专利名称：宽带发光二极管固化灯的制作方法
背景技术：
发明领域本发明主要涉及光固化设备的领域，尤其涉及利用发光二极管〔LEDs〕的光固化设备。
相关技术在牙医领域，通常使用曝光在诸如可见光的辐射能量之下使之固化的感光化合物填塞和/或密封牙腔。这些化合物，通常称之为光固化的化合物，被放在牙腔标本里或牙齿表面上，接着用光照射。辐射的光引起化合物中的感光成分极化，因此使得在牙腔标本或另一个想要的位置里的光固化成分硬化。
现有的光固化设备的典型配置是光源，例如石英—钨—卤素〔QTH〕灯泡或LED光源。QTH灯泡特别地有用，因为它们可配置成产生可用于固化大范围产品的宽光谱的光。特别是，一个QTH灯泡典型的配置是在大约350nm到大约500nm的较佳范围内发出连续光谱。一些QTH灯泡甚至还可以发出更宽的光谱，尽管一般都会使用滤光器将发光范围限制到上述的较佳范围内。
QTH灯泡发出宽光谱是有用的，一个原因是因为许多牙齿的成分可在不同的波长下固化。例如，樟脑醌是一种对波长在大约460nm到470nm的光反应最快的普通光引发剂。然而，其它光固化的生成物，包括许多粘合剂，可在波长为350nm到400nm范围内的光的照射下固化。因此，QTH灯泡可用于固化樟脑醌引发的生成物和粘合剂。
然而，QTH的一个问题是它们产生相对高的热量，使得将QTH灯泡设置在光固化设备插入病人口中那部分上不切实际。特别地，如果QTH灯泡安放在光固化设备的顶部，则由QTH灯泡产生的热量会烧焦或刺激病人敏感的口腔组织。因此，QTH灯泡一般都安放在远离光固化设备插入病人口中的那部分。由QTH灯泡所产生的热量也代表浪费的能量，其增加了为达到想要的光强所需的功率要求。
为了引导和调整由QTH灯泡发出的光到病人口中想要的位置，现有的固化灯都必须利用光导，诸如光纤光学棒和管状的光导，或特殊反射镜。尽管光纤光学棒和反射镜适用于预期的目的，但是它们稍微有些不理想，因为它们会增加装置的成本和重量，因此增加了进行光固化牙齿过程的整体成本和困难。
现有产生光的设备的另一个问题是它们不是非常有效率。特别地，大量辐射能量由于滤光、耗散而损失，并且光并未适当地导入病人口中。这是一个问题，因为它一般会导致为产生一想要的辐射输出而增加功率要求。QTH光固化设备所经历的另一个问题是经常要求使用复杂的冷却系统以补偿由特殊滤光器和反射表面所吸收的未被引导和未被使用的光所产生的热量。
在克服前述问题的一个尝试中，制造了一些使用诸如发光二极管〔LEDs〕的另一种光产生源的光产生设备，LED一般可配置成仅发射处于特殊波段的光，从而可消除对特殊滤光器的需要并且一般能够减少为产生一想要的辐射输出而要求的输入功率的量值。
LEDs是特别适合的光源，因为它们所产生的热量比QTH灯泡少得多，因此能使LEDs设置在固化灯的顶端并且直接插入病人的口中。这特别地有助于减少和消除对诸如光纤棒的光导的需要。
然而，LEDs的一个限制是它们配置成发射窄光谱。例如，一个460nm的LED或LED阵列一般只能发射具有谱宽为460nm±30nm的光。因此，利用460nmLED光源的光固化设备可很好地设计成用于固化樟脑醌引发的生成物，但是不能适用于固化对400nm±30nm范围的光响应很快的粘合剂。同样地，利用400nm光源的光固化设备可适用于固化一些粘合剂，但是将不适用于固化樟脑醌引发的生成物。
考虑到前述，存在一种需求去开发牙用固化灯，该灯包括可在不同波段发光以提供比单一LED的主波长更宽的光谱的多个LED。
发明内容
简要地概述，本发明的实施例提出了一种改进的固化灯，它利用多个发光二极管〔LEDs〕以产生比单一LED更宽的辐射能量谱。
根据一个实施例，本发明的固化灯包括多个不同的LED光源，选择其中至少两个发射连续光谱。当多个LED光源同时工作时，它们就能产生想要的光谱，举例来说，用以仿效或模拟由石英—钨—卤素〔QTH〕灯泡所发出的光谱，但是没有产生由QTH灯泡发出的热量水平。
根据本发明的另一个方面，光源可设置在固化灯的末端，采用这种方式，LED光源可插入病人口中直接照射病人口中想要的位置。根据一个实施例，多个LED光源可排列在固化灯末端的另一面上，采用这种方式，当LED光源同时照明时使LED光源发出的光配置成相互重叠。
