JP2017513630A - 歯科用光照射装置 - Google Patents

Abstract

歯科用光照射装置が、青色光を発するように適応される。装置は、光源と、光源から発せられた光をコリメートする手段と、導光体とを有する。光をコリメートする手段は、平坦面が光源に向くように方向付けられた平凸レンズと、内部円錐形反射面を有する中空のリング型構造体によって形成される反射体とを備える。反射体は、その内部断面が前記レンズに向かって広がるように構成され、かつ、レンズの平坦面と光源との間の距離全体にわたって延びる。光源は、実質的にレンズの有効焦点距離に位置付けられ、導光体は、光源から発せられた光を受けるための入力面、及び、その光のための出力面を有する。

Description

本発明は歯科用光照射装置に関し、特に、作業領域内において、所定の最小範囲内の光強度分布で発光するように適応された歯科用光照射装置に関する。

光硬化可能材料又は光硬化性材料は、歯の修復、例えば、歯の空洞を充填するために、歯科医術で広く用いられている。このような材料は典型的には、天然の歯の光学的特性に類似する光学的特性を提供するように作られることができる。このことが、これらの材料を、例えば、不快な見た目のアマルガム材料に代わる好ましい代替物としている。

光硬化性材料はしばしば、重合性マトリクス材料と、着色剤を含む充填材料とを含み、初期には、概して柔らかい、又は、流動性であり得、そのため、これらの材料は、所望の場所及び形状に適用されることができる。例えば、歯の修復のためには、修復後の歯が天然の歯に類似するように、歯科材料を歯の空洞に充填し、成形することができる。一旦所望の形状が形成されると、材料を、所望の波長の光に、材料依存の特定の期間の間、曝露することで硬化させることができる。典型的には、光は歯科材料内の光開始剤を活性化し、これがマトリクス材料を重合させる。

約４５０〜５００ｎｍの波長の青色光で硬化可能な歯科材料を使用するのが、歯科医術では一般的になっている。したがって、このような歯科材料を硬化させるために用いられる歯科用光照射装置は典型的にはこのような波長の光を発し、典型的には、装置が、事前選択された、若しくは、事前選択可能な期間のみにわたり発光するように自動的に制御することを可能にしている。このような歯科用光照射装置は、例えば、独国３Ｍ ＥＳＰＥから、Ｅｌｉｐａｒ（商標）Ｓ１０ ＬＥＤ Ｃｕｒｉｎｇ Ｌｉｇｈｔという商品名で入手可能である。

通常、歯科材料に照射することにより、装置から発せられた十分な強度の光に暴露された、歯科材料の部分を硬化させる。通常は、所望の事前選択された動作時間にわたり、装置を一度アクティブ化することにより、非常に少量の歯科材料を硬化することができる。しかしながら、歯の大きな空洞を充填するためには、通常、いくつかの部分に歯科材料を提供して、連続的に硬化させる。更に、大量の歯科材料を硬化させるためには、歯科材料のすべての関係する部分を光に曝露することを確実に行うために、光装置は、一度若しくは数度、再配置されなければならない。事前選択された動作時間での装置の動作中に、このような再配置が一部の歯科医師によって行われることがあることが分かった。しかしながら、このことにより、歯科材料の異なる部分のそれぞれは、事前選択された時間よりも短い時間、光に曝露されるということが生じる。このことは、更に、歯科材料が十分に硬化しないという結果になり、したがって、耐久性が不十分な歯科充填になり得る。さもなければ、一部の歯科医師は、それぞれの位置において、事前選択された動作時間での装置の動作による再配置を、数回実行することがある。これは、しかしながら、歯科材料の加熱を引き起こし、患者に施術後の疾患を引き起こす恐れがある。更に、これが原因で、歯科材料が硬化し過ぎたり、脆くなったりし得る。歯科医師は一般的に大きな充填物でも適切に硬化させるように歯科用光装置を制御する技術を有しているが、一方の充填物の品質及び患者の快適性と、他方の歯科医師の歯科用光照射装置の扱い方との間には比較的高い依存関係がある。

通常は、従来技術の装置は、歯科材料の適切な硬化を制御するために、異なる動作時間で、及び／又は異なる強度で、動作することができる。したがって、歯科の長すぎる、又は短すぎる曝露は通常は制御可能である。しかしながら、充填物の品質と装置の扱い方との間の依存関係を最小化する装置に対するニーズが依然として存在する。更に、様々な状況で歯科材料を適切に硬化させるための容易な操作を可能にする装置を提供することが依然として望まれる。

