Zahnärztliche Behandlungsleuchte und Verfahren zur Erzeugung eines Lichtfelds für eine Behandlung mit einem durch Licht aushärtbaren dentalen Werkstoff Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine zahnärztliche Behandlungsleuchte und ein Verfahren zur Erzeugung eines Lichtfelds für eine Behandlung mit einem durch Licht aushärtbaren dentalen Werkstoff, umfassend mehrere benachbart zueinander angeord- nete Leuchtmittel mit unterschiedlichem Wellenlängenspektrum des abgestrahlten Lichts. Dabei sind die Leuchtmittel einzeln oder in Gruppen in ihrer Intensität verstellbar und die Lichtkegel überlagern sich in einer Objektebene und erzeugen ein weißes Lichtfeld mit vorgegebenen Eigenschaften. Die Beleuchtungsstärke der einzelnen Leuchtmittel ist durch Verstellmittel so eingestellt, dass die notwendige Beleuchtungsstärke gegeben ist und der Farbwiedergabeindex R _a des Gesamtspektrums in einem Beleuchtungsmodus größer als 85 % ist. Damit wird ein Lichtfeld erzeugt, welches die Patien- tenmundhöhle für den Behandler während der zahnärztlicher Behandlung ausleuchtet und dabei die vorgegebenen Eigenschaften erfüllt.

Stand der Technik

Zahnärztliche Behandlungsleuchten werden meistens mit einer Halogenlampe als Beleuchtungskörper ausgerüstet. Eine Halogenlampe liefert ein Lichtfeld mit einer Beleuchtungsstärke bis über 25000 Ix und mit einem Spektrum, welches den sichtbaren Bereich von 380 nm bis 760 nm überdeckt und eine Farbtemperatur von 3500 K bis 6000 K aufweist. Der ultravi- olette und der infrarote Wellenlängenbereich des Spektrums werden meistens herausgefiltert. Die Anforderungen an eine

zahnärztliche Behandlungsleuchte nach ISO 9680 werden erfüllt. Bei einer Farbabstimmung für Kronen, Füllungen und Inlays ist es erforderlich das der nach CIE 13.3-1995 zu bestimmende Farbwiedergabeindex R _a des Spektrums der Be- handlungsleuchte mindestens 85 % beträgt.

Nachteilig ist, dass es sich bei Halogenlampen mit höherer Leistung oft um Hochdruckhalogenlampen handelt, bei denen eine Explosionsgefahr besteht und deshalb nur ein Betrieb in einem explosionssicherem Gehäuse möglich ist. Eine star- ke Wärmeentwicklung während des Betriebs der Halogenlampe macht eine ständige Kühlung erforderlich. Die kurze Lebensdauer von max . 2000 Stunden erfordert häufiges Auswechseln der Halogenlampe.

Es ist erwünscht, die Patientenmundhöhle auch während einer Behandlung mit einem durch Licht aushärtbaren dentalen

Werkstoff zwecks Füllung von Kavitäten oder zum Einkleben von Inlays optimal auszuleuchten. Eine Aushärtewellenlänge dieses Werkstoffs liegt in der Regel innerhalb des Spektrums der Behandlungsleuchte mit einer Halogenlampe. Schon während der Verarbeitung diese Werkstoffs kommt es also zu Aushärteprozessen am Zahn. Folglich kommt es zu einer schlechten Verarbeitung des Werkstoffs, Voraushärtungen und fehlenden Anbindung an den Zahn. Dies führt zu einer Gefahr von Sekundärkaries unter der Füllung und einer schlechten Haltbarkeit von Inlays. Der Zahnarzt muss daher entweder schneller arbeiten oder die Behandlungsleuchte muss ausgeschaltet oder unter 8000 Ix gedimmt werden, um eine Aushärtung während der Verarbeitung des Werkstoffs zu verhindern. Eine Dimmung der Halogenlampe durch ein Verringern der Ver- sorgungsspannung führt jedoch dazu, dass die Farbtemperatur vermindert wird. Die Verarbeitung des Werkstoffs wird dem

Zahnarzt also durch eine verringerte Beleuchtungsstärke und eine Farbverfälschung erschwert.

In der DE 20 2005 003 802 Ul ist eine OP-Lampe für einen zahnärztlichen Behandlungsstuhl offenbart, wobei die Licht- quelle aus mehreren Hochleistungs-LED ' s mit Kollimatoren in einem staubdichten Gehäuse besteht. Ein zuschaltbarer Filter soll in den Strahlengang einbringbar sein, um eine Aushärtewellenlänge eines verwendeten lichtempfindlichen Kom- posites aus dem Spektrum auszublenden und somit eine Aus- härtung während der Behandlung mit dem lichtempfindlichen

Komposites zu verhindern. Vorzugsweise sollen LED's mit einer Leistung von mindestens 3 W und einer Lichtfarbe von 5500 K verwendet werden.

