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Dokumentenidentifikation DE10125343C2 18.09.2003
Titel Beleuchtungsvorrichtung
Anmelder Ivoclar Vivadent AG, Schaan, LI
Erfinder Burtscher, Peter, Dr., Rankweil, AT;
Plank, Wolfgang, Rankweil, AT;
Rohner, Gottfried, Altstätten, CH
Vertreter PAe Splanemann Reitzner Baronetzky Westendorp, 80469 München
DE-Anmeldedatum 23.05.2001
DE-Aktenzeichen 10125343
Offenlegungstag 05.12.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.09.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.09.2003
IPC-Hauptklasse G21K 5/04
IPC-Nebenklasse A61C 13/15   F21K 7/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bestrahlungsvorrichtung für Lichthärtgeräte im Dentalbereich sind heutzutage entweder als Handgeräte für die unmittelbare Lichtpolymerisation im Mund des Patienten oder als stationäre Geräte ausgebildet.

Gerade bei Handgeräten ist es wichtig, dass die Polymerisation rasch vorgenommen werden kann, allein schon, um in dem begrenzten zur Verfügung stehenden Zeitraum eine vollständige Durchpolymerisation auch größerer Zahnfüllungen aus lichthärtbarem Kunststoff zu gewährleisten.

Überwiegend weisen die Bestrahlungsvorrichtungen eine Halogenglühlampe mit integriertem Reflektor auf, deren Strahlengang einem Lichtleiterstab zugeleitet wird, dessen Lichtaustritt unmittelbar auf die zu härtende Füllung gerichtet wird. Die üblichen lichthärtenden Dentalkunststoffe weisen eine spektrale Empfindlichkeit auf, deren Maximum im Bereich des sichtbaren Lichts liegt.

Andererseits senden handelsübliche Halogenglühlampen sichtbares Licht mit ganz geringen UV-Anteilen von z. B. 2% aus. Um die Wirksamkeit der Strahlungsbeaufschlagung zu verbessern, ist versucht worden, die spektrale Empfindlichkeit der zu polymerisierenden Kunststoffe in den langwelligeren Bereich zu verlagern. Dies gelingt jedoch nur in begrenztem Maße.

Ferner ist es vorgeschlagen worden, über für höherwelliges Licht durchlässige Filter den emittierten Spektralbereich zu höheren Frequenzen zu verlagern. Bei dieser Lösung muss jedoch zunächst recht viel Strahlungsenergie erzeugt werden, so dass der Wirkungsgrad entsprechend schlecht ist. Regelmäßig muss zudem ein Kühlgebläse eingesetzt werden, das die Temperatur des Lichthärtgeräts begrenzt, aber einen für Zahnarzt und/oder Patienten unangenehmen Luftstrom erzeugt.

Ferner sind auch seit längerem Bestrahlungsvorrichtungen bekannt geworden, die mit Halbleiter-Strahlungsquellen wie LEDs arbeiten. Beispielsweise ist aus der DE-GM 295 11 927 ein Lichthärtgerät bekannt geworden, dass eine im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdiode verwendet, die von einer Batterie oder einem Akkumulator gespeist wird.

Eine Bestrahlungsvorrichtung mit mehreren getrennt ansteuerbaren LED-Arrays ist aus der US 5634711 bekannt.

Ferner ist es auch bereits vorgeschlagen worden, mehrere LEDs für die Speisung des Lichtleiterstabs zu verwenden. Hierdurch lässt sich die Lichtabgabe des Lichthärtgeräts verbessern. Unabhängig davon, ob die LEDs als Modul, also in einem gemeinsamen Kunststoffgehäuse, oder als Einzel-LEDs, also jeweils in einem Kunststoffgehäuse angeordnet sind und strahlen, ist ihre Lichtabgabe begrenzt. Die Kunststoffumhüllung wirkt nicht nur elektrisch isolierend, sondern dämmt auch die Wärmeabgabe, so dass auch bei Kühlung des Kunststoffgehäuses von aussen eine bestimmte Leistungsdichte des je lichtaussendenden Chips nicht überschritten werden sollte.

Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, die Leuchtdichte der bekannten Bestrahlungsvorrichtungen zu verbessern, um eine vollständige Durchhärtung auch tiefliegender Schichten rasch zu erzielen. Bislang bekannte, übliche Bestrahlungsvorrichtungen mit einer Beleuchtungsstärke von beispielweise 50 mW/cm2 führen zwar bei entsprechend langer Lichtbeaufschlagung des zu polymerisierenden Kunststoffmaterials zu einer guten Oberflächenhärte. Tiefer liegende Schichten werden jedoch nicht oder nur unvollständig durchgehärtet. Es entsteht ein Härtegradient, der dazu führt, dass tieferliegende, Bereiche noch eher weich verbleiben oder später durchhärten als Oberflächenbereiche.

Die bekannten Bestrahlungsvorrichtungen führen zu Restaurationsergebnissen, die teilweise mit Randspaltenproblemen behaftet sind. Die bekannten lichthärtenden Kunststoffe schrumpfen leicht während des Härtens. Mit den bekannten Beleuchtungsvorrichtungen entsteht die Durchhärtung zunächst im oberen/äußeren Bereich des Restaurats. Die nachfolgende Durchhärtung der tieferliegenden Bereiche führt zur Kontraktion und damit zur Randspaltenbildung.

Randspaltenprobleme entstehen insbesondere bei energiereichen Bestrahlungsvorrichtungen für Lichthärtgeräte. Andererseits ist eine hohe Energiedichte mit einer entsprechend raschen Durchhärtung höchst erwünscht, um eine rasche Behandlung zu ermöglichen, die sowohl die Unannehmlichkeiten für den Patienten reduziert als auch einen verbesserten Durchsatz in der Praxis des Zahnarztes ermöglicht.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bestrahlungsvorrichtung für Dentalzwecke gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die die Neigung zur Randspaltenbildung lichthärtbarer Massen reduziert und dennoch kostengünstig herzustellen und flexibel einzusetzen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß besonders günstig ist es, dass durch die separate Ansteuerung von Lichtquellen für verschiedene Bereiche des Dentalmaterials die Beleuchtungsintensität und damit der Durchhärtungsgrad gezielt den Anforderungen anpassbar ist. Im Randbereich z. B. verläuft das Dentalrestaurationsmaterial typischerweise dünner als im Mittenbereich und bei den üblichen Lichthärtgeräten und Bestrahlungsvorrichtungen wird häufig der Randbereich ausgesprochen intensiv durchgehärtet, während der Mittenbereich mit seiner größeren Schichtstärke nur so weit durchgehärtet wird, dass minimalen Festigkeitserfordernissen Genüge getan wird.

Andererseits haben Untersuchungen ergeben, dass ein Weiterhärten eines bereits durchgehärteten licht- und/oder wärmepolymerisierbaren Kunststoffs nicht möglich ist und oft schlechtere Materialeigenschaften in Kauf genommen werden. Erfindungsgemäß wird dies kompensiert, indem durch die getrennte Ansteuerung der Lichtquellen für verschiedene Bereiche des lichthärtbaren Dentalmaterials die Durchhärtung an die Erfordernisse anpassbar ist. Besonders günstig in diesem Zusammenhang ist es, dass sich hierdurch die Möglichkeit eröffnet, der Randspaltenbildung vorzubeugen: Randspalten entstehen durch Kontraktion des verwendeten Kunststoffs während der Photopolymerisation. Mit der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung lassen sich Randspalten verhindern, indem die getrennte Ansteuerung der Lichtquellen für verschiedene Bereiche des Dentalmaterials dahingehend ausgenutzt wird, dass zunächst über die entsprechende Lichtquelle ein Bereich gehärtet und anschließend hieran ein anderer Bereich gehärtet wird.

