JP2004506311A

JP2004506311A - 光源および方法

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Publication number: JP2004506311A
Application number: JP2000615832A
Authority: JP
Inventors: ボートーソフ，デイミトリ; コゼアン，コレツト
Original assignee: プレミア・ラザー・システムズ・インコーポレイテツド
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US6439888B1; WO2000067048A2; US20020182563A1; EP1180983A4; WO2000067048A3; EP1180983A2; AU4698100A; CA2370456A1

Abstract

光デバイス１００は、レーザダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）などのダイオードエレメント２１０アレイの形態を取ることが好ましいダイオード光源２００を含んでいる。ダイオードエレメント２１０から放出された光１５０は、反射器２４０に向かって導かれ、該反射器２４０は放出された光１５０を、ダイオードエレメント２１０の温度を制御するためのヒートシンク部材２７０中を通過させる。ヒートシンク部材２７０は、熱を放散させるための複数のフィン２７４を含んでいることが好ましく、放出された光１５０はこれらのフィン２７４を通過し、光デバイス１００から放出される。光ライトガイド１４０を光デバイス１００に統合することで、放出される光１５０の照射についてのより良い制御をユーザに提供することができる。ダイオードエレメント２１０は、光スペクトルの青色領域または紫外領域のいずれかで放出することが好ましい。本発明の一実施形態では、ダイオードエレメント２１０’の出力の断面形状を変化させ、それにより歯６１０と合成物６３０との間に微小間隙を形成することなく、歯６１０の窩洞６２０に充填された合成物６３０を硬化させることができる。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、コンパクトな光放射源に関する。
【０００２】
関連技術の説明
約３０年前に発明されて以来、レーザには広範な適用例が見出されてきた。その多様性にもかかわらず、そのサイズのため、レーザ自体には融通性がないことがしばしばである。レーザ光または他の強力な光放射を生成するための現用の光源は、硬化用であれ、切断用であれ、手動操作用として十分にコンパクトでない場合が多い。さらに、通常、それらの光源には電気接続が必要であり、一般的にバッテリでは動作しない。コンパクトで比較的高い強度の光源を必要とする分野は、歯科医療および外科の分野である。特に、歯科医は、口腔内の樹脂や合成物の硬化用として、また、歯の漂白用として光を使用している。最適な結果を得るためには、これらの適用例には、通常、光スペクトルの青色領域における強力な放射が必要であるが、強力な青色光源は、口腔内での操作が容易なコンパクトな手動ユニットでは一般的に利用することができない。また、歯の窩洞（ｃａｖｉｔｙ）中の合成物を硬化させる場合、通常、硬化プロセスにより、歯と窩洞内の硬化合成材との間に微小間隙が形成される。
【０００３】
レーザダイオードおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する半導体技術の近年の進歩により、光源の小型化が可能になっているが、これらの半導体デバイスが発生する出力は一般的に弱く、また、コンパクトかつ高出力デバイスの場合、通常、熱管理が問題になっている。
【０００４】
したがって、歯科医療分野やその他の作業領域の狭い分野で使用することができる、コンパクトで強力な光放射源の必要性が依然として存在している。
【０００５】
発明の概要
本発明の一態様によれば、光デバイスは、光を放出するためのダイオード光源、該ダイオード光源に熱接触しているヒートシンク部材、放出された光を受け取る反射器（反射器は、放出された光を上記ヒートシンク部材に向け、該ヒートシンク部材中を通過させて、反射器から離れる方向に導く）、および、ダイオード光源、ヒートシンク部材および反射器を確保するハウジングを含んでいる。ヒートシンク部材は、ダイオード光源に熱接触した、テーパが付けられたベースを含んでいることが好ましく、また、該ベースから熱を導き逃がすために、該ベースに熱接触し、かつ、該ベースから延長した複数のフィンを含んでいることが好ましい。本発明の好ましい実施形態では、ライトガイドなどの光エレメントを用いて、放射された光を導き、光デバイスから放出している。本発明の好ましい一実施形態では、ダイオード光源が青色光を放出し、他の好ましい一実施形態では、ダイオード光源が紫外光を放射している。
【０００６】
本発明の他の態様は、強力な光放射を提供する方法を含んでおり、該方法には、光を放出するためのダイオード光源を提供すること、該ダイオード光源の温度を安定化させるためにヒートシンク部材を使用すること、放出された光を反射器へ導くこと、および、反射器から放出された光をヒートシンク部材に向け、該ヒートシンク部材中を通過させて、光源から放出することが含まれている。好ましい実施形態では、放出された光は、光ライトガイド上に導かれる。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、光デバイスは、ペンライト型のハウジング、青色光を放出するためのダイオード光源（光源は、ペンライト型ハウジング内に取り付けられている）、および、ペンライト型ハウジングに接続された、青色光を受け取る光ライトガイドを含んでおり、該光ライトガイドは、口腔内での使用に適した彎曲光経路を提供するように構成されている。
【０００８】
