частности медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности фотополимерного устройства для полимеризации стоматологических масс, которое позволит гомогенизировать и смешивать свет, образуемый внутри устройства для создания света, и распределять свет по всей площади поперечного сечения световода так, чтобы яркость и спектральное распределение на выходе световода были равномерными или гомогенными. Кроме того, это устройство также должно быть способно эффективно, просто и с малыми потерями подавать излученный свет, особенно излучаемый несколькими светоизлучающими диодами или другими полупроводниковыми источниками излучения, в световод, который предпочтительно выполнен как пучок оптических волокон, состоящий из множества тонких отдельных оптических волокон.

Другой целью изобретения является создание подходящей конструкции для медицинских и стоматологических осветительных устройств, в частности для фотополимерного устройства для полимеризации стоматологических масс, которое позволит стерилизацию всех частей, которые потенциально вступают в контакт с пациентом обычными способами медицинской технологии и который также может быть обработан в автоклаве особенно согласно всем обычным способам без повреждения оптической структуры устройства генерации света, электроники и прочих компонентов или без потери качества. В этой связи, в частности, аспекты обращения с устройством во время его работы или во время лечения пациента, соответственно, например, врачом, специальным медицинским персоналом или зубным техником, а также между операциями или между сеансами лечения пациентов, соответственно, должно быть принято во внимание, при этом особое внимание должно уделяться практическим рутинным процедурам, связанным с работой в стоматологии, такие как стерилизация, автоклавирование и процедуры модификации, например, при замене световода.

Согласно настоящему изобретению эта цель для медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности для фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс, достигается с помощью устройства для смешивания света по п.1 формулы изобретения. Кроме того, в п.13 формулы изобретения определяется медицинское или стоматологическое осветительное устройство, в частности фотополимеризатор для полемирезации стоматологических масс с соответствующим устройством для смешивания света по п.1 формулы изобретения, которое соответствует цели настоящего изобретения.

Другие признаки настоящего изобретения приведены в настоящем описании и в зависимых пунктах формулы изобретения. Все изложенные в описании и в зависимых пунктах формулы изобретения технические признаки можно легко комбинировать в соответствии с техническими знаниями специалистов и могут быть совместно технически реализованы вместе с признаками, изложенными в независимых п.1 или 13 формулы изобретения соответственно.

В этой связи особенно благоприятным признаком является то, что благодаря использованию устройства для смешивания света по настоящему изобретению, неожиданно можно одновременно получить преимущества одножильных и многожильных световодов без ожидаемых недостатков. Плохое смешивание света, возникающее в случае многожильных световодов, полностью устраняется, а также устраняется лишь частичное попадание света на волокна, которые в случае известных устройств должны в первую очередь проходить на центральные волока, чтобы удерживать потери на обход в заданных пределах. Также нет необходимости использовать собирающую линзу на входной стороне; вместо этого можно непосредственно подавать свет, излучаемый одним или более светодиодным чипом на устройство смешивания света. Из-за сравнительно большой поверхности входа света устройство для смешивания света полностью поглощает световое излучение и направляет его дальше.

В этой связи в модифицированном варианте изобретения также возможно соединять более чем одну многожильную и/или одножильную часть световода друг с другом. Это удобно, например, если световод очень длинный и содержит перегибы на его длине. В местах этих перегибов сформированы многожильные участки, а остальную длину световода составляют одножильные участки. Более того, на пути излучения можно установить более чем одно устройство для смешивания света по настоящему изобретению.

Хотя выход света у оптических волокон типично на 15% меньше по сравнению с одножильными световодами, изобретение направлено на значительное сокращение этих выходных потерь.

Если переднюю, т.е. выходную, треть световода сформировать как многожильный световод, а задние две трети сформировать как одножильный световод, то выходные потери снижаются с 15% до 5%.

Кроме того, особенно благоприятным является то, что согласно настоящему изобретению предотвращается отображение светодиодных чипов на оптических волокнах или многожильном световоде. В устройстве для смешивания света по настоящему изобретению происходит сильное смешение поданного света и таким образом осуществляется гомогенизация и стандартизация света.

Таким образом, при наложении нескольких светодиодных чипов разного цвета, расположенных в устройстве генерации света осветительного устройства или фотополимеризатора можно получить множество различных требуемых спектров излучения и, фактически, без необходимости использования дополнительной собирающей линзы и других сложных и комплексных гомогенизирующих устройств. Также это особенно относится к светодиодным чипам разного цвета, типично расположенных треугольником, которые, например, имеют максимум излучения в области красного, зеленого и голубого цвета, с которых можно получить любой цвет с помощью аддитивного смешивания света.

Кроме того, средство или устройство по настоящему изобретению позволит избежать все предыдущие проблемы прототипа, связанные со стерилизацией в автоклаве, которые в частности возникают при высокой температуре стерилизации, изменением температур, высоком давлении и сильном изменении давления, а также связанные с образованием влаги и повторной сушкой поверхностей и полостей, а также проблемы, связанные со старением и охрупчиванием компонентов, неадекватной дезинфекцией в зазорах и полостях, проблемы с полостями, заполненными воздухом и жидкостью и т.д.