在一些例子中，可以使用相对多数量的LEDs，比如5、10、20、30或50或更多个LEDs，其中部分或全部都可以不同波长发光。当设置大量LEDs在固化灯末端是不切实际的情况下，可使用一标准的光导收集和传送由多个LEDs发出的光。
在某些情况下，可能想要选择性地打开或关闭单独的LED光源，使得LED光源可单独或同时激活。用于打开和关闭LED光源的控制可直接位于固化灯的灯体之上。
本发明的这些和其它益处、优点和特征将从下面的描述和所附的权利要求书中变得更全面清晰，或可以通过在下文中阐明的本发明的实践来了解。
为获得上述和其它的本发明的益处、优点和特征，将参照附图所解释说明的特殊实施例给出关于上面简述的本发明的更详细的描述。应该理解的是这些图仅描述本发明的典型实施例并且不会因此被认为限制了其范围，通过使用附图，将会以附加的特征和细节来描述和解释本发明，在附图中图1举例说明一张400nm的LED、430nm的LED、460nm的LED和石英钨卤素〔QTH〕灯泡的光谱辐照度曲线图；图2举例说明一例本发明的固化灯的实施例，其包括设置在该固化灯末端的两个不同的LED光源；图3举例说明由一个400nm的LED和一个460nm的LED所发出的混合光的光谱辐照度曲线图；图4举例说明由一个430nm的LED和一个460nm的LED所发出的混合光的光谱辐照度曲线图；图5举例说明一例本发明的固化灯的实施例，其包括设置在该固化灯末端的三个不同的LED光源；和图6举例说明由一个400nm的LED、一个430nm的LED和一个460nm的LED所发出的混合光的光谱辐照度曲线图；具体实施方式
现在具体参考图形说明光学器件各种不同实施例的附图，提供有关本发明光学器件的详细描述。同样的结构将会提供同样的参考标号。
为帮助澄清本发明的范围，现在定义某些术语。本文所使用的术语“LED光源”，一般是指一个或多个LEDs、一个或多个LED阵列、或能够产生可用于固化“光可固化化合物”的辐射能量的任何上述的结合。由LED光源所发出的光包括与该LED光源的标称值相对应的有限的波长光谱。
本文所使用的术语“连续光谱”，是指包括全部在光谱定义的界限或范围之内的每一个光波长的光谱。
根据一个实施例，本发明的光固化设备配置有至少两个用于发射不同光谱的不同LED光源。在一个实施例中，由多个不同的LED光源所发射的不同的光谱构成了一个仿效由标准石英—钨—卤素灯泡所产生的光谱的连续光谱。
本文所使用术语“仿效”，暗示非常类似，不必相同。因此，尽管可配置多个LED光源以产生“仿效”由QTH灯泡所产生的光谱范围的连续波长光谱，但是由LED光源产生的光强无需在所述光谱范围内的每一个波长处与QTH灯泡都一样。根据一个实施例，由一标准QTH灯泡所产生的光谱范围是从大约360nm到大约510nm。
根据另一个实施例，该固化灯配置有LED光源，其仅用于发射具有用来固化感光化合物的波长的光，而不是发射包括未使用波长的连续光谱。在一些例子中，有利的是，包括两个或多个发射波长足够接近以至于重叠从而发射连续光谱的LEDs，和一个或多个可发射非连续波长从而使固化灯发出整体非连续光谱的LEDs。
图1举例说明了由石英钨卤素〔QTH〕灯泡、400nm的LED光源、430nm的LED光源、和460nm的LED光源所发射的光谱辐照度或光谱曲线图100。在y轴上给出的数值是通用的，因此不应将具体表示的数值假设成实际的输出功率。
如图1所示，QTH光谱120的范围是从大约360nm到大约510nm。400nm LED的光谱130的范围是从大约360nm到大约450nm，其中最强的光输出是在大约380nm到大约420nm的范围之内。430nm LED的光谱140的范围是从大约390nm到大约480nm，其中最强的光输出是在大约410nm到大约450nm的范围之内。460nm LED的光谱150的范围是从大约410nm到大约510nm，其中最强的光输出是在大约430nm到大约480nm的范围之内。