Bevorzugt ist der eine Bereich der Mittenbereich und der andere Bereich der Randbereich. Bei dieser Ausgestaltung wird zunächst der Mittenbereich von den ersten Lichtquellen gehärtet, während der Randbereich noch weich ist, so dass keine Randspalten entstehen können.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass während des Durchhärtens eines Bereiches das dort auftretende Schrumpfen nicht dazu führt, dass sich Randspalten bilden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Randbereich des Kunststoffs noch flüssig oder halbflüssig, so dass während des Durchhärtens keine Randspalten entstehen können.

Der Randbereich weist z. B. eine wesentlich geringere Masse und insbesondere eine geringere Breite auf. Die Längenverkürzung in Querrichtung ist daher deutlich, beispielsweise um eine Zehnerpotenz, geringer, so dass die Kontraktion innerhalb der Dehneigenschaften des Materials verbleibt. Hinzu kommt, dass bei den bislang üblichen Lichthärtgeräten die Durchhärtung aufgrund der dort geringeren Schichtstärke regelmäßig zuerst in den Randbereichen erfolgte. Die Randbereiche mussten daher bislang nicht nur die eigene Kontraktion, sondern auch diejenige der erheblich voluminöseren Mittenbereiche kompensieren, um Randspalten zu vermeiden, und dies, obwohl sie auch noch eine Weiterhärtung nach dem Durchhärten erfuhren, also ihre Neigung zur weiteren Verminderung ihrer Elastizität auch noch unterstützt wurde.

Erfindungsgemäß lässt sich nun die Durchhärtungsreihenfolge genau umkehren, was zu der erwünschten Randspaltenfreiheit führt.

Es ist möglich, verschiedene LED-Chips für die Lichtquellen miteinander zu kombinieren, um bestimmte Effekte zu erzielen. Die Chips können bei dieser Ausgestaltung auch einzeln angesteuert werden. Beispielsweise kann gezielt Rotlicht abgegeben werden, wenn in einer modifizierten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung eine Wärmebehandlung durchgeführt werden soll. Durch die Einzelsteuerung lassen sich auch programmgesteuerte Beleuchtungseffekte erzielen, wenn beispielsweise mit unterschiedlichen Intensitäten für die Lichthärtung gearbeitet werden soll.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, zunächst mittels grün emittierender LED-Chips eine Vorhärtung vorzunehmen, dann einen Überschuss an zu polymerisierendem Material zu entfernen und dann mit einer Wellenlänge von 420 Nanometern die Durchhärtung vorzunehmen.

Besonders günstig ist es, wenn die LED-Chips in ihrer Mehrfachanordnung hier unmittelbar benachbart der zu durchhärtenden Masse angeordnet werden können, um die Härtung vorzunehmen. Bei dieser Lösung entsteht erstmals die Möglichkeit, gezielt mit einer bestimmten LED-Lichtquelle einen bestimmten Bereich des Restaurationsteils zu beaufschlagen. Diese Lösung erlaubt es beispielsweise, zunächst den mittleren und regelmäßig tieferen Bereich des Restaurationsteils intensiver mit Licht zu beaufschlagen. Die Härtung erfolgt dann praktisch so, dass der zentrale Bereich durchhärtet. Ein Schrumpfen an dieser Stelle ist aber für die Randspaltenbildung unkritisch, nachdem zu diesem Zeitpunkt die Randbereiche nicht durchgehärtet sind. Dies stellt einen ganz besonderen Fortschritt gegenüber der bislang üblichen gleichmäßigen Härtung dar, wobei die Randspaltenbildung drastisch reduziert oder gar ganz vermieden ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Details einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung, nämlich eines Basiskörpers mit integrierten Lichtquellen in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung, unter Darstellung einer modifizierten Ausgestaltung der Lichtquellen; und

Fig. 3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung.

Ein erfindungsgemäßes Lichthärtgerät weist einen Basiskörper 10auf, der mit einer Mehrzahl von LED-Chips 12 an seiner Oberseite 14 bestückt ist. Die LED-Chips 12 sind je am Grunde von Mulden 16 befestigt und gegenüber der Oberfläche 18 versenkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 17 Chips 12 vorgesehen, die über die Oberseite 14 des Basiskörpers 10 so verteilt, dass sich Gruppen von Lichtquellen ergeben.