Кроме того, повторное загрязнение стерилизованных деталей можно избежать простым способом, например, съемный или сменный световод может оставаться в контейнере для хранения стерильных материалов, защищенный от повторного загрязнения в окружающей среде, до его использования. Дополнительным преимуществом является небольшое пространство, необходимое во время процесса автоклавирования, а только световоды, отсоединяемые от устройства, должны быть повергнуты стерилизации, поскольку также целесообразно собрать много загрязненных световодов перед тем, как они все вместе будут подвергнуты обработке в автоклаве.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что гарантированно можно избежать повреждения или разрегулировки оптических компонентов на пути излучения световода, которые могут возникнут в прототипе из-за нагрева во время работы, а также из-за автоклавирования. В этой связи до сих пор в популярных осветительных и фотополимеризационных устройствах из-за теплового расширения разных материалов, различных оптических стекол с низким коэффициентом теплового расширения на металлических держателях и пластмассовых компонентах с высоким коэффициентом теплового расширения возникают напряжения, трещины, разрывы, разрегулировка.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что можно отказаться от использования ранее обязательных защитных стекол, которые надежно защищают светоизлучающие диоды или полупроводниковые источники излучения, а также соответствующие отражатели, от загрязнения, влаги и повреждений, если вместо них установлено устройство для смешивания света по настоящему изобретению. Предпочтительно, можно даже сохранить опробованное и испытанное вставное соединительное решение обычных световодов по предшествующему уровню техники, имеющих муфту в осветительном устройстве или фотополимеризаторе, а также втулку в световоде, и далее использовать опробованную и испытанную конструкцию соответствующих устройств. Благодаря настоящему изобретению габариты и вес устройства не увеличиваются, поэтому можно сохранить их компактность и удобство обращения.

Также изобретение можно применять во всех известных устройствах при очень низкой стоимости и с минимальными конструктивными изменениями. Более того, возможна очень простая сборка или замена световодов в медицинской или стоматологической хирургии, например в стоматологической лаборатории. Далее, решение согласно изобретению, является очень простым в обслуживании в сервисной мастерской.

Неожиданно, в устройстве для смешивания света, несмотря на его простую конструкцию и очень небольшую длину, т.е. очень короткую длину смешивания света внутри смешивающего элемента - в частности при взаимодействии с отражателем в устройстве для генерирования света, которые обычно используют в известных устройствах, - а также из-за многофазового перехода или межфазового взаимодействия граничных поверхностей между твердым веществом и снова твердым веществом на световом пути в таком устройстве, например, светоизлучающий диод/воздух, воздух/отражатель, отражатель/воздух, воздух/защитное стекло, защитное стекло/воздух, воздух/смешивающий элемент, смешивающий элемент /воздух, воздух/пучок волокон - а также из-за межфазных отражений и результирующей разницы во времени прохождения разных пучков излучения по оптическому пути или пути излучения и их взаимного наложения, можно получить неожиданно высокую степень гомогенизации относительно распределения яркости и спектральные кривые излучения по всей выходной поверхности пучка волокон световода. В то же время происходят только очень низкие потери света по отношению ко всей энергии излучения, создаваемой светоизлучающим диодом до выходного конца пучка волокон световода. Таким образом, склеивание оптически прозрачным адгезивом смешивающего элемента и пучка волокон может быть опущено без каких-либо проблем, не неся высоких потерь света.

Таким образом, могут быть не только снижены производственные и операционные расходы, но и также, в частности, облегчается обращение с пучком волокон световода, независимо от устройства для смешивания света. Благодаря этому возможно полное преимущественное решение предмета изобретения и могут быть реализованы преимущества относительно удобства, гигиены и стерилизации.

Решения проблем стерилизации, которые предлагались ранее, а именно использование автоклавируемых покрытий или одноразовых покрытий на светопроводящих устройствах с их известными недостатками, устаревают благодаря предлагаемому решению. Все проблемы относительно разницы коэффициентов расширения материалов стекла, пластика, металла, которые в частности происходят на стыках между различными компонентами на пути оптического излучения, а именно, например, между смешивающим элементом и пучком волокон, можно гарантированно избежать, используя решение согласно изобретению.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что в будущем больше нет необходимости использовать дорогие оптические волокна, включающие рандомизированное расположение отдельных волокон, и, таким образом, в производстве световодов может быть сделана значительная экономия, с одной стороны, и, с другой стороны, больше не возникнут механические проблемы из-за теплового расширения во время автоклавирования, такие как скручивание и сдавливание волокон.

Кроме того, изобретение позволяет очень легко и рентабельно получить осветительное устройство или фотополимеризатор, чей излучаемый рабочий спектр может быть синтезирован посредством аддитивного смешения спектра светодиодов с различными спектрами излучения с помощью электронного управления различными светодиодами. Это особенно удивительно, что из-за конкретной конструкции по настоящему изобретению, использующей только простейшие оптические средства, достигается очень высокий уровень гомогенизации относительно интенсивности света и спектра излучения по всему световому сечению и в то же самое время может быть улучшена эффективность передачи света и снижены потери мощности.