In der DE 100 34 594 Al ist eine zahnärztliche Behandlungs- leuchte offenbart, wobei die Lichtquelle aus mehreren benachbart zueinander angeordneten LED's besteht und deren Lichtkegel so ausgebildet sind, dass ein Lichtfeld mit vorgegebener Größe, Beleuchtungsstärke, Gleichmäßigkeit und Farbtemperatur entsteht. In der DE 20 2004 001 189 Ul ist ein zahnärztliches Handstück mit einer Lichtquelle, die weißes Licht emittiert, offenbart, wobei die Lichtquelle ihre Strahlung mittels mindestens einer LED erzeugt und ein Emissionsmaximum der Lichtquelle im Bereich 400 bis 515 nm liegt. In den Ausfüh- rungsbeispiele wird ein Spektrum erzeugt, welches einen hohen Blauanteil im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 615 nm enthält. Dies wird durch Kombination von weißen und farbigen LED'S erreicht.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine zahnärztliche Be- handlungsleuchte bereitzustellen, mit der alle genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein ausrei-

chendes Lichtfeld auch bei einer Behandlung mit einem durch Licht aushärtbaren dentalen Werkstoff gegeben sein.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst die zahnärztliche Behandlungsleuchte mehrere benachbart zueinander angeordnete Leuchtmittel mit unterschiedlichem Wellenlängenspektrum des abgestrahlten Lichts, die einzeln oder in Gruppen in ihrer Intensität verstellbar sind und deren Lichtkegel in einer Objektebene überlagern und ein weißes Lichtfeld erzeugen, welches ein Gesamtspektrum mit einer vorgegebenen Farbtemperatur zwischen 3600 K bis 6500 K und einer Beleuchtungsstärke von mindestens 8000 Ix aufweist. Die Behandlungsleuchte kann zwischen einem Beleuchtungsmodus und einem Behandlungsmodus verstellt werden. Die Beleuchtungsstärke der einzelnen Leuchtmittel wird durch Verstellmittel so eingestellt, dass der Farbwiedergabeindex R _a des Gesamtspektrums im Beleuchtungsmodus größer als 85 ist. Dies hat den Vorteil, dass ein sicherer Farbabgleich für

Kronen, Füllungen und Inlays bei einer tageslichtähnlichen Beleuchtung gewährleistet ist.

Im Behandlungsmodus beträgt die Intensität eines ausgewählten Wellenlängenbereichs innerhalb des Gesamtspektrums hin- gegen höchstens 50 % der maximalen Intensität des Gesamtspektrums, wobei der ausgewählte Wellenlängenbereich eine Aushärtewellenlänge eines zur Behandlung verwendeten, durch Licht aushärtbaren dentalen Werkstoffs enthält.

Dies hat den Vorteil, dass eine frühzeitige Aushärtung des dentalen Werkstoffs während der Verarbeitung verhindert wird .

Vorteilhafterweise kann die Wellenlänge des ausgewählten Wellenlängenbereichs von 460 nm bis 500 nm betragen. In der Regel wird als ein Polymerisationsauslöser für Komposite Campferchinonkomplex verwendet, dessen Aushärtewellenlänge 468 nm beträgt.

Vorteilhafterweise können als Leuchtmittel LED 's verwendet werden. LED's haben den Vorteil, dass sie kompakt sind, ein lange Lebensdauer haben, und eine relativ gute Lichtausbeute bei geringer Wärmeentwicklung aufweisen. Vorteilhafterweise können als Leuchtmittel weiße LED's und farbige LED's verwendet werden. Das Spektrum einer gängigen weißen LED's weist zwei Erhöhungen auf. Die erste Erhöhung hat ihr Maximum bei 460 nm und stellt die Primärstrahlung einer blauen LED, die Bestandteil der weißen LED ist, auf Galliumnitrid (GAN) -Basis, das ein Halbleiter mit breiter

Energielücke ist. Die zweite Erhöhung mit einem Maximum bei 600 nm stellt das gelbe emittierte Licht eines Fluoreszenzfarbstoffs dar, der die blaue LED bedeckt. Die Lücke zwischen den beiden Erhöhungen wird im Beleuchtungsmodus mit- tels grüner LED's vervollständigt, so dass der Farbwiedergabeindex R _a größer als 85% ist. Beim Umschalten in den Behandlungsmodus werden die grünen LED's gedimmt oder abgeschaltet, so dass die Intensität des ausgewählten Wellenlängenbereich mit der Aushärtewellenlänge beispielsweise bei 468 nm auf unter 50 % der maximalen Intensität des Gesamtspektrums sinkt.