Die LED-Chips 12 sind so angeordnet, dass ein Teil sich im Randbereich 20 des Basiskörpers 10 und ein weiterer Teil im Mittenbereich 22 des Basiskörpers 10 befindet. Die Chips 12 im Mittenbereich 22 bilden erste Lichtquellen 24 und die Chips im Randbereich bilden zweite Lichtquellen 26. Die Chips im Mittenbereich sind deutlich leistungsstärker als die Chips im Randbereich 20.

Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist aus Fig. 2 ersichtlich. Hier sind die Chips 12 enger benachbart montiert, wobei auch hier ein Randbereich 20 mit ersten Lichtquellen 24 und ein Mittenbereich 22 mit zweiten Lichtquellen 26 gebildet ist.

Aus Fig. 3 ist eine weitere modifizierte Ausführungsform ersichtlich. Hier sind insgesamt 16 Chips 12 zur Bildung der ersten Lichtquellen 24 im Mittenbereich 22 vorgesehen, während 12 Chips 12 zur Bildung der zweiten Lichtquellen 26 im Randbereich 20 vorgesehen sind.

Mit der Steuervorrichtung werden bei den dargestellten Ausführungsbeispielen zunächst die ersten Lichtquellen 24 eingeschaltet, wenn die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung in unmittelbarer Nachbarschaft mit der Oberfläche des zu härtenden Dentalrestaurationsteils gebracht ist. Nach dem Durchhärten des Mittenbereichs werden die zweiten Lichtquellen 26 eingeschaltet, und so der Randbereich des Dentalrestaurationsteils durchgehärtet.

Es versteht sich, dass eine beliebige Verteilung der Lichtquellen im Rahmen der Erfindung möglich ist. So können im Mittenbereich 22 bevorzugt LEDs hoher Lichtleistung dicht angeordnet sein, während die Lichtquellen für den Randbereich 20 eine geringere Leistung und Dichte aufweisen können.

Die Lichtquellen können aus LEDs oder aus LED-Arrays bestehen, die Licht verschiedener Wellenlänge emittieren und getrennt oder gemeinsam ansteuerbar sind. Dadurch kann die zu bestrahlende Fläche gezielt angesteuert werden, und man erreicht dadurch eine gesteuerte Polymerisation des photopolymerisierbaren Dentalmaterials (von links nach rechts, teppichförmig von außen nach innen, von innen nach außen etc.). Diese gesteuerte Flächenbestrahlung kann man noch optimieren, indem man dem Dentalmaterial mindestens zwei verschiedene Photokatalysatoren zusetzt, die verschiedene Intensitätsmaxima besitzen. Durch zeitversetzte Ansteuerung der Lichtquellen härtet zunächst ein Teil des Dentalmaterials, dann der andere Teil aus.

Besonders günstig ist die direkte Beaufschlagung des Dentalrestaurationsteils durch die Beleuchtungsvorrichtung, also ohne dazwischengeschalteten Lichtleiter.