Преимущественно устройство для смешивания света по настоящему изобретению идеально подходит для светодиодов или полупроводниковых источников света. При этом параметры расположения могут быть выбраны так, что вся поверхность смешивающего элемента будет находиться «не в фокусе» относительно соответствующих фокальных точек светодиодов или отражателей, приданных полупроводниковым источникам света, и, с одной стороны, вся поверхность освещена входными лучами или пучками, с другой стороны, область входного угла входящего излучения наиболее полно использует входной конус или конус связанной моды, заранее определенный числовой апертурой входного светового конца смешивающего элемента.

Дополнительным аспектом, который часто приводил к проблемам в уровне техники из-за большой разницы температур во время работы и во время процесса автоклавирования, является то, что длинные волокна пучка световодов, как они обычно использовались в этой связи, из-за выделения тепла во время работы и особенно во время теплового воздействия во время процесса автоклавирования, сильно расширялись, соответственно является отсутствие более длинных волокон, которые естественно расширяются сильнее, чем более короткие волокна. Поскольку с такими устройствами используются изогнутые или коленчатые волокна световодов, длинные волокна или пучки волокон на внешней стороне изгиба растягиваются сильнее, чем короткие волокна на внутренней стороне изгиба. Из-за этого, сильные температурные изменения привели к значительной тепловой деформации, что также может привести к разрегулировке или повреждению стеклянного корпуса, которое было расположено в непосредственной близости от них. Более того, между стеклянными волокнами и их защитной оболочкой обычно случается смещение и частичное скольжение с одной стороны, а также относительно пластиковой муфты, окружающей весь пучок волокон и механически стабилизирует его, образуя таким образом перманентное искажение предварительно выровненных и мелко отполированных поверхностей входа и выхода света, где при многолетнем использовании из-за частого сильного изменения температур с течением времени такие искажении по существу увеличиваются. В результате чего возникает увеличение смещений отдельных оптических волокон относительно друг друга, а также смещение и возможное натяжение между пучком волокон возможным соседним или примыкающим оптическим компонентом может приводить к механическим и оптическим проблемам и регулировочным проблемам. Кроме того, может произойти изменение расстояния волокон пучка до соседних оптических компонентов, и может образоваться неправильный зазор и неопределенное, неправильное или неравномерное расстояние между пучком волокон и оптическим компонентом.

В качестве дополнительного преимущества изобретения можно избежать каждый ненужный дополнительный изгиб на пути луча света. В частности, любые изгибы внутри (одножильного) стержня световода могут быть опущены, что, как было показано, приводит к значительным дополнительным потерям света на пути света и значительно ухудшает эффективность.

По сравнению с гибким одножильным световодом, известным из публикации DE-OS 2352670, многожильный отрезок - как он используется согласно настоящему изобретению - далее имеет преимущество, при котором потери производительности относительно прямого расположения световода увеличиваются намного медленнее. Сильно согнутый многожильный световод типично имеет меньший коэффициент затухании, чем световод, изогнутый по тому же радиусу, так что согласно настоящему изобретению в изогнутых или коленчатых участках световода всегда используется многожильный световод. В этой связи особенно благоприятно, если многожильный участок, который имеет изгиб или колено, расположен рядом со стороной выходного конца света.

Неожиданно, изобретение обладает дополнительным преимуществом, благодаря которому элемент для смешивания света с небольшой общей длиной способен полностью смешивать свет светодиодных чипов разного цвета или полупроводниковых источников излучения или их различные спектральные излучения, так что хорошо смешанный свет входит в многожильный участок световода и цветовая дисперсия на выходной поверхности света не обнаруживается.

Установка световода на источник света может быть осуществлена любым подходящим способом, например с помощью муфты, которая также позволяет световоду вращаться относительно источника света и быть съемным. А все другие варианты конструкции для использования между световодом и излучателем или фотополимеризатором, предложенные ранее в существующем уровне техики, могут комбинироваться с настоящим изобретением без каких-либо проблем.

Таким образом, соединительный интерфейс между световодом и излучателем или фотополимеризатором может быть адаптирован к техническим требованиям любым способом без необходимости разработки специального решения.

В предпочтительном варианте элемент для смешивания света может быть выполнен вращательно симметричным способом. Условно, это представляет собой особенно функциональное решение, которое далее позволит адаптировать к большому объему оптических свойств элемента для смешивания света относительно выполнения гомогенизации на всей заданной длине, например, адаптация к геометрическим путям оптического излучения, которые определены в отношении устройства для генерации света, и далее позволяет любые необходимые адаптации относительно числовой апертуры, относящейся к концу входа света элемента для смешивания света и между элементом для смешивания света и пучком волокон световода. Кроме того, возможно адаптировать размер поверхности входа света элемента для смешивания света к геометрии устройства для генерации света с одной стороны и, например, концентрировать энергию света на пучке волокон с маленьким диаметром, с другой стороны. Кроме того, например изогнутые или сужающиеся в поперечном сечении участки стенки элемента для смешивания света могут воздействовать и модифицировать углы отражения лучей света, которые полностью внутренне отражаются в элементе для смешивания света, и благодаря большему числу отражений света от стенок гомогенизация света в элементе для смешивания света может быть дополнительно улучшена.

