JP2021098026A

JP2021098026A - 歯科硬化光

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Publication number: JP2021098026A
Application number: JP2021018063A
Authority: JP
Inventors: エイチ．ピーターソンスティーブン; H Peterson Steven
Original assignee: Garrison Dental Solutions LLC
Current assignee: Garrison Dental Solutions LLC
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-07-01
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Abstract

【課題】歯のための複合修復材を含む硬化性材料へのデリバリーされるエネルギーの量を管理するように構成されている閉ループ硬化機器を形成するための機器用光学センサーを含む歯科硬化機器を提供する。【解決手段】閉ループ硬化機器１００は、光センサー及び該光センサーに操作可能にカップリングされた光学フィードバックパスを含むことができる。光学フィードバックパスは、ターゲットから反射して戻された光を光センサーに向けるように配置されることができ、ここで、光センサーはターゲットから反射して戻された光に関する光エネルギー特性を検知するように構成されている。機器は、光センサー及び光源に操作可能にカップリングされたコントローラをさらに含むことができる。コントローラは、光センサーにより検知された光エネルギー特性をベースとして、光源の操作特性を変更して、光源からアウトプットされる光エネルギーを調節する。【選択図】図２

Description

技術分野
本開示は歯科硬化光に関し、より詳細には歯科硬化光からの光の制御されたデリバリーに関する。

背景
クラス２修復歯科のために使用される光硬化複合材コンパウンドの導入及び続く市場への浸透に伴い、修復歯科加工の構造品質、自然外観及び寿命に有意な成果がなされた。しかしながら、同時に、新たなカーブが歯科医に投げられた。より古い伝統的なアマルガムフィリングとは異なり、複合材フィリングがうまく配置されそして造形されても、歯科医はなおも終わりではない。コンパウンドを完全に重合させ、そして問題のない配置を確実にしようと試みる努力において、歯科医は所定の波長の強い光でコンパウンドを硬化させる。この機能を達成するために使用された多くの初期の硬化光は、光源としてハロゲンをベースとする白熱ランプを使用した。この技術は単純かつ比較的に安価であるが、少々「パワーハングリー」であり、そしてランプ及び処置されている歯の両方で、高度の廃熱を生じる。歯に実際に送られたエネルギー波長を光学的にフィルターする設計改善は、歯の不必要な加熱を有意に低減した。このことは、ほとんどの修復コンパウンドの相互重合を誘導するために使用される従来の光活性剤が青色光スペクトルの一部のみを使用することから、有用な改善であった。歯にデリバリーされる光のグリーン、レッド及び赤外レッド部分のほとんどをフィルタリングすることにより、歯での「廃熱」にしかならない不必要な波長の多くを排除する方向に進歩がなされた。光硬化複合材を用いた歯科修復のための典型的な硬化時間は２０〜６０秒の間であった。

その後、１９９０年代の中盤から後期において、青色高輝度ＬＥＤが注目され、その後まもなく、青色ＬＥＤ硬化ワンドが出てきた。４５０〜４８５ナノメートルの波長範囲の光を放出する青色ＬＥＤは歯科用複合材を硬化するために、少なくともスペクトル的には好適であった。新しい青色ＬＥＤの出力性能及び価格は数年間、そして新千年時代に至るまで、限定要因であった。しかしながら、信頼できる２００〜３００ｍＷ／ｃｍ^２（ミリワット／平方センチメートル）を提供するＬＥＤ硬化ワンドが技術的に実現可能で市販されるまでには長くかからなかった。これにより、旧式のコード式ハロゲン先行物と同様の２０〜６０秒の複合材硬化時間を実現することができる小型ハンドヘルドバッテリー操作型硬化光が導入された。

慣用のＬＥＤ硬化ワンドは、初期の青色ＬＥＤ硬化ワンドの能力を有意に超えて進歩した。いまや、先行物の１０倍を超える出力を生じることができるハンドヘルドバッテリー操作型硬化光が存在し、多くは３，２００ｍＷ／ｃｍ^２以上であり、幾つかは今や８，０００ｍＷ／ｃｍ^２の高さである。これにより、１／１０未満の時間で、目標量の合計光学エネルギー（通常、ジュールで測定）をデリバリーすることで１〜３秒のみで複合材配置物を硬化させることが理論的にできる硬化光となる。これらの進歩は、しかしながら、否定的な側面がないわけではない。

幾つかの慣用の歯科用光ワンドは、充電スタンドのベースなどにある、光学出力を試験するための手段を伴って作動する。しかしながら、このような歯科用光ワンド自体に組み込まれたフィードバック機構は存在しない。

慣用のＬＥＤをベースとする硬化光は、コードレス操作、ユーザーエルゴノミクス、デジタル制御された露光時間、及びはるかに高い光学パワーの利用可能性に関して、過去長年にわたって幾つかの問題を解決するために進歩してきた。しかしながら、これらの改良は、安全で再現性があり、信頼性の高いコンパウンド硬化をしばしば妨げる、ユーザのばらつきなどの多くの原因又は問題を排除することをほとんどしてこなかった。また幾つかの点において、最近の有意に高くなっている硬化光の出力レベルは、強化された安全性及び再現性と信頼性のあるコンパウンドの硬化を達成する能力に影響を及ぼすことがある過露光をより頻繁に起こした。

発明の要旨
光硬化性ターゲットに光エネルギーを適用するための機器。この機器は、ターゲットに対して光エネルギーをアウトプットすることができる光源を含むことができ、ここで、光源はアウトプットされる光エネルギーを変更するように操作可能である。機器は、光エネルギー特性を検知するための光センサー及び該光センサーに操作可能にカップリングされた光学フィードバックパスを含むことができる。光学フィードバックパスは、ターゲットから反射して戻された光を光センサーに向けるように配置されることができ、ここで、光センサーはターゲットから反射して戻された光に関する光エネルギー特性を検知するように構成されている。機器は、光センサー及び光源に操作可能にカップリングされたコントローラをさらに含むことができる。コントローラは、光センサーにより検知された光エネルギー特性をベースとして、光源の操作特性を変更して、光源からアウトプットされる光エネルギーを調節するように構成され得る。

１つの実施形態において、光学センサー及び関連要素は閉ループＬＥＤ硬化ワンドを形成し、該硬化ワンドは従来の硬化機器よりもずっと高度な正確さをもって、歯での複合修復材へのデリバリーエネルギーの量を管理する。本開示の１つの実施形態に係る機器は、ＬＥＤをベースとするワンドにおいて生成される光エネルギーの量を測定することにより、デリバリーされるエネルギーの量を管理するのではなく、任意の所与の瞬間に歯科用修復材の標的表面に実際に当たる光の部分をリアルタイムで測定し、その後、標的とされた歯の表面での照度を所望のレベルに駆動するために機器内のＬＥＤ源に印加される電力を管理することにより、デリバリーされるエネルギーの量を制御する。そうすることで、光硬化露光の向上した品質及び向上した安全性の両方が達成され得る。

１つの実施形態において、光硬化性材料を硬化するための硬化機器は、光源、光学ドライブ回路、コントローラ、光学フィードバックセンサー及び光センサーの少なくとも１つを含むことができる。光源は、光硬化性材料を硬化するための光エネルギーを発生し、そして光硬化性材料にデリバリーされる光エネルギーの照明ビームを提供するように構成され得る。光学ドライブ回路は、光エネルギーを発生するために電力シグナルを光源に提供するように構成されることができ、ここで、光学ドライブ回路は、光源からの光エネルギーのアウトプットを変更するために電力シグナルの１つ以上の操作特性を変更するように構成されている。コントローラは、光源からの光エネルギーの発生を制御するために光学ドライブ回路の操作を制御するように構成されることができ、そして光学フィードバックセンサーは、光硬化性材料から反射された光を回収するように構成されることができる。光学フィードバックセンサーは、光硬化性材料に向けられた光学センスパスとともに光インプットを含むことができ、ここで、光インプットの光学センスパスは光源から発生された照明ビームにより包囲される。場合により、光インプットは、光学センスパスが光ファイバー要素の中央軸に対して実質的に９０°となるように、サイドファイヤー（ｓｉｄｅ−ｆｉｒｅ）構成に従って構成されている光ファイバー要素の遠位端に対応することができる。遠位端は、照明ビームの実質的なシャドー化（shadowing）が回避されるように、照明ビームに対して位置決めされることができる。

光センサーは光学フィードバックセンサーの光インプットに光学的にカップリングされることができ、そして光インプットにより回収される光をベースとした光学センサーフィードバックシグナルを発生するように構成され得る。光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、硬化機器のコントローラは、光源からの光エネルギーのアウトプットを変更させるように光学ドライブ回路に指示することができる。

１つの実施形態に係る製造方法は光学フィードバックセンサーの光インプットから光を放出すること及び光源から光を放出することを含むことができる。本方法は、光インプットからのアウトプットビームと光源の照明ビームとを比較することにより、アウトプットビームを照明ビームと位置合わせする（例えば、アウトプットビームを照明ビームと位置合わせする際に同軸である）のを容易にすることを含むことができる。光インプットがサイドファイヤー構造である実施形態では、光学フィードバックセンサーを、アウトプットビームが照明ビームと同軸に位置合わせされるように、回転しそして側方に位置を移動することができる。同軸位置合わせが達成された後に、光学フィードバックセンサーの少なくとも一部分は、硬化機器の固定部分、例えば、光源にカップリングされたレンズ、に固定されて、光源に対する光インプットの移動を実質的に防止することができる。

１つの実施形態において、光硬化性材料を硬化するために硬化光を操作する方法は、下記の少なくとも１つの工程：光源から光エネルギーを発生すること、光硬化性材料の標的表面に対して光エネルギーを向けること、標的表面から反射された検知光に基づいて光学センサーフィードバックシグナルを発生すること、及び、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて光源からの光エネルギーのアウトプットを調節すること、を含むことができる。

操作方法は、標的表面に加えられる光エネルギーの量を反復的に計算すること、光エネルギーの量が硬化操作プロファイルと一致しているかどうかを決定すること、及び、標的表面に向けられた光エネルギーの合計量が光硬化性材料を硬化するための所定量の光エネルギーと一致しているかどうかを決定すること、の一つ以上をさらに含む。

本明細書中に記載される１つ以上の実施形態は、熱による組織損傷を生じさせることがある、潜在的に危険でかつ潜在的に痛みを伴う光エネルギーへの過露光の機会を回避することができる、実際的かつ有効な構成を実現することができる。このようにして、より強力な硬化機器を、二倍又は三倍の露光の従来のアプローチを避けながら使用することができる。閉ループのＬＥＤ硬化光アプローチは、無駄な時間を無くすことができ、同時に、高出力硬化光に関係する悪影響を無くすことができる可能性がある。

本開示のこれら及び他の目的、利点及び特徴は、本実施形態の記載及び図面を参照して、より完全に理解されそして評価される。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に示される又は図面中に例示される、操作の詳細及び構成要素の構造及び配置の詳細に限定されないことは理解されるべきである。本発明は様々な他の実施形態において実施されることができ、本明細書中に明示していない代わりの方法で実行又は実施することができる。また、本明細書中に使用される語句及び用語は説明の目的であると理解され、そして限定するものと考えるべきでないことは理解されるべきである。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）ならびにその変形の使用は、その後に示される項目及びその等価物、ならびに追加の項目及びその等価物を包含することが意味される。さらに、様々な実施形態の説明において列挙を使用することができる。特段の明示がないかぎり、列挙の使用は、任意の特定の順序又は構成要素の数に本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。列挙の使用は、列挙された工程又は構成要素と組み合わされることができる任意の追加の工程又は構成要素を本発明の範囲から除外するものとして解釈されるべきでない。

図面の簡単な説明
図１は１つの実施形態に係る硬化機器を描いている。

図２は図１の歯科硬化機器の代表的な図を示す。

図３は図１の歯科硬化機器の光適用部材の部分断面及び露出図を示す。

図４は１つの実施形態に係る硬化機器の操作方法である。

図５は１つの実施形態に係る硬化機器の操作方法である。

図６は１つの実施形態に係る硬化機器の操作方法である。

詳細な説明
硬化の間に複合材料に光を提供するための硬化機器を図１〜２に示し、そして一般に１００で指定する。硬化機器１００は、モノマーを耐久性ポリマーに重合することなどにより光活性化複合材を硬化するために使用することができる。硬化機器１００は、バッテリー出力源を有するポータブルハンドヘルドワンドなどのスタンドアロンデバイス、又は、ベースユニットを有する硬化システムの構成要素であることができ、ここで、ベースユニットに連結される硬化機器１００は、ベースユニットから出力を受ける。様々な分野が硬化機器１００から利益を受けることができ、例えば、歯科及び医療分野を含む。開示の目的では、硬化機器１００は、光開始剤を有する複合材料の硬化に関係して使用される歯科硬化機器として記載されており、ここで、複合材料は、特定の波長の光を吸収し、そして複合材料中に含まれるモノマーをポリマーへと重合させる。しかしながら、本開示は、歯科硬化機器である硬化機器に限定されず、又は、歯科用複合材料による使用に限定されず、あらゆる硬化用途がこの硬化機器から利益を受け、そして透明、半透明及び不透明硬化性材料を含むあらゆるタイプの光硬化性材料が該硬化機器との組み合わせで使用され得ることは理解されるべきである。

図１〜２の例示の実施形態において、硬化機器１００は、光適用部材２０、オペレータインターフェース１２及びオペレータフィードバック要素１４を含むことができる。使用において、オペレータはオペレータインターフェース１２（例えば、スタートボタン「Ｓ」）を介して硬化機器１００を作動して、複合材料（図示せず）の硬化操作を開始することができる。作動後に、硬化機器１００は適用部材２０の光経路を通じて光を発生しそして放出することができる。オペレータは、光経路が光を複合材料に向けてその硬化を行うように、光適用部材２０を位置決めすることができる。

オペレータインターフェース１２は、例えば、インプット（例えば、モードボタン「Ｍ」）を選択することによって、本明細書中に記載されるように、硬化機器１００の１つ以上の設定又はモードのオペレータ選択を可能にする。例えば、オペレータインターフェース１２は、所望の硬化もしくは露光時間、所望のパワーアウトプット、操作もしくはデリバリーモード、及び、ＯＮ／ＯＦＦトリガー、の１つ以上のオペレータ選択を可能にする。オペレータによる１つ以上の設定又はモード選択は、オペレータフィードバック要素１４を介して特定されることができ、該オペレータフィードバック要素１４は、１つ以上のＬＥＤ若しくはディスプレイ、又はそれらの組み合わせを含むことができる。オペレータフィードバック要素１４では、硬化機器１００の操作設定又はモードをオペレータに知らせ、又は気づかせることができる。１つの実施形態において、オペレータフィードバック要素１４は、ＬＣＤ又はＬＥＤディスプレイの形態のディスプレイを含むことができる。

硬化機器１００は、光学センサーからのフィードバックに基づいて、光源からの光の放出を制御するように構成されることができる。幾つかの場合に、光源からのアウトプットは、光源からの光又はパワーアウトプットの一貫した発生を達成するために、バッテリー充電の変動、ＬＥＤ寿命及び他の関連するシステム構成要素の変動、又はそれらの組み合わせを勘案するように厳格に管理されることができる。しかしながら、このような管理でも、目的の標的（例えば、複合材料）での所望の光レベル又はパワーアウトプットのデリバリーにおいて乖離が生じることがある。硬化機器１００に対する「外部」の多くの要因が光デリバリーに影響を及ぼすことがあり、該要因としては、硬化機器１００の先端又は光アウトプットの汚染、又は、硬化の際の硬化機器１００の光アウトプットと標的表面（例えば、歯の表面）との間の距離又は角度の変動などの様々なオペレータのエラーが挙げられる。これら及び他の外部要因は、どれだけの量の光学エネルギーが実際に目的表面又は標的表面に到達するかに有意に影響を及ぼす可能性がある。硬化機器１００は、外部誤差源の効果を実質的に低減し又は排除する目的で、光アウトプットを調節するために光学フィードバックを利用するように構成されることができ、ここで、外部誤差源は、しばしば、どれだけの量の光学エネルギーが標的表面に到達するかの主要な要因であり得る。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、標的表面に実際に到達する光の量を示す１つ以上の特性を検知することができ、ここで、上記標的表面は、硬化するために標的とされるコンパウンド修復材などの複合材料を含む。１つ以上のパラメータに基づいて、硬化機器１００は、標的表面に対してデリバリーされる目標照射出力（ｍＷ／ｃｍ^２）及び合計エネルギー（ジュール／ｃｍ^２）を達成するために、上下に光源アウトプットを「スロットル」することができる。

別の言い方をすると、硬化機器１００は、目的の標的に課される合計光学エネルギー（ジュール）の量を制御するように構成されることができ、そしてそうすることで、露光時間中に標的に課される出力の割合（ｍＷ／ｃｍ^２）が光学エネルギーの目標レベルを超えることを回避するように制御され得る。光学フィードバックに基づく光学エネルギーアウトプットに対する制御は、様々なやり方で達成され得る。開示の目的で、本開示は硬化性材料への光のこのような制御ベースのデリバリーを実施する幾つかの実施形態を含む。しかしながら、本開示は、本明細書中に記載の特定の構成及び実施形態に限定されず、そして本質的にあらゆる制御された硬化機器が想定されることが理解されるべきである。

図２の例示の実施形態において、硬化機器１００は、コントローラ１０（例えば、ローエンド埋め込みコントローラ）、光学ドライブ回路２２、光源２４、光学フィードバック回路２６及び光学フィードバックセンサー２８を含むことができる。光学ドライブ回路２２は、光源２４への出力の供給を制御して、光適用部材２０を介して標的表面に送られることができる光を発生することができる。例えば、光学ドライブ回路２２は、出力源（例えば、硬化機器１００のバッテリー）からの出力を受け、そしてその出力を、電圧の大きさ又は電流の大きさあるいはその両方などの１つ以上の操作特性に従って、出力シグナルとして光源２４に提供する、制御ドライブ回路を含むことができる。出力の受領に応答して、光源２４は硬化操作のために標的表面に向けられることができる光を発生することができる。例示の実施形態における光源２４は、主としてＵＶ発光ダイオード（ＬＥＤ）などの紫外線光源（ＵＶ）であるが、赤外線を主としてアウトプットする構成とされるなど、異なる構成とすることもできる。例示の実施形態の光源２４は、主に１つのタイプの光源（例えば、ＵＶ）であるが、その主要光タイプのものとは異なる波長の光をも放出することができることもさらに理解されるべきである。例えば、そのＵＶＬＥＤからの主要光アウトプットはＵＶ光であるが、ＵＶＬＥＤはまた、可視スペクトル又は赤外スペクトル又はその両方の光をＵＶ光とともに放出することができる。

１つの実施形態における硬化機器１００のコントローラ１０は、アルゴリズム的計算ソリューション要素又はコントローラモジュール、例えば、コントローラ１０に組み込まれたシェアード計算モジュールを含むことができ、光アウトプットおよび潜在的に追加の機器機能を制御する埋め込み型コントロールシステムを形成する。場合により、このモジュールは、コントローラ１０から分離して、そして硬化機器１００のための制御システムの少なくとも一部をコントローラ１０とともに形成する別のハードウエアモジュール中に取り込まれることができる。

光源２４からの光の発生に対する制御は、本明細書中に記載されるとおり、ＬＥＤ出力コントロール要素とも呼ばれる光学ドライブ回路２２を介して行われることができるが、それに限定されない。例示の実施形態において、コントローラ１０は、光学ドライブ回路２２に接続され、そして光学ドライブ回路２２の操作を制御することができる。光学ドライブ回路２２の操作特性（単数又は複数）の制御レベルは、コントローラ１０によって少なくとも部分的に支配されることができ、光源に提供する出力シグナルに影響を及ぼし、そしてその光アウトプットに影響を及ぼす。例えば、コントローラ１０は、目標操作特性に従って出力を光源２４に提供するために、光学ドライブ回路２２に制御シグナル又は制御情報を提供することができる。コントローラ１０により提供される制御シグナル又は制御情報は、硬化操作の間に制御シグナル又は制御情報が目標操作特性の変化を起こすために変動することができるよう、動的であることができる。光学ドライブ回路２２は、１つの実施形態において、目標操作特性を達成するためにフィードバック回路を利用することができる。例えば、光学ドライブ回路２２は、光源２４に供給された電流を検知する電流センサーを含むことができ、そして、その検知された電流に基づいて、光学ドライブ回路２２はより密に目標供給電流に同調するように供給電流を変化させるように操作を調節することができる。追加的に又は代わりに、コントローラ１０は、光源２４に出力を供給する際に、光学ドライブ回路２２の操作に関連する検知情報に基づいて、光学ドライブ回路２２の操作を指示することができ、例えば、目標電流と検知された操作電流との間の乖離に基づいて、デューティサイクルなどの１つ以上の目標操作特性を調節することを含む。

光学ドライブ回路２２は光源２４をオン／オフし、そして使用の間の出力アウトプットを管理する回路を含むことができる。光学ドライブ回路２２は光源２４のアウトプットを制御するためのコントローラ１０からインプットを受けることができる。光学ドライブ回路２２は、単にオン又はオフするか、又は、２つ又は３つの事前設定された出力レベルのうちの１つを選択するよりも、より高い精度で光源２４のアウトプット出力を管理する能力を含むことができる。例えば、光学ドライブ回路２２は、１つ以上の操作特性を制御することができ、例えば、アウトプット出力の量を制御するために光源２４に課される出力のデューティサイクルを制御することを含む。別の例として、光学ドライブ回路２２は、光源２４に課される出力の大きさもしくはレール電圧又はその両方を制御して、アウトプット出力に影響を及ぼしそして制御することができる。幾つかの状況において、光学ドライブ回路２２は、「ランピング」露光プロファイル、又は、標的表面に実質的に一定の量の光エネルギーを供給するように構成されたプロファイルでなく、硬化操作のコースにわたって変化する露光プロファイルもしくは操作プロファイルを達成するために、コントローラ１０により制御されることができる。例えば、硬化機器１００は、光源２４のアウトプットレベルを変化させて、標的表面への光エネルギーの制御供給を達成することができる。適合した露光プロファイルにより、光源２４の目標アウトプットレベルを硬化操作のコースにわたってシフト又は変動させることができ、一方、コントローラ１０は、硬化操作における硬化プロファイルの所与の時間の目標アウトプットレベルに従って光源２４への出力の供給を制御する。例として、硬化機器１００は、硬化操作の初期では、より多量の光エネルギーを標的表面に供給し、そして硬化操作の後期の間には、より少量の光エネルギーを供給することができる。

硬化機器１００のコントローラ１０は、光学フィードバックセンサー２８から得られたフィードバックに基づいて光学ドライブ回路２２を制御することができる。このような光学フィードバックをベースとする制御は、本明細書中に記載の制御方法のいずれかと組み合わせて行うことができ、例えば、該制御方法としては、光学フィードバックセンサー２８からのフィードバックに基づいて１つ以上の操作特性を制御して、目標光アウトプットを達成することが挙げられる。図２の例示の実施形態において、硬化機器１００は、光源２４からの光が向けられる標的表面から反射する光を検知するように構成された光学フィードバックセンサー２８を含むことができ、そして光又は光の特性を光学フィードバック回路２６に流すように構成されている光学フィードバックパスを含むことができる。光学フィードバックセンサー２８からの光学フィードバックに基づいて、光学フィードバック回路２６は、検知された光を示す光学センサーフィードバックシグナルを発生し、そしてその光学センサーフィードバックシグナルをコントローラ１０に提供することができる。光学センサーフィードバックシグナルを分析することにより、コントローラ１０は、光学ドライブ回路２２に供給される制御シグナル又は制御指示を動的に変化させることができ、それにより、標的表面から反射された検知光に基づいて、光学ドライブ回路２２の１つ以上の操作特性及び光源２４からのアウトプットを動的に調節することができる。さらに又は代わりに、コントローラ１０は、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、光のデリバリーに関連する１つ以上のタイミングの態様（timing aspect）を決定し、そして標的表面に光を課すための持続時間を動的に計算することができる。例えば、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、コントローラ１０は、標的表面にデリバリーされる光エネルギーの量又は所与の時間量を決定することができ、そしてしきい値に到達するか又は超えるデリバリーされた光エネルギーの量に応答して、光エネルギーのデリバリーを停止するように光学ドライブ回路２２に指示又は命令することができる。

例示の実施形態に係る硬化機器１００は、光学フィードバックセンサー２８の光学フィードバックパスを介して光又はその特性を受け取る光センサー要素を光学フィードバック回路２６に含むことができる。硬化機器１００の光センサー要素は、検知された光に基づいて光源２４からの光のアウトプットが制御され得るように、コントローラ１０に系統的に接続されるように配置されてもよい。光学フィードバック回路２６の光センサー要素は、フォトダイオードであることができ、該フォトダイオードは光の１つ以上の波長に対して、例えば、ＵＶ線に対応する光のスペクトルに対して増感されている。任意のタイプの光センサー要素が光学フィードバック回路２６に組み込まれることができ、そして光センサー要素が複数の光のスペクトルに対して増感され得ることが理解されるべきである。コントローラ１０により受け取られる光学センサーフィードバックシグナルは、光学フィードバック回路２６からのアナログシグナルであることができる。コントローラ１０は、本明細書中に記載のとおり、さらなる処理のためにアナログシグナルをデジタル情報に変換するように構成されてもよい。追加的に又は代わりに、光学フィードバック回路２６により提供される光学センサーフィードバックシグナルは、光学フィードバック回路２６の光センサー要素により検知される反射光に関連する情報又はデータを表すデジタルシグナルであることができる。

光センサー要素の代わりに又はそれに追加して、硬化機器１００は、歯の標的表面に又は実質的にその近傍に配置される光及び／又は熱センサーを利用することができる。この構成は、歯へのエネルギーの制御デリバリーの正確性を向上させることができる。この構成はまた、より少ない較正で使用することができる。

硬化機器１００の１つの実施形態において、光学フィードバックセンサー２８は、処置される領域の目的標的領域（例えば、複合材料）の表面から反射された光の一部を優先的に回収するように機能することができ、また、この光を、定量化のために光学フィードバック回路２６の光センサー要素にデリバリーするように機能することができる。光学フィードバックセンサー２８は、光学フィードバックセンサー２８の光インプット５８が標的表面から反射された光を回収する配置となるように光適用部材２０に対して配置され得る。１つの実施形態に係る光学フィードバックセンサー２８は、光学繊維であることができ、ここで、光インプット５８は、その光学繊維の遠位末端に形成されることができる。光インプット５８は、研磨などにより表面処理されることができ、それにより、光インプット５８は、本明細書中に記載されるとおり反射光を回収するように構成される。１つの実施形態において、光学繊維は、光インプット５８に対応する遠位末端がサイドファイヤリング先端部として構成されるように構成され得る。この構成により、光学繊維は、光学繊維の中央軸とは異なる角度の光、例えば、光学繊維の中央軸に対して実質的に垂直に向けられた光、を回収することができる。サイドファイヤー構成の光学繊維の遠位末端は、遠位末端の表面が光学繊維の中央軸に対して角度を有する（例えば、約４２°）ように処理されてもよい。光学フィードバック回路２８が、光学繊維の中央軸に対して異なる角度、例えば、２０〜１６０°異なる角度で光を回収するように配置されてもよいことが理解されるべきである。

例示の実施形態において、光センサー２８は、光源２４からのＬＥＤアウトプットを検知することを目的として構成されず、標的表面から反射して戻される光を検知するように構成されることができる。この光センサー配置は、光学パス要素又は光センサー２８を介して光学フィードバック回路２６と「標的」表面との間の光学接続を達成することができる。このような光学パスは、光学フィードバック回路の光センサーにより受けられる光学シグナルが標的表面から反射された光を大部分又は少なくとも部分的に含むことを可能にするように、分離された専用の光学繊維により、又は、他のブレンド光学配置により得ることができる。光学フィードバック回路２６により生成され、光センサー２８の光学パスにより提供される光に基づいて生成された光学センサーフィードバックシグナルは、その後、コントローラ１０により処理されて、既知の及び派生したセンサー誤差源を排除するか又は大きく低減させることができ、また、光学センサーフィードバックシグナルに影響を及ぼす光学因子を補償して、それによって、実際の標的表面における「デリバリーされた」エネルギーレベル（単位：ｍＷ／ｃｍ^２）をリアルタイムで計算することができる。本明細書中に説明されるとおり、標的表面での実際の照射レベルの計算は、１つ以上の操作方法又は操作モードに従って操作の基礎を形成することができる。

１つの実施形態において、コントローラ１０は、その時点までに標的表面にデリバリーされたエネルギーの合計ジュールを計算するために、リアルタイムの「デリバリーされた」エネルギー値が露光時間の間にデジタル的に積分されることができる第一の操作モードに従って、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて光源２４からの光のアウトプットを制御するように構成されることができる。デリバリーされたエネルギーが所望のレベル（例えば、濃い色調の修復材では４８ジュール）まで到達すると、硬化機器１００のコントローラ１０は自動的に光源２４をスイッチオフし、そしてオペレータに露光が完了したことを知らせることができる。第二の操作モードでは、硬化機器１００は、標的表面（例えば、歯又は複合材料の表面）での計算された照射量を使用して、硬化機器１００のオペレータによって最初に設定されたか又は期待された目標照射レベルに対して、その瞬間の標的表面での過剰露光又は不足露光を表現する「誤差値」をリアルタイムで形成することができる。この誤差シグナルは、標的表面が、硬化プロセス又は硬化操作の任意の所与の時点において所望量の照射量ｍＷ／ｃｍ^２を受けていることを実質的に確実にするために、光源２４を上下にスロットルするための基礎として使用することができる。この第二のモードはまた、合計の露光時間を単に短縮する代わりに、過度に強い照射レベルを回避することを確実にするために役立つことができる。

硬化光１００の１つの実施形態に係る光適用部材２０の部分的に露出した部分断面図が図３の例示の実施形態において示される。光適用部材２０は、光学ドライブ回路２２、光源２４、光学フィードバック回路２６、及び光学フィードバックセンサー２８を含むことができる。光適用部材２０はまた、光源２６に取り付けられた半球レンズ５０、光源２４からの光エネルギーを標的表面に向けるように構成された平凸レンズ５２、及び、光を平凸レンズ５２に対して向けるように構成されたリフレクターリング５６をも含むことができる。光適用部材２０はまた、平凸レンズ５２の位置を維持するように構築されたベゼル又は外側リテイナーリング５４、光源２４、及びリフレクターリング５６をも含むことができる。光適用部材２０の１つ以上のレンズタイプ及びレンズ構造ならびにベゼル５４及びリフレクターリング５６を含む１つ以上の構成要素の物理的配置又は使用は、用途ごとに異なり、また、変化し得ることが理解されるべきである。

例示の実施形態において、光源２４及び光学フィードバックセンサー２８の光インプット５８は、光インプット５８の光学パス６２が光源２４の光学パス６４の範囲内にあるように配置されることができる。例えば、光インプット５８の光学パス６２は、光源２４の光学パスに対して同軸でより狭くてもよい。操作において、光インプット５８の光学パス６２は、硬化機器１００の操作を制御するための基礎として検知するため光を回収するように配置されることができ、一方、光源２４の光学パス６４は、光源２４から標的表面に向けるように配置されることができる。光学パス６２は、光学フィードバック回路２６の光センサーに光を送るために光学フィードバックセンサー２８により提供される光学フィードバックパスの一部とみなすことができる。

製造時に、本明細書中に議論されるとおり、光学フィードバックセンサー２８は、光源からエネルギーを受けて、光インプット５８から光を放出してもよく、それにより、光源２４の光学パス６４に対して光インプット５８の光学パス６２の位置合わせを容易にすることができる。例えば、光インプット５８から１つのタイプの光を放出することにより、光源２４から放出される別のタイプの光に対して比較を行い、それにより、光源２４の光学パス６４に対する光インプット６２の光学パス６２を位置合わせすることができる。位置合わせを行った後に、光学フィードバックセンサー２８を、光学接着剤を用いるなどしてその位置を固定し、光学フィードセンサー２８の一部を光適用部材２０の一部に固定して、光学フィードバックセンサー２８の光インプット５８の直接的及び回転的移動を実質的に防止することができる。

光源２４の光学パス６４に対して光インプット５８の光学パス６２を位置合わせすることによって、硬化光１００は、硬化光１００の閉ループ制御を提供するために、コントローラ１０により使用される光学センサーフィードバックシグナルの精度の向上を達成することができる。

図３の例示の実施形態において、光学フィードバックセンサー２８の光インプット５８は、標的表面から反射された光を捕捉するように、そして光学パス６２が光源２４の照明ビームの光学パス６４の中央軸に対して位置合わせされて、同軸となるように配置されることができる。このように、光インプット５８の光学パス６２は、検知用光学パスであるとみなすことができ、そして光源２４の光学パス６４は、照明用光学パスとみなすことができる。照明用及び検知用光学パスの位置合わせ、例えば、これらの光学パスの同軸位置合わせは、標的表面の検知されるゾーンが、光源からの距離の関数として標的表面の被照明ゾーン内で実質的に移動しないことを確実にすることができる。別の言い方をすれば、照明されるそして検知される光学パス（又は「ビーム」）６４、６２の対が異なる軌道を有するならば、光適用部材２０と標的表面との間の距離が増加すると、検知用光学パス６２の検知されるゾーンが標的表面の被照明ゾーンの外側に実質的に移動し得る。標的表面の検知用ビーム又は「視野領域（viewed area）」を照明用ビームと位置合わせすることにより、照明用ビームは、検知用ビームから発生されるフィードバックシグナルに有意に悪影響を及ぼすことなく、収束し、発散し、又は、さらには高度にコリメートされ、又は、それらの組み合わせであることができる。

標的表面に対する、同軸位置合わせを含む、照明光学パス６４及び検知光学パス６４の位置合わせは、光学センサーフィードバックシグナルが様々な距離にわたって安定していることを確実にするのに役立つことができる。距離は、ハンドヘルドオペレータの使用の間に硬化操作に導入される主要な変数の１つである。様々な距離にわたる光学センサーフィードバックシグナルの安定化は、硬化光１００がオペレータにより導入される距離の変化を補償することを可能にし、硬化操作の間の光のより正確なデリバリーを可能にすることができる。

光インプット５８の光学パス６２及び光源２４の光学パス６４の位置合わせは、本明細書中で議論されるような様々な方法で達成することができる。１つの実施形態において、この位置合わせは、ビームスプリッタ技術を使用することにより行うことができ、その技術は、例えば、４５°ビームスプリッタを通して光源からの光を、この光の一部を第一の側に向け、そしてこの光の他方の部分を標的表面に向けるように指向させることを含む。標的表面から反射された光は、その反射された光の一部が光源に向かって通過し、そしてその反射された光の他方の部分が第一の側とは反対側の第二の側に向けられるように、ビームスプリッタと接触することができる。センサーが第二の側に光学的にカップリングされて、反射された光の特性を検知することができ、それを光源の閉ループフィードバック制御の基礎として使用することができる。

例示の実施形態において、光インプット５８の光学パス６２は、光インプット５８及び光学フィードバックセンサー２８の物理的サイズの調整により光源２４の光学パスと位置合わせされることができ、光学パス６２を介した光の回収を可能にし、ここで、光インプット５８は、光学パス６４又は照明ビームの交差表面積に対して実質的に小さい。別の言い方をすると、光インプット５８を含む光学フィードバックセンサー２８は、光学フィードバックセンサー２８によりカバーされている光学パス６４の面積の量が、カバーされた領域と同一の平面における光学パス６４の合計面積に対して小さいように構成され、そして配置されることができる。このようにして、光学フィードバックセンサー２８のシャドー化効果が低減でき、又は、言い換えるならば、光学フィードバックセンサー２８は、標的表面上の照明ビームの均一性又は強度に対して測定可能な又は有意な影響を与えないように構成され、そして配置されることができる。例として、本明細書中に記載されるとおり、光学フィードバックセンサー２８は、「サイドファイヤー」型光学繊維であることができ、ここで、光インプット５８は、遠位末端に対応し、該遠位末端は、ほぼ直角の分布コーン（distribution cone）又はレセプションコーン（reception cone）、又はその両方を光インプット５８で得るように終端され、そして研磨されている。小さな光学繊維を使用してよく、例えば、直径０．００５”〜０．０２０”の範囲内にあり、例えば、直径０．０１０”であり、サイドファイヤー光学終端を備え（例えば、ＰｏｌｙｍｉｃｒｏＦｉｂｅｒｓにより提供）、そして有意なシャドー化を回避するために同軸位置合わせされて光源２４の近傍の照明パスに配置されることができる。この構成は、光源２４を用いた標的表面の硬化に実質的に悪影響を及ぼすことなく、コスト効率の高い方法で光学パス６２及び光学パス６４の有用な位置合わせを達成することができる。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、高出力（＞２０００ｍＷ／ｃｍ^２）ＬＥＤ系歯科硬化ワンドであることができる。より詳細には、硬化機器１００は、高出力ＬＥＤなどの光源２４の光アウトプットレベルを変更し、それにより、材料に関する製造者の仕様に従って歯科用複合材料を硬化することができる。硬化機器１００は、１つの実施形態に従って、光適用部材２０の先端から２ｃｍ〜５ｃｍの標的距離で少なくとも２０００ｍＷ／ｃｍ^２を維持することができ、そして、先端により発生されるビームを介する照射のプロファイルが、先端を介する平均出力の２０％以内で実質的に均一であるように構成されることができる、光デリバリーシステムの一部を形成することができる。本開示はこれらの特徴に限定されず、そして別の機器又はワンドの構成が考えられることが理解されるべきである。

上記の特徴のすべて又は一部を有する１つの実施形態に係る硬化機器１００は、標的表面への光アウトプットの閉ループ制御を達成することができる。代わりに又は追加的に、別の操作モードとして、硬化機器１００は、標的表面への光アウトプットの開ループ制御を達成することができる。フィードバックとして光学アウトプットを検知する能力、及び、歯の表面にデリバリーされる実際の光学エネルギーを計算し、追跡し、そして補償するためにフィードバックを用いる能力により、硬化機器１００は、有意に臨床性能を向上し、そして歯科用修復コンパウンドにおいて安全性を向上させることができる。そうすることで、硬化機器１００は、標的表面での露光レベルに影響を及ぼす多くの変数、および、露光不足（例えば、コンパウンドの不十分な硬化）又は過熱により生体組織に損傷を生じさせる可能性がある過露光のいずれかで時折起こる後続する処置後の問題を実質的に排除するのに役立つことができる。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、光源２４自体がその「寿命」にわたって若干であるが、連続して、アウトプットレベルの衰退を示す傾向があるとしても、制御された製造方法を実施し、使用毎に一貫した、機器の先端を横切る光の実質的に均一なフィールドを示す機器を製造することによって、高品質な光学設計で構成され得る。ＬＥＤは、しばしば、その対応する白熱灯と同様に破壊的な様式で「バーンアウト」するのではなく、その寿命にわたって強度をゆっくりと減少する傾向があることに注意されたい。ＬＥＤ寿命は、使用されるＬＥＤ「寿命」標準に従って、初期強度の５０％又は７０％のいずれかに到達するまでの時間数として表現することができる。硬化機器１００のコントローラ１０は、その寿命にわたって、光源２４の劣化を打ち消すために、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて光源２４のアウトプット強度を調節することができる。コントローラ１０はまた、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて診断分析を行うことができ、例えば、光源２４が硬化操作を行うために十分な１つ以上の操作パラメータに従って動作しているかどうかを決定する。このようにして、硬化機器１００のコントローラ１０は、組み込み診断（Built In Diagnostics：ＢＩＤ）を行うことができる。追加的に又は代わりに、コントローラ１０により行われるＢＩＤとしては、バッテリーまたは出力源の安定性もしくは十分性、又はその両方の分析、および、光適用部材２０からそこを通じて光が放出されるレンズ又は先端に汚染物が存在するかどうかの決定が挙げられる。

光源２４からの光が機器の先端に到達した後に、多くの追加の変数が、目的表面への光子の有効なデリバリーに影響を及ぼす可能性があり、そして時々影響を及ぼす。オペレータによるハンドヘルド使用の場合には、これらの変数のうちでおそらく最も有意なものは、露光又は硬化操作の時間の際の硬化機器１００の配置に関するオペレータの正確さ（又は変動）である。光適用部材２０の先端の光学設計、その有効開口数、及び先端直径対意図された作動距離のジオメトリーなどの様々な要因により、ハンドヘルド硬化操作の間の光減衰で５：１を上回る変動を経験することがある。例として、臨床的に関連する照射が、２ｍｍ〜８ｍｍの標的距離の変化のために、いくつかのケースで有意に低下することを示した。さらに、２：１ほどの追加の変動が、先端表面の軸と処理される標的表面の法線との間の角度の変動から生じ得る。１つの実施形態に係る硬化機器１００は、標的表面から反射された検知光に基づく閉ループフィードバックを利用することによりこの変動を実質的に考慮するように構成されることができ、それにより照射量に対する制御を可能にする。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、それ自体が標的での光エネルギー又は標的に到達する光エネルギーの指標となり得る、標的表面から反射する光の検知パラメータ又は特性に基づいて、光アウトプットの閉ループ制御を行うことができることが理解されるべきである。標的で検知された光に基づく制御に加えて、機器は、硬化機器１００の光源２４からの内部光アウトプットを内部的に検知することができる。標的に外部から課される光の量を決定することなく、光アウトプットを内部的に検知することだけで、硬化機器１００は、光源又はランプの経年変化又は変動を補償することができるが、一般に、硬化機器１００の光源生成と光の意図される最終的な標的目的地との間に存在し得る変動を考慮しない。使用毎のオペレータの変動は、標的に実際に到達する光を示すパラメータを検知することにより補償され得る。

歯科用修復のための複合材の許容性及び利用性は、この２０年ほどにわたって極端に増加し、それには、前歯への複合材の使用が挙げられる。前歯用複合材の使用は、複合材が適用される天然歯の色と同一色に合致させるため、異なる色調の複合材を生じさせた。異なる色調の提供は、多くの場合に、硬化を完了するために異なる量の目標光エネルギーを要求する。より濃い色調は、しばしば、光が複合材料の周囲で散乱されそして複合材料を通過することから、より大きな光の内部減衰を生じさせる。これにより、より濃い色調を硬化するために目標エネルギーを増加させることがしばしばある。例として、Ｄｅｎｔｓｐｌｙにより提供される大衆向け修復コンパウンドは、より薄い色調では約６ジュール／ｃｍ^２のエネルギーで硬化するが、より濃い色調では４８ジュール／ｃｍ^２のエネルギーで硬化する。これは、所定のエネルギーデリバリーにおける８：１の変動であり、したがって、様々な複合材料の標的硬化を達成するために現在規定され得る適切なエネルギーレベルの合計範囲がさらに８倍に増加したことを示す。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、使用される硬化性材料又は修復コンパウンドにおそらく特異的である目標アウトプットを達成するように硬化サイクルの間の光アウトプットを制御することにより、修復コンパウンドを硬化するよう構成され得る。例えば、オペレータは、使用される硬化性材料の製造者により規定されている硬化操作のための目標硬化設定を選択するために、オペレータインターフェース１２を使用することができる。このようにして、硬化操作の間に適用される光エネルギーの量は、距離、角度又は他の外部変数因子による潜在的な硬化不足を排除するために、２倍又は３倍の割合で硬化性材料を「過硬化」するのではなく、使用される材料に基づいて選択的に選ぶことができる。硬化強度レベルが低い（例えば、２００〜３００ｍＷ／ｃｍ^２）と考えられる場合、距離、角度又は他の外部変数因子による潜在的な硬化不足を排除するために２倍又は３倍の割合で硬化性材料を意図的に過硬化させることは、あまり問題とは考えられない。しかしながら、より高い硬化エネルギーを規定する硬化性材料を使用し、それゆえ、より高エネルギーの硬化機器（例えば、少なくとも１２００ｍＷ／ｃｍ^２、場合によっては３０００ｍＷ／ｃｍ^２以上を発生させる機器）を使用すると、意図的な過硬化は、直射日光のエネルギー（例えば、１００ｍＷ／ｃｍ^２）よりも一桁大きいエネルギーの適用を生じ得る。図２の例示の実施形態における硬化機器は、標的表面から反射された光に基づく光学フィードバックを使用して光エネルギーのデリバリーを制御し、それにより、所定量の２〜３倍の光エネルギーを生じる有意な過硬化及び意図的な過硬化手順を実質的に回避することができる。

１つの実施形態に係る硬化機器又は硬化システムの操作方法が、図４の例示の実施形態において描かれており、そして一般に２００として指定されている。方法２００は、標的表面からの反射光などの１つ以上のパラメータ又は特性、及び硬化機器１００自体の１つ以上の検知特性に基づくフィードバックを使用して、コントローラ１０において制御モジュールとして実行され得る。例示の実施形態において、方法２００は、硬化操作を開始すること、及び、標的表面にデリバリーされる光エネルギーの量を追跡するアキュムレータ又は積分回路を再設定することを含むことができる。工程２１０及び２１２。コントローラ１０は、その後、予め選択された光源出力レベルなどの初期の設定に従って光源２４を出力するように光学ドライブ回路２２に指示し、それにより標的表面への光の適用を開始することができる。工程２１４。リアルタイムの「デリバリーされた」エネルギー値は、露光時間の間にデジタル的に積分され、所与の時点までに標的表面にデリバリーされたエネルギーの合計ジュールを計算して表示することができる。工程２１６、２１８。デリバリーされたエネルギーが所望のレベルに達すると（例えば、濃い色調では４８ジュール）、コントローラ１０は、光源２４を自動でオフにし、そして露光が完了したことを使用者に知らせることができる。工程２２０、２２２、２２４。このようにして、硬化機器１００は、各々の使用の際に存在する距離又は角度変動など、標的表面への光エネルギーのデリバリーに影響を及ぼす要因を補償するために露光時間を変更することができる。

１つの実施形態に係る硬化機器の操作の別の方法は、図５の例示の実施形態において描かれており、一般に３００で指定されている。方法３００は、方法２００と同様のコントローラ１０により実施され得る。例示の実施形態において、方法３００は、硬化操作を開始すること、及び、標的表面にデリバリーされる光エネルギーの量を追跡するアキュムレータ又は積分回路を開始又は再設定することを含むことができる。工程３１０及び３１２。硬化操作の開始は、オペレータインプット１２のユーザインプット（例えば、ボタン）の作動に応答して開始することができる。コントローラ１０は、その後、事前選択された光源出力レベルなどの初期設定に従って光源２４を出力するように光学ドライブ回路２２に指示し、それにより標的表面への光の適用を開始することができる。工程３１４。方法３００は、オペレータにより初期設定又は期待された目標照射レベルに関して、その瞬間での標的表面における過露光又は露光不足を表すリアルタイムでの誤差値を生成するために標的表面での照射量を計算することをさらに含むことができる。工程３１８、３２０。

この誤差シグナルは、その後、光学ドライブ回路２２を調節するための基準として使用され、計算値により光源２４からのアウトプットを増加し又は低減することができ、そしてそれにより、光源２４と標的表面との間のエネルギー損失が補償され、そして標的表面が、硬化プロセスの任意の所与の瞬間での照射の目標数値ｍＷ／ｃｍ^２を受けることを確実にすることができる。工程３２２、３２４、３２６。例として、工程３２２で、方法３００は、デリバリーされた照射量（Ｉ_{ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ}）が、期待される照射量の計算量より大きいか又は小さいかを決定することができ、その計算量は、所与の時間での所望又は期待される照射量（Ｉ_{ｄｅｓｉｒｅｄ}）に対応することができる。別の例として、方法３００は、デリバリーされたエネルギーの量（Ｊ_{ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ}）が、期待されるエネルギーの計算量よりも高いか又は低いかを決定することができ、その計算量は、所与の時間での所望又は期待されるエネルギーの量（Ｊ_{ｄｅｓｉｒｅｄ}）に対応することができ、又は、硬化操作が開始されてからの期間の硬化操作のための合計の所定エネルギー量の一部分に対応することができる。方法３００は、合計露光時間を短縮する代わりに過度の強力な照射レベルの実質的な回避を容易にすることができる。

例示の実施形態の方法３００は、予め決められた時間の後、例えば、０．０１秒後に、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、標的表面にデリバリーされたエネルギーの合計量が硬化操作のための光エネルギーの所定量に対応するしきい値を満たすか又は超えるかどうかを決定することができる。工程３２８、３３０、３３２。合計エネルギーの計算量がこの条件を満たす場合、硬化操作を停止することができる。工程３３２、３３４。条件が満たされない場合、合計エネルギーの計算量が条件を満たすまで、エネルギーの計算量が反復して決定されるように硬化操作を継続することができる。工程３３２、３１６。

１つの実施形態に係る硬化機器１００は、計算された露光時間を単に二倍又は三倍する従来のはるかに精度の低いアプローチに頼ることなく、複合歯科用材料などの硬化性材料を適切に硬化させるために十分なエネルギーを硬化性材料に受けさせることを実質的に確実にする構成を提供することができる。このようにして、標的表面への実質的に有効なエネルギー送達が達成され得る。本明細書中に記載される技術及び実施形態は、接着剤又は同様の複合材フィラーの精密な光硬化を利用する工業的製造などの非歯科用途に拡張され得ることは理解されるべきである。

場合により、硬化機器１００は、例えば、硬化操作が、光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、硬化性材料を適切に硬化するために不十分であるように見える場合など、不適切な位置合わせ、又は、エネルギーをデリバリーするのに不十分な能力に関連する問題を、その操作を防止するか又はそれをオペレータに警告するかのいずれか少なくとも１つを行うように構成され得る。例として、硬化機器１００が、不適切に訓練されたオペレータがおそらく一部原因となって、不適切に角度付けられている場合、コントローラ１０は、硬化操作が標的材料を硬化するのに不十分であることを検知することができ、そしてそれに応じてオペレータに警告するか、又は、操作を中止するか、あるいはその両方を行うことができる。

１つの実施形態に係る硬化機器又は硬化システムの方法が図６の例示の実施形態において描かれ、そして、一般に４００で指定される。例示の実施形態において、方法４００は、方法２００、３００などの本明細書中に記載される方法の１つ以上に従った硬化操作を行う前に行われることができる。この方法４００は、オペレータインプット１２（例えば、ボタン）のユーザインプットの作動に応答して、標的表面にデリバリーされた検知エネルギーのアキュムレータ又は積分回路を再設定し又は開始することを含むことができる。工程４１０及び４１２。コントローラ１０は、その後、予め選択された光源出力レベルなどの初期設定に従って光源２４を出力するように光学ドライブ回路２２に指示し、それにより、光の適用を開始することができる。工程４１４。コントローラ１０は、光学フィードバック回路２６により提供された光学センサーフィードバックシグナルを分析し、検知された反射光が、硬化性材料が光適用部材２０により実際に標的とされていることを示すものであるかどうかを決定することができる。工程４１６、４１８。例として、コントローラ１０は、検知された光を、標的とされた硬化性材料のタイプに関連するしきい値、パラメータ又はパラメータ範囲と比較して、硬化性材料が光源２４から実際に光を受けているかどうかを決定することができる。検知された光がしきい値よりも低いか、又は、パラメータ範囲から逸脱している場合、コントローラ１０は、硬化操作が有効でない可能性があるように、光適用部材２０に対して不適切に配置されていることを決定することができる。この決定に基づいて、コントローラ１０は、光源２４の操作を停止するか、又は、オペレータフィードバック回路１４により問題をオペレータに警告するか、又は、それらの組み合わせを行うことができる。工程４２０、４２２。検知された光が、硬化性材料を適切に標的としていることを示す、しきい値より高いことなどの１つ以上の基準を満たす場合、コントローラ１０は、硬化操作におけるさらなる工程に進むことができ、該工程としては、方法２００、３００との関連で本明細書中に記載される１つ以上の工程が挙げられる。方法４００は、既知又は所望のタイプの標的の表面以外の表面に光エネルギーを適用するのを実質的に回避するために、数マイクロ秒の間で行うことができる。

本明細書中に記載の１つ以上の実施形態に加えて又はその代わりとして、硬化光１００は、空気又は別のガスを標的表面に向けて又は標的表面から遠ざかる方向に導くための空気パスを含むことができ、それにより、標的表面又は周囲の領域、あるいはその両方を冷却することができる。例として、図２において破線として示されるように、硬化光１００は、クーラントシステム１５０を含むことができ、該システムは、例えば、加圧空気又は真空源と、標的表面から又は標的表面に対して空気を通すための空気パスを含む。このようにして、空気又は別のガスは、圧力又は真空によりそれぞれ押されるか又は引かれて、硬化される標的表面を通過し、増加された空気流により、標的表面で加速された表面冷却を誘導することができる。クーラントシステム１５０はまた、ガス流以外の他の冷却機構を利用することもでき、該機構としては、例えば、水蒸気又は水ミストを標的表面に向けることが挙げられる。

１つの実施形態において、クーラントシステム１５０は、硬化機器１００のベースに又はその付近に配置されることができるカップラーを含むことができ、カップラーは、加圧ガス又は真空の供給源に迅速かつ信頼性をもって接続することを可能にする。クーラントシステムは、加圧もしくは真空誘導されたガス流を指向させて収容し、そして硬化機器１００の光適用部材２０に向けて又はそこからガス流をガイドするために硬化機器のボディー内に配置された空気チャンネルを含むことができる。光適用部材２０は、光適用部材２０の先端に配置されて、そして照明ビーム６４の方向に向けられて、硬化される標的表面に向けて（加圧ガス）又はそこから遠ざかる方向に向けて（真空）ガス流を指向させる指向ノズルを含むことができる。標的表面に実際にデリバリーされる合計エネルギーを管理するための、光学センサーフィードバックシグナルに基づく光源２４からのアウトプットの閉ループ制御は、デバイスからデリバリーされる光エネルギーの合計量が、実際にデリバリーされる光の量におけるオペレータによって誘発される変動を補償するために、必要とされる量よりも２倍又は３倍大きいように事前選択される従来の硬化操作と比較して、標的表面にデリバリーされる熱エネルギーの量を減じることができる。結果として、クーラントシステム１５０の使用が実質的に回避され得る。しかしながら、場合により、クーラントシステム１５０を硬化機器１００中に組み込んで、より高いレベルの光強度でも作動する機会を提供し、それにより、標的表面で結果として生じる温度上昇を、決定されたしきい値を超えるレベルに実質的に上昇させることなしに、より急速な硬化を達成することができる。

１つの実施形態において、硬化機器１００の製造方法は、光学フィードバックセンサー２８の光学パス６２を光源２４の光学パス６４と位置合わせすることにより光適用部材２０を組み立てることを含むことができる。該方法は、光が光インプット５８から放出されるように光学フィードバックセンサー２８にエネルギー供給することを含むことができる。光インプット５８は、ａ）光源２４に取り付けられたレンズ５０の近傍で、及び、ｂ）レンズ５０と別のレンズ５２との間に定義されたボイド又は領域内で配置され得る。光源２４は、光が光インプット５８から放出されるのと同時に、光を放出するためにエネルギー供給されることができる。光学フィードバックセンサー２８は、光インプット５８に対応するサイドファイヤー終端が光源２４の光学パス６４内で光学パス６２に沿って光を指向するように回転及び移動され得る。光学パス６４内の光学パス６２の間の位置合わせが達成されると、光学フィードバックセンサー２８は、光インプット５８がレンズ５０に対して実質的に安定した状態を維持するように適所に取り付けられ得る。１つの実施形態において、較正センサーシステムが、光インプット５８の光学パス６２及び光源２４の光学パス６４の相対位置を検知することができ、それにより、その位置合わせを容易にすることができる。較正又は位置合わせの間に光インプット５８から放出される光は、光源２４から放出される光とは異なるタイプであることができ、それにより、光学パス６２と光学パス６４との間の識別を容易にすることができる。

「垂直」、「水平」、「上（トップ）」、「下（ボトム）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「内側方向に（ｉｎｗａｒｄｌｙ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「外側方向に（ｏｕｔｗａｒｄｌｙ）」などの方向用語は、図面に示した実施形態の向きに基づいて本開示を記載するのを補助するために使用される。方向用語の使用は、任意の特定の向きに本開示を限定するように解釈されるべきでない。

上記の記載は、本発明の現在の実施形態の記載である。様々な改変及び変更は、添付の特許請求の範囲において規定されるとおりの本発明の主旨及びより広い態様から逸脱することなくなされることができ、それは均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべきである。本開示は、例示の目的で示され、そして本発明のすべての実施形態の網羅的な記載と解釈されるべきでなく、又は、これらの実施形態に関連して例示され又は記載された特定の要素に特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきでない。例えば、限定することなく、記載された発明の任意の個々の要素は、実質的に同様の機能を提供するか、又は、別のやりかたで適切な操作を提供する代替の要素により置き換えられてよい。これには、例えば、現在知られている代替要素、例えば、当業者に現在知られている可能性のあるもの、及び、将来開発され得る代替要素、例えば、当業者が開発時に代替物として認識するものが含まれる。さらに、開示の実施形態は、協調して記載されており、及び、協働的に利益の集合体を提供する複数の特徴を含む。本発明は、発行された特許請求の範囲に別途明示的に記載されている範囲を除き、これらの特徴のすべてを含み又は記載された利益のすべてを提供する実施形態のみに限定されない。例えば、冠詞「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」又は「前記（ｓａｉｄ）」を用いた単数形の特許請求の範囲の要素のすべての言及は、その要素を単数に限定するものと解釈されるべきでない。

Claims

標的を硬化するための歯科硬化機器であって、該標的は光エネルギーの適用に応答して硬化することができる修復材料を含み、該歯科硬化機器は、
修復材料を硬化するために光エネルギーをアウトプットすることができる光源、
光エネルギー特性を検知するための光センサー、
光センサーに操作可能にカップリングされた光学フィードバックパス、および
光センサー及び光源に操作可能にカップリングされたコントローラ
を含み、ここで、
該光源はアウトプットされる光エネルギーを変化させるように制御可能であり、
該光学フィードバックパスは標的から反射して戻される光を光センサーに送るように配置されており、ここで、該光センサーは標的から反射して戻される光に関する光エネルギー特性を検知するように構成されており、
該コントローラは、光センサーにより検知された光エネルギー特性に基づいて、光源の操作特性を変化させ、光源からアウトプットされる光エネルギーに影響を及ぼすように構成されている、
歯科硬化機器。
前記光学フィードバックパスは、光学フィードバックパスが照射ビームの範囲内になるように、歯科硬化機器からアウトプットされる光源の光の照射ビームと位置合わせされている、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記光学フィードバックパスは、前記照射ビームと同軸的に位置合わせされている、請求項２記載の歯科硬化機器。
前記光センサーは、前記照射ビームをシャドー化することを実質的に回避するように配置されている、請求項３記載の歯科硬化機器。
前記光学フィードバックパス及び前記光センサーは、前記コントローラへの分離された光学フィードバックを形成し、ここで、コントローラは標的の表面にデリバリーされる実際の光強度（ｍＷ／ｃｍ²）をリアルタイムで評価するように構成されており、該評価は標的に対する歯科硬化機器の提示の距離又は角度のうちの少なくとも１つにより引き起こされるオペレータが誘発する変動から独立している、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記光センサーはリアルタイム強度光学センサーフィードバックシグナルを提供し、前記コントローラは、該光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、前記光源の光源強度を制御することにより補正調節を生じさせ、それによってコントローラは標的の表面にデリバリーされる実際の光強度を安定化させる、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記コントローラは前記標的上の光強度の時間積分を決定するための基準として、前記光学センサーフィードバックシグナルをさらに使用するようにプログラムされており、該コントローラは該標的の表面にデリバリーされる実際の合計エネルギーをリアルタイムで計算するようにプログラムされている、請求項６記載の歯科硬化機器。
前記実際の合計エネルギーはｗ／ｃｍ² ＊ｔｓｅｃ．での強度に等しいジュール／ｃｍ²でのエネルギーで表現される、請求項７記載の歯科硬化機器。
前記コントローラは、活性露光（active exposure）の時間をさらに管理することによりデリバリーされるエネルギー量を制御するために、光源を制御するための基準としてジュール／ｃｍ²のリアルタイム計算を使用する、請求項７記載の歯科硬化機器。
前記光学フィードバックパスは光デリバリーパスと共有されており、光デリバリーパスを介して前記光源が前記標的にエネルギーをアウトプットし、
ここで、前記コントローラは、光源からアウトプットされる光エネルギーと標的から反射して戻される光を、差異として（differentially）及び比率として（ratiometrically）評価するようにプログラムされており、ここで、アウトプットされる光エネルギーと反射して戻される光の指標であるシグナルは、該共有された光デリバリーパス内から得られる、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記光エネルギー特性に基づく組み込み診断（ＢＩＤ）をさらに含む、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記ＢＩＤは、光源の問題、バッテリーの問題及び先端汚染のうちの少なくとも１つを検知する能力を含む、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記コントローラは、硬化操作がボタンにより作動される場合に前記光源からアウトプットされる光エネルギーのパスに前記標的が存在しているか否かを確認し、そして標的が存在していないとの決定に応答して、光源を停止するように構成されている、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記コントローラはマイクロ秒のオーダーでの時間枠で存在を決定しそして前記光源を停止するようにプログラムされている、請求項１記載の歯科硬化機器。
前記標的は歯又は不透明対象物である、請求項１記載の歯科硬化機器。
光硬化性材料の硬化操作を行うための硬化機器の操作方法であって、該方法は、
光源から光エネルギーを発生させること、
該光エネルギーを光硬化性材料が結合された標的表面に向けること、
該標的表面から反射された検知光に基づいて光学センサーフィードバックシグナルを発生させること、及び、
該光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、該光源からの光エネルギーのアウトプットを調節すること、
を含む、方法。
前記標的表面から反射された光を、光学センサーを介して検知することをさらに含み、ここで、該表面から反射された光は前記光源から該標的表面に実際にデリバリーされた光エネルギーの量を示す、請求項１６記載の方法。
光エネルギーを発生させるために前記光源に出力シグナルを供給することをさらに含み、ここで、光源からの光エネルギーのアウトプットの前記調節が、光源に供給される出力シグナルの特性を変化させることを含む、請求項１６記載の方法。
前記出力シグナルの特性は、電流の大きさ、電圧の大きさ、出力供給シグナルのデューティサイクルの少なくとも１つを含む、請求項１８記載の方法。
前記硬化機器は光エネルギーを放出する光適用部材を含み、そして前記方法は、前記光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、前記光硬化性材料が光適用部材の近傍に存在するかどうかを決定することをさらに含む、請求項１６記載の方法。
前記光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、前記標的表面にデリバリーされた光エネルギーの合計量を反復的に計算すること、及び、光エネルギーの計算量が前記光硬化性材料のための所定の光エネルギーの量と等しいかまたはそれを上回るかどうかを決定することをさらに含む、請求項１６記載の方法。
硬化プロファイルに従って前記標的表面に光エネルギーをデリバリーすること、
前記光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、ある時間の間にデリバリーされた光エネルギーの量を計算すること、
該光エネルギーの計算量が、該ある時間での硬化プロファイルに従った光エネルギーの期待量に実質的に等しいかどうかを決定すること、
該光エネルギーの計算量が該光エネルギーの期待量と異なるとの決定に基づいて、前記光源からの光エネルギーのアウトプットを調節すること、
をさらに含む、請求項１６記載の方法。
前記硬化機器のガスチャンネルを通して正圧又は負圧を発生させることにより、前記標的表面上にガスを指向させることをさらに含む、請求項１６記載の方法。
光硬化性材料を硬化するための硬化機器であって、該硬化機器は、
光硬化性材料を硬化するために光エネルギーを発生させるように構成された光源、
光源に操作可能にカップリングされた光学ドライブ回路、
光学ドライブ回路に操作可能にカップリングされたコントローラ、
光硬化性材料から反射された光を回収するように配置され、光硬化性材料に向けられた光学センスパスとともに光インプットを有する、光学フィードバックセンサー、および
光学フィードバックセンサーの光インプットに光学的にカップリングされた光センサー
を含み、ここで、
該光源は該光硬化性材料に光エネルギーの照射ビームを提供するように構成されており、
該光学ドライブ回路は、該光エネルギーを発生させるために該光源に出力シグナルを提供するように構成されており、ここで、該光学ドライブ回路は、該光源からの光エネルギーのアウトプットを変化させるために該出力シグナルの１つ以上の操作特性を変化させるように構成されており、
該コントローラは、該光源からの該光エネルギーの発生を制御するために該光学ドライブ回路の操作を制御するように構成されており、
該光インプットの該光学センスパスは、該光源から発生される該照明ビームにより包囲されており、
該光センサーは、該光インプットにより回収された光に基づいて、光学センサーフィードバックシグナルを発生するように構成され、ここで、該コントローラは、該光学センサーフィードバックシグナルに基づいて、該光源からの光エネルギーのアウトプットを変化させるために、該１つ以上の操作特性の少なくとも１つを変化させるように該光学ドライブ回路に指令する、硬化機器。
前記光学センスパスは光エネルギーの前記照明ビームと同軸的に位置合わせされており、前記光センサーは該照明ビームの有意なシャドー化を実質的に回避するように前記光源に対して配置されている、請求項２４記載の硬化機器。
前記光硬化性材料の温度に影響を及ぼすように光硬化性材料上にガスを指向させるガスノズルにカップリングされたガスチャンネルをさらに含み、ここで、該ガスチャンネルはクーラントシステムの少なくとも一部を形成している、請求項２４記載の硬化機器。