本発明の他の態様は、歯を漂白する方法を含んでおり、該方法には、歯に歯科用漂白剤を塗布すること、活性化光を照射しない状態で、十分な時間、歯を漂白剤にさらすこと、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲の活性化光を作り出すためにダイオードアレイを利用すること、および、活性化光を２０秒〜４０秒の間、１００ｍＷ〜６００ｍＷの出力レベルで漂白剤に照射することが含まれている。好ましい一実施形態では、活性化光の何度目の照射中であっても、活性化光の照射は、歯が１４ジュールのレーザエネルギーを受ける前に停止される。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、歯を処置する方法を含んでおり、該方法には、歯科用合成剤または樹脂剤を歯に充填すること、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲の活性化光を作り出すためにダイオードアレイを利用すること、および、活性化光を２秒〜５秒の間、１００ｍＷ〜２００ｍＷの出力レベルで歯科剤に照射することが含まれている。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、複数の歯科処置ステーションで歯を処置する方法を含んでおり、該方法には、単一の電源から複数の電力線を介して各歯科ステーションに電力を供給すること、ダイオード光源に電圧を印加して、光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの光を作り出すために、電力線の各々からの電力を利用すること、第１の処置ステーションで患者の歯に感光剤を充填し、該感光剤を光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの光にさらすこと、および、第２の処置ステーションで患者の歯に感光剤を充填し、該感光剤を光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの光範囲の光にさらすことが含まれている。好ましい一実施形態では、上記方法にはさらに、第３の処置ステーションで患者の歯に感光剤を充填し、該感光剤を光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの光にさらすことが含まれている。好ましい実施形態では、上記感光剤は、歯科用漂白剤、歯科用合成剤および歯科用樹脂からなるグループから選択されている。
【００１１】
本発明の一態様によれば、医療機器は、光源アレイおよび該アレイを取り付けるためのハウジングを含んでいる。上記光源は、電源への接続および個々のアドレスが可能で、少なくとも２種類の出力強度パターンを作り出すことができる。また、上記ハウジングを手動で方向付けすることにより、上記光源の光出力を組織上に導くことができる。好ましい一実施形態では、上記アレイは、環状の光放射を生成している。好ましい他の実施形態では、ダイオード光源から放出された光が、歯で吸収されるようになっている。
【００１２】
本発明の他の態様は、少なくとも一部に歯科用合成物が充填された窩洞を有し、該合成物がこの窩洞を形成している歯の組織に接触している歯に対して使用する方法を含んでおり、該方法には、エネルギーがその断面の外周部に集中する断面強度分布を有する第１の光ビームを提供すること、窩洞の内部の合成物を硬化させることなく、窩洞側部の歯の組織に接触する合成物を硬化させるために、上記第１の光ビームを使用すること、エネルギーがその断面の周囲に集中しない断面強度分布を有する第２の光ビームを提供すること、該第２の光ビームを用いて、窩洞の内部の合成物を硬化させることが含まれている。好ましい実施形態では、光ビームは、光ライトガイドを介して連続的に伝送されている。
【００１３】
本発明の他の態様は、第１の強度パターンの断面を有する光ビームを生成するために光源を利用すること、上記第１の強度パターンとは異なる第２の強度パターンの断面を有する光ビームを生成するために上記光源を利用すること、断面のそれぞれのパターンを実質的に変化させることなく、共通の光経路に沿って上記光ビームを目標領域に伝送すること、ユーザの手で光源を掴むこと、光源の位置を定めるために、ユーザの手を移動させること、および、光ビームを目標領域に照射することを含む方法を含んでいる。本発明の好ましい実施形態では、上記目標領域は組織、例えば歯の組織などを含んでいる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、少なくとも一部に歯科用合成物が充填された（これにより該合成物が窩洞を形成している歯の組織に接触している）窩洞のある歯に対して使用する歯科医療機器は、エネルギーがその断面の外周部に集中する断面強度分布を有する第１の光ビームを生成するための手段、エネルギーがその断面の外周部に集中しないダイン面強度分布を有する第２の光ビームを生成するための手段、および、上記第１および第２の光ビームを歯に導き、第１の光ビームが、窩洞の内部の合成物を硬化させることなく窩洞側部の歯の組織と接触する合成物を硬化させ、第２の光ビームが、窩洞の内部の合成物を硬化させる手段を含んでいる。
【００１５】
本発明の他の態様は、周辺部の内部にある充填剤を硬化させる前に、該周辺部で歯の組織に接触している充填剤を硬化させるために光エネルギーを使用することを含む、歯に充填される光硬化剤を硬化させる方法を含んでいる。
【００１６】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１Ａに示すように、本発明の好ましい実施形態は、ハンドヘルド光デバイス１００を含んでいる。ハンドヘルド光デバイス１００は、長さ約２０ｃｍ未満であることが好ましく、それにより、レーザ放射などの強力な光放射を、他のデバイスでは照射することが困難な位置に好便に照射するために使用することができるコンパクト構造を提供している。ユーザは光デバイス１００を手で掴み、その手を動かすことにより、光を正しい方向に向けることができる。光デバイス１００は、例えば医療（例えば外科）処置用として使用することができ、あるいは、合成物間に挟まれた接着剤など、狭い場所に充填された感光剤の硬化用として使用することができる。また、デバイス１００は、血液凝固処置用として使用し、血液に約１０ジュール／ｃｍ^２を超えるエネルギー密度の光放射を有利に照射することができる。光デバイス１００は、光デバイス１００の照準を合わせるための基部ハンドル部分１２０および末端レセプタクル部分を有する、細長いペンライト型ハウジング１１０を含んでいる。末端部分のレセプタクル１２５は、アダプタ１３０および光ライトガイド１４０などの光エレメントによって形成されるプローブを収容し、係合する開口部を備えているが、上記光エレメントは、光放射の方向を変え、あるいは光放射のプロファイルを変更するためのレンズおよびフィルタなどの他の光部品を備えることもできる。レセプタクル１２５の底部は、光学的に透明な保護窓１２７を含んでいる。アダプタ１３０の長さは、レセプタクル１２５の深さとほぼ等しくなっており、実質的にアダプタ全体がレセプタクル１２５内に配置されている。アダプタ１３０内にその一端が取り付けられた光ライトガイド１４０は、上記窓１２７からハウジング１１０の末端の位置まで延長している。ライトガイド１４０は、光デバイス１００からの出力光が、ハンドル部分１２０の長手方向軸を横切るように導かれるよう、彎曲していることが好ましい。例えば、光ライトガイド１４０は、口腔内での使用に適した彎曲光経路を提供するように構成することができ、また、画像転送品質を提供することができる数百本の光ファイバ素線を含んでいることができる。アダプタ１３０は、ハウジング１１０のレセプタクル１２５に着脱することができ、ハウジング１１０は様々な構成、機能を有する様々な導波路や光学部品と共に使用することができる。デバイス１００は、以下でより詳述するように、場合によっては、デバイスから放出される光放射１５０のパターンを制御するために、光マスク１４２または１４４を備えることができる。