В дополнительном преимущественном варианте элемент для смешивания света может быть выполнен цилиндрическим и предпочтительно содержать плоскую поверхность входа и/или выхода света. Такая конструкция элемента для смешивания света может быть технически реализована очень простым способом, и , таким образом, может быть изготовлена очень дешево, однако, с неожиданно высоким уровнем гомогенизации относительно интенсивности распределения и изгибов спектрального излучения по всей выходной поверхности пучка оптических волокон.

В еще одном предпочтительном варианте поверхность входа и выхода света может быть полированной и/или содержать отделочный слой или покрыт другими материалами, снижающими отражение и/или обработаны иммерсионными средствами. С помощью такой полированной поверхности остаточная шероховатость которой составляет небольшую долю длины волны используемого света, прозрачность элемента для смешивания света может быть улучшена и потери света могут быть значительно снижены. Альтернативно или дополнительно на поверхностях входа и/или выхода элемента для смешивания света можно применять отделочный слой, или покрытие поверхности, или другие покрытия, снижающие отражение. Эта мера может дополнительно снизить потери света, когда свет проходит через элемент для смешивания света. В качестве альтернативы или дополнения к упомянутым выше мерам также возможно применять иммерсионные средства, такие как иммерсионное масло, например, силиконовое масло, для соответствующих поверхностей элемента для смешивания света, так чтобы зазор между элементом для смешивания света и, например, пучком волокон световода или защитным стеклом поперек светодиодов или полупроводниковых источников света со связанными отражателями полностью заполнялся этими иммерсионными средствами и таким образом вместо фазы твердое вещество-воздух-твердое вещество возникает фаза твердое вещество-жидкость-твердое вещество. Индекс преломления иммерсионных средств, который выше, чем у воздуха, делает возможным далее снизить световые потери благодаря отражению граничной поверхности и, с другой стороны, выполнить адаптацию числовой апертуры последующих оптических компонентов.

В еще одном предпочтительном варианте элемент для смешивания света может иметь световодный материал, предпочтительно с по меньшей мере одним световодным сердечником, предпочтительно выполненный из стеклянного сердечника, содержащий первый показатель преломления и световодную оболочку, предпочтительно выполненную из стекла для оболочки оптического стекловолокна, содержащего второй показатель преломления, второй показатель преломления меньше, чем первый показатель преломления предпочтительно по меньшей мере на 0,1 единицу. Световодный материал позволяет проводимости быть с очень низким уровнем потерь мощности излученного света средств, производящих свет, и в то же самое время эффективную подачу в световод. Такая соосная конструкция элемента для смешивания света выполнена из двух разных прозрачных материалов, предпочтительно из двух видов стекла, имеющих разные показатели преломления, потери излучения вместе с полным внутренним отражением могут быть дополнительно снижены и может быть достигнуто лучшее управление излучением. В отличие от известных световодов, таких же, которые широко используются в световой волноводной технологии, в элементе для смешивания света, упомянутого здесь, предпочтительно существует разница между обоими показателями преломления сердечника и слоя оболочки, которая предпочтительно составляет по меньшей мере 0,1 единицу. Относительно большая разница между двумя показателями преломления увеличивает числовую апертуру элемента для смешивания света и также позволяет «ловить» внезапные световые лучи, которые существенно отличаются от оси падения поверхности входа света элемента для смешивания света и, таким образом, гарантирует увеличение входного конуса для излучения устройства для создания света. В качестве дополнительного преимущества, угловая область для полного внутреннего отражения излучения, проведенного в элемент для смешивания света, увеличивается и коэффициент отражения значительно увеличивается. Вместо стекол, для сердечника и/или оболочки элемента для смешивания света можно использовать другие прозрачные неорганические материалы или керамику, а также органические стекла с/или без защитного покрытия или прозрачного пластика.

В еще одном предпочтительном варианте элемент для смешивания света может содержать покрытие, повышающее отражение или отражающую втулку на ее кольцевой поверхности. Потери света внутри элемента для смешивания света могут быть дополнительно снижены с помощью дополнительно отражающего покрытия такого рода, в то же время числовая апертура элемента для смешивания света может значительно увеличиться так, что угол принятия конуса вхождения света элемента для смешивания света тоже может значительно увеличиться. Дополнительным аспектов является то, что отражение светового излучения, осуществляемое внутри элемента для смешивания света, создается на двух граничащих поверхностях этого иллюстративного варианта и, таким образом, каждый световой луч, отраженный внутри элемента для смешивания света, разделяется на два соответствующих подлуча, которые смещены относительно друг друга на первый подлуч, который практически полностью отражается на граничном слое между сердечником и оболочкой элемента для смешивания света, и на второй световой луч, чье отражение оказывается на внешнем отражающем слое элемента для смешивания света, таким образом еще больше улучшая выполнение гомогенизации элементом для смешивания света.