同样显示，单一的LED光谱130、140和150中的各自只构成QTH光谱120所发出的波长范围中的一部分。因此，LED光谱130、140和150的效用比QTH光谱120的光谱辐照度就显得更特殊或更有限。特别地，QTH光谱120可用于固化对大约370-390nm的光响应的粘合剂，以及对大约460nm的光响应的樟脑醌引发的生成物。相反，单一的LED光谱130、140或150都不能用于固化响应460nm光的樟脑醌引发的生成物以及响应370-390nm光的粘合剂。
因此，从提供宽光谱的光的立场看QTH灯泡比单一的LED具有更大的效用。但是，如上所述，QTH灯泡产生的热量是不希望的并且有效地防碍了QTH灯泡设置于光固化设备插入病人口中的那部分之上，因此要求QTH灯泡器件利用光导来引导光到达病人口中想要的位置。相反，LED光源可直接放在光固化设备的末端并且插入病人的口中。但是，LEDs仅发射窄光谱，有效地限制了其用于感光固化一有限的产品范围，相比之下使用QTH灯泡可固化范围更宽广的产品。这个限制一般地要求现有的LED光固化设备配置为仅固化樟脑醌引发的生成物和粘合剂中的一种。
为克服这种限制，本发明的固化灯配置有多个不同类型的LED光源，如下所述，会产生比任何单一的LED光源所提供的光谱更宽的复合的并且宽广的光谱。如下所述，LED光源也设置在固化灯的末端，采用这种方式能使LED光源设置在病人口中以及直接照射想要的治疗区域，而不需使用光学棒或其它的管状光导。如以下进一步的描述，LED光源可排列和配置成可相互重叠的模式发射光。
图2举例说明了一例已配置有两个LED光源210和220的固化灯200的实施例。如图所示，固化灯包括配置成可由牙科从业者的手握住并且从近端218延伸到末端230的灯体216。根据一个实施例，LED光源210和220可配置成可插入病人口中的方式设置在固化灯200的末端230。LED光源同样安装成发射呈正交地离开固化灯体的光。这是固化灯200的用于削减对辅助光导的任何需求的一个有用的属性。但是，这不意味着固化灯200将会不使用与光导不同的透镜。例如，可以使用透镜把LED光源的光聚焦为更准直的光束或更合适地以某种想要的方式把光分散开。同样也可使用透镜或其它器件混合由多个LED光源所发出的光。例如，可以在固化灯200的末端230处LED光源210和220之上安装一个透镜此外，尽管LED光源210和220显示为安装在固化灯200的相对立的两个面上，但是应该意识到的是LED光源210和220可以以任何方式或几何排列安装在固化灯200上。如图所示，在相对立的两个面上安装LED光源210和220的一个好处是如此由LED光源210和220发出的光会以预定的方式部分重叠，使得LED光源210和220可以同时对着同一块治疗表面发光。根据一个实施例，LED光源所发出的光可配置成在距离LED光源大约3mm到大约10mm远的地方部分重叠。
不像现有的固化光器件仅配置有单一类型的LED，本发明的固化灯可配置成合并不同类型的LED光源。但是，这不意味着不同类型的LED光源必须同时工作。例如，LED光源210和220可选择性地在不同时间打开或关闭。在一个实施例中，固化灯200配置有装在固化灯200的灯体之上的控制器240，用以相同或不同的时间操作打开或关闭LED光源210和220。决定使用一个或同时使用更多类型的LED光源可依赖于所要固化的一种或多种类型的化合物的感光性质。
配置用于固化灯200的不同类型的LED光源210和220可以包括配置成发射上面参考图1所举例说明的或任何其它光谱的光谱130、140和150的LED光源。
根据一个实施例，第一个LED光源210可包括一个配置成发射与图1所示的光谱130相似的光谱的400nm LED和第二个LED光源220可包括一个配置成发射与图1所示的光谱150相似的光谱的460nm LED。当然LED光源210和220可互换地设置在固化灯200上的两个位置中。
图3举例说明了由同时工作的光源210和220发出的混合光的光谱辐照度曲线图300。y轴上给出的输出值是通用的。如图所示，此宽光谱310包含的光谱范围是仿效由QTH灯泡所发出的光谱范围。更显著地，由LED光源210和220结合所产生的宽广的光谱310的范围从大约365nm延伸到大约515nm，共同包括了两者之间的所有波长。此实施例是有用的，能使固化灯200固化那些可由QTH灯泡所固化的同样的化合物。特别地，固化灯200可用于固化与具有大约460nm频率的光相应的樟脑醌引发的生成物以及与具有在大约360nm和大约410nm之间的频率的光相应的粘合剂。