Anspruch[de]
  1. 1. Bestrahlungsvorrichtung für Dentalzwecke, mit einer Mehrzahl von Lichtquellen auf Halbleiterbasis, die auf einem Substrat angebracht sind, wobei mit den Lichtquellen ein strahlungspolymerisierbares Dentalrestaurationsmaterial beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Lichtquelle (24) und mindestens eine zweite Lichtquelle (26) verschiedene Bereiche (22, 20) des Dentalrestaurationsmaterials bestrahlen, dass mindestens eine erste und mindestens eine zweite Lichtquelle je getrennt ansteuerbar sind, und dass die erste Lichtquelle (24) für die Beaufschlagung des Mittenbereichs (22) des Dentalrestaurationsmaterials, und die zweite Lichtquelle (26) für die Beaufschlagung des Randbereichs (20) des Dentalrestaurationsmaterials vorgesehen ist.
  2. 2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die ersten Lichtquellen (24) und anschließend die zweiten Lichtquellen (26) für verschiedene Bereiche (22, 20) einschaltbar sind.
  3. 3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtquellen (24) während eines ersten Zeitabschnitts und die zweiten Lichtquellen (26) während eines zweiten Zeitabschnitts eingeschaltet sind und dass die Zeitabschnitte einander nicht überlappen.
  4. 4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtquellen (24) in einem ersten Zeitabschnitt und die zweiten Lichtquellen (26) in einem zweiten Zeitabschnitt eingeschaltet sind, und dass die Zeitabschnitte einander überlappen.
  5. 5. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung für die Ansteuerung der ersten und der zweiten Lichtquellen die zugeführte Leistung während eines Zeitabschnitts, währenddessen die ersten Lichtquellen (24) einen Bereich (22) beleuchten und/oder währenddessen die zweiten Lichtquellen (26) einen Bereich (20) beleuchten, zunehmen lässt.
  6. 6. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in einer Matrix angeordnet sind und die äußeren Lichtquellen der Matrix einen anderen Bereich und die inneren Lichtquellen der Matrix einen Bereich des Dentalrestaurationsmaterials beaufschlagen.
  7. 7. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LED-Chips (12) nebeneinander und übereinander im Raster angeordnet sind und Drähte für die LED-Chips (12) als Lichtquellen (12) sich mindestens teilweise zwischen den Chips erstrecken, und dass die Drähte insbesondere aufgebonded sind.
  8. 8. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (24, 26) als LED-Chips (12) ausgebildet sind und auf dem Substrat (18) versenkt aufgebracht sind und dass die Reflexionsbereiche sich von den LED-Chips (12) betrachtet schräg nach vorne erstrecken.
  9. 9. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (26) für den Randbereich (20) ringförmig ausgebildet sind.
  10. 10. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (24, 26) auf einem gemeinsamen Basiskörper (10) angeordnet sind.
  11. 11. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (24, 26) Abmessungen im Millimeterbereich aufweisen, insbesondere als LED-Chips (12) mit etwa 1 × 1 Millimeter ausgebildet sind und für die Lichthärtung nahe an das Dentalrestaurationsmaterial herangeführt sind.
  12. 12. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtquellen (24) Strahlengänge aufweisen, die sich mindestens teilweise überlappen, und dass die zweiten Lichtquellen (26) Strahlengänge aufweisen, die sich mindestens teilweise überlappen.
  13. 13. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lichtquellen (24) einerseits und die zweiten Lichtquellen (26) andererseits Strahlengänge aufweisen, die mindestens teilweise überlappungsfrei sind.
  14. 14. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung für die Ansteuerung der ersten und der zweiten Lichtquellen (24, 26) einen Verschluss-Modus aufweist, mit welchem die Lichtquellen zeilenweise einschaltbar sind.
  15. 15. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die ersten Lichtquellen (24) einerseits und die zweiten Lichtquellen (26) andererseits je eine gemeinsame Rückleitung und voneinander getrennte Hinleitungen zur Spannungsversorgung aufweisen.
  16. 16. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (24, 26) als Leuchtdioden oder als Laserdioden ausgebildet sind.
  17. 17. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiße und/oder verschiedenfarbige Leuchtdioden je getrennt einschaltbar sind, und Leuchtdioden mit gemeinsamen Intensitätsmaxima gemeinsam einschaltbar sind.
  18. 18. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (10) an der Spitze eines zahnärztlichen Instruments angebracht ist und für die Lichtpolymerisation eines lichtpolymerisierbaren Dentalrestaurationsteils bestimmt ist.
  19. 19. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lichtquellen (24, 26) im Winkel zueinander so ausgerichtet sind, dass sie das zu härtende Dentalrestaurationsteil von zwei unterschiedlichen Winkeln beaufschlagen.
  20. 20. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mit welcher Gruppen von Lichtquellen nacheinander einschaltbar sind und insbesondere einander benachbarte Gruppen nacheinander einschaltbar sind.






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