В еще одном предпочтительном варианте диаметр элемента для смешивания света предпочтительно равен от 2 мм до 20 мм, особенно предпочтительно от 6 мм до 15 мм, еще более предпочтительно от 8 мм до 13 мм, а длина элемента для смешивания света превышает диаметр в 0,5 раз, предпочтительно превышает диаметр в 0,8 раз, и предпочтительно не превышает диаметра более чем в 5 раз, более предпочтительно не превышает диаметр более чем в 2 раза. Эти измерения представляют собой особенно благоприятное определение размеров относительно геометрии элемента для смешивания света. Таким образом, оптимальное смешивание света и гомогенизация могут быть достигнуты с минимальными внешними размерами. Дополнительно, заданные диаметры учитывают геометрические оптические условия по отношению к размеру устройства для генерирования света и входного диаметра пучка волокон световода, как это обычно используется в данной области медицины и стоматологии.

В еще одном предпочтительном варианте элемент для смешивания света может быть выполнен полым с отражающими боковыми стенками. Это представляет альтернативную конструкцию относительно элемента для смешивания света, который выполнен из одного или более прозрачного твердого материала. В этой связи можно предположить, что чтобы произвести соответствующее управление излучением в заполненном воздухом пустотелом стержневидном корпусе с отражающими боковыми стенками, входная и выходная стороны смешивающего свет пустотелого корпуса могут быть покрыты, например, стеклом. В случае такого герметично уплотненного смешивающего свет пустотелого корпуса, альтернативно он может быть заполнен инертным или защитным газом или, в случае жидкостного световода, прозрачной, преломляющей жидкостью.

В еще одном предпочтительном варианте устройство для смешивания света может содержать крепежную втулку - предпочтительно выполненную из устойчивого к высоким температурам пластикового материала, в частности сульфона, эфиркетона или имидного пластикового материала или композиционного пластикового материала - к которой крепится элемент для смешивания света, предпочтительно прессовым способом и/или способом надежного крепления, эта крепежная втулка выполнена с возможностью соединяться с по меньшей мере одним или обоими предпочтительно саморегулирующимся способом, световодами и/или устройством генерации света. Это представляет очень преимущественную конструкцию для крепления элемента для смешивания света в ходе лучей осветительного устройства или фотополимеризатора. При этом крепежная втулка может быть соединена со световодом и/или устройством генерации света на или в корпусе осветительного оборудования или фотополимеризатора, где крепежная втулка предпочтительно выполнена так, чтобы регулировать себя относительно световода и/или устройства генерации света и таким образом располагаться непосредственно в ходе излучения без необходимости дополнительного крепежной и регулировочной работы. В этой связи крепежная втулка выполнена по меньшей мере предпочтительно из пластиковых материалов, устойчивых к высокой температуре, в частности, сульфона, эфиркетона, или имидного пластикового материала, или композиционного пластикового материала. Таким образом, с одной стороны, может сохраняться требуемая тремоустойчивость, механическая прочность и формоустойчивость крепежной втулки, а с другой стороны, благодаря упругим свойствам соответствующих пластиковых материалов, достигается способность поглощать колебания теплового расширения и ограничение тепловой нагрузки. В то же время, крепежная втулка такого рода изготовлена из пластикового материала, который позволяет прицельное использование прессовых посадок и/или предварительных нагрузок между крепежной втулкой и элементом для смешивания света, который с одной стороны в этом случае может быть соединен с крепежной втулкой предпочтительным прессовым способом и/или способом надежного крепления, а с другой стороны между крепежной втулкой и соединительным компонентом, к которому крепежная втулка может быть прикреплена без зазоров и надежно вместе с изменениями температуры, используется прессовая посадка и/или предварительная нагрузка.

В еще одном предпочтительном варианте поверхность входа и/или выхода света элемента для смешивания света может быть выполнена непланарным способом. Таким образом, например, можно выполнить соответствующие поверхности элемента для смешивания света слегка волнообразными или волнистыми, например, как концентрические круговые волны, которые возникают на поверхности воды после того, как туда бросят камень. В результате такой конструкции поверхности, приходящие и уходящие световые лучи, в отличие от плоской поверхности, слегка отклоняются, чередуясь, в радиальном направлении элемента для смешивания света и распределяются по большей угловой зоне, и, следовательно, способны значительно увеличить эффект смешения света элемента для смешивания света. Подобный эффект можно достичь с облицованной конструкцией поверхности или с френелевским разрезом соответствующих передних сторон поверхностей элемента для смешивания света. Более того, также возможно изготовление соответствующих поверхностей элемента для смешивания света выпукло или вогнуто, чтобы таким образом увеличить углы приема для конуса вхождения света или выполнить адаптацию относительно числовой входной и/или выходной апертуры и таким образом, например, ограничить расхождение входных лучей из элемента для смешивания света и настроить его на числовую апертуру пучка волокон.