图4举例说明了另一个宽光谱410的曲线图400。此宽光谱410包含由430nm LED光源和460nm LED光源所发出的复合的波长。y轴上给出的输出值是通用的。如图所示，宽光谱410的范围是从大约390nm到大约510nm，共包括两者之间的所有波长。当被固化的化合物对在430nm到470nm范围内的光反应最显著时，包括樟脑醌引发的生成物，此实施例可以是想得到的。和参考图3的上述实施例相比，本实施例特别适用于对固化430nm到440nm范围内的产品，例如，由本实施例产生的光强在430nm到440nm的范围内比在图3中所示的实施例在同样范围内的光强要强。因此，减少了可能要求用于光固化的时间。
尽管前面的例子提供了其中固化灯200可包括两个不同类型的LED光源的实施例，但是本发明的固化灯同样可配置有如下所述的三个或多个不同类型的LED光源。
图5举例说明了已配置有设置在要插入病人口中的固化灯500的顶端的三个LED光源510、520、530的固化灯500局部剖面示意图。y轴上给出的输出值是通用的。如图所示，LED光源510、520和530可按几何方式排列和安装在三个相对的面上以部分重叠光束的形式发光，如同上面一般描述，尽管这不是要求的。
LED光源510、520和530可各自配置成发射与相对LED诸光源510、520和530不同的光谱，使得由多个LED光源510、520和530所发出的共同的光谱辐照度比由LED光源510、520和530中的任何一个独立发出的光谱辐照度大一些。
根据一个实施例，LED光源510、520和530包括400nm LED、430nm LED和460nm LED，使得由单一LED光源510、520和530各自所产生的光可分别与在图1所示的曲线图100中的光谱130、140和150的光谱辐照度相比较。因此，460nm LED可用于固化樟脑醌引发的生成物。同样，400nm LED可用于固化粘合剂。尽管只显示了三个不同类型的LED光源510、520和530，但是固化灯500同样可修改为包括其它的LED诸光源。
为节省能量，通过设置在固化灯500上的控制器〔未显示〕，LED光源510、520和530可同时或分别打开，以相应地满足特殊牙齿组成的固化要求。
图6举例说明了了由LED光源510、520和530发出的混合光的光谱辐照度曲线图600。y轴上给出的输出值是通用的。如图所示，光谱610包含仿效由QTH灯泡发出的光谱范围的一宽光谱。此实施例可用于减少从业者在不同过程中选择性地打开或关闭不同LED光源的需要。当具有多种不同光固化要求的一个或多个产品在同一时间固化时，这同样可以是有用的。
为保持固化灯500的效率，可能希望是仅利用发出可有用于固化光敏的牙齿化合物的光的LEDs。例如，在本实施例中，选择LED光源510、520和530来仿效QTH灯泡，而不是简单地发出可见光或白光的任何的和所有的可能频率。
尽管有前述的例子，应该理解本发明包含任何发出两种或多种不同波长的LEDs配置的使用，较佳的是由至少两个LEDs发出的光谱部分重叠得以产生相对于那些LEDs的一连续谱。由所有LEDs发出的整体光谱可以是连续的，或者也可以是不连续的，尽管较佳的情况是如上面刚刚叙述的那样由至少两个LEDs发出一连续的混合光谱。
可用于本发明范围以内的固化灯所使用的非限制的LEDs例子可发出下面的主要波长或峰值350nm、370nm、375nm、380nm、385nm、393nm、395nm、400nm、405nm、410nm、430nm、450nm、460nm和465nm。
在一些例子中，可使用相对较多数量的LEDs，比如5、10、20、30或50或更多LEDs，其中部分或全部以不同波长发光。当在固化灯末端设置较多数量的LEDs并不切合实际的情况下，可使用一标准光导〔未显示〕来收集和传送由多个LEDs发出的光。替代或去除光导，可使用一个或多个透镜来聚焦或校准由LEDs所发出的光。