本発明は、青色光を発するように適応された歯科用光照射装置に関する。本明細書の目的においては、「青色光」は約４３０ｎｍ（ナノメートル）〜約４９０ｎｍの範囲の波長を有し、約４４４ｎｍ〜約４５３ｎｍの範囲のピーク波長を有する光を指す。更に、このような青色光は、好ましくは、約４３０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲の外側の波長の光を実質的に含まない。例えば、装置から発せられた光量の少なくとも９０％、より好ましくは９５％が、約４３０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲の波長を有する青色光によって形成される。

本発明の装置は、光源と、光源から発せられた光をコリメートする手段とを備える。光コリメート手段は、（好ましくは単一の、即ちただ１つの）平凸レンズを備える。このような平凸レンズは、凸面とその反対側の平坦面とを有する。平凸レンズは、平坦面が光源に向くように方向付けられる。光コリメート手段は、反射体を更に備える。反射体は、内部円錐形反射面を有する中空のリング型構造体によって形成される。したがって、反射体は、全反射と対照的に表面反射に基づいて働く。したがって、光損失は最小化され得る。

装置の反射体は、その内部断面がレンズに向かって広がるように構成される。更に、反射体は、レンズの平坦面と光源との間の距離全体にわたって延びる。光源は、レンズの有効焦点距離に実質的に位置付けられる（又は、レンズの有効焦点距離に位置付けられる）。装置は導光体を更に備える。導光体は、光源から発せられた光を受けるための入力面と、光のための出力面とを有する。更に、装置は反射管を有する。反射管は、光をコリメートする手段と導光体との間に配置される。

換言すると、本発明の装置は、光源と、光源から発せられた光をコリメートする手段と、導光体とを備える装置として、説明され得る。導光体は、光源から発せられた光を受けるための入力面と、光のための出力面とを有する。好ましくは、導光体は、導光体の入力面が光をコリメートする手段の方に向くように装置内に配置されるように構成、又は適応され、光をコリメートする手段が光源と導光体との間に配置される。

出力面は、
そこから光が発せられる全領域と、
全領域内の内接第１円によって仮想的に画定される基準領域と、
第１円内に同心的に配置される第２円によって仮想的に画定される、より小さい作業領域と、を有し、
第２円の直径は第１円の直径の８０％であり、
第１円軸が、第１及び第２円の中心を貫通して、かつ、第１及び第２円の平面内に仮想的に画定され、
第２円軸が、第１及び第２円の中心を貫通して、かつ、第１及び第２円と同じ平面内に仮想的に画定され、第２円軸は第１円軸に対して直角をなして配置される。

装置は、出力面から発せられる光が、第１円内部で第１円軸にわたって測定される第１光強度プロファイルを示すように適応される。第１光強度プロファイルは、少なくとも１つの第１光強度最大値を示す。更に、光源、光をコリメートする手段、及び導光体はそれぞれ、第２円内部の第１光強度プロファイルが第１光強度最大値の７０％〜１００％の範囲内に収まるように、構成され、協働するために（組み合わせて）配置される。光源、光をコリメートする手段、及び導光体はそれぞれ、第２円内部の第１光強度プロファイルが第１光強度最大値の、７２％〜１００％の範囲内、より好ましくは７４％〜１００％の範囲内、及び最も好ましくは７６％〜１００％の範囲内に収まるように、構成され、協働するために配置され得る。

一実施形態では、光をコリメートする手段は、単一の平凸レンズ及び反射体のみから構成される。装置は、患者の口中で歯科用光硬化性材料を硬化させる際の信頼性の最大化を助けることにおいて有利である。小さな領域に向けて光を焦点合わせすることによって光強度を最大化することを狙った従来技術の装置以外に、本発明の装置は、広がる光を平行光にコリメートする光学機能を実現する。硬化された歯科材料の同等の品質に基づいて、従来技術の装置と比較すると、本発明の装置の硬化させる材料に対する位置付けの正確さはあまり重要でない、ことが判明している。換言すると、一部の従来技術の装置は、正確に位置付ければ優れた品質で歯科材料を硬化させることができるが、本発明の装置を使えば、より大きな位置付け許容誤差で位置付けながら、同様の結果を得ることができる。一実施形態では、出力面は、導光体の、平坦な、又はほぼ平坦な端面によって形成される。

更なる実施形態では、装置は、出力面から発せられる光が、第１円内部で第２円軸にわたって測定される第２光強度プロファイルを示すように適応される。この実施形態では、第２光強度プロファイルは、少なくとも１つの第２光強度最大値を示す。更に、光源、光をコリメートする手段、及び導光体はそれぞれ、第２円内部の第２光強度プロファイルが第２光強度最大値の７０％〜１００％の範囲内に収まるように、構成され、協働するために（組み合わせて）配置される。光源、光をコリメートする手段、及び導光体はそれぞれ、第２円内部の第２光強度プロファイルが第２光強度最大値の、７２％〜１００％の範囲内、より好ましくは７４％〜１００％の範囲内、及び最も好ましくは７６％〜１００％の範囲内に収まるように、構成され、協働するために配置され得る。