В еще одном предпочтительном варианте устройство для смешивания света может быть закреплено внутри корпуса осветительного устройства или фотополимеризатора, и предпочтительно может оставаться там до замены световода. Это простая альтернатива с точки зрения как конструкции, так и удобства. Таким образом, световод может быть просто отдельно снят с корпуса осветительного устройства или фотополимеризатора без устройства для смешивания света, чтобы заменить световод другим типом световода или заменить световод после использования стерильным световодом. Дополнительно, в случае устройства для смешивания света можно предположить, что он надежно закреплен над устройством генерации света внутри корпуса и герметично уплотняет устройство генерации света, чтобы защитить его от влаги и загрязнения и/или повреждения. Таким образом, отражение может быть минимизировано без дополнительных стеклянных покрытий устройства генерации света и снижающей эффективность граничной поверхности.

В еще одном предпочтительном варианте устройство для смешивания света может быть выполнено для модифицирования осветительного устройства или фотополимеризатора и закреплено между световодом и корпусом устройства генерации света или фотополимеризатора - предпочтительно муфтой, что дает возможность модифицировать уже существующие или бывшие в употреблении осветительные оборудования или фотополимеризаторы, таким образом, с преимущественным изобретением улучшается эффективность и модификация устройства для смешивания света на более поздней стадии.

Кроме того, для достижения цели изобретения предлагается медицинский или стоматологическое осветительное устройство, в частности фотополимеризатор для полимеризации стоматологических масс, имеющий корпус с устройством генерации света, световод и устройство для смешивания света, которое расположено между устройством генерации света и световодом, а устройство для смешивания света имеет признаки ранее упомянутых устройств для смешивания света.

В преимущественной конструкции устройство для смешивания света выполнено с возможностью закрепления внутри осветительного устройства или фотополимеризатора, соответственно, световод прикреплен к корпусу с помощью крепежной втулки и может быть снят с корпуса и устройства для смешивания света и подвергнут автоклавированию, в частности вместе с крепежной втулкой после их разделения. Такой проект особенно благоприятен относительно конструкции, крепления и удобства и допускает вышеупомянутые преимущества. В этой связ, световод может просто снят или без устройства для смешивания света отсоединен от корпуса осветительного устройства или фотополимеризатора, чтобы заменить световод другим типом световода или заменить световод после использования стерильным световодом. Дополнительно, можно предположить, что в случае устройства для смешивания света, которое надежно закреплено над устройством генерации света внутри корпуса и которое герметично уплотняет устройство генерации света, также защищает его от влаги, загрязнения и/или повреждения. Таким образом, отражение может быть минимизировано без дополнительных стеклянных покрытий устройства генерации света и снижающей эффективность граничной поверхности.

В еще одной конструкции медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс, регулировочное и/или нажимное устройство может быть расположено между устройством для смешивания света световодом, с помощью которых, по меньшей мере косвенно, световод и устройство для смешивания свет соединяются друг с другом с возможностью разъединения и предпочтительно гибким способом. Таким образом, с одной стороны, возможно выполнение такого регулировочного или нажимного устройства, с помощью которого устройство для смешивания света соединяется со световодом геометрически оптически определенным образом, это устройство для смешивания света может быть снято с устройства вместе со световодом, после его удаления, и просто отсоединен от световода в ходе процесса автоклавирования, предпочтительно перед автоклавированием. Однако предпочтительно, чтобы устройство для смешивания света было расположено в корпусе перед устройством генерации света и закреплено в этом положении, а световод в свою очередь присоединен к корпусу с помощью структуры муфта-втулка, которая выполнена как штекерное соединение. Таким образом, упомянутое выше регулировочное или нажимное устройство может быть выполнено с помощью штекерной структуры, с помощью которой световод косвенно съемно расположен и отрегулирован относительно устройства для смешивания света, где соответствующее соединение в зафиксированном или закрытом положении предпочтительно также является упругим. Таким образом, можно обеспечить простое и надежное регулирование и расположение упомянутых оптических компонентов, с намерением быть выполненным благодаря упругости, которую надежно обеспечивает беззазорное расположение оптических компонентов на всем диапазоне рабочих температур.

В еще одном предпочтительном варианте медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс, регулировочное и/или нажимное устройство позволяет световоду воздействовать под нажимным давлением на устройство для смешивания света, позволяя определенное расположение поверхности выхода света элемента для смешивания света относительно поверхности входа света световода. В этом варианте регулировочное и нажимное устройство гарантирует определенное нажимное давление и таким образом определяет натяжение между световодом и устройством для смешивания света, где компоненты могут быть расположены в надежной и беззазорной связи на всем диапазоне рабочих температур. Таким образом, например, также можно предположить, что наличие ограничителя между соответственно выровненными поверхностями высочайшего качества устройств для смешивания света и световодом, или применение, или нанесение осаждением паров тонкой прокладки во внешней периферической области одной из двух оптических поверхностей, для того чтобы регулировать или обеспечить определенный постоянный зазор между выходной поверхностью устройства для смешивания света и выходной поверхностью световода. В случае микропрокладки, которая может быть выполнена, например, с помощью нанесения осаждением паров на одной из двух оптических поверхностей, таким образом образуется субмикроскопический зазор, меньше, чем четверть длины волны, с помощью чего отражения граничащих поверхностей на оптических поверхностях элемента для смешивания света и световода могут быть устранены с большой долей вероятности. Однако, обычно, достаточно установить зазор, равный прибл. от 100 до 200 мкм.