总之，本发明的固化灯配置有多个不同类型的可发出不同光谱并共同构成一宽光谱的光源。在一个实施例中，该宽光谱配置为仿效由QTH灯泡发出的光谱。在这个和其它实施例中，宽光谱配置为固化樟脑醌引发的生成物和粘合剂。
应该意识到的是，在不脱离其精神和本质特征的前提下，本声称的发明可以其它特殊形式具体化。所描述的实施例在所有的方面都应考虑为仅用以举例说明的，而非限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求书表明，而非由前述的说明来表明。所有在和权利要求书等同的意义和范围之内的变化都将包含在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于固化光敏牙用化合物的固化灯，其特征在于，包含灯体；设置在灯体上的第一和第二LED光源；第一LED光源，配置成发出第一个光谱，所述第一个光谱由第一个波长光谱范围定义；和第二LED光源，配置成发出第二个光谱，所述第二个光谱由与第一个波长光谱范围不同的第二个波长光谱范围定义，所述第一和第二波长光谱范围共同发出一混合的基本连续的光谱。
2.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，所述第一和第二LED光源设置在固化灯的灯体上并且采用一种能使由第一个和第二LED光源所发出的光至少部分重叠的方式。
3.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，所述组合光谱仿效由石英—钨—卤素灯泡发出的光谱。
4.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，所述组合光谱适用于固化樟脑醌引发的光敏生成物和光敏粘合剂，其特征在于，光敏粘合剂具有与樟脑醌引发的光敏生成物不同的光固化要求。
5.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，第一和第二LED光源设置在固化灯的灯体上并且采用一种能使第一和第二LED光源所发出的第一个和第二个光谱到病人口中想要的治疗区域并且不使用光导的方式。
6.如权利要求5中所述的LED固化灯，其特征在于，第一个和第二个LED光源设置在固化灯上的相对的面上并且处于一种使第一和第二光谱成正交方向而离开固化灯的方式。
7.如权利要求1中所述的一LED固化灯，其特征在于，第一个和第二个LED光源共同发出的峰值波长可选自350nm、370nm、375nm、380nm、385nm、393nm、395nm、400nm、405nm、410nm、430nm、450nm、460nm和465nm。
8.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，第一个LED光源包括一460nm LED并且所述第二个LED光源包括一400nm LED。
9.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，第一个LED光源包括一460nm LED并且所述第二个LED光源包括一430nm LED。
10.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，第一个LED光源包括一430nm LED并且所述第二个LED光源包括一400nm LED。
11.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，还包括设置在灯体上用于选择性地控制第一和第二LED光源的运作的控制器，使得第一和第二LED光源可以根据需要单独或同时激活。
12.权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，还包括一配置为发出第三个光谱的第三LED光源，所述第三个光谱是由不同于第一个和第二个波长光谱范围的第三个波长光谱范围定义的，第一个、第二个和第三个波长光谱范围共同构成一连续光谱。
13.如权利要求1中所述的LED固化灯，其特征在于，还包括多达48个附加的LED光源。
14.如权利要求13中所述的LED固化灯，其特征在于，还包括一收集来自LED光源的光并且将它传送到固化灯末端的光导。
15.一种用于固化光敏的牙用化合物的LED固化灯，其特征在于，所述LED固化灯包括第一LED光源，配置成发出第一个光谱，所述第一个光谱由第一个波长光谱范围定义；和第二LED光源，配置成发出第二个光谱，所述第二个光谱由与第一个波长光谱范围不同的第二个波长光谱范围定义，所述第一和第二波长光谱范围共同构成一至少部分仿效由石英—钨—卤素灯泡所发出的光谱的组合光谱。
16.如权利要求15中所述的LED固化灯，其特征在于，第一和第二LED光源设置在固化灯的灯体上并且采用一种能使所述第一个和第二个光谱至少部分重叠的方式。
17.如权利要求15中所述的LED固化灯，其特征在于，所述第一和第二LED光源设置在固化灯的灯体上并且采用一种能使第一和第二LED光源所发出的第一个和第二个光谱到病人口中想要的治疗区域并且不使用光导的方式。
18.如权利要求15中所述的LED固化灯，其特征在于，所述第一LED光源包括一400nm LED。
19.如权利要求18中所述的LED固化灯，其特征在于，所述第二LED光源包括一460nm LED或430nm LED。
20.如权利要求15中所述的一LED固化灯，其特征在于，还包括第三LED光源，配置成发出第三个光谱，所述第三个光谱是由不同于第一个和第二个波长光谱范围的第三个波长光谱范围定义的，第一个、第二个和第三个波长光谱范围共同构成一连续光谱；在其上设置第一、第二和第三LED光源的灯体；设置在灯体上用于选择性地控制第一、第二和第三LED光源工作的控制器，使得所述第一、第二和第三LED光源可以根据需要单独或同时工作。
21.一种用于固化光敏牙用化合物的LED固化灯，其特征在于，所述LED固化灯包括配置为成一牙科从业者的手握住的灯体；第一个LED光源配置为发出第一个光谱，所述第一个光谱由第一个波长光谱范围定义；第二个LED光源，配置成发出第二个光谱，所述第二个光谱由与第一个波长光谱范围不同的第二个波长光谱范围定义；和第三个LED光源，配置成发出第三个光谱，所述第三个光谱由与第一个波长光谱范围和第二个波长光谱范围都不同的第三个波长光谱范围定义；所述第一个、第二个和第三个波长光谱范围共同构成一仿效由石英—钨—卤素灯泡所发出的光谱的充分连续光谱。其中，第一、第二和第三LED光源都设置在固化灯的灯体上并且采用一种能使第一、第二和第三LED光源所发出的第一种、第二种和第三种光谱到病人口中想要的治疗区域并且不使用光导的方式。
22.如权利要求21中所述的一LED固化灯，其特征在于，所述基本连续光谱充分地包括从大约360nm到大约510nm范围内的所有波长。
23.如权利要求21中所述的一LED固化灯，其特征在于，第一LED光源包括一460nm LED，第二LED光源包括一430nm LED，以及第三LED光源包括一400nm LED。
24.如权利要求21中所述的一LED固化灯，其特征在于，还包括设置在灯体上用于选择性地控制所述第一、第二和第三LED光源的运作的控制器，使得第一个、第二个和第三个LED光源可以根据需要单独或同时激活。
全文摘要
一种固化灯(240)包括多个不同类型且过程发出不同波长的LED光源(210、220)。在一例实施例中，不同的LED光源可以共同发出应该仿效有石英－钨－卤素灯所发出光谱的宽广光谱、因此，固化灯可以用于固化樟脑醌引发的生成物和粘合剂，和以不同于引发固化包括樟脑醌的生成物的波长所固化的其它可固化树脂。固化灯可以配置成允许不同的LED光源根据需要同时工作或单独工作。固化灯采用任意数量的LED光源。在一例实施例中，LED光源可设置和排列在固化灯的末端(230)，采用这种方式，使得LED光源可以重叠的方式发光。
文档编号A61C13/15GK1713860SQ200380103768
公开日2005年12月28日 申请日期2003年10月14日 优先权日2002年11月21日
发明者R·R·斯科特 申请人:厄耳他拉登脱产品股份有限公司