Vorteilhafterweise können als Leuchtmittel ausschließlich farbige LED's verwendet werden. Mehrere farbige LED's, beispielsweise rote, grüne und blaue LED's, bilden in Kombina- tion durch Farbaddition ein Gesamtspektrum. Durch Verstellen der Beleuchtungsstärke der einzelne LED werden die ge-

forderten Eigenschaften des Gesamtspektrums in den beiden Moden erreicht.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Lichtfeldes für die zahnärztliche Behandlung mit einem durch Licht aushärtbaren dentalen Werkstoffs. Das Lichtfeld wird durch überlagerung von Lichtkegeln erzeugt, die durch Leuchtmittel mit unterschiedlichem Wellenlängenspektrum und mit einstellbarer Beleuchtungsstärke des abgestrahlten Lichts bereitgestellt werden.

Die Lichtkegel werden in der Objektebene überlagert und erzeugen durch die Addition der Einzelspektren ein Lichtfeld mit einem Gesamtspektrum, wobei die Beleuchtungsstärke der einzelnen Leuchtmittel so eingestellt wird, dass in einem Beleuchtungsmodus der Farbwiedergabeindex R _a des Gesamtspektrums größer als 85 und in einem Behandlungsmodus die Intensität eines oder mehrerer ausgewählter Wellenlängenbereiche innerhalb des Gesamtspektrums höchstens 50 % der maximalen Intensität des Gesamtspektrums beträgt. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass kein Hilfsmittel, wie beispielsweise in den Strahlengang einschwenkbarer optischer Filter im Bereich der Aushärtewellenlänge nötig ist, um das Gesamtspektrum zwischen dem Beleuchtungsmodus und dem Behandlungsmodus zu verstellen. Vorteilhafterweise kann das Gesamtspektrum durch Addition der Einzelspektren von LED's erzeugt werden. LED's liefern meist schmalbandige Spektren, welche sich zu einem Gesamtspektrum zusammensetzen.

Vorteilhafterweise kann durch Abschalten von einem oder mehrerer farbiger LED's das Gesamtspektrum aus dem Beleuchtungsmodus in den Behandlungsmodus umgeschaltet wird.

Ein ausgewählter Wellenlängenbereich lässt sich also ausblenden, indem die betreffenden LED 's ausgeschaltet werden. Somit gelangt das Gesamtspektrum aus dem Beleuchtungsmodus in den Behandlungsmodus . Vorteilhaferweise kann durch Reduktion der Beleuchtungsstärke von einem oder mehrerer farbiger LED 's das Gesamtspektrum aus dem Beleuchtungsmodus in den Behandlungsmodus umgeschaltet wird.

Ein ausgewählter Wellenlängenbereich lässt sich also ab- schwächen, indem die betreffenden LED 's gedimmt und somit in ihrer Intensität abgeschwächt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines Lichtfeldes

Fig. 2 ein Diagramm des Gesamtspektrums im Beleuchtungsmodus mit der relativen Intensität als Ordinate und Wellenlänge als Abszisse Fig. 3 ein Diagramm des Gesamtspektrums im Behandlungsmodus mit der relativen Intensität als Ordinate und Wellenlänge als Abszisse

Ausführungsbeispiele der Erfindung Die Fig. 1 zeigt den beispielhaften Aufbau einer zahnärztlichen Behandlungsleuchte 1 mit direktem Strahlengang. Mehrere LED 's 2 sind benachbart in einer Ebene auf einer Grundplatte 3 befestigt. Die LED's können einzeln als weiß oder farbig ausgeführt sein. Die Behandlungsleuchte ist in einem Abstand a von einer Objektebene 4 angeordnet. Die

einzelnen LED's 1 strahlen Lichtkegel 5 aus, die so ausgerichtet sind dass sie sich in der Objektebene überlagern und ein weißes Lichtfeld 5 erzeugen. Dabei kann das weiße Lichfeld 6 beispielsweise durch Kombination von weißen und grünen LED's oder durch Kombination von blauen, grünen und roten LED's erzeugt werden. Das Lichtfeld 6 weist eine Größe mit einem Durchmesser d und eine vorgegebene Beleuchtungsstärke von mindestens 8000 Ix auf. Die Einstellung der Beleuchtungsstärke der einzelnen LED's 1 ist durch eine Re- gelung einer Versorgungsspannung U _v realisiert. Die Versorgungsspannung U _v der einzelnen LED's 1 ist durch ein entsprechendes Verstellmittel 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Spannungsteiler in Form eines Potentiometers einstellbar, wobei eine Eingangsspannung U _e mit- tels des jeweiligen Potentiometers geteilt wird. Die Beleuchtungsstärke der einzelnen LED's 2 wird so eingestellt, dass das Lichtfeld 6 die vorgegebenen Bedingungen in einem Beleuchtungsmodus und in einem Behandlungsmodus erfüllt.