В еще одном предпочтительном варианте медицинского или стоматологического устройства, в частности фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс, регулировочное и/или нажимное устройство может иметь резерв упругого расширения между устройством для смешивания света и световодом, в частности для сохранения нажимного давления и/или для гарантии регулировки, в то же самое время обеспечивая погашение или способность выравнивать колебания тепловых расширений. Благодаря этому резерву упругого расширения может быть гарантировано очень надежное расположение и регулировка между световодом и устройством для смешивания света и сохранено для всех температурных и рабочих условий, причем благодаря упругости натяжение может монтироваться так, что надежно обеспечит беззазорное расположение оптических компонентов по всему диапазону рабочих температур.

В еще одном предпочтительном варианте медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс, регулировочное и/или нажимное устройство может содержать по меньшей мере один пружинящий элемент, в частности кольцевой пружинящий элемент, который закрепляется на месте с углублениями втулки или муфты, в частности с кольцевыми канавками втулки или муфты, пружинящий элемент взаимодействует с формой и/или расположением углублений, в частности, кольцевых канавок, так что в ответ на это может создаваться нажимное давление световода в осевом направлении элемента для смешивания света. Это очень простой, надежный и доказанный конструкционный вариант такого регулировочного и/или нажимного устройства. Предпочтительно такой кольцевой пружинящий элемент может быть уплотнительным кольцом, выполненным из очень упругого силикона, где соответствующие кольцевые канавки втулки и муфты немного смещены друг к другу в осевом направлении так, чтобы силиконовое уплотнительное кольцо натягивалось не только в радиальном направление, но также и в осевом направлении, когда оно вставлено и закреплено на месте так, что оно создает описанное выше нажимное давление двух оптических компонентов друг против друга или против соответствующего ограничителя соответственно, и таким образом обеспечивает точное расстояние между соответствующими поверхностями. Однако также можно предположить что, чтобы выполнить такой пружинящий элемент множеством разных способов и, например, обеспечить подпружинивание, радиально направленные шары в обрасти муфты корпуса, которые могут быть зафиксированы на месте с соответствующей кольцевой канавкой во втулке световода. Однако, преимущественно, если регулировочное или нажимное устройство выполнено так, чтобы муфта световода и вращалась в направлении корпуса осветительного устройства и/или фотополимеризатора, и крепилась на него съемно.

Кроме того, также преимущественным может быть изготовление световода, который является многожильным на всей своей протяженности или только на ее части, и в то же самое время имеет отдельные конические волокна, по меньшей мере участок из них, в которых используется активный конический одножильный световодный участок, так что такой световод сильно сужается по направлению к стороне выходного конца света и таким образом фокусирует всю излучаемую устройством генерации света мощность на маленькой площади на выходной стороне, тем самым увеличивая мощность и плотность энергии освещенной области.

Далее следует подробное описание настоящего изобретения в соответствии с вариантами, изображенными на чертежах.

Другие преимущества, детали и признаки настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего иллюстративного варианта изобретения, со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - схематический вид в поперечном сечении варианта устройства для смешивания света по настоящему изобретению, установленного между устройством для генерирования света, фотополимеризатора, для полимеризации стоматологических масс, и световодом для облучения стоматологической массы.

На фиг.1 показано устройство 1, генерирующее свет, для полимеризации стоматологических масс, имеющее устройство 2 для смешивания света, далее прикрепленное к нему по ходу луча, при этом данное устройство 2 для смешивания света расположено между устройством 1, генерирующим свет, и световодом 3. Устройство 1, генерирующее свет, содержит держатель со светоизлучающими диодами 4, расположенными в нем, отличающимися друг от друга спектром излучения. Таким образом, свет светодиодов образует пучок или фокусируется в направлении устройства для смешивания света и световода при помощи отражателей 5. Минеральное защитное стекло 6 расположено перед этими светодиодами 4 и отражателями 5, и имеет противоотражающее покрытие с обеих сторон, для того чтобы минимизировать потери света и отражения на фазовом переходе света между воздухом и твердой средой или твердой средой и воздухом, соответственно, и на входной, и на выходной стороне.