【００１７】
図２〜４を参照すると、ハンドヘルド光デバイスは、光源２００を含んでいる。好ましい実施形態１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードからなるダイオードエレメントのアレイ２１０を含んでいるが、これに代えて光源２００は、単一（非アレイ）結晶から構成することもできる。ダイオードアレイ２１０は、３００ｎｍ〜６５０ｎｍの光スペクトル領域に適合する、ＧａＮなどの半導体材料からなっており、全体で２ｍＷ〜１０００ｍＷの出力を生成することができる。好ましい一実施形態では、ダイオードエレメント２１０は、紫外（ＵＶ）領域において３６５±３０ｎｍのスペクトルを放出する。この波長仕様は、例えば光部品を纏めて保持するために使用される接着剤の硬化用として適している。好ましい他の実施形態では、ダイオードエレメント２１０は、４６８±１０ｎｍの青色光を放出している。この波長仕様は、この波長を吸収するショウノウｐ−ベンゾキノンを化学的に活性化させるために適している。このコンパウンドは、Ｓｉｌｕｘ（３Ｍ）、Ｂｉｆｓｉｌ（Ｂｉｓｃｏ）およびＡｅｌｉｔｅｆｉｌ（Ｂｉｓｃｏ）など、歯科用合成剤中の触媒である。また、青色光は、歯科用樹脂中の触媒の吸収スペクトルとオーバラップし、歯の色中心によって青色光が効果的に吸収されるため、様々な歯の漂白処置に有効である。色中心によるこの吸収により、歯の内部が局部的に加熱され、それにより、過酸化水素などの漂白コンパウンドがより効果的に活性化される。
【００１８】
ＧａＮダイオードエレメント２１０は、日亜化学工業（日本、東京）から商業的に入手することができる。通常、個々のダイオードエレメント２１０の直径（ま正方形の場合、長さ）は、５０ミクロン〜５００ミクロンであり、相互に近接して配置することができ、あるいは、１５０ミクロン程度まで相互に分離して配置することができる。ダイオードエレメント２１０は、アレイ配列することが好ましく、例えば、３６個のエレメントを６×６のアレイに配列することができ、あるいはエレメントが９個しかない場合は、３×３のアレイに配列することができる。ダイオード光源２００を形成しているアレイは、１平方インチ以下であることが好ましい。図２に示すように、電力を供給するための１本または複数本の電気接続線２３０が、ダイオードエレメント２１０をバッテリ（ハウジング１１０内に収容することができ、オン／オフスイッチ１６０に接続されている）、または、交流電源などの電源２２０に接続している。バッテリを使用する場合は、約１〜３アンペア時容量の再充電可能なリチウムバッテリまたはニッケルカドミウムバッテリであることが好ましい。簡明のために、図２には一対の線のみが示されるが、複数の電気接続線２３０がバッテリまたは交流電源から、図４の３×３のアレイに示すようなアレイへの電気経路を提供している。ダイオードエレメント２１０は、共通の電気戻り線（すなわち、図４に示す接続線２３０のうちの１本）を有することができる。ダイオードエレメント２１０に複数本（１本ではなく）の電源線を設けることにより、ダイオードエレメントへの安定した電流供給を容易化することができる。このことは、ダイオードエレメントの出力を、特定の安定した強度パターンとする必要がある場合に重要である。電気接続線２３０は、ダイオード光源２００が放出する光放射１５０を受容する反射器２４０を貫通している。図４に示す実施形態では、アレイはＬＥＤで形成されており、したがってＬＥＤの底部表面、頂部表面および側部表面から放出１５０が生じる。
【００１９】
ＬＥＤアレイ２００の下には、サファイヤであることが好ましい（半導体材料であっても良い）基板２５０が配置される。個々のＬＥＤエレメント２１０を共通の基板２４０上に配置することができ、あるいは、各エレメントが専用の基板有することもできる。基板２５０の下には反射エレメント２６０が配置され、ＬＥＤ２１０の底部表面から放出される光１５０を、反射器２４０に向けて反射している。反射器２４０は、光を光ライトガイド１４０中に集束させる形状とされている。一例として、反射器は、例えば楕円体の形状とすることができる。反射エレメント２６０は、個別の光部品、基板２５０上の被覆体、あるいは、ベース２７２上の被覆体とすることができる。
【００２０】
ヒートシンク部材２７０は、反射エレメント２６０によって形成される楕円体空洞の入口部に設けられている。ヒートシンク部材２７０は、ダイオード光源２００に熱接触しており、ダイオード光源２００の熱を導き逃がすことにより、ダイオード光源２００の温度を制御し、安定化させ、ダイオード光源による安定した、より効率の良いパワー出力を容易にしている。ヒートシンク部材２７０は、テーパが付けられたソリッドベース２７２、および、ベースから熱を導くことによって熱を放散させる複数のフィン２７４を備えることが好ましい。図３に示すように、フィン２７４は、ベース２７２から半径方向に外側に向かって延長しており、半径方向に反射器２６０を越えて延長していることが好ましい。フィン１４０の各々は、反射光がフィンにブロックされないように、ハンドルの長手方向の軸に実質的に平行な面内に設けられている。フィン２７４の厚さは、０．２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、１枚〜５０枚のフィンを使用することができる。ヒートシンク部材２７０は、銅、銀、黄銅、アルミニウムまたはステンレス鋼など、高熱伝導率材料であることが好ましい。ヒートシンク部材２７０は、プラスチックなどの絶縁箔２７６の薄層によって電気接続線２３０から絶縁されている。絶縁箔２７６は、図３に示すように、フィン２７４と接続線２３０を分離する、薄くて細長い条片の形態を取ることができる。あるいは絶縁箔２７６は、図４に示すように、フィン２７４上に置かれ、フィン２７４間を延在する連続の１枚のシートとし、該シート上に接続線２３０を配置しても良いが、その場合、放出された光を通すために、絶縁箔は透明でなければならない。別法として、電気接続線２３０の各々が、絶縁性を付与するために接続線を覆うプラスチック被覆を備えることもできる。