Die Fig. 2 zeigt ein Gesamtspektrum 10 im Beleuchtungsmo- dus, welches sich durch Addition der Spektren der einzelnen Lichtkegel 4 ergibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden ein Spektrum einer weißen LED 11 und ein Spektrum einer grünen LED 12 auf Basis des Halbleiters Indium- Gallium-Nitrid (InGaN) addiert, wobei das Gesamtspektrum 10 erzeugt wird. Dieses Gesamtspektrum soll eine vorgegebene Farbtemperatur von 3600 K bis 6500 K aufweisen. Eine Farbtemperatur einer Lichtquelle ist die Temperatur, die ein schwarzer Körper, welcher die auftreffende elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert, haben müsste, damit dessen Licht denselben Farbeindruck erweckt wie die tatsächliche Lichtquelle. Das mittlere Sonnenlicht hat eine Farbtemperatur von 5500 K.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Farbeindruck der zahnärztlichen Behandlungsleuchte angestrebt, der einem Farbeindruck bei mittlerem Sonnenlicht nahe kommt. Das Gesamtspektrum 10 soll also einem Spektrum 13 eines schwarzen Strahlers bei 5500 K innerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs zwischen 400 nm und 700 nm nahe kommen. Ein Farbwiedergabeindex R _a ist eine photometrische Größe, mit welcher sich die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen gleicher korrelierte Farbtemperatur beschreiben lassen. Bei übereinstimmung des Gesamtspektrums 10 mit dem Spektrum 13 würde der Farbwiedergabeindex R _a 100 betragen. Dieser Farbwiedergabeindex R _a soll nach der Norm ISO/DIS 9680:2005 gemäß Absatz 5.2.8 bei zahnärztlichen Behandlungsleuchten für diagnostische Zwecke mindestens 85 betragen. Im vorliegen- den Ausführungsbeispiel wird diese Norm erfüllt, indem die Einzelspektren 11 und 12 addiert werden und das Gesamtspektrum 10 einen Farbwiedergabeindex R _a von mindestens 85 aufweist .

Die Fig. 3 zeigt ein Gesamtspektrum 20 im Behandlungsmodus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Gesamtspektrum 20 dadurch erreicht, dass im Gegensatz zum Beleuchtungsmodus die grünen LED 's ausgeschaltet werden und die weißen LED's eingeschaltet bleiben. Im Ausführungsbeispiel entspricht das Gesamtspektrum 20 also dem Spektrum 11 von wei- ßen LED's. Wesentlich ist, dass im Behandlungsmodus die Intensität eines ausgewählten Wellenlängenbereichs innerhalb des Gesamtspektrums, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Aushärtewellenlänge λ _A von 468 nm eines verwendeten Komposites mit Campferchinonkomplex als Polymeri- sationsauslöser enthält, höchstens 50 % der maximalen Intensität Imax des Gesamtspektrums beträgt. Dadurch wird die frühzeitige Aushärtung des Komposites während der Behand-

lung verhindert, wobei der Farbwiedergabeindex F _a gegenüber dem Beleuchtungsmodus unwesentlich verringert.

Bezugszeichenliste

1 zahnärztliche Behandlungsleuchte

2 Leuchtmittel in Form von LED 3 Grundplatte

4 Objektebene

5 Lichtkegel

6 Lichtfeld

7 Verstellmittel 10 Gesamtspektrum im Beleuchtungsmodus

11 Spektrum einer weißen LED

12 Spektrum einer grünen LED

13 Spektrum eines schwarzen Strahlers bei 5500 K 20 Gesamtspektrum im Behandlungsmodus a Abstand zwischen Behandlungsleuchte 1 und Objektebene 4 d Durchmesser des Lichtfeldes 6

I max Maximale Intensität des Gesamtspektrums 20 im Behandlungsmodus U VersorgungsSpannung

U e EingangsSpannung λ A Aushärtewellenlänge