更なる実施形態では、光源は青色ＬＥＤ（発光ダイオード）又は青色レーザダイオードである。光源は、６Ｗ〜１２Ｗの入力電力、及び約１Ｗ〜約３Ｗの、好ましくは少なくとも約１．１２Ｗの光学的出力電力を有する単一の高出力ＬＥＤによって形成され得る。更に、光源は、点光源を本質的に形成し得る。実際のこのような点光源は、照射領域を有し得る。このような照射領域は、２０ｍｍ^２を超えず、例えば、２ｍｍ^２〜３ｍｍ^２、より具体的には約２．２５ｍｍ^２であり得る。本明細書で規定された照射領域は、両方の寸法がほぼ等しい大きさの２次元平面領域を指し、例えば、ほぼ円形、又はほぼ正方形の領域である。光をコリメートする手段は、好ましくは、光を実質的に平行な光ビームにコリメートするように、適応され、光源に対して配置される。当業者であれば、光源の放射角度、光をコリメートする手段のコリメート特性、及び、光源と光をコリメートする手段との間の距離に応じて、光をコリメートする手段と光源の適切な組み合わせを選択することができるであろう。

一実施形態では、光源はレンズを備え得る。例えば、ＬＥＤのオーバーモールドを成形して、レンズを画定してもよい。このようなレンズは、通常は光源の一体的かつ分離不能な構成要素を形成する。本明細書の目的で用いる「分離不能」は、一方又は他方の構成要素に損傷を与えずに、あるいは、一方又は他方の構成要素の原理性質に影響を与えずに、互いから分離することができない複数の構成要素（例えば、レンズと光源の残部）を指す。

一実施形態では、レンズの凸面は非球面である。レンズは反射防止コーティングを有し得る。したがって、レンズを通して透過可能な光の品質を最大化できる。更に好ましい実施形態では、反射体の反射面は金属でコーティング（例えば、アルミニウムでコーティング）される。反射体は、更に金属で作られてもよく、反射面は反射体を構成する金属によって形成されてもよい。反射体の反射面は、例えば、ダイヤモンド切削された表面によってもたらされてもよい。

一実施形態では、光源の中心は、（平凸）レンズの有効焦点距離に（又は、実質的に有効焦点距離に）位置付けられる。換言すると、光源は、その中心が、（平凸）レンズのいわゆる「後側主平面」から有効焦点距離だけオフセットされるように、位置付けられる。２つの主平面を有する（平凸）レンズにおいて、「後側主平面」は光源に近い方に位置する主平面を指す。このような構成（反射体とレンズとを備える）を実装した装置は、光源がレンズの有効焦点距離の外側に位置付けられた同じ装置よりも均一な光強度プロファイルの光出力を提供することが判明した。更に、このような構成は、強い光強度と均一な光分布との間の優れたバランスを提供する。

一実施形態では、反射管は円筒形の内部反射形状を有する。反射管は、光をコリメートする手段内部で、及び／又は光源によって、意図せずに散乱した任意の光を捕捉するのを助ける。光の散乱は、例えば、光をコリメートする手段、光源、及び／又はこれらの構成要素を構成する材料内の不正確な部分、若しくは僅かな不純物に起因する。反射管は光ビームプロファイルの均一性、及び光強度を最大化するのを補助することが分かった。

一実施形態では、装置は、透明な閉鎖部によって閉じられた筐体を有する。好ましくは、光源は、筐体内に、封入され、好ましくは密封される。装置は、好ましくは、導光体を取り外し可能に取り付けるように適応される。具体的には、筐体は、導光体をその上に取り外し可能に取り付けるための口金を有してもよい。口金の端面は、好ましくは閉鎖部を備える。したがって、導光体は洗浄及び／又は消毒のために取り外され、その後、再取り付けされることができる。更に、装置は、取り付けられた導光体が装置に対して回転可能であるように適応され得る。具体的には、口金は円筒形であり得る。したがって、導光体はユーザによって装置の筐体に対して位置付けられ得る。

装置の反射管は、好ましくは、レンズの凸面と閉鎖部との間の全距離にわたって延びる。したがって、反射管、レンズ、及び、反射体は、好ましくは、互いに直接接している。

更なる実施形態では、導光体の入力面は、閉鎖部に隣接して、又は閉鎖部に接して配置される。このようにして、導光体は、閉鎖部、反射管、レンズ、及び反射体を介して、光源と光学的に結合される。

一実施形態では、導光体及び筐体は、磁気結合によって互いに取り付けられている。したがって、導光体及び筐体は、ユーザによって容易に取り外し、再取り付けされることができる。

更なる実施形態では、装置の筐体は、光源に電力を供給するための電池と、事前選択可能な動作時間の間光源を動作させるため、及び、動作時間の経過時に自動的に光源を非アクティブ化するための制御ユニットと、を更に密封する。筐体は、装置を、電池を充電するための充電器に接続するための接点を有し得る。あるいは、筐体は、充電器と非接触方式で結合するためのコイルを更に封入してもよい。

一実施形態では、導光体は少なくとも部分的にほぼ矩形の断面で延びる。例えば、少なくとも光出力部は、ヒトの臼歯の形状とほぼ一致するように矩形形状を有してもよい。このことは、光硬化性歯科材料を充填された歯に対して光出力部を適切に位置付けるための、ユーザに対するガイダンスを提供し得る。したがって、この実施形態は、光硬化性歯科材料の光硬化の信頼性を更に最大化するために、役立ち得る。

一実施形態では、レンズは、凸面と平坦面との間の寸法としての厚さが５．８ｍｍ±０．１ｍｍであり、厚さに対して直角をなす寸法としての直径が１０ｍｍ〜０．１ｍｍである。更に、レンズの非球面のプロファイルは、以下のように特徴付けられ得る：Ｒ＝４．１８４６４ｍｍ、ｋ＝−０．６０２６８９、Ａ_４＝０．０００２２、及び、以下の式に従う：

式中、ｒはレンズの半径を指し、ｒ＝０ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。

本発明の実施形態による、装置の斜視図である。 図１に示された装置の断面部分図である。 光装置の光強度プロファイルを標準手法で決定するための基礎として用いられる、特定の仮想幾何学形状を示す略図である。 従来技術による装置の光強度プロファイルを示す図表である。 本発明による装置の光強度プロファイルを示す図表である。 光装置から発せられる光強度を測定するためのキャリブレータの写真である。 従来技術による光装置から測定される光強度曲線を、本発明による光装置との比較で示す図表である。 本発明の実施形態による装置で用いられ得る導光体の斜視図である。 本発明の実施形態による装置で用いられ得る導光体の断面図である。 本発明の実施形態による装置で用いられ得る更なる導光体の断面図である。 本発明の実施形態による装置の一部分の断面図である。

図１は、例示的な歯科光照射装置１を示す。装置１は、筐体３と、光出力部４を備える導光体２とを有する。実施例の歯科用光照射装置１は、基部５に取り外し可能に配置される。装置１は、電池駆動であり、それゆえ、装置１と基部５との間を恒久的に有線接続する必要なしに、基部５から分離可能である。基部５は、装置が基部５に配置されているときに、装置１を充電するための電源を有する。このような電源は、装置１の対応する接点に接触するための物理的電気接点、又は、装置１の対応する誘導結合部と結合するための誘導結合部を備え得る。例示的な歯科用光照射装置１は、２つのボタン、即ち、オン／オフボタン１０とセレクタボタン１１を更に有する。セレクタボタン１１は、典型的には、オン／オフボタン１０を介して装置がスイッチオンされるとすぐに装置が動作する、期間を事前選択するために用いられる。したがって、装置１は、様々な歯科材料とともに、及び様々な用途のために、例えば、様々な厚さをもつ歯科材料の層を硬化させるために、使用することができる。オン／オフボタン１０は、典型的には、装置をスイッチオンするために使用され、その結果、装置はユーザによって事前選択された期間の間動作し、その後自動的にスイッチオフする。しかしながら、装置はまた、事前選択された期間が経過する前にいつでもオン／オフボタンを押すことによって、スイッチオフされ得る。図１に示した装置１において、典型的には、セレクタボタン１１によって、ユーザは様々な既定の期間の中から事前選択することが可能である。例えば、セレクタボタン１１を押すたびに、動作時間を一定の時間単位分だけ増加させることができる。利用可能な最大値に達したときに、セレクタボタン１１を更に押すと、期間は再び最小値にリセットされる。このように、ユーザはこのボタンを必要な回数押すことによって、特定の期間（ＬＥＤ １２によって装置上に表示される）を事前選択することができる。

実際上、ユーザ（通常は歯科医）は、所望の場所、例えば、患者の口中の歯、に歯科材料を供給する。歯科医は続いて通常は、使用する歯科材料に応じて、及び、材料の用途特性に応じて、動作時間を事前選択し、セレクタ１１をそれに応じて押す。例えば、歯科医は、充填材料を硬化させるのと、コーティングを硬化させるのとでは、異なる動作時間を用いてもよい。通常、材料の厚さ、又は材料の場所（例えば、空洞深くなのか、歯の表面なのか）などの他の要因も、歯科医によって考慮される。歯科材料の硬化のためには、通常、歯科医は、装置１の光出力部４を歯科材料の近くに位置付け、アクティベータ１０によって、装置１をアクティブ化する。こうして、装置は、事前選択された動作時間の間、光出力部４を通じて光を発する。

図２は装置１の一部分の断面図である。装置１は光源６と平凸レンズ８とを有する。光源６とレンズ８は所定の距離だけ互いに離間される。空間が光源６とレンズ８との間に形成され、ここには、固体の構造体、例えば、ガラス又はプラスチック、は何も存在しないことが好ましい。反射体１４がレンズ８と光源６との間に配置される。反射体１４は長手方向軸Ｌに沿って円形断面で延び、漏斗形状（円錐形）の内部反射面を形成する。本明細書の目的のために使用される用語「反射面」は、光学的に透明な材料でコーティングされ、したがって、最外面を形成しない反射面を包含する。反射体１４は、その内部断面がレンズ８に向かって広がるように構成される。この実施例では、長手方向軸Ｌを通る平面で反射面の両側の辺の間を測ったとき、反射体は５０度の角度で広がっている（長手方向軸Ｌから両側の辺に向かって２５度）。更に、反射体は、レンズ８の平坦面と光源６との間の距離全体にわたって延びる。この実施例の反射体１４は、アルミニウム（ＡｌＭｇＳｉ１、ＡＷ−６０８２）で作られ、窒化クロムコーティングによってコーティングされたダイヤモンド切削された表面を内側に有する。このようなコーティングを有することにより、反射体の反射率は比較的長期間にわたり高い水準を維持することができることが分かっている。レンズホルダ１１が、光源６に対してレンズ８を位置付けるために装置内に配置されている。この実施例では、レンズホルダ１１は筐体３の口金１０内にねじ式に受容されたインサートによって形成される。しかしながら、代替の実施例では、レンズホルダは例えば、口金１０によって形成されてもよい。レンズホルダ１１は、多段構造を有する貫通孔を有する。特に、レンズホルダ１１によって形成される貫通孔は、光源６に近接する第１の直径と、光源からより離れた、より小さい第２の直径とを有する。貫通孔の第１の直径と第２の直径との間の推移によって形成される段階は、レンズ８のための配置止め（positioning stop）を形成する。反射体１４が、第１の直径の領域内でレンズホルダ１１内にねじ留めされ、レンズ８を配置止めに固定する。装置１の筐体３は、透明な閉鎖部１３、例えば、２つの対向する平行な平坦面を有するガラス若しくはプラチック板、によって閉じられる。このようにして、光源６、反射体１４、及びレンズ８は、筐体３と閉鎖部１３との間に封入される。閉鎖部１３は、両面に反射防止コーティングを有する。このコーティングは、約４００〜約７００ｎｍの波長の光の閉鎖部１３の透過を最大化するように最適化されている。この実施例では、このコーティングは０．５％未満の残留反射率を提供する。当業者であれば、例えば、接着する、超音波溶接する、又は、レンズホルダ１１内部で長手方向軸Ｌを中心としてレンズ８の周囲に径方向に配置された１つ以上のねじにより固定する、など、装置１内部にレンズを固定する他の可能性も認識するであろう。実施例の装置１は、ほぼ円筒形の内部反射面を有する反射管１５を更に有する。反射管はレンズ８の凸面と透明な閉鎖部１３との間の距離全体に沿って延びる。反射管は光ビームプロファイルの均一性を最大化するのに役立つことが分かっている。しかしながら、反射管１５は任意選択である。

レンズ８は光源６から発せられた光を実質的な平行光にコリメートする集光レンズとして働く。この実施例では、光源６がレンズ８の焦点距離の外側に配置されているが、レンズ８及び反射体１４は、組み合わせて、光源から発せられた光をほぼ平行な光に変換する、光をコリメートする手段を形成する。したがって、より一般的には、光源６、レンズ８、及び反射体１４は、組み合わせてほぼ平行な光を発するように、互いに対して構成及び配置される。これは、光装置が光効率を最大にするために光をコリメートする手段を有している従来技術とは対照的である。そのような従来技術の光装置の幾つかは、典型的には、光源から発せられた光のほぼすべてを捕捉するための、及び、捕捉した光を不均一な向きで導光体に反射するための、反射体を有している。そのような従来技術の装置の他のものは、光効率を最大化するために光を（例えば、一点又は小さな領域に向けて）焦点合わせするためにコリメータを用いる。

図３は、装置１の光出力部４（例えば、図１の示したような）をより詳細に示す。この実施例では、光出力部４は円形断面に沿って延びる導光体の端部によって形成される。導光体は、例えば、ほぼ円筒形の構造、即ち、屈曲した、若しくは湾曲した円筒によって形成され得る。導光体は、互いに接続する複数のガラス繊維、又はガラス繊維の束によって形成され得る。点線で示された別の実施例では、光出力部４’は、矩形断面に沿って延びる、又は矩形断面で終端する導光体の端部によって形成され得る。より一般的には、光出力部は円形又は矩形の外側断面を有し得る。異なる形状の断面も可能である。外側断面は、そこから光を発することができる光出力部の全領域を形成することが好ましい。望ましいことではないが、光出力部は、部分的に、例えば、光遮蔽コーティングによって、マスクされ得る。そのような場合は、全領域は、そこから光を発し得るマスクされていない領域に相当する。

光出力部の断面形状に関わらず、本発明の目的のためには、特に光出力部から発せられた光の特性を決定するためには、特定の仮想幾何学形状が、光出力部の幾何学形状に与えられる。これについて、より詳細に以下に更に説明する。

この実施例では、光出力部は円形断面を有する導光体によって形成される。仮想基準領域Ｒは、光出力部４の全領域Ｔ内の仮想内接第１円３１によって画定される。本実施例では、導光体が円形断面を有しているため、内接第１円３１は、光出力部の断面の物理形状に相当する。この実施例によれば、全領域Ｔと基準領域Ｒとは同一である。光出力部４’の断面が矩形（点線）である他の実施例では、全領域Ｔ’は基準領域Ｒ’より大きい。しかしながら、基準領域ＲとＲ’とは同一である。したがって、基準領域Ｒ又はＲ’は、光出力部の形状に依らず基準として使用されることができる。

更なる仮想の第２円３２が、第１円３１内に同心的に画定される。第２円は本発明の目的のためだけの作業領域を画定する。第２円は第１円の直径の８０％の寸法の直径を有する。例えば、直径１０ｍｍの円形光出力部は、直径１０ｍｍの第１円と直径８ｍｍの第２円とを有する。更に、仮想第１円軸Ｘと仮想第２円軸Ｙが第１及び第２円３１、３２に割り当てられる。第１及び第２円軸Ｘ、Ｙは、第１及び第２円３１、３２の中心軸に対して直角をなし、したがって、第１及び第２円３１、３２と同一平面に配置される。

仮想幾何学形状、具体的には第１及び第２円３１、３２、並びに第１及び第２円軸Ｘ、Ｙは、光出力部から発せられる任意の光の第１及び第２光強度プロファイルを決定するために用いられ得る。より具体的には、第１光強度プロファイルが、第１円３１内部で、第１円軸Ｘにわたって測定され得る。このような第１光強度プロファイル（この図には示されていない）は、図に示された第１幅Ｄ１ｘを有する。更に、第２光強度プロファイルが、第１円３１内部で、第２円軸Ｙにわたって測定され得る。第２光強度プロファイル（この図には示されていない）は、図に示された第２幅Ｄ１ｙを有する。第２円３２は、幅Ｄ１ｘ、Ｄ１ｙの内部に中心にそれぞれ配置される、幅Ｄ２ｘ、Ｄ２ｙで示される８０％の範囲を決定する。

図４は、従来技術の装置の光出力部の第１円（図３参照）内で測定された光強度を表す図表を示す。使用した従来技術の装置は、３Ｍ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから市販されているＥｌｉｐａｒ（商標）Ｓ１０ ＬＥＤ Ｃｕｒｉｎｇ Ｌｉｇｈｔであった。第１円の直径は８．８ｍｍであった。図表の左側には、光出力部の第１軸に沿って測定された第１強度プロファイル２１ｘが示されており、光出力部の第２軸に沿って測定された第２強度プロファイル２１ｙが右側に示されている。第１及び第２強度プロファイル２１ｘ、２１ｙは、第１及び第２強度最大値を、それぞれのプロファイルのほぼ中央に、それぞれ有する。第１及び第２強度最大値は、異なる絶対値を有し得るが、図表では１００％に正規化されている。図示されているように、第２円（第１の直径の８０％）内部の第１及び第２強度プロファイル２１ｘ、２１ｙはそれぞれ、第１及び／又は第２光強度最大値の５０％〜１００％の範囲内にある。このように、従来技術の装置から発せられた光は、光ビームの中央に向かって焦点合わせされており、したがって、光ビームの中央において比較的強い光強度を提供する。しかしながら、光出力部の縁部に向かって比較的急速に光強度が落ちる。

これに対し図５は、本発明の装置の光出力部の第１円（図３参照）内で測定された光強度を表す図表を示す。この実施例では、第２円（第１の直径の８０％）内部の第１及び第２強度プロファイル２２ｘ、２２ｙはそれぞれ、第１及び／又は第２光強度最大値の７０％（対するに、従来技術では５０％）〜１００％の範囲内にあり、より詳細には、７２％〜１００％、７４％〜１００％、又は７６％〜１００％の範囲内にある。したがって、本発明の装置の光ビームによって提供される第１及び第２の強度プロファイル２２ｘ、２２ｙは、光出力部にわたって比較的均一である。

図４及び図５の実施例では、本発明の装置及び従来技術の装置の両者の光出力部は、１０ｍｍの直径Ｄ１の第１円によって画定される基準領域によって形成された。光出力部は、それぞれの装置の導光体の平坦な自由端によって形成された。更に、基準領域は、それぞれの装置の光出力部の全領域に相当した。

本発明の装置によって提供される均一な光ビームプロファイルが、歯の空洞内の歯科材料を硬化させるための装置の使用中の信頼性を最大化するのに有用であることが分かっている。

このような信頼性は、例えば、図６に示すようなＢｌｕｅ Ｌｉｇｈｔ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ Ｉｎｃ．社から「Ｍａｒｃ Ｒｅｓｉｎ Ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ（商標）」という品名で入手可能なキャリブレータ１００によって評価することができる。

キャリブレータ１００はセンサで受けた光の光強度を測定するための光センサ１０１を有する。キャリブレータ１００は、特定の光照射装置によって照射された場合に光硬化性歯科材料が晒される光強度を評価するために典型的に使用される。この実施例では、装置１の光出力部は、その中心を、初期にキャリブレータ１００の光センサ１０１の中心に位置付けられた。光出力部は続いて、初期の中心位置から１秒に４ｍｍだけ相対する方向に繰り返し動かされ、これによって、光出力部がセンサ１０１の中心点を中心として８ｍｍの長さのストロークで動かされた。これは、患者の口中で歯科材料を硬化させるために使用中の光装置の移動をほぼ模擬していることになる。このような移動の最中、光センサ１０１が受ける強度の変動が、１０秒間モニターされ、図７に示す図表１０２にマッピングされた。図表１０２は、本発明による光照射装置の性能を示す第１曲線１０４と、例えば図４で説明したような従来技術による光照射装置の性能を示す第２曲線１０５とを示す。本発明による装置の強度の変動は、従来技術の装置の変動に比べて小さかった。したがって、本発明による装置の歯科材料の硬化のための使用において、ユーザが装置を歯科材料に対して上述の範囲内の移動を行っても、材料の硬化に実質的に影響しない。これは、材料に対する装置の通常の移動の間、材料が晒される光の強度が実質的に均一であるためである。

図８は、本発明の一実施形態において使用され得る矩形の導光体２を示す。少なくとも光出力部４における導光体２は、ヒトの天然の臼歯の平均寸法に従った断面で、実質的に寸法決定がなされることが好ましい。具体的には、光出力部側の全領域は、約８ｍｍ×約８ｍｍ〜約１０ｍｍ×約１０ｍｍの矩形によって画定され得る。導光体２は図９に示すように、固体構造に結合された複数の透明繊維で形成されることができる。更に、導光体２は、図１０に示すように、内側に鏡が付いた中空構造で形成されることができる。図９に示すように、レンズ８が導光体２の中に組み込まれ得る。図９において、導光体２は、光出力部４に向かって光を反射するための鏡１７を更に有する。

図１１は、装置１の一部分の断面図を示す。この図は、平凸レンズ８に関連して、平凸レンズ８のいわゆる前側主平面Ｈと後側主平面Ｈ’を示す。後側主平面Ｈ’は光源６に近い方に位置する主平面である。この実施例では、前側主平面Ｈはレンズ８の凸面への接面を形成するのに対して、後側主平面Ｈ’はレンズ８の凸面と平坦面との間に位置する。この実施例のレンズ８の凸面は非球面形状を有する。後側主平面Ｈ’と後側焦点Ｆ’との間の距離を意味する有効焦点距離ＥＦＬは、この実施例では７．８ｍｍである。前側主平面Ｈと前側焦点Ｆとの間の距離もまた、有効焦点距離ＥＦＬに対応し、この実施例では、すでに述べたように７．８ｍｍである。レンズ８の平坦面と後側焦点Ｆ’との間の距離を意味する後側焦点距離ＢＦＬは、この実施例では５．１７ｍｍである。更に、レンズ８の非球面と前側焦点Ｆとの間の距離を意味する前側焦点距離ＦＦＬは、有効焦点距離ＥＦＬに等しい。これは、前側主平面Ｈがレンズ８の非球面への接面を形成するためである。更に、光源６の中心は後側焦点Ｆ’上に位置する。この実施例では、更に、光源６の中心は、光源が取り付けられたプリント回路板から５．７ｍｍに位置する。