Устройство 2 для смешивания света содержит держатель 7, сделанный из термостойкого пластика, например из армированного волокном полисульфонатного пластикового материала, и элемент 8 для смешивания света. Таким образом, элемент 8 для смешивания света при помощи держателя 7 расположен и закреплен на пути света на определенном расстоянии от 100 до 200 мкм за защитным стеклом 6 в корпусе. Элемент для смешивания света имеет диаметр 10 мм и длину 8 мм, и, тем самым, полностью перекрывает всю площадь устройства 1, генерирующего свет, в том числе отражателей 5 от внутреннего до внешнего контура со стороны входа света. Таким образом, элемент 8 для смешивания света состоит из внутренней сердцевины (не показана), при этом данная сердцевина выполнена из стеклянного сердечника с высоким показателем преломления, равным 1,6, который коаксиально окружен внешним слоем стекла с показателем преломления, равным 1,5, который дополнительно содержит защитный отражающий слой на своей внешней периферической стороне, и далее, наружу от него, расположен тонкий пластиковый защитный слой.

Весь элемент 8 для смешивания света имеет цилиндрическую форму, с плоской площадкой и тонко полированными входной и выходной поверхностями, при этом остаточная шероховатость поверхности находится в диапазоне менее чем 100 нм, и которая далее имеет противоотрожающее покрытие. Элемент 8 для смешивания света прикреплен внутри держателя 7 методом прессовой посадки и дополнительно закреплен особым клеем, и герметично уплотнен относительно держателя. Держатель 7 радиально окружает муфта 9, которая прикреплена к корпусу (не изображен), и тем самым представляет собой часть вставного держателя для световода 3. Цилиндрическая пластиковая муфта 9 содержит на своей внутренней периферийной стороне кольцевую канавку 10, в которую вставлено уплотнительное кольцо 11, выполненное из силикона. Это уплотнительное кольцо 11 находится в защелкивающемся соединении с соответствующей кольцевой канавкой 12 в пластиковой втулке 13, выполненной из армированного волокном полисульфонатного пластикового материала, и таким образом удерживает втулку 13 в определенном положении и с предварительным натяжением относительно устройства 2 для смешивания света. Внутри пустотелой пластиковой втулки 13, расположен световод 3, который содержит двойной волоконно-оптический кабель и прочно присоединенный, защищенный и армированный пластиковый слой 15 покрытия, окружающий весь волоконно-оптический кабель, при этом данный слой, в свою очередь, надежно присоединен к пластиковой втулке 13 клеем.

В иллюстративном варианте регулировка между входной поверхностью световода 14 и выходной поверхностью элемента 8 для смешивания света осуществляется косвенно через пластиковую втулку 13, имеющую борт на своем дистальном конце, который за счет уплотнительного кольца 11 предварительно натянут напротив пластиковой муфты 9, посредством чего элемент 8 для смешивания света внутри пластиковой муфты 9 удерживается при помощи держателя 7 в своем точном положении, однако, сконфигурирован и прикреплен так, чтобы вращаться вокруг продольной оси. Таким образом, также обеспечено постоянное расстояние, приблизительно в 100 мкм, между выходной поверхностью элемента 8 для смешивания света и входной поверхностью световода 14. Тем самым, световод 3, посредством его пластиковой втулки 13, приспособлен вращаться внутри пластикового держателя 9 (муфты) и его уплотнительного кольца 10, выполненного из упругого силикона. Диаметр входной световой стороны волоконно-оптического кабеля 14 точно соответствует диаметру выходной световой стороны элемента 8 для смешивания света и равен 10 мм, тогда как дистальный конец волоконно-оптического кабеля 14 равномерно сужается в направлении выходного конца до 8 мм. Светоизлучающие диоды 4 могут электронно управляться по отдельности, чтобы индивидуально направлять и контролировать их мощность, с одной стороны, позволяя действовать светоизлучающими диодами до их максимально возможной производительности, не перегружая и не повреждая их, и с другой стороны, позволяя независимо управлять их световой мощностью. Благодаря чему светодиодами с различным спектром излучения можно управлять так, что посредством аддитивного смешения цветов можно получить требуемый цвет и/или спектр излучения за счет множества светоизлучающих диодов, и можно их смешать и гомогенизировать внутри элемента 8 для смешивания света. Световод 3 рядом с его дистальным концом, содержит изгиб с углом смещения, равным 60 градусов относительно оси входа света.

Все детали и величины варианта изобретения описаны только в качестве примера и могут быть изменены в соответствии с объемом защиты, определенным формулой. Несмотря на то, что изобретение описано для применения в области стоматологического фотополимеризатора, следует понимать, что основные идеи изобретения также преимущественно используются в другой аппаратуре, требующей световода, в частности в медицинских устройствах, таких как эндоскопы или другие источники света, например, для медицинских исследований, применения в лаборатории или промышленных применениях.

Реферат

Изобретение относится к устройству для смешивания света для медицинского или стоматологического осветительного устройства, в частности для фотополимеризатора для полимеризации стоматологических масс. Устройство содержит корпус с устройством генерации света, а также световод. Устройство (2) для смешивания света содержит элемент (8) для смешивания света в форме стержня с предпочтительно по меньшей мере одним прозрачным материалом, в частности стеклом, а также держатель (7) с помощью которого устройство (2) для смешивания света крепится между устройством (1) генерации света и световодом (3) и удерживается световодом (3) в положении отдельно от него. Технический результат - обеспечение равномерной яркости и спектрального распределения на выходе световода и уменьшение потерь. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула