CN113167639A - 测量光源的系统和设备及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用光收集器、光检测器和被编程为将光源的输出特点的值递送给用户的计算机来精确测量光源(例如，牙齿光固化单元(LCU)或用于光动力疗法的灯)的输出特点的系统和相关设备。该系统允许特定应用所需的适当曝光时间的确定或光源的选择。本发明还提供一种灯设备。

Description

测量光源的系统和设备及其使用方法
背景技术
牙齿修复体常常涉及可光固化的树脂，该树脂通过暴露于可见和/或紫外线(UV)光谱中的光而硬化到固化强度。虽然牙科树脂修复体占据着重要的市场，但所有修复性牙科学中有60％以上用于替换现有修复体。树脂修复体的放置是技术敏感的，并且必须正确放置此类修复体才能为患者提供最佳医疗保健。树脂修复体失败的最常见原因是由于修复体周围的微渗漏引起的继发龋齿(蛀牙)，随后是修复体断裂和边缘缺损。这些失败可能是由于树脂修复体聚合不充分并且没有达到其预期的物理性能的事实。
树脂固化不充分会导致修复体的物理性能降低、粘结强度降低、修复体边缘处的磨损和破坏增加、生物相容性降低以及浸出液(例如，双酚A二缩水甘油醚甲基丙烯酸酯(Bis-OMA)、四乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)、1,6-双(甲基丙烯酰氧基-2-乙氧基羰基氨基)-2,4,4-三甲基己烷(UDM)和2,2-双(4-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)苯基丙烷(bis-EMA))的DNA损伤增加。相反，递送到修复体的固化能量过多会造成牙齿和周围口腔组织中不必要的和不可接受的温度升高。
用于测量光源的输出功率的典型仪器不是便携式的和/或具有高操作成本。在本领域中需要开发一种便携式系统，该便携式系统可以快速地收集和测量来自外部源的光并实时地中继信息，例如，以使临床医生能够对固化时间进行调整。
发明内容
我们已经开发出一种系统和相关装备，用于使用光收集器、光检测器和被编程为向用户递送光源的输出特点(例如，输出功率)的计算机来精确测量光源(例如，牙齿光固化单元(LCU)或用于光动力疗法的灯)的输出特点(例如，输出功率)。该系统允许例如特定应用所需的适当曝光时间的确定或光源的选择。
在一个方面，本发明提供了一种具有光收集器的光收集设备，该光收集器包括具有顶部孔和底部孔的间隔件。该设备包括被定位成漫射通过顶部孔的至少一部分的光的光漫射层。该设备还可以包括非光谱光检测器，特别是光伏检测器，其被配置为从进入设备的光产生信号。在一些实施例中，非光谱光检测器连接到间隔件的底部孔，例如，底部孔中的凹部。
间隔件可以被封在具有用于让光进入设备的入口的外壳中。外壳可以包括固体材料，例如，塑料、陶瓷、玻璃或金属(例如，黄铜)。在一些情况下，设备还可以包括附加组件，诸如筛网和/或滤波器，
例如，筛网上方或下方的滤波器。筛网和/或滤波器定位成与入口相邻，以使光进入设备和/或顶部孔。在一些实施例中，筛网可以是基本上正方形、圆形或盘形的，并且其尺寸可以设置成覆盖间隔件的顶部孔。在以上实施例中的任何一个中，滤波器可以选自由玻璃、中性密度滤波器、带通滤波器和蓝带通滤波器构成的组。在以上实施例中的任何一个中，滤波器可以过滤大于500nm的波长(例如，510nm、550nm、600nm、700nm或800nm)。滤波器还可以物理地保护筛网不受损坏，即，位于筛网顶部或外部。
在以上实施例中的任何一个中，光漫射层允许基本上均匀的光漫射。间隔件包括例如聚四氟乙烯(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000021
或
Figure BDA0003086444240000022
)、聚甲醛(例如，
Figure BDA0003086444240000023
)、硫酸钡(例如，来自Labsphere Inc.的6080白色反射涂层)、聚氯乙烯、聚酰胺(例如，尼龙)、共聚酯、聚乳酸(PLA)或朗伯(Lambertian)涂层(例如，来自LabsphereInc.的
Figure BDA0003086444240000024
或
Figure BDA0003086444240000025
)，特别是共聚酯。
在特定实施例中，外壳的入口包括搁置位置，例如，以将光源搁置在稳定的、可重复的位置。搁置位置可以被配置为使光源的中心轴线与间隔件或光检测器的中心对准。在特定实施例中，入口为不规则形状，例如，泪滴形或其它形状，以将光源定位在期望的位置，例如，与光检测器的中心对准。在另外的实施例中，例如在入口处或附近，例如在搁置位置处或附近的设备包括传感器和/或致动器。传感器可以是接近度、运动或力(例如，施加的力)传感器，并且致动器可以是机械致动器，诸如当光源就位时按下的按钮。传感器或致动器可以被用于在光源处于正确位置时发出信号。这个信号可以被用于发起数据收集或通知用户设备已准备好获得数据。
在另一方面，本发明的特征在于一种用于确定光源的输出特点(例如，输出功率)的系统，该系统具有光收集设备；非光谱光检测器，被配置为从由光收集器收集的光产生信号；以及计算机，被编程为根据由光检测器产生的信号来提供光源的输出特点(例如，输出功率)。在一些实施例中，光收集设备是本文描述的设备。在一个实施例中，计算机用神经网络进行编程。在某些实施例中，用包括所述光源在内的多个光源的光谱剖面来训练神经网络。在另外的实施例中，用针对光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)的多个输入值来训练神经网络。在一些实施例中，用于神经网络的输入数据是光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)的函数。在一些实施例中，用于神经网络的输入数据被归一化为0-1之间的值。在另外的实施例中，该系统具有与计算机通信以提供(例如，显示)光源的输出特点(例如，输出功率)的移动设备。在一个实施例中，移动设备是手持设备。在一个实施例中，光检测器是光电二极管、光电倍增管、CCD阵列、CMOS传感器或光伏设备。在一些实施例中，计算机与光检测器无线通信。
本发明的另一方面的特征在于一种用其输入数据是由光检测器产生的信号的函数的神经网络编程的计算机，以确定光源的输出特点(例如，输出功率)。神经网络具有多个输入节点。每个输入节点被配置为包含至少一个数据点；被分组为多个层的多个隐藏节点，其中多个隐藏节点中的每一个从多个输入节点接收所述至少一个数据点中的所有作为输入；以及输出节点，其中用包括被测量的光源在内的多个光源的光谱剖面来训练多个隐藏节点和输出节点。在一些实施例中，用光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)进一步训练隐藏节点和输出节点。在一些实施例中，关于多个隐藏节点中的每一个的数据在被传递到下一层中的多个隐藏节点之前被求和。在一些实施例中，使用包括所述光源在内的多个光源的光谱剖面和光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)对在隐藏节点之间传递的数据进行统计加权。在另外的实施例中，多个隐藏节点包含传递函数以更新多个隐藏节点中的每一个的统计权重。在一些实施例中，传递函数的导数被用于更新多个隐藏节点中的每一个的统计权重。在一个实施例中，传递函数是S型的。在其它实施例中，传递函数是例如在不同层中的矫正函数或S型和矫正的组合。在一些实施例中，来自多个层中的最后一层中的多个隐藏节点的数据被传递到输出节点。在另外的实施例中，输出节点包含S型传递函数。在一些实施例中，其中输出节点返回代表光源的输出特点(例如，输出功率)的值。