【００２１】
ダイオード光源２００から放出された光１５０は、反射器２４０によってヒートシンク部材２７０に方向付けられ、該ヒートシンク部材２７０、具体的には、ヒートシンク部材のフィン２７４間の開口部を通過する。フィン２７４は、放出される光１５０の波長に対する反射性を有し、それにより、フィン２７４に入射する全ての光線が著しく減衰されることなく有効に反射されることが好ましい。フィン２７４の表面を、例えば銀またはアルミニウムでコーティングし、フィン２７４の反射率を大きくすることができる。図３に示す分解図は、ヒートシンク部材２７０、反射エレメント２６０、基板２５０およびダイオードエレメント２１０間の幾何学的関係を、より明確に示したものである。
【００２２】
ダイオード光源２００、ヒートシンク部材２７０を始めとするハウジング１１０内の様々な部品、および反射器２４０は、当技術分野で知られているように、クランプ、ファスナまたは他の機械装置（図示せず）を用いて所定の位置に保持することができる。図２に最も明確に示されているように、ダイオード光源２００、ヒートシンク部材２７０および反射器２４０は、ハンドルの前方部分に形成されるレセプタクル１２５に隣接する空洞内に取り付けられる。
【００２３】
熱管理の目的で、場合によってはハウジング１１０内にファン３００を備えることができ、電源２２０から好便に電力を供給することができる。ファン３００は、反射器２４０の後方のハンドル１２０内の空洞中に取り付けられ、ファン３００は、電力が供給されると１つまたは複数の空気取入口３１０を通してエア３０４を吸い込み、このエアをヒートシンク部材２７０のフィン２７４を横切り、反射器２４０を通過する方向に導く。エア３０４は、空気排気口３１４を通してデバイス１００から排気される。
【００２４】
光ファイバ束などの光ライトガイド１４０は、反射器２４０から出力される放出光１５０を受け取り、該放出光をライトガイド１４０の出力端に導く。この光ライトガイド１４０により、ユーザは、その他の手段では照射することが困難な部分に放出光を導くことができる。ユーザは、手で光デバイス１００を掴み、その手を動かすことにより、光を目標領域に正しく向けることができる。例えば歯の漂白処置において、光ライトガイド１４０を用いて、患者の歯に放出光１５０を導くことができる。
【００２５】
ダイオードエレメント２１０、反射器２４０およびヒートシンク部材２７０の全てをハウジング１１０’内に備え、例えば机の上に置くことができる他の実施形態が図１Ｂに記載されている。この場合、光ライトガイド１４０’の長さは１ｍ以上である。好適には、光ライトガイド１４０’の末端部１４０ａ’を彎曲（光ライトガイド１４０の同部位と同様に）させることにより、ユーザは、角の周辺部やアクセスが困難な場所に光を導くことができる。この実施形態の場合、ユーザは、デバイス全体ではなく、ライトガイド１４０’の末端部１４０ａ’を操作することになる。
【００２６】
光デバイス１００は、複数の歯科処置ステーション（図示せず）を有するオフィス設定において好便に使用することができ、１つまたは複数の光デバイスに電力を供給するために使用される電源（図示せず）は１台とすることができる。電力は、電源から複数の電力線（図示せず）を介して歯科ステーションの各々に供給される。１本または複数本の電力線の長さは、８フィート以上の長さにすることができる。各電力線の電力は、光デバイス１００内のダイオード光源２００（例えばダイオードアレイ２１０）に電圧を印加するために各歯科ステーションで利用され、４００ｎｍ〜６００ｎｍの光範囲の光、例えば青色光が生成される。感光剤（歯科用漂白剤、歯科用合成剤または歯科用樹脂など）は、第１の処置ステーションで患者の歯に塗布し、次にダイオード光源１００からの光にさらすことができる。この処置は、第２または第３の（あるいは、もっと多くの）歯科ステーションで、他の患者の歯に繰り返し施すことができる。この方法により、歯科ステーションの各々に対する専用電源の費用が節約され、また、この方法は、本明細書において開示されるあらゆる歯科処置に関連して使用することができる。
【００２７】
光デバイス１００は、他の歯科処置、例えば本明細書に記載される、歯とその歯の窩洞に充填された硬化合成剤との間の微小間隙の形成を回避する合成物硬化方法にも同様に使用することもできる。この目的を達成するためには、以下に述べるように、円形形状および環状形状の断面を有する光ビームを生成することが望ましい。より一般的には、第１のビームは、その断面の外周部にエネルギーが集中する強度分布を有し、一方、第２のビームは、その断面の周囲にエネルギーが集中しない強度分布を有している。例えば第２のビームの強度は、断面の中心部の近くに集中するか、あるいは断面全体に一様に分散される。
【００２８】
図５Ａに示すように、この実施形態のダイオード光源２００’（図３および図４の光源２００と置換することができる）は、好ましくは、同心ダイオードエレメント５１０および５２０を有することができ、ダイオードエレメント５１０および５２０のいずれか一方または両方を、任意に点灯させることができる。したがって、例えばダイオードエレメント５１０のみを起動させた場合、光源２００’は、断面形状が円形の光ビームを生成する。一方、ダイオードエレメント５２０のみを起動させた場合は、光源２００’によって生成される光ビームの断面形状は環状である。ダイオードエレメント５１０および５２０の両方を共にターンオンさせると、光出力の断面形状は円形である。したがって、光源２００’の断面は、第１のパターンと第２のパターンの間で変更することが可能である。
【００２９】
別法としては、図５Ｂに示すようなダイオード光源２００”を用いて、断面形状が円形および環状の光ビームを生成することができる。ダイオード光源２００”は（その等価物２００と同様）、ダイオードエレメント２１０’アレイを含んでおり、例えばアレイの中心部近くのダイオードエレメント２１０’（図５Ｂの斜線が施されたエレメント）を動作させることにより、ほぼ円形の断面を有する光出力を生成することができる。同様に、アレイの外周辺部近くのダイオードエレメント２１０’（図５Ｂの斜線が施されていないダイオードエレメント）を動作させることにより、ほぼ環状の断面を有する光出力が生成される。より多くのダイオードエレメント２１０’を使用することにより、必要な強度プロファイルをより正確に近似することができる。図４、図５Ａおよび図５Ｂのいずれの実施形態においても、ダイオードエレメントは、相互に固定された位置（ハウジング１１０内の）に配置されており、また、ダイオードエレメントの各々が、電気接続線２３０（図５Ａおよび図５Ｂには図示せず）を介して電源に接続されているため、それぞれ個別にアクセスすることができる。光源２００、２００’または２００”の出力は、光デバイス１００のハウジング１１０を適切な方向に向けることにより、組織（例えば、歯などの硬質組織）上に導くことができる。