光源６は、高出力ＬＥＤ（詳細は示さない）であり、好ましくは、例えば、独国ＯＳＲＡＭ社のＤＯ ＢＤＬ ８Ｗ ＯＳという品名のＬＥＤモジュールとして入手可能な、単一の８Ｗ高出力ＬＥＤである。このようなＬＥＤモジュールは４５０ｎｍ（ナノメートル）のピーク波長を提供する。ＬＥＤモジュールは約１ｍｍ〜２ｍｍの厚さのＰＣＢ（プリント回路板）１６上に取り付けられ、ＰＣＢは好ましくはヒートシンク７上に取り付けられる。ＬＥＤモジュール内のＬＥＤは好ましくは、ＬＥＤから発せられた光の事前コリメーションを提供するために、少なくともＬＥＤから発せられる、若しくは発せられ得る光の光学経路において、凸ドーム型に成形された、透明カバー１８によって覆われる。したがって、この実施例では、ＬＥＤモジュールは約１２０度（長手方向軸Ｌから両側に向けて６０度ずつ）の照射角度を有する。例えば、Ｃｒｅｅ Ｉｎｃ．、Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＧｍｂＨ、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．などの会社から入手可能な、他のＬＥＤを使用してもよい。

レンズ８は、その平坦面が光源６に向くように、及びレンズ８の凸面が光源６から遠ざかる方向で導光体２の方に向くように、方向付けられる。

更に、レンズは、厚さ（凸面と平坦面との間の寸法）が５．８ｍｍ±０．１ｍｍ、直径（厚さに対して直角をなす寸法）が１０ｍｍ−０．１ｍｍである。この実施例で使用されるレンズ８の非球面の形状（プロファイル）は、以下のように特徴付けられる：
Ｒ＝レンズ頂点における半径
ｋ＝円錐定数
Ａ＝非球面係数（Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、．．．）
ｒ＝レンズの中心軸（この実施例では長手方向軸Ｌ）に対する可変半径
ｚ＝前側主平面Ｈからレンズ８の表面へのサグ量（ｒに依存）

レンズの非球面の断面プロファイルは、以下の式及び指定パラメータに従って決定されることができる。

Ｒ＝４．０６３８ｍｍ
ｋ＝−１
Ａ_４＝０．０００３６３１２６５
ｒ＝０〜５ｍｍ

この実施例のレンズ８は、独国Ｂ＆Ｍ Ｏｐｔｉｋ ＧｍｂＨ社からＬｉｂａ ２０００という品名で入手可能な材料で作られている。代替的に、独国Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ社からＢ２７０という品名で入手可能な材料、又は同様の材料を使用してもよい。

更に、レンズ８は、反射を最小化するために、平坦面及び凸面に反射防止コーティングを有する。

Claims (13)

1. 青色光を発するように適応された歯科用光照射装置であって、前記装置は、
   光源と、
   前記光源から発せられた光をコリメートする手段であって、
   平坦面が前記光源に向くように方向付けられた平凸レンズ、及び、
   内部円錐形反射面を有する中空のリング型構造体によって形成される反射体を備え、
   前記反射体は、その内部断面が前記レンズに向かって広がるように構成され、かつ、前記レンズの前記平坦面と前記光源との間の距離全体にわたって延びる、光をコリメートする手段と、を備え、
   前記光源は、実質的に前記レンズの有効焦点距離に位置付けられ、
   前記装置は、前記光源から発せられた光を受けるための入力面、及び、前記光のための出力面を有する、導光体を更に備える、歯科用光照射装置。
2. 更なる反射管が、前記光をコリメートする手段と前記導光体との間に配置される、請求項１に記載の装置。
3. 前記光源が青色ＬＥＤである、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記光源が、６Ｗ〜１２Ｗの間の入力電力を有する単一の高出力ＬＥＤによって形成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記レンズの凸面が非球面である、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記光源の中心が前記レンズの前記有効焦点距離に位置付けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 透明な閉鎖部によって閉じられる筐体を更に有し、前記反射管は、前記レンズの前記凸面と前記閉鎖部との間の距離全体に沿って延びる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記筐体は、前記導光体を取り外し可能に取り付けるように適応されている、請求項７に記載の装置。
9. 前記導光体と前記筐体は磁気結合により互いに取り付け可能である、請求項８に記載の装置。
10. 前記筐体は、前記光源と、前記光源に電力供給するための電池と、事前選択可能な動作時間の間、前記光源を動作させるため、及び、前記動作時間の経過時に自動的に前記光源を非アクティブ化するための制御ユニットと、を更に密封する、請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記導光体が、少なくとも部分的にほぼ矩形の断面で延びる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記レンズの前記凸面と前記平坦面との間の厚さが、５．８ｍｍ±０．１ｍｍであり、前記レンズの前記厚さに対して直角をなす直径が、１０ｍｍ〜０．１ｍｍである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記レンズの非球面のプロファイルが、Ｒ＝４．１８４６４ｍｍ、ｋ＝−０．６０２６８９、Ａ_４＝０．０００２２、及び、以下の式：
    

    

    に従うことによって特徴付けられ、式中、ｒ＝０ｍｍ〜５ｍｍである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。

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