在另一方面，本发明的特征在于一种用于确定光源的输出特点(例如，输出功率)的系统，该系统具有光收集设备；光检测器，被配置为从由光收集器收集的光产生信号；以及计算机，用神经网络进行编程以根据与由光检测器产生的信号对应的输入数据提供光源的输出特点(例如，输出功率)。在一些实施例中，光收集设备是本文描述的设备。在某些实施例中，用包括所述光源在内的多个光源的光谱剖面来训练神经网络。在另外的实施例中，用针对光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)的多个输入值来训练神经网络。在一些实施例中，用于神经网络的输入数据是光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)的函数。在一些实施例中，用于神经网络的输入数据被归一化为0-1之间的值。在另外的实施例中，该系统具有与计算机通信以提供(例如，显示)光源的输出特点(例如，输出功率)的移动设备。在一个实施例中，移动设备是手持设备。在一些实施例中，计算机与光检测器无线通信。
在相关方面，本发明提供了一种通过如下确定光源的输出特点(例如，输出功率)方法：用光收集设备和光检测器收集来自光源的光以产生信号；将信号发送到如本文所述的用神经网络编程的计算机，以确定光源的输出特点(例如，输出功率)；并向用户提供(例如，显示)输出特点(例如，输出功率)。在一些实施例中，光收集设备是本文描述的设备。在一些实施例中，计算机与光检测器无线通信。在一些实施例中，计算机与移动设备无线通信。在一个实施例中，移动设备是手持设备。
在另一个相关方面，本发明提供了一种通过如下确定光源的输出特点(例如，输出功率)的方法：用光收集设备和非光谱光检测器收集来自光源的光以产生信号；将信号发送到用神经网络编程的计算机，以确定光源的输出特点(例如，输出功率)；并向用户提供(例如，显示)输出特点(例如，输出功率)。在一些实施例中，光收集设备是本文描述的设备。在一个实施例中，从非光谱光检测器产生的信号是电压。在一些实施例中，计算机与非光谱光检测器无线通信。在一些实施例中，计算机与移动设备无线通信。在一个实施例中，移动设备是手持设备。
在另一方面，本发明提供了一种通过如下确定光源的输出特点的方法：接收根据用光接收设备和非光谱光检测器从光源收集的光的信号；并且在被编程以确定光源的输出特点的计算机中使用该信号。在相关方面，本发明提供了一种通过如下确定光源的输出特点的方法：接收根据用光接收设备和光检测器从光源收集的光的信号；并且在如本文所述的用神经网络编程的计算机中使用该信号以确定光源的输出特点。这些方法还可以包括向用户提供输出特点。在这些实施例中的任何一个中，光收集设备是本文描述的设备。
在另一方面，本发明提供了一种非暂态计算机存储器，该非暂态计算机存储器被编程为执行如本文所述的光源的输出特点的确定。
在本发明的任何方面，输出特点可以是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
本发明还提供了一种包括光漫射元件的设备，该光漫射元件包括具有允许光通过的筛网的顶部部分；具有基本上为半球形的内表面的底部部分；以及具有基本上为圆柱形的内表面和出口端口的侧面部分。该侧面部分连接到顶部部分和底部，并且出口端口通过漫射材料与内表面隔开，该漫射材料可以与内表面的材料相同或不同。
该设备还可以包括筛网上方或下方的滤波器。在某些实施例中，该设备还包括光检测器，例如非光谱光检测器，其被配置为从出口端口中的光产生信号。在其它实施例中，光漫射元件防止光除了经由出口端口而穿透侧面部分或底部部分。光漫射元件可以允许整个内表面上的基本上均匀的光漫射。内表面和/或筛网包括例如聚四氟乙烯、硫酸钡或聚甲醛。筛网也可以包括透明或半透明的材料和/或涂有半透明的朗伯涂层。
在某些实施例中，侧面部分的基本上圆柱形内表面的高度在1mm至50mm之间，例如在1mm至15mm之间。在其它实施例中，顶部还包括孔。光漫射元件的顶部部分中的孔的直径可以在1mm至300mm之间，例如在4mm至30mm之间。在还有其它实施例中，出口端口的直径在1至20mm之间，例如在5至15mm之间。在另外的实施例中，侧面部分的基本上圆柱形的内表面和/或底部部分的基本上半球形的内表面的直径在1至30mm之间，例如在15至25mm之间。
本发明还提供了一种包括光漫射元件的设备，该光漫射元件包括：具有允许光通过的筛网的顶部部分；具有基本上为半球形的内表面的底部部分；以及具有基本上为圆柱形的内表面和出口端口的侧面部分。侧面部分连接到顶部部分和底部，并且出口端口通过漫射材料与内表面隔开，该漫射材料可以与内表面的材料相同或不同。
我们还开发了一种设备，即，固化灯或光动力治疗灯，以及递送适当量的能量的相关系统，例如，以固化牙科树脂或对患者进行光动力治疗。该设备包括光源和可操作地连接到光源以控制光源发射光的时间长度的控制器。控制器与被编程为确定时间长度的外部计算机进行数据通信，该时间长度可以是连续的或以多个周期。控制器还可以与外部计算机进行数据通信，以确定光源的输出功率。
在一个方面，本发明提供了一种设备，包括：a)发射光的光源和b)可操作地耦合到光源以控制光源从设备向外发射光的时间长度的控制器。控制器与外部计算机进行数据通信。外部计算机可以被编程以确定时间长度并将时间长度传输到控制器。可替代地，控制器可以被编程以根据从外部计算机接收的数据来计算时间长度。
在实施例中，设备还包括用于向光源提供电力的电池或用于向光源提供电力的电源线。在另外的实施例中，数据通信是无线的。计算机可以根据对光源的输出特点(例如，输出功率)的测量来确定时间长度。在某些实施例中，时间长度足以固化牙齿腔体中的牙科树脂。可替代地，时间长度足以光动力地治疗患者。
在某些实施例中，光源包括LED，例如，发射不同光谱的多个LED。在某些实施例中，发射的光在100至2500nm之间。在某些实施例中，发射的光适于聚合牙科树脂。在某些实施例中，该设备还包括从其发射光的尖端，例如，尖端的尺寸被设置为适合成人的嘴巴。
在一个方面，本发明提供了一种系统，该系统包括如本文所述的灯设备和外部计算机。在某些实施例中，该系统还包括与外部计算机和/或光收集器进行数据通信的光检测器。光检测器可以是非光谱的。在某些实施例中，系统还包括与光检测器和外部计算机通信以提供光源的输出特点的移动设备。在某些实施例中，外部计算机或控制器还被编程为确定在一段时间上设备的输出功率。
在一个方面，本发明提供了一种方法，该法通过提供如本文所述的设备来聚合牙科树脂；将该设备的输出特点提供给外部计算机，其中控制器与外部计算机进行数据通信，以基于该输出特点确定光发射的时间长度；并且将该设备定位在树脂附近，其中设备发射光达所述时间长度，从而使树脂聚合。该方法还可以包括外部计算机确定在时间长度上设备的输出功率，或者将数据传送到控制器以确定在时间长度上设备的输出功率。在某些实施例中，时间长度被划分为两个或更多个开/关周期。外部计算机可以基于输出特点来确定光发射的时间长度，或者将数据传送到控制器以基于输出特点来确定光发射的时间长度。
在一个方面，本发明提供了一种通过如下对患者进行光动力治疗的方法：提供如本文所述的设备；将该设备的输出特点提供给外部计算机，其中控制器与外部计算机进行数据通信，以基于该输出特点来确定光发射的时间长度；将设备定位在患者附近，其中设备发射光达所述时间长度，从而对患者进行光动力治疗。该方法还可以包括外部计算机确定在时间长度上设备的输出功率，或者将数据传送到控制器以确定在时间长度上设备的输出功率。在某些实施例中，时间长度被划分为两个或更多个开/关周期。外部计算机可以基于输出特点来确定光发射的时间长度，或者可以将数据传送到控制器以基于输出特点来确定光发射的时间长度。
附图说明
图1：描述本发明的系统可以如何被用于测量牙齿光固化单元(LCU)的输出特点(例如，输出功率)以及向用户提供(例如，显示)结果的方案。
图2A-2B：光收集器的技术图，示出了收集器和光检测器的入口的位置。维度的单位为mm。
图3A-3F：在光收集设备中使用的间隔件的技术图，以mm为维度的单位示出。图3A是具有用于光检测器的凹部的间隔件的底部视图。图3B和3C是示出圆形的顶部孔的间隔件的侧视图。图3D是具有用于光检测器的凹部的间隔件的底部视图。图3E是间隔件的侧视图。图3F是从顶部孔到底部孔沿垂直轴向下看的间隔件的顶视图。
图4A-4C：用于本发明的光收集设备的外壳的顶部和底部部分的技术图。图4A是具有用于间隔件的凹部和入口的外壳的顶部部分的底部视图。图4B是具有用于电源和微控制器的凹部的外壳的底部部分的顶视图。图4C是外壳的顶部部分的底部视图，其指示间隔件在外壳的顶部部分中的放置。
图5A-5B：本发明的设备的技术图，其中间隔件被包裹在具有入口的外壳中。图5A是设备的外部视图，示出了到壳体的入口的位置。图5B是设备的底视图，示出了具有用于光检测器的凹部的间隔件的圆柱形状。
图6A-6D：具有包括入口处的搁置位置的外壳的本发明的设备的技术图。图6A是外壳的前视图，示出了搁置位置。图6B是设备的侧视图。图6C是设备的顶视图。图6D是设备的透视图。
图7：具有包括在入口处的搁置位置的外壳的本发明的设备的技术图。
图8：被配置为在本发明的系统中充当光检测器的FDS1010光电二极管的响应度曲线。
图9：反向传播神经网络的示意图，该网络被用于使用来自光电二极管的电压作为输入来测量光源的输出特点(例如，输出功率)。圆圈是节点，并且节点之间的线是从节点传递信息。
图10：Bluephase 20i牙齿光固化单元的光谱剖面，示出了四种操作模式(软模式、低模式、高模式和涡轮(turbo)模式)中的每种模式下的功率输出。
图11A-11B：使用基于光电二极管的神经网络系统和常规光谱仪测得的Bluephase20i牙齿光固化单元的输出功率的比较。图6A是用基于光电二极管的神经网络系统测得的功率数据的曲线图，并且图6B是用光谱仪测得的功率数据的曲线图。
图12：用本发明的系统测得的四种不同的牙齿固化灯的光谱剖面。灯为3MDeepCure-L、Coltolux LED、Flashlite Magna和Smartlite Focus。
图13：使用本发明的系统和常规的光谱仪两者对四种不同的固化灯(3MDeepCure-L、Coltolux LED、Flashlite Magna和Smartlite Focus)的测得的输出功率的比较。
图14：用户将如何使用本发明的系统来测量光源的输出特点(例如，输出功率)的流程图。
图15：根据本发明的设备的示意图。
图16：描述可以如何使用本发明的系统来测量牙齿光固化单元(LCU)的输出特点(例如，输出功率)的方案，其被用于确定时间长度。
图17：用户将如何使用本发明的系统来测量光源的输出特点(例如，输出功率)的流程图。
具体实施方式
本发明提供了用于确定光源(例如，牙齿修复体中使用的光固化单元(LCU))或光动力疗法中使用的灯)的输出特点(例如，输出功率)的设备和系统。设备、系统和方法一般可以与任何光源一起使用，包括白炽灯、激光、LED、卤素、荧光灯、等离子弧或太阳能。来自本发明的信息可以被用于确切地计算给定处理或程序所需的光量，例如，以在不过度曝光的情况下固化光敏树脂材料。该系统的优点在于，它允许最终用户确定输出特点(例如，功率)，而无需获得光谱数据。
在一方面中，该系统包括用于从光源发射的光的光收集器、被配置为从由光收集器收集的光中产生信号的光检测器、以及被编程为根据由光检测器产生的信号提供光源输出特点(例如，功率)的计算机。特别地，该系统不要求使用光谱检测器来产生光源的输出特点(例如，输出功率)，即，不要求光检测器测量作为波长的函数的强度。通常，光源将产生IR至UV范围内的光，例如，在100至2500nm之间，例如在190至1100nm之间。检测到的光可以是由光源产生的光谱的子集。例如，可以在光源、光收集器上或分别采用各种滤波器来控制检测到的光谱。在某些实施例中，检测到的光在可见范围内，例如在360至540nm之间。该系统的优点是，光收集器可以与计算机进行远程(例如，无线)通信，从而允许在大多数位置执行输出特点(例如，输出功率)的测量。这个特征是有利的，因为光源可能不是便携式的或不容易移动到计算机的位置。一种描述如何使用本发明的系统来测量光源(例如，牙齿光固化单元(LCU))的输出特点(例如，输出功率)并向用户提供(例如，显示)结果的方案在图1中示出。
这个系统可以在一个或多个部分中实现。例如，光收集器、光检测器和计算机中的每一个可以是分离的组件，或者其中两个或更多个组件可以被物理连接。当采用分离的组件时，计算机或计算机的一部分可以位于与光收集器和/或光检测器物理不同的位置。此外，光检测器可以与可以和计算机通信(例如，无线地)的移动设备(例如，蜂窝电话或其它手持设备)接口或作为其一部分。计算机的功能也可以分布在几个处理器或核上，它们可以物理链接或可以不物理链接。
在另一方面中，本发明提供了一种灯设备，其包括光源和可操作地连接到光源以控制光源发射光的时间长度的控制器。
设备
光收集器
在本发明中可以采用任何合适的光收集器。优选的光收集器是允许收集不依赖于光进入收集器的角度的光的光收集器，例如，如WO2014/036660中所述，该文献通过引用并入本文。在WO 2019/036817中描述了另一种光收集器，该文献通过引用并入本文。对本发明有用的光收集器的示意图在图2A-2B和图3A-3F中示出。
将与本发明一起使用的示例性光收集器包括光漫射元件，该光漫射元件包括：包括筛网和可选的孔的顶部部分；包括基本上为半球形的内表面的底部部分；以及包括基本上是圆柱形的内表面的侧面部分。侧面部分还包括出口端口。光漫射元件可以被封在外壳内或可以不被封在外壳内。侧面、底部和顶部部分可以由任何合适的材料制成，例如，聚四氟乙烯(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000111
或
Figure BDA0003086444240000112
)、聚甲醛(例如，
Figure BDA0003086444240000113
)、硫酸钡(例如，Labsphere Inc.的6080白色反射涂层)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(例如，尼龙)、共聚酯、聚乳酸(PLA)或朗伯涂层(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000121
或
Figure BDA0003086444240000122
)。这些部分还可以包括其它材料，例如塑料、陶瓷、玻璃或金属，在其上层叠或涂覆朗伯材料。当顶部部分包括孔时，顶部的不包括筛网的部分可以由适于保持筛网的任何材料(例如，塑料、陶瓷、玻璃或金属)制成。筛网的表面(例如，表面的材料或施加到表面的涂层)是白色的、半透明的和朗伯型的，例如由聚四氟乙烯(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000123
或
Figure BDA0003086444240000124
)、聚甲醛(例如，
Figure BDA0003086444240000125
)、硫酸钡(例如，Labsphere Inc.的6080白色反射涂层)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(例如，尼龙)、共聚酯、聚乳酸(PLA)或朗伯涂层(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000126
或
Figure BDA0003086444240000127
)制成或涂有这些材料。筛网位于光收集器的光漫射元件的侧面和底部部分上方。当顶部包括孔时，可以将筛网的尺寸设计为至少覆盖光漫射元件的孔。筛网的长度可以等于或大于基本上半球形底部部分的直径。在一些实施例中，设备可以包括滤波器，例如，玻璃(诸如碱金属-铝硅酸盐平板钢化玻璃(
Figure BDA0003086444240000128
玻璃))、中性密度滤波器、蓝带滤波器或过滤至少500nm的波长的滤波器。滤波器可以位于筛网上方或下方的光漫射元件的顶部部分中。在某些实施例中，滤波器充当物理屏障以保护筛网免受损坏。当在顶部部分中存在孔时，它可以包括一个或多个分层的凹部，筛网和任何滤波器放置到其中。分层的凹部为筛网和滤波器的周边提供物理支撑。附接筛网和/或滤波器的替代方式在本领域中是已知的。例如，筛网可以是拧紧或夹紧到侧面和底部部分的组件的一部分。筛网也可以是一片材料，该材料例如通过外部壳体被压靠在侧面部分上。可选外壳的外部形状可以基本上是立方体、圆柱形、金字塔形或矩形实心。外壳的内表面和腔体形状可以根据光漫射元件的外部形状而变化，例如，它可以符合外部形状。在某些实施例中，如图2A中所示，出口端口包括从侧面部分的内表面开始的开口。在其它实施例中，如图2B中所示，出口端口通过漫射材料与内表面分离。漫射材料可以是内表面的材料，或者是不同的材料，例如，置于内表面中的开口中。显然，漫射材料允许光从内表面通过到出口端口。
在一些情况下，例如，将用作本发明系统的一部分的光收集设备包括光收集器，该光收集器包括间隔件，该间隔件包括顶部孔和底部孔。顶部孔和底部通常是同轴的。间隔件在设备的入口和光检测器之间提供分离，以确保传入的光在接触光检测器之前被正确地漫射，例如，从而减少强度“热点”，同时允许漫射的光充分扩展以确保光在光检测器的有源区域上的接触。
在一些情况下，间隔件的厚度可以为大约4mm至大约20mm，例如，大约4mm至大约8mm、大约5mm至大约9mm、大约6mm至大约10mm、大约7mm至大约11mm、大约8mm至大约12mm、大约9mm至大约13mm、大约10mm至大约14mm、大约11mm至大约15mm、大约12mm至大约16mm、大约13mm至大约17mm、大约14mm至大约18mm、大约15mm至大约19mm、或大约16mm至大约20mm、例如大约4mm、大约5mm、大约6mm、大约7mm、大约8mm、大约9mm、大约10mm、大约11mm、大约12mm、大约13mm、大约14mm、大约15mm、大约16mm、大约17mm、大约18mm、大约19mm或大约20mm。
间隔件及其任何横截面可以具有任何合适的形状，例如，圆柱形、椭圆形或多边形，例如正方形、矩形、三角形或n边形，或不规则形状，或它们的任何组合。间隔件的横截面维度可以是恒定的或可变的。例如，横截面维度(例如，直径)可以增加或减小至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％，或至多1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。在一些情况下，间隔件的横截面沿着间隔件的厚度可以是相同的形状，例如，圆柱体。可替代地，间隔件的横截面沿着间隔件的厚度可以是一种或多种形状的组合，例如，间隔件可以在顶部孔处具有圆形横截面，而在底部孔处具有矩形横截面。例如，间隔件可以具有圆柱形横截面，其中直径从顶部孔到底部孔是恒定的。作为另一个示例，间隔件可以具有截锥形横截面，其直径从顶部孔到底部孔增大或从顶部孔到底部孔减小。
间隔件可以由任何合适的漫反射材料制造，例如，聚四氟乙烯(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000141
或
Figure BDA0003086444240000142
)、聚甲醛(例如，
Figure BDA0003086444240000143
)、硫酸钡(例如，来自Labsphere Inc.的6080白色反射涂层)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(例如，尼龙)、共聚酯、聚乳酸(PLA)或朗伯涂层(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000144
或
Figure BDA0003086444240000145
)。不希望受任何特定理论的束缚，用于间隔件的所选择的材料反射光而没有光谱失真。其它漫反射材料在本领域中是已知的。
穿过间隔件的顶部孔的光可以被光漫射层漫射，该光漫射层例如是薄膜，诸如LeeFilters 452 1/16th白色漫射膜，该薄膜漫射传入到设备的光。间隔件的底部孔可以包括用于光检测器(例如，光伏检测器，例如，非晶硅光伏检测器，诸如Panasonic Amorton光伏电池)的凹部。
在图3A-3F中示出了包括用于光检测器的凹部的具有顶部孔和底部孔的间隔件的示例。在这种配置中，光漫射层可以放置在间隔件的顶部孔上方。散射的光接触位于底部孔的凹部中的光检测器，以产生代表光的特点的信号。
在一些情况下，间隔件不包括连接到底部孔的检测器(例如，光伏检测器)。光漫射元件的底部孔可以包括到光导导管(例如，波导、光纤或液体光导)的连接。在这种配置中，光检测器从光导导管接收漫射的光。
外壳
在一些情况下，间隔件包含在外壳内，例如，配合在一起以封住间隔件的两个或更多个部分(诸如顶部部分和底部部分)。顶部部分包括入口，以允许光进入间隔件。除了间隔件之外，外壳还可以包含电源(例如，电池(诸如可再充电电池))、微控制器、以及促进设备的各种功能(例如，数据收集、数据传输和/或功率传输)的任何电连接。外壳的外部形状可以基本上与间隔件的形状对应。可替代地，外壳的形状可以是任何合适的形状，其维度被设置为容纳所有组件(例如，间隔件和任何电气组件)。
外壳的顶部的入口可以具有任何合适的形状以允许光进入设备。例如，入口可以是圆形、椭圆形或多边形，例如正方形、矩形、三角形或n边形，或不规则形状。外壳的入口可以被定位成允许光进入以间隔件的中心轴线为中心的间隔件。在一些情况下，入口包括搁置位置，例如以将光源搁置在稳定、可重复的位置。搁置位置可以是在孔的周边中的凹口、凹槽(例如，V形槽)或其它扰动，以允许光源搁置。搁置位置还可以被配置为使光源的中心轴线与间隔件的中心对准。在特定实施例中，外壳的顶部部分的入口具有不规则形状，例如“泪滴”形状。在非限制性示例中，泪滴形入口为诸如牙齿光固化单元(LCU)之类的光源提供稳定的放置，其中LCU的发射器尖端搁置在泪滴入口上。在这个配置中，入口的泪滴形状允许LCU的发射器尖端在光检测器的有源元件上方居中，从而确保进入设备的光被漫射并充分扩展以覆盖光检测器的有源区域。在另一个非限制性示例中，壳体具有插入件(inset)特征以将光源引导至搁置位置。例如，插入件包括朝着入口变窄的侧壁。
特别地，牙齿LCU尖端的尺寸多种多样，并且较小的尖端(诸如直径7mm或更小的尖端)可能会由于尖端到设备中的放置不一致而导致光的特性的测量不准确。到设备的泪滴形入口通过提供稳定且可重复的位置(其中放置用于测量的尖端)来帮助对准较小(例如，小于7mm)的LCU尖端。可以使用其它不规则形状将光源定位在期望的位置。
在一些实施例中，外壳(例如，与入口相邻或在入口处，例如，与搁置位置相邻或在搁置位置)包括传感器和/或致动器，以指示光源在期望位置，例如，与光检测器的中心对准。例如，外壳可以包括传感器，例如运动、接近度或力(例如，施加的力)传感器，其检测光源的发射器的存在并发送信号，例如以发起数据收集或通知用户数据已准备好被收集。可替代地或附加地，壳体可以包括致动器，诸如机械致动器，例如按钮，其通过光源的放置而被激活，例如以发起数据收集或通知用户数据已准备好被收集。壳体还可以包括用于设备的使用或控制的其它组件，例如电源/睡眠按钮、状态指示器和/或通信端口(例如，用于电力和/或数据)。
图4A-4C示出了包括顶部和底部部分的外壳的各种实施例，该顶部和底部部分包括用于间隔件(图4A)和电气组件(图4B)的凹部。图4C是插入到外壳的顶部部分中的间隔件的线图视图。图4C中所示的矩形是间隔件的底部孔中的凹部，并且在这个构造中，外壳的顶部部分的泪滴形入口位于所述矩形的内部，以指示进入设备的光被引导到安装在凹部中的光检测器的有源区域上。本领域技术人员可以认识到的是，外壳的其它构造是可能的，包括配合在一起的多于两个部分或两个侧面部分。
在图5A和5B中示出了包裹在圆柱形外壳中的间隔件。在图5A-5B所示的实施例中，外壳的顶部部分包括间隔件的泪滴形入口。外壳的内表面和腔体的形状可以根据间隔件的外部形状而变化，例如，其可以符合如图5A-5B中所示的外部形状。在图5A-5B的实施例中进一步示出的是小凹部，该小凹部被构造为接受数据和/或电力通信电缆，例如USB，例如微型USB电缆，以向电源(例如，电池，例如可再充电电池)提供电力，和/或提供与光检测器的电通信。
图6A-6D示出了具有外壳的本发明实施例的各种线图，该外壳具有将光源引导至入口中的搁置位置的插入物。图6A-6B是外壳的正视图和侧视图，示出了搁置位置。图6C是设备的顶部的线图视图。图6D是透视图。图7示出了图6A-6D的外壳。图7中所示的外壳的实施例包括在侧面上的凹部，该凹部被构造为接受数据和/或电力通信电缆，例如USB，例如微型USB电缆，以向电源(例如，可再充电电池)提供电力，和/或提供与光检测器和机械致动器(例如，按钮，例如电源/睡眠按钮)的电通信。在图7的外壳的实施例中进一步示出的是状态指示器，例如，视觉指示器，例如灯，其指示设备的状态，例如，开、关、准备获取数据或正在获取数据。
图3A-3B至图7中所示的间隔件和光收集设备还可以包括附加组件，诸如在孔或入口上方的筛网或滤波器。例如，间隔件的顶部孔可以包括筛网，并且筛孔的尺寸可以被设置为覆盖至少间隔件的顶部孔。筛网的表面(例如，表面的材料或施加到表面的涂层)是白色的、半透明的和朗伯型的，例如由聚四氟乙烯(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000171
或
Figure BDA0003086444240000172
)、聚甲醛(例如，
Figure BDA0003086444240000173
)、硫酸钡(例如，Labsphere Inc.的6080白色反射涂层)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(例如，尼龙)、共聚酯、聚乳酸(PLA)或朗伯涂层(例如，来自Labsphere Inc.的
Figure BDA0003086444240000174
或
Figure BDA0003086444240000175
)制成或涂有这些材料。在一些实施例中，设备可以包括滤波器，例如，玻璃(诸如碱金属-铝硅酸盐平板钢化玻璃(
Figure BDA0003086444240000176
玻璃))、中性密度滤波器、蓝带滤波器或过滤波长为至少500nm的滤波器。滤波器可以位于筛网上方或下方的间隔件的顶部孔中。在某些实施例中，滤波器充当物理屏障以保护筛网免受损坏。
在一些情况下，例如，将用作本发明的系统的一部分的光收集设备包含光漫射层，该光漫射层在光接触光检测器或导光导管之前使传入的光漫射。光漫射层可以位于设备组件(诸如外壳或间隔件)上。例如，光漫射层可以位于外壳的入口处，在那里可以将其放置在入口的上方或下方。在这个构造中，光漫射层可以例如使用保持特征或粘合剂直接连接到外壳的材料。在一些情况下，可以使用另一个设备组件(诸如筛网或滤波器)将光漫射层固定到外壳。可替代地，光漫射层可以位于间隔件的顶部孔处，在那里可以使用保持特征或粘合剂将其保持在适当的位置。作为非限制性示例，光漫射层可以被放置在间隔件的顶部孔的顶部上，并且当将间隔件和光漫射层放置到外壳中时可以通过摩擦将光漫射层保持在适当的位置。作为另一个非限制性示例，光漫射层可以结合在间隔件内。示例性的光漫射层是Lee Filters452第1/16白色漫射膜。
光检测器
在本发明的系统中使用的光检测器可以是能够测量光的强度并在电子信号中编码信息的任何设备，例如，光电二极管、光电倍增管、CCD阵列、CMOS传感器、热电堆或光伏设备。在某些实施例中，检测器是非光谱的，即，检测器在所有波长的光下测量积分强度。在本发明中使用的示例性低成本光检测器是光电二极管，因为它产生由光源照射其有源区域而产生的电流(以及因此电压)的单个值。可替代地，可以使用光伏检测器，例如，非晶硅光伏检测器，诸如Panasonic Amorton光伏电池。根据光源的光学特点(例如，响应度曲线(图8))，非光谱光检测器可以对不同波长的光有不同的响应。光学特点(例如，响应度曲线)可以被用于补偿本发明的系统中的光源的这种不均匀性。在某些实施例中，还可以例如与光收集器一起采用光谱光检测器，该光收集器具有通过漫射材料与内表面分离的出口端口。
检测器可以与被编程为从所产生的信号提供光源的输出特点(例如，功率)的计算机接口，该计算机可以是本文描述的外部计算机。这个检测器不要求使用光谱检测器来产生光源的输出特点(例如，输出功率)，即，不要求光检测器测量作为波长的函数的强度。通常，光源将产生IR至UV范围内的光，例如，在100至2500nm之间，例如在190至1100nm之间。检测到的光可以是由光源产生的光谱的子集。例如，可以在光源、光收集器或两者上采用各种滤波器来控制检测到的光谱。在某些实施例中，检测到的光在可见范围内，例如在360至540nm之间。这个检测器的优点在于，光收集器可以与计算机进行远程(例如，无线)通信，从而允许在大多数位置执行输出特点(例如，输出功率)的测量。这个特征是有利的，因为光源可能不是便携式的或不容易移动到计算机的位置。图16中示出了描述本发明的系统可以如何被用于测量本发明的设备的输出特点(例如，输出功率)的方案。
灯设备
本发明的灯设备包括光源和可操作地连接到光源以控制光源发射光的时间长度的控制器。控制器与被编程以确定时间长度的计算机进行数据通信，该时间长度可以是连续的或处于多个周期。设备、系统和方法一般可以与任何光源(包括白炽灯、激光器、LED、卤素灯、荧光灯或等离子弧)一起使用。通常，光源将产生IR至UV范围内的光，例如在100至2500nm之间，例如在190至1100nm之间。发射的光可以是由光源产生的光谱的子集。例如，可以在光源中采用各种滤波器来控制检测到的光谱。灯设备中滤波器的使用也可以由控制器控制。在某些实施例中，检测到的光在可见光范围内，例如在360至540nm之间。灯设备还可以包括多个发光单元，例如，LED、激光器或灯泡。所述多个可以包括具有不同光谱的发光单元。所述多个可以是可单独控制的，以更改由灯设备发射的光谱或更改所发射的光谱的一部分中的相对功率。
在图15中示意性地示出了示例性设备。在这个实施例中，设备包括从其发射光的尖端。设备还包括光源(例如，LED)、控制器和电源。为了本发明的目的，术语“电源”既包括电力的发生器(例如，电池、燃料电池或光伏电池)，也包括到电力的电连接(例如，插头或用于接纳插头的插座)。如本领域中已知的，尖端可以具有各种尺寸和形状。在某些实施例中，尖端是圆形的并且在6mm-14mm之间。本发明的设备还可以采用已知的光固化单元(例如，Bluephase 20i、3M DeepCure-L、Coltolux LED、Flashlite Magna和Smartlite Focus)的近似物理形状。
控制器可操作地连接(例如，电连接或无线连接)到光源。“可操作地连接”是指以能够控制来自设备外部的光源的发射的方式连接。这种连接可以直接连接到光源或电源，例如以允许或中断电力流，或者可以连接到设备中允许或阻止光从设备出射的另一个元件(例如，百叶窗)。还可以设想这些类型的连接的组合。控制器还与计算机进行数据通信，该计算机被编程为确定光源从设备向外发射光的时间长度。数据通信可以经由物理连接，诸如USB电缆(例如，微型USB电缆)或类似的硬件连接。可替代地或附加地，数据通信可以经由无线连接，诸如光学、RF或其它无线连接，例如，Wi-Fi、近场通信或
Figure BDA0003086444240000201
控制器还可以例如通过改变施加到光源的电压或电流、或者通过部分地关闭百叶窗或旋转滤波器进出光路来确定发射的功率级别。可替代地，设备可以具有恒定的功率级别或由用户选择的功率级别，这在确定时间长度期间被考虑。控制器可以允许时间长度连续发生，或者控制器可以允许发射在两个或更多个光发射周期内发生。当在一段时间内连续发射导致目标过热的可能性时，这种周期可能是优选的，其中过热可能损伤组织或对固化过程产生负面影响。
本发明的特征还在于系统包括本发明的灯设备以及计算机(或其组件)和/或光检测器。在特定实施例中，系统包括本发明的设备和光检测器，两者都能够与计算机进行数据通信。
图17是用户(例如，牙医或牙科助手)将如何采用本发明的这个系统的示例性流程图。首先，计算机和检测器通过无线通信协议(例如，
Figure BDA0003086444240000202
或其它无线传输协议)经由移动设备配对在一起。一旦配对，用户就可以使用移动设备来控制测量的所有方面。用户可以在移动设备程序上单击“开始”，然后在适当的时间长度内将固化灯暴露于光收集器。在收集数据之后，验证数据的完整性，然后将未加工的数据(例如，来自光检测器的归一化的电压)无线地发送到例如用神经网络编程的计算机，以计算光源的输出功率。发送到计算机的数据包括用于获取数据的特定光源和光检测器，因此计算机使用正确的光谱剖面和响应度曲线进行其确定。当确定完成时，将所得的光源的输出功率传送到灯设备并显示在移动设备上。然后，用户可以检查信息并决定是否发起照明，例如，以进行树脂固化或光动力疗法。用户还可以在照明期间暂停或停止固化。
计算机
由光收集器和光检测器产生的数据可以被发送到计算机，用于处理并将经处理的数据提供给用户，例如通过显示输出特点。计算机可以是本领域中已知的任何计算机。此外，计算机可以在几个处理器或核心上实现，或者在网络上分布。在一个实施例中，手持设备(例如，移动电话)接收数据并将其传输到另一个处理器，该处理器确定输出特点或时间长度。然后，将输出特点或时间长度传输回移动设备，移动设备进而将其传输到本发明的灯设备中的控制器或传输到用户(例如，无线地，诸如光学、RF、Wi-Fi、近场通信或
Figure BDA0003086444240000211
)。如本领域中已知的，与移动设备的用户接口可以是app。计算机还可以通过物理连接(诸如USB电缆，例如微型USB电缆或类似的硬件连接)从光检测器接收数据。计算机通常在光收集器、检测器或灯设备的外部，即，未与之物理集成。
对计算机系统进行编程以处理数据并向用户提供光源的输出特点(例如，功率)或向灯设备提供时间长度。可以经由软件、硬件或其组合来进行编程。通常，外部计算机基于设备的输出特点(例如，输出功率)来确定时间长度。输出特点可以被手动输入到外部计算机中，或者由外部计算机或与外部计算机通信的检测器进行测量。可以对计算机进行编程以处理数据并提供输出特点或时间长度以用于光发射。可以经由软件、硬件或其组合来进行编程。数据可以由单个程序处理。附加地或可替代地，可以在处理数据时使用多个计算机程序，并且在处理或提供数据时可以采用多个计算机。
为了使计算机程序能够提供光源的输出特点(例如，功率)或时间长度，可以对其进行编程以识别关于系统的多个变量。可以用它将用于测量的多个光源的光谱和光检测器(例如，光电二极管)的光学特点(例如，响应度曲线)两者对计算机进行编程。计算机也可以被编程用于多个光源和光检测器，其中用户选择所采用的光源和光检测器。我们已经发现，由于在其制造中使用了完全相同的组件(例如，LED)，因此光源的光谱将基本上恒定，而与光源的输出强度无关。因此，强度输出严重降级的光源仍将具有与相同品牌的全新光源几乎完全相同的光谱。这个信息被编程到用于多个光源的计算机程序中，该多个光源将由该程序测量并具有由该程序处理的数据；因此，在进行测量之前，光源的选择是用户可选择的选项。非光谱光检测器的响应度曲线与在撞击检测器的有源区域的每个波长的光下产生的光电流的量相关；光检测器在其范围内的所有波长下为与光检测器的积分响应对应的电流产生单个值。可以用系统中使用的特定光检测器的光学特点(例如，响应度曲线)对计算机进行编程，并且这也可以是用户可选择的。
神经网络
计算机可以包括用于处理来自光检测器的信号的神经网络。对神经网络进行数学建模，以便以类似于人脑的方式获取、处理和解释传入的信息，例如，通过取得输入信息并将其传递到至少一个“神经元”，进一步传播信息，直到终止于输出端为止。通过将信息传递给多个“神经元”，神经网络能够改善其解释输入信号的方式，即，它从先前的输入信号学习，从而改善最终结果的准确性。“神经元”通常是按层组织的。不同的层可以对其输入执行不同种类的变换。信号从第一(输入)层传播到最后一个(输出)层，可能是在多次遍历这些层之后，其中每个层都对数据执行数学操纵。
为了使诸如神经网络之类的程序能够从输入数据学习并输出对问题的适当解决方案，首先用条件的集合来训练它，这些条件表示要迭代解决的问题的正确值或一系列值。训练数据在每个输入值处提供给定问题的“正确”值的概率值。对于在本发明中使用的神经网络，训练集数据可以是将由光检测器测量的多个光源的光谱以及光检测器的光学特点(例如，响应度曲线，例如作为波长的函数的每单位电流的功率(W/A))的组合。这个信息可以被用于提供在每种波长下光源的“理想”功率应当能够转换成光检测器上的光电流的概率条件，例如从0到1的值。
本发明的系统的神经网络可以被布置为三个组件：输入层、一个或多个隐藏层，以及输出层；这种设计被称为反向传播体系架构，并且这种体系架构的结构图在图9中示出。每个层被划分为称为节点的子单元。在输入内，每个节点与从光检测器(例如，光电二极管)的输出信号得出的单个基准点对应。然后，将每个输入节点中的单个基准点复制并放置到第一个隐藏层中的每个节点中。
神经网络包含至少一个隐藏层并且可以包含其它层。隐藏层的数量常常与神经网络的准确性和学习能力线性相关-随着隐藏层的数量的增加，所得输出变量(即，输出特点，例如光源的输出功率)的准确性也随之增加。每一层由多个个体节点组成，用于从前一层接收数据，无论它是输入层还是神经网络中的另一个隐藏层。隐藏层的节点包含在每种波长下光源的“理想”功率应当能够被转换成光检测器上的光电流的概率条件，例如，从0到1的值。隐藏层中的每个节点从前一层接收每个数据点，即，来自单个节点的数据点被复制并放置到神经网络的下一层中的每个节点中。
在本发明的神经网络的隐藏层中，将来自光检测器的信号(例如，来自光电二极管的电压)乘以来自所选择的光源的光谱的波长范围内的波长值，并对其进行归一化以产生0和1之间的一系列输入值。然后将这些值求和在一起，以产生用作神经网络的传递函数的输入的单个值，该传递函数是用于模拟生物神经元的学习能力的线性或非线性函数。对于本发明的神经网络，这个函数可以是非线性的，例如S型函数，因为它具有易于计算的导数。一阶导数被用于计算神经网络的误差，以通过更新统计权重来改善学习能力。可替代地，传递函数可以是矫正的。相加的输入的单个值被引导到传递函数(例如，S型或矫正的)，从而返回单个值。这为隐藏层中的每个节点产生单个值，并且复制这些基准点中的每一个并将其作为输入发送到下一个隐藏层中的每个节点，其中每个节点接收来自前一层节点的所有数据作为输入。对于神经网络的每个隐藏层，重复进行求和、传递通过传递函数(例如，S型或矫正的)以及传递到下一层节点的过程。可以在不同层中使用不同的传递函数。例如，用于一层的传递函数可以是S型的，而对于另一层可以是矫正的。
使用本发明的神经网络的最后一步是将来自最终的隐藏节点的数据传递到输出层中，该输出层包括对来自最终的隐藏层的节点的数据求和并将其传递通过传递函数(例如，S型或矫正的)的最后一轮，以产生单个输出。当未归一化时，这个输出返回光源的功率。
数据提供
一旦数据已经由计算机(例如，用神经网络编程的)处理，就将数据提供给用户。该数据可以由有线设备(诸如计算机监视器)提供，或者可以是无线设备(例如，诸如蜂窝电话或平板电脑之类的移动设备)。在WO 2019/036817中描述了示例性计算机。可以通过任何合适的手段提供数据，例如，在显示器上可视地或从扬声器可听地提供。此类方法可以提供数值或其它数据，例如，颜色，以指示数值的某个范围。提供数据的性质可以取决于输出特点。例如，可以以数字方式提供关于功率、能量、辐照度或固化时间的数据。固化时间也可以以数值或符号的倒计时形式提供(例如，在经过固化时间之后触发警报或其它指示器)。数据也可以直接提供给光源，例如，以控制光源的曝光时间。
输出特点可以是可以根据输入数据确定的任何测量。输出特点的示例包括输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、光源寿命和计算出的曝光时间(例如，固化树脂的时间)。提供给用户的输出特点也可以逐步确定。例如，根据已知方法，神经网络可以提供一个输出特点(例如，功率)，该输出特点由同一个或不同的计算机用来确定另一个特点(例如，辐照度或固化时间)。
除了时间长度之外，计算机还可以发送控制设备的电源设置的信息和/或关于将时间长度划分为几个开/关周期的信息。功率也可以在时间长度期间交替，例如，在低功率和高功率之间交替。控制电源和/或开/关周期可以被用于控制照明期间的过多热量产生。
计算机还可以与控制器通信以更改所发射的光的光谱，例如，通过接通或关断某些LED或更改某些LED(例如，蓝色或紫色)的相对光输出，以优化正在使用的材料的固化。
使用的方法