【００３０】
これらの光源２００、２００’または２００”はいずれも、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、歯科用合成物の硬化用として、光デバイス１００に好便に使用することができる。図６Ａでは、好ましくは環状形状の断面を有する光ビーム６０５が、歯６１０に向けて照射されている。（ビーム６０５および歯６１０はいずれも断面で示されている。）光ビーム６０５は、既に述べたように青色光を含んでいることが好ましい。歯６１０は、少なくとも一部に硬化させるべき合成剤６３０が充填された窩洞６２０を有している。環状形状の光ビーム６０５が歯６１０に照射されると、ビーム６０５は、図６Ｂに示すように、歯の内部に散乱する。散乱した光放射が、合成剤６３０の歯６１０に接触している部分に到達すると、合成剤６３０が硬化する。硬化した合成剤の層６３５が、窩洞と歯の界面に形成され、一方、窩洞６２０内の、歯６１０から離れた部分（例えば、窩洞の中心部）に充填された合成剤は、硬化しない状態で残される。
【００３１】
硬化剤層６３５が形成された後、図６Ｃに示すように、第２の光ビーム６４０（その断面形状は円形であることが好ましい）を窩洞６２０内の合成物に向けて照射することにより、硬化しないまま残された合成剤６３０（すなわち、窩洞６２０の内部部分の合成物）を硬化させることができる。第２の光ビーム６４０は、第１の光ビーム６４０と比較して、より一様に合成剤６３０を照射する断面を有している。例えば第２の光ビームは、好ましくは、歯６１０の全体、あるいは図６Ｃに示すように、窩洞６２０のみを照射することができる。残された未硬化合成剤６３０（すなわち、窩洞６２０の内部の合成剤）はこのように硬化され、図６Ｄに示すように、窩洞に硬化合成剤６３５が充填される。開示した硬化方法で使用される第１および第２の光ビームのパターンは、ライトガイド１４０の上流で生成されるため、ビームがライトガイド中を伝播する際に、ビームのそれぞれの断面パターンが変化しないように、また、ビームが目標領域に向かって共通の光経路に沿って伝播するように、ライトガイドの全長さに渡って一定の相対配向を有する光ファイバライトガイド束を利用することが好ましい。
【００３２】
図６Ａ〜６Ｄに関連して述べた方法の利点の１つは、歯６１０と硬化合成剤６３５の間の微小間隙の形成が抑制され、それにより二次カリエス形成の可能性が低減されることにある。本明細書において開示する技法は、光ビームの断面パターンを適切に適合させることにより、光硬化合成剤の収縮方向を制御するために使用することができる一般的な技法の１つである。
【００３３】
特定の形状を有する光ビームを直接生成する光源２００の代替として、面積の広い円形ビームを使用することができる。例えば、ダイオードエレメント２１０または２１０’の全てをターンオンし、図１Ａの光マスク１４２および１４４を用いて、断面形状がそれぞれ円形および環状の光ビームを生成することができる。マスク１４２（または１４４）は、ハウジング１１０内の溝１４６から挿入し、ハウジング内の別の溝（図示せず）の中に滑り込ませ、そして、好ましくはハウジングの外部に設けられたクリップ（図示せず）で固定することができる。さらに他の実施形態では、断面形状が環状の光ビームを、ダイオード光源２００とライトガイド１４０の間に一組の適当な光部品（図示されていないが、レンズなど）を用いることにより、断面形状が円形のビームから生成することができる（その逆についても同様である）。上記光部品は、その少なくとも１つまたは複数が可動部品であり、ユーザは特定のパターンを選択することができる。このような実施形態では、図１Ａに示す実施形態より、その長さが必然的に長くなる。
【００３４】
本明細書において開示する光源は、例えば黒ずんだ歯を漂白する方法を始めとする、他の様々な方法に使用することができる。このような方法には、歯および歯茎を調整すること、漂白溶液を歯に塗布すること、歯を光に露出すること、露出された歯を洗浄すること、および、歯によるその漂白された色の維持を促進するために、洗浄された歯を１回または複数回、フッ化ナトリウム処理することが含まれていることが好ましい。
【００３５】
まず、歯および歯茎が調整される。漂白する歯が、保護すべき領域上で着色することができるゴム製ダムを用いて、歯茎および残りの歯から分離される。結紮糸フロスまたは専用製品（ブロックアウトコンパウンド）を用いて、歯茎を保護する隙間のないカフを形成することができる。次に、約５秒〜１０秒間、３５％過酸化水素（または過酸化尿素）／残部パーミス混合物で各々の歯が研磨される。この時、上記混合物が患者の顔や目に跳ねかからないよう、十分注意しなければならない。上記混合物で研磨された歯は、水ですすいぐのではなく、ガーゼスポンジで拭うことが好ましい。
【００３６】
歯の調整が完了すると、溶液状またはペースト状の漂白剤が、漂白すべき歯の各々に塗布される。歯を漂白するためのコンパウンドには様々な種類のコンパウンドを使用することができるが、その多くは、Ｉｎｔｅｒｄｅｎｔ（ＱｕａｓｅｒＢｒｉｔｅ漂白剤のメーカ）、Ｓｈｏｆｕ（Ｈｉ−ＬｉｔｅおよびＢｌｕｌｉｔｅ漂白剤）、ＤｅｎＭａｔ（ＱｕｉｃｋＳｔａｒｔ漂白剤）およびＬｏＣｈｅｍＣｏ（Ｖａｒｉｓｈａｄｅ）などのメーカから市販されている。また、漂白剤は、過酸化水素、過酸化尿素および二酸化ケイ素などのバッチ開始剤から生成することもできる。漂白剤は、３５％〜５０％過酸化水素または過酸化尿素であることが好ましい。二酸化ケイ素などの他のコンパウンドを過酸化物に添加することにより、塗布が容易であるという利点を有する懸濁混合物質あるいはペースト状物質を形成することができる。
【００３７】
次に、歯が、過酸化物溶液の化学反応性を加速させる効果を有する光放射（「活性化光」）に露出される。最初に漂白剤を十分な時間、例えば少なくとも２０秒〜６０秒間、各々の歯にしみこませると、最良の結果がえられる。この光放射の源は、光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍ、より好ましくは４５０ｎｍ〜５１０ｎｍのＣＷ（連続波）またはほぼＣＷのレーザであることが好ましく、近赤外放出ダイオードレーザから出力される周波数を２倍化した４８８ｎｍ近辺のＡｒイオンレーザ線、あるいは、本明細書において開示する青色光源などの電磁スペクトルの青色部分における光放射であることが好ましい。３００ｍＷ〜３５０ｍＷの平均出力（１００ｍＷ〜６００ｍＷの範囲に対しても満足すべき結果を得ることができるが）を有する連続波レーザの出力が、２０秒〜４０秒間、各々の歯に連続的に照射されることが好ましい。歯を長時間に渡ってレーザエネルギーに露出すると歯が加熱され、過度に加熱されると、髄質の生命力が低下するため、いかなる歯に対しても、レーザ光を照射する時間を任意とすることは好ましくない。各々の歯に照射される総レーザエネルギーは、１回のレーザエネルギーの適用に対して１４ジュール未満であることが好ましい。
【００３８】
レーザによる処置が終了すると、好ましくは注水器を用いて、照射された歯が洗浄される。歯が十分に漂白されていない場合は、もう一度漂白剤を歯に塗布し、該漂白剤をレーザ光に露出することにより、漂白プロセスが繰り返されることが望ましい。最大３回の塗布／露出サイクルが好ましい。
【００３９】
ここで中性フッ化ナトリウムゲルが歯に塗布され、研磨バー、艶出しカップまたはディスクを用いて約１５秒間、各々の歯が磨かれる。また、漂白プロセスが施された日は、約４時間、フッ化ナトリウム懸濁液の入ったトレーを患者に施すことが推奨される。
【００４０】
殆どの患者は、１回の塗布／露出サイクルで、歯の色の２〜３のシェードが改善されるが、患者の中には、この処置を２回施さなければならない患者もいる。Ｃｏｌｇａｔｅ　ＰｌａｔｉｉｎｕｍまたはＤｅｎ−Ｍａｔ’Ｒｅｍｂｒａｎｄｔなど、歯を漂白するペーストを定期的に使用することにより、本明細書において開示する漂白処置後における歯の再黒ずみ化が低減される。
【００４１】
本明細書において開示する光源は、歯科用合成剤または歯科用樹脂剤を歯に塗布する方法に関連して使用することもできる。ダイオードアレイ２１０を利用して、波長の範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの活性化光を生成し、その活性化光を２秒〜５秒間、１００ｍＷ〜２００ｍＷの出力レベルで歯科用合成剤または歯科用樹脂剤に照射することができる。活性化光は、好ましくは、上記歯科用合成剤または歯科用樹脂剤に約３秒間照射することができる。また、活性化光は、処置すべき歯に連続的に照射されることが好ましい。約１５０ｍＷの出力レベルを好便に使用することができる。
【００４２】
本発明は、本発明の精神または本質的な特徴を逸脱することなく、他の特定の形態で実施することができる。本明細書において記述した実施形態は、あらゆる点において単に説明目的のためのものであり、何等制限されるものではないことを考慮されたい。したがって本発明の範囲は、前述の記述によってではなく、特許請求の範囲における各クレームによって示されるものとする。各クレームと等価の意味および範囲内に属する変更は全て、本発明の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明によるハンドヘルド光デバイスの一実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】
比較的長い光ライトガイドを用いて目標領域に光放射を照射する代替実施形態の概略図である。
【図２】
図１Ａに示す実施形態の横断面図である。
【図３】
図１Ａおよび図２に示す実施形態の一部を形成するいくつかの光部品およびヒートシンク部材の分解図である。
【図４】
図２および図３に示すヒートシンク部材のベース上に配置されたＬＥＤアレイの平面図である。
【図５Ａ】
ハンドヘルド光デバイスに使用される光源の好ましい構成を示す図である。
【図５Ｂ】
ハンドヘルド光デバイスに使用される光源の他の好ましい構成を示す図である。
【図６Ａ】
歯と窩洞の間に微小間隙が形成されないようにするための、歯の窩洞に充填された合成剤（断面で示す）の硬化方法を、図６Ｂ〜６Ｄと共に連続的に示す図である。
【図６Ｂ】
歯と窩洞の間に微小間隙が形成されないようにするための、歯の窩洞に充填された合成剤（断面で示す）の硬化方法を、図６Ａ、図６Ｃおよび図６Ｄと共に連続的に示す図である。
【図６Ｃ】
歯と窩洞の間に微小間隙が形成されないようにするための、歯の窩洞に充填された合成剤（断面で示す）の硬化方法を、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｄと共に連続的に示す図である。
【図６Ｄ】
歯と窩洞の間に微小間隙が形成されないようにするための、歯の窩洞に充填された合成剤（断面で示す）の硬化方法を、図６Ａ〜６Ｃと共に連続的に示す図である。

Claims

光を放出するためのダイオード光源と、
前記ダイオード光源に熱接触するヒートシンク部材と、
放出された光を受け取るための反射器であって、該放出された光を前記ヒートシンク部材に向け、前記ヒートシンク部材を通過させて、前記反射器から放出する反射器と、
前記ダイオード光源、前記ヒートシンク部材および前記反射器を収容するハウジングと
を有する光デバイス。
前記ダイオード光源が、青色光を放出することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、４６８ｎｍ近傍の光を放出することを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、紫外光を放出することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、３６５ｎｍ近傍の光を放出することを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源の波長が、患者の歯に塗布されるコンパウンドの吸収に適合するように選択されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記反射器の形状が、光をライトガイドに導くように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記反射器の形状が楕円体であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、２ｍＷ〜１０００ｍＷの出力を放出することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源と前記ヒートシンク部材の間に基板を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記基板が、サファイヤからなることを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
前記光源と前記ヒートシンク部材の間に、前記反射器に向けて光を反射させるための反射エレメントを更に有することを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
前記ヒートシンク部材が、
前記ダイオード光源に熱接触するテーパが付けられたベースと、
前記ベースに熱接触し、前記ベースから延長する複数のフィンであって、前記ベースから熱を放散する複数のフィンを備えることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記フィンが、前記ダイオード光源によって放出される光を反射する表面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光デバイス。
前記ハウジングが、
前記光デバイスの照準を容易にするハンドルと、
光ライトガイドを収容するレセプタクルと、
前記ダイオード光源、前記ヒートシンク部材および前記反射器が配置されるキャビティとを備え、
前記キャビティーが、前記ハンドルと前記レセプタクルの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、ＬＥＤアレイを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
前記アレイが、略１平方インチ未満であることを特徴とする請求項１７に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源が、少なくとも１つのレーザダイオードを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源に電力を供給するための電気接続線を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記接続線に電気接続された少なくとも１つのバッテリを更に有することを特徴とする請求項２０に記載の光デバイス。
前記ダイオード光源を冷却するためのファンを更に有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記光デバイスから光を導くための光エレメントを更に有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
前記光エレメントが、光ライトガイドを含むことを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
前記光ライトガイドが、略１ｍより長いことを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
強力な光放射を提供する方法であって、
光を放出するためのダイオード光源を提供することと、
前記ダイオード光源の温度を安定化させるためにヒートシンク部材を使用することと、
放出された光を反射器へ導くことと、
前記反射器から放出された光を前記ヒートシンク部材に向け、前記ヒートシンク部材を通過させて、前記光源から放出することと
を含む、強力な光放射を提供する、強力な光放射を提供する方法。
前記放出された光が、光ライトガイドに導かれることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
歯に歯科用漂白剤を塗布することと、
前記放出された光を前記歯科用漂白剤に照射することと
を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
ペンライト型ハウジングと、
前記ペンライト型ハウジング内に搭載され、青色光を放出するダイオード光源と、
前記ペンライト型ハウジングに接続され、前記青色光を受け取る光ライトガイドであって、口腔内での使用に適した彎曲光経路を提供するように構成された光ライトガイドを有する光デバイス。
前記青色光の波長が、歯科用合成剤または歯科用樹脂中の触媒の吸収スペクトルとオーバラップするように選択されることを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
前記触媒がショウノウｐ−ベンゾキノンであることを特徴とする請求項３０に記載の光デバイス。
前記青色光の波長が、歯の吸収スペクトルとオーバラップするように選択されることを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
歯を漂白する方法であって、
歯に歯科用漂白剤を塗布することと、
活性化光を照射しない状態で、十分な時間、歯を漂白剤にさらすことと、
波長の範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの活性化光を生成するためにダイオードアレイを利用することと、
前記活性化光を２０秒〜４０秒の間、１００ｍＷ〜６００ｍＷの出力レベルで前記漂白剤に照射することとを含む、歯を漂白する方法。
前記活性化光の何度目の照射中であっても、歯が１４ジュールのレーザエネルギーを受ける前に、前記活性化光の照射を停止することを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
前記活性化光の波長の範囲が、４５０ｎｍ〜５１０ｎｍであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
前記活性化光が連続的に照射されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
歯を処置する方法であって、
歯科用合成剤または樹脂剤を歯に充填することと、
波長の範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの活性化光を生成するためにダイオードアレイを利用することと、
前記活性化光を２秒〜５秒の間、１００ｍＷ〜２００ｍＷの出力レベルで前記歯科用剤に照射することとを含む、歯を処置する方法。
前記活性化光が、前記歯科剤に略３秒間照射されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
前記活性化光が約１５０ｍＷの出力レベルで前記歯科剤に照射されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
前記活性化光が連続的に照射されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
複数の歯科処置ステーションで歯を処置する方法であって、
単一の電源から複数の電力線を介して各歯科ステーションに電力を供給することと、
ダイオード光源に電圧を印加して、光範囲が４００ｎｍ〜６００ｎｍの光を生成するために、前記電力線の各々からの電力を利用することと、
第１の処置ステーションで患者の歯に感光剤を適用し、前記感光剤を前記光範囲の光にさらすことと、
第２の処置ステーションで患者の歯に感光剤を適用し、前記感光剤を前記光範囲の光にさらすこととを含む、複数の歯科処置ステーションで歯を処置する方法。
前記感光剤が、歯科用漂白剤、歯科用合成剤および歯科用樹脂からなるグループから選択されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
前記電力線の少なくとも１本の長さが、少なくとも８フィートであることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
前記光が青色であることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
第３の処置ステーションで患者の歯に感光剤を充填し、前記感光剤を前記光範囲の光にさらすこと更にを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
前記ダイオード光源が、ダイオードアレイを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
光源アレイと前記アレイを取り付けるためのハウジングとを有する医療機器であって、
前記光源は、電源への接続および個々のアドレスが可能で、少なくとも２つの異なる出力強度パターンを生成することができ、また、前記ハウジングを手動で方向付けることにより、前記光源の光出力を組織上に照射することができる医療機器。
前記光源が、前記ハウジング内において、相互に固定された位置に配置されることを特徴とする請求項４７に記載の機器。
前記アレイが、環状の光放射を生成することを特徴とする請求項４７に記載の機器。
前記光源に熱接触するヒートシンク部材を更に有することを特徴とする請求項４７に記載の機器。
前記光源によって放出される光放射を受け取るための反射器を更に有し、前記反射器が、放出された光放射を前記ヒートシンク部材に向け、前記ヒートシンク部材を通過させて、前記反射器から放出することを特徴とする請求項５０に記載の機器。
バッテリを含んでいることを特徴とする請求項５０に記載の機器。
前記ダイオード光源から放出された光が歯に吸収されることを特徴とする請求項４７に記載の機器。
少なくとも一部に歯科用合成物が充填された窩洞を有し、前記合成物が前記窩洞を形成する歯の組織に接触する歯に対して使用する歯科処置方法であって、
エネルギーが断面の外周部に集中する断面強度分布を有する第１の光ビームを提供することと、
前記窩洞の内部の合成物を硬化させることなく、前記窩洞側部において歯の組織と接触する前記合成物を硬化させるために、前記第１の光ビームを使用することと、
エネルギーが断面の外周部に集中しない断面強度分布を有する第２の光ビームを提供することと、
前記第２の光ビームを用いて、前記窩洞の内部の前記合成物を硬化させることとを含む歯科処置方法。
前記光ビームが、光ライトガイドを通して伝送されることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
前記光ビームが、前記光ライトガイドを通して連続的に伝送されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
前記ビームが、同一波長のビームであることを特徴とする請求項５６に記載の方法。
第１の強度パターンの断面を有する光ビームを生成するために光源を利用することと、
前記第１の強度パターンとは異なる第２の強度パターンの断面を有する光ビームを生成するために前記光源を利用することと、
前記断面のそれぞれのパターンを実質的に変化させることなく、共通の光経路に沿って前記光ビームを目標領域に伝送することと、
ユーザの手で前記光源を掴むことと、
前記光源の位置を定めるために、前記ユーザの手を移動させることと、
前記目標領域に前記光ビームを照射することとを含む方法。
前記目標領域が組織を含んでいることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
前記光出力を硬質組織に照射することを含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
前記硬質組織が歯の組織であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
前記光ビームが、光ライトガイドを通して伝送されることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
前記光ビームが、前記光ライトガイドを通して連続的に伝送されることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
前記ビームが、同一波長のビームであることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
少なくとも一部に歯科用合成物が充填された窩洞を有し、前記合成物が前記窩洞を形成する歯の組織に接触する歯に対して使用する歯科処置器具であって、
エネルギーが断面の外周部に集中する断面強度分布を有する第１の光ビームを生成するための手段と、
エネルギーが断面の外周部に集中しない断面強度分布を有する第２の光ビームを生成するための手段と、
前記第１および第２の光ビームを歯に導くための手段とを有し、
前記第１の光ビームが、前記窩洞の内部の合成物を硬化させることなく、前記窩洞側部の歯の組織に接触する前記合成物を硬化させ、前記第２の光ビームが、前記窩洞の内部の前記合成物を硬化させる歯科医療機器。
前記第１および第２の光ビームが、共通の光経路に沿って歯に導かれることを特徴とする請求項６５に記載の歯科医療機器。
光ビームを導くための手段が、光ライトガイドを含んでいることを特徴とする請求項６６に記載の歯科医療機器。
前記光ビームが、同一波長の光ビームであることを特徴とする請求項６６に記載の歯科医療機器。
歯に充填された光硬化剤を硬化させる方法であって、
周辺部の内部にある充填剤を硬化させるに先だって、該周辺部で歯の組織に近接する充填剤を硬化させるために光エネルギーを使用することを含む、歯に充填された光硬化剤を硬化させる方法。
前記光エネルギーを、光ライトガイドを通して伝送することを含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。