本发明的特征在于例如使用用神经网络编程的计算机来确定光源的输出特点(例如，输出功率)的方法。通常，来自光源的光被引导到光收集器中，使得光被光收集器的内表面漫射并被引导到光检测器。这种漫射的光撞击在光检测器的有源区域上，从而产生代表光源的输出特点(例如，输出功率)的信号。在一些实施例中，光检测器是非光谱光检测器(例如，光电二极管)。然后将这个信号发送到计算机以提供光源的输出特点(例如，输出功率)。一旦计算机处理了来自光检测器的信号，就基本上实时地向用户提供(例如，显示)所得的光源的输出特点(例如，输出功率)，例如在移动设备上或经由移动设备。在一些实施例中，计算机无线地(例如，RF、光学或其它通信标准)与光检测器通信。另外，计算机可以与提供(例如，显示)数据的设备无线通信。在某些实施例中，设备是手持设备(例如，蜂窝电话或平板电脑)。
本发明的特征还在于确定控制从灯设备的光发射的时间长度的方法，例如用于固化牙科树脂或光动力疗法。关于设备的输出特点(例如，输出功率)的信息例如手动地或经由光检测器被提供给外部计算机。当采用光检测器时，光可以被引导到光收集器中，使得光被光收集器的内表面漫射并被引导到光检测器。这种漫射的光撞击在光检测器的有源区域上，从而产生代表灯设备的输出特点(例如，输出功率)的信号。在一些实施例中，光检测器是非光谱的(例如，光电二极管)。然后将这个信号发送到计算机，以确定光发射的时间长度，时间长度被传输回灯设备。在一些实施例中，计算机无线地(例如，Wi-Fi、近场通信、RF、光学或其它通信标准)与光检测器和/或灯设备通信。计算机还可以确定灯设备的功率级别以及时间长度是否应当在两个或更多个开/关周期上分布。例如，计算机可以确定特定的功率级别或周期数量是优选的，以避免牙科树脂或周围组织的过热。时间长度可以通过开/关切换或使用滤波器或孔阻挡光从设备射出来控制。
时间长度通常将足以固化患者口中的特定牙科树脂或光动力地治疗患者。因此，计算机不仅可以基于灯设备的输出特点来确定时间长度，而且还可以基于所采用的树脂和/或所进行的修复类型或光动力治疗的类型来确定时间长度。
来自光源的输出特点(例如，输出功率)的确定的准确性将取决于在测量期间对光源的输出特点(例如，输出功率)进行单独测量的次数。这由光源的有源区域暴露于来自光源的光的时间长度以及测量的采样频率(例如，每单位时间收集多少个数据点)来确定。用于测量光源的输出特点(例如，输出功率)的典型采样时间是从大约1秒至大约1000秒，例如从大约1秒至大约100秒、从大约50秒至大约200秒、从大约150秒至大约300秒、从大约250秒至大约400秒、从大约350秒至大约500秒、从大约450秒至大约600秒、从大约550秒至大约700秒、从大约650秒大约800秒、从大约750秒至大约900秒或大约850秒至大约1000秒，例如大约1秒、大约2秒、大约3秒、大约4秒、大约5秒、大约6秒、大约7秒、大约8秒、大约9秒、大约10秒、大约50秒、大约100秒、大约150秒、大约200秒、大约250秒、大约300秒、大约350秒、大约400秒、大约450秒、大约500秒、大约550秒、大约600秒、大约650秒、大约700秒、大约750秒、大约800秒、大约850秒、大约900秒、大约950秒或大约1000秒。
对于本发明的方法，光检测器的采样频率在大约1赫兹(Hz)至大约1000Hz之间变化，例如，从大约1Hz至大约100Hz、从大约50Hz至大约200Hz、从大约150Hz至大约300Hz、从大约250Hz至大约400Hz、从大约350Hz至大约500Hz、从大约450Hz至大约600Hz、从大约550Hz至大约700Hz、从大约650Hz至大约800Hz、从大约750Hz至大约900Hz或大约850Hz至大约1000Hz，例如，大约1Hz、大约2Hz、大约3Hz、大约4Hz、大约5Hz、大约6Hz、大约7Hz、大约8Hz、大约9Hz、大约10Hz、大约50Hz、大约100Hz、大约150Hz、大约200Hz、大约250Hz、大约300Hz、大约350Hz、大约400Hz、大约450Hz、大约500Hz、大约550Hz、大约600Hz、大约650Hz、大约700Hz、大约750Hz、大约800Hz、大约850Hz、大约900Hz、大约950Hz或大约1000Hz。
示例
在这个示例中，本发明的系统包括光收集器、光电二极管以及用神经网络编程的计算机，其用于测量Bluephase 20i牙齿光固化单元(LCU)的功率。Bluephase 20i具有四种操作模式，每种操作模式具有主光源的不同输出功率；按照从最低功率到最高功率的次序，这四种模式为软、低、高和涡轮(turbo)。Bluephase 20i LCU的光谱在图10中示出。除了图8中所示的光电二极管响应度曲线之外，这种类型的信息也被用作训练数据，以便为神经网络提供概率边界。
在神经网络被全面训练时，它取得1024个输入值，这些输入值与光谱仪产生的波长值的分辨率匹配。将所得的值乘以光电二极管的输出强度，随后将其归一化为0-1之间的值。对于每个输入，产生单个值。当这些值被去归一化时，结果是光源的功率(以mW为单位)。
100读数/秒(即，100Hz)的采样频率和10秒的固化时间导致输入到神经网络中的[1000,1024]个数据点的输入矩阵，产生[1000,1]的输出矩阵。与使用常规光谱仪进行的相同类型的测量相比，这种输出的结果在图11A和11B中示出。使用神经网络，所得的输出功率测量在光谱仪的5％之内。
四个不同的固化灯(3M DeepCure-L、Coltolux LED、Flashlite Magna和Smartlite Focus)的光谱剖面也作为训练数据被输入到神经网络中(图12)。使用与用于测量Bluephase 20i固化灯的输出功率相同的方法，使用基于光电二极管的神经网络系统和常规光谱仪测量四个固化灯中的每一个的平均输出功率。结果在图13中示出，并且与以前一样，基于光电二极管的神经网络系统和光谱仪产生的平均功率再次在彼此的5％以内。
该系统可以被用于测量来自任何光源的功率。具有光收集器、光检测器、用神经网络编程的计算机以及移动设备的本发明的系统的示例性应用是用于测量在恢复牙科工作中使用的固化灯的输出功率。图14是用户(例如，牙医或牙科助手)将如何使用该系统测量固化灯的输出功率的流程图。首先，通过无线通信协议(例如，
Figure BDA0003086444240000281
或其它无线传输协议)将移动设备和检测器配对在一起。一旦配对，用户就可以使用移动设备来控制测量的所有方面。用户可以在移动设备程序上单击“开始”，然后在适当的时间长度内将固化灯暴露于光收集器。在收集数据之后，验证数据的完整性，然后将未加工的数据(例如，来自光检测器的归一化的电压)无线地发送到用神经网络编程的计算机，该计算机被配置为计算光源的输出功率。发送到神经网络的数据包括用于获取数据的特定光源和光检测器，因此神经网络使用正确的光谱剖面和响应度曲线进行其确定。当确定完成时，所得的光源的输出功率显示在移动设备上。
其它实施例在权利要求中。

Claims (77)

1.一种光收集设备，包括：
a)光收集器，包括间隔件，间隔件包括：
i.顶部孔，和
ii.底部孔；
b)光漫射层，
其中进入间隔件的光在底部孔上方漫射。
2.如权利要求1所述的光收集设备，还包括非光谱光检测器，非光谱光检测器被配置为根据进入间隔件的光产生信号。
3.如权利要求2所述的光收集设备，其中非光谱光检测器连接到间隔件的底部孔。
4.如权利要求2或3所述的光收集设备，其中非光谱光检测器是光伏检测器。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的光收集设备，还包括与顶部孔相邻的筛网。
6.如权利要求5所述的光收集设备，其中筛网包括透明或半透明材料。
7.如权利要求5或6所述的光收集设备，还包括在筛网上方或下方的滤波器。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的光收集设备，其中光漫射层允许基本上均匀的光漫射。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的光收集设备，其中间隔件包括聚四氟乙烯、硫酸钡、聚甲醛、聚氯乙烯、聚酰胺、共聚酯或聚乳酸(PLA)。
10.如权利要求9所述的光收集设备，其中间隔件包括共聚酯。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的光收集设备，还包括封住间隔件的外壳。
12.如权利要求11所述的光收集设备，其中外壳包括用于光的入口。
13.如权利要求12所述的光收集设备，其中外壳的入口包括搁置位置。
14.如权利要求1所述的光收集设备，还包括传感器或致动器，以指示光源的位置。
15.如权利要求14所述的光收集设备，其中当光源就位时，传感器或致动器发起数据收集。
16.如权利要求14所述的光收集设备，其中致动器是被光源按下的按钮。
17.一种用于确定光源的输出特点的系统，该系统包括：
a)如权利要求1所述的光收集设备；以及
b)计算机，被编程为根据由光收集设备产生的信号提供光源的输出特点。
18.如权利要求17所述的系统，其中用神经网络对计算机进行编程。
19.如权利要求18所述的系统，其中用包括所述光源的多个光源的光谱剖面来训练神经网络。
20.如权利要求18或19所述的系统，其中还用针对光检测器的光学特点的多个输入值来训练神经网络。
21.如权利要求20所述的系统，其中光学特点是光检测器的响应度曲线。
22.如权利要求18-21中的任一项所述的系统，其中神经网络的输入数据被归一化为0-1之间的值。
23.如权利要求17-22中的任一项所述的系统，还包括与计算机通信以提供光源的输出特点的移动设备。
24.如权利要求23所述的系统，其中移动设备是手持设备。
25.如权利要求17-22中的任一项所述的系统，其中光检测器是光电二极管、光电倍增管、CCD阵列、CMOS传感器、热电堆或光伏设备。
26.如权利要求17-25中的任一项所述的系统，其中计算机与光检测器无线地通信。
27.如权利要求17-26中的任一项所述的系统，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
28.一种用于确定光源的输出特点的系统，该系统包括：
a)如权利要求1所述的光收集设备；
b)光检测器，被配置为从光收集设备产生信号；以及
c)用神经网络编程的计算机，以根据与由光检测器产生的信号对应的输入数据提供光源的输出特点。
29.如权利要求28所述的系统，其中用包括所述光源的多个光源的光谱剖面来训练神经网络。
30.如权利要求28或29所述的系统，其中还用针对光检测器的光学特点的多个输入值来训练神经网络。
31.如权利要求30所述的系统，其中光学特点是光检测器的响应度曲线。
32.如权利要求28-31中的任一项所述的系统，其中神经网络的输入数据被归一化为0-1之间的值。
33.如权利要求28-32中的任一项所述的系统，还包括与计算机通信以提供光源的输出特点的移动设备。
34.如权利要求33所述的系统，其中移动设备是手持设备。
35.如权利要求28-34中的任一项所述的系统，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
36.一种确定光源的输出特点的方法，包括：
a)用如权利要求1所述的光收集设备和光检测器收集来自光源的光以产生信号；
b)将所述信号发送到用神经网络编程的计算机，以确定光源的输出特点；以及
c)向用户提供输出特点。
37.如权利要求36所述的方法，其中计算机与光检测器无线地通信。
38.如权利要求36或37所述的方法，其中计算机与移动设备无线地通信。
39.如权利要求38所述的方法，其中移动设备是手持设备。
40.如权利要求36-39中的任一项所述的方法，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
41.一种确定光源的输出特点的方法，包括：
a)用如权利要求1所述的光收集设备和非光谱光检测器收集来自光源的光以产生信号；
b)将所述信号发送到被编程为确定光源的输出特点的计算机；以及
c)向用户提供输出特点。
42.如权利要求41所述的方法，其中从非光谱光检测器产生的信号是电压。
43.如权利要求41或42所述的方法，其中计算机与非光谱光检测器无线地通信。
44.如权利要求41至43中的任一项所述的方法，其中计算机与移动设备无线地通信。
45.根据权利要求44所述的方法，其中移动设备是手持设备。
46.如权利要求41-45中的任一项所述的方法，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
47.一种确定光源的输出特点的方法，包括：
a)接收根据用如权利要求1所述的光收集设备和非光谱光检测器从光源收集的光的信号；以及
b)在被编程为确定光源的输出特点的计算机中使用所述信号。
48.如权利要求47所述的方法，还包括向用户提供输出特点。
49.如权利要求47或48中的任一项所述的方法，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
50.一种确定光源的输出特点的方法，包括：
a)接收根据用如权利要求1所述的光收集设备和光检测器从光源收集的光的信号；以及
b)在用神经网络编程为确定光源的输出特点的计算机中使用所述信号。
51.如权利要求50所述的方法，还包括向用户提供输出特点。
52.如权利要求50或51中的任一项所述的方法，其中输出特点是输出功率、输出能量、输出通量、计算出的光谱、辐照度、计算出的光源寿命或计算出的曝光时间。
53.一种设备，包括：
a)光源，以及
b)控制器，该控制器可操作地耦合到光源，以控制光源从所述设备向外发射光的时间长度，其中控制器与外部计算机数据通信以确定所述时间长度。
54.如权利要求53所述的设备，还包括电池，以向光源提供电力。
55.如权利要求53所述的设备，还包括电源线，以向光源提供电力。
56.如权利要求53所述的设备，其中数据通信是无线的。
57.如权利要求53所述的设备，其中计算机根据对光源的输出特点的测量来确定时间长度。
58.如权利要求57所述的设备，其中输出特点是输出功率。
59.如权利要求53所述的设备，其中时间长度足以固化在牙齿腔体中的牙科树脂。
60.如权利要求53所述的设备，其中光源包括LED。
61.如权利要求53所述的设备，其中所发射的光在100至2500nm之间。
62.如权利要求53所述的设备，其中所发射的光适于聚合牙科树脂。
63.如权利要求53所述的设备，还包括从其发射光的尖端。
64.如权利要求63所述的设备，其中尖端的尺寸被设置为适合成人的嘴巴。
65.如权利要求53所述的设备，其中控制器与所述外部计算机数据通信以确定光源的输出功率。
66.一种系统，包括：
a)如权利要求53-65中的任一项所述的设备；以及
b)所述外部计算机。
67.如权利要求66所述的系统，还包括：c)与所述外部计算机数据通信的光检测器。
68.如权利要求66所述的系统，其中所述光检测器是非光谱的。
69.如权利要求68所述的系统，还包括光收集器。
70.如权利要求67所述的系统，还包括：d)与所述光检测器和外部计算机通信以向所述外部计算机提供光源的输出特点的移动设备。
71.如权利要求67所述的系统，其中所述外部计算机还被编程为确定在所述时间长度上所述设备的输出功率。
72.一种聚合牙科树脂的方法，包括以下步骤：
a)提供如权利要求53-65中的任一项所述的设备；
b)将所述设备的输出特点提供给外部计算机，其中控制器与外部计算机数据通信，以基于输出特点确定光发射的时间长度；
c)将所述设备放置成与树脂相邻，其中所述设备发射光达所述时间长度，从而使树脂聚合。
73.如权利要求72所述的方法，其中所述外部计算机确定在所述时间长度上所述设备的输出功率。
74.如权利要求72所述的方法，其中所述时间长度被划分为两个或更多个开/关周期。
75.一种光动力治疗患者的方法，包括以下步骤：
a)提供如权利要求53-65中的任一项所述的设备；
b)将所述设备的输出特点提供给外部计算机，其中控制器与外部计算机数据通信，以基于输出特点确定光发射的时间长度；
c)将所述设备放置成与患者相邻，其中所述设备发射光达所述时间长度，从而对患者进行光动力治疗。
76.如权利要求75所述的方法，其中所述外部计算机确定在所述时间长度上所述设备的输出功率。
77.如权利要求75所述的方法，其中所述时间长度被划分为两个或更多个开/关周期。
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