随着用于二类修复牙科学的光固化复合化合物的引入和随后的市场渗透，在结构质量、自然外观和修复性牙科工作的持久性方面都取得了重大成就。然而，同时，牙科医生遇到了新的难题。不同于较老的传统汞合金充填物，一旦复合填充物被成功地放置和成形，牙科医生就仍没有完成。在努力完全地聚合该化合物并尝试确保无问题放置时，牙科医生将利用规定波长的强光来固化该化合物。被用来实现该功能的大多数早期固化灯利用基于卤素的白炽灯作为光源。该技术简单并相对负担得起，但是它有点“能量渴求”，并且在该灯和要被治疗的牙齿二者处产生高度废热。在光学上过滤实际上被递送至牙齿的能量的波长的设计改进显著减少了对牙齿的不必要加热。这是有帮助的改进，因为用于引起大多数修复性化合物的交叉聚合的常规光活化剂仅利用一部分蓝色光谱。通过过滤掉被递送至牙齿的光的许多绿色、红色和红外线部分，带来了朝向消除仅仅是在牙齿处产生“废热”的大部分不需要波长的进步。利用光固化复合的牙齿修复的典型固化时间在20秒到60秒的范围中。
于是，在20世纪90年代中后期，出现了蓝色高亮度led，并且此后不久，兴起了蓝色led固化棒。在450到485纳米波长范围中发射光的蓝色led（至少在光谱上）非常适合于牙科复合物的固化。在若干年中（进入了新千年）新的蓝色led的功率容量和定价是限制因素。然而，不久之后，提供较为可靠200-300mw/cm2（每平方厘米毫瓦）的led固化棒就在技术上可行并可商购。这允许引入小的手持电池操作的固化灯，类似于它们的较老的基于绳的基卤素前身，它可以执行20-60秒复合物固化时间。
常规led固化棒已经显著进步超越了最初蓝色led固化棒的能力。现在存在能够产生超出它们的前身功率10倍的手持电池操作的固化灯（许多在3,200mw/cm2或更多，并且一些现在高达8,000mw/cm2）。这导致在理论上固化灯能够最终靠在小于十分之一的时间内向目标递送光学能量总量（通常以焦耳测得）来在仅仅1到3秒内固化复合物放置。然而，这些优点不是没有消极面。
一些常规牙科光棒利用用于测试光学输出的装置来操作，诸如在充电器的基础上。然而，不存在合并到此类牙科光棒自身中的反馈机构。
常规的基于led的固化灯已有进展以解决过去许多年内关于无绳操作、用户人机工程学、数字控制的曝光时间以及更高得多的光学功率可用性的若干关注问题。然而，这些改进就没有对消除经常阻碍安全、可重复和可靠化合物固化的许多起因或问题（诸如用户差异）起到作用。并且，在一些方面中，最近的固化灯的显著较高的功率级已允许更频繁地过度曝光，这会影响实现增强的安全且可重复且可靠化合物固化的能力。
一种用于将光能量施加于光可固化目标的仪器。该仪器可包括能够向目标输出光能量的光源，在这里该光源是可控的以改变被输出的光能量。该仪器可包括：用于感测光能量特性的光传感器；和可操作耦合至该光传感器的光学反馈路径。该光学反馈路径可被安置成将从目标反射回来的光引导至光传感器，在这里该光传感器被配置成感测关于从目标反射回来的光的光能量特性。该仪器可进一步包括可操作耦合至光传感器和光源的控制器。该控制器可被配置成基于由光传感器感测到的光能量特性来改变光源的操作特性以调整从光源输出的光能量。
在一个实施例中，光学传感器和相关元件形成闭环led固化棒，其以比常规固化仪器更大得多的精度管理被递送至牙齿处的复合修复物的能量的量。根据本公开的一个实施例的仪器不会经过测量在基于led的棒中产生的光能量的量来控制被递送能量的量，而是通过实时测量在任何给定时刻实际撞击牙齿修复的目标表面的光的部分并且然后管理施加于该仪器内led源的电功率以驱动至目标牙齿表面处的期望辐照度级来控制的。这样做，能轻松实现光固化曝光的增强质量和增强安全性二者。
在一个实施例中，一种用于固化光可固化材料的固化仪器可包括光源、光学驱动电路、控制器、光学反馈传感器和光传感器中的至少一个。该光源可被配置成生成用以固化该光可固化材料的光能量，并将要被递送的光能量的照明光束提供给该光可固化材料。该光学驱动电路可被配置成向光源提供功率信号以生成光能量，在这里该光学驱动电路被配置成改变功率信号的一个或多个操作特性以改变来自光源的光能量的输出。该控制器被配置成控制该光学驱动电路的操作以控制来自光源的光能量的生成，并且该光学反馈传感器可被布置成收集从该光可固化材料反射的光。该光学反馈传感器可包括具有被指引到该光可固化材料的光学感测路径的光输入端，在这里该光输入端的光学感测路径被从光源生成的照明光束包围。可选地，该光输入端可对应于根据侧射式（side-fire）配置构造的光纤元件的远端，以使得光学感测路径相对于光纤的中心轴成基本90°。该远端可关于照明光束来定位以使得大体上避免照明光束的遮蔽。
光传感器可被光学耦合至光学反馈传感器的光输入端，并且可被配置成基于由光输入端收集的光来生成光学传感器反馈信号。基于该光学传感器反馈信号，该固化仪器的控制器可指示光学驱动电路以改变来自光源的光能量的输出。
根据一个实施例的一种制造方法可包括：从光学反馈传感器的光输入端发射光以及从光源发射光。该方法可包括将来自光输入端的输出光束与光源的照明光束进行比较以便促进输出光束与照明光束的对准（例如将输出光束和照明光束同轴对准）。在其中光输入端是侧射式构造的实施例中，光学反馈传感器可被旋转并且横向移动到使得输出光束与照明光束同轴对准的位置。在实现同轴对准之后，光学反馈传感器的至少一部分可被粘贴到固化仪器的静止部件（诸如耦合至光源的透镜），以便基本上防止光输入端相对于光源的移动。
在一个实施例中，一种操作固化灯以固化光可固化材料的方法可包括以下步骤中的至少一个：从光源生成光能量，朝向该光可固化材料的目标表面指引该光能量，基于从目标表面反射的感测光来生成光学传感器反馈信号，以及基于该光学传感器反馈信号来调整来自光源的光能量的输出。
该操作方法可进一步包括以下各项中的一个或多个：迭代地计算施加于目标表面的光能量的量，确定光能量的量是否与固化操作分布图一致，以及确定被指引至目标表面的光能量总量是否与用于固化光可固化材料的规定光能量的量一致。
本文描述的一个或多个实施例可实现可能避免对光能量的过度曝光（这会导致热组织损伤）的潜在危险和潜在疼痛机会的真实且有效构造。以这种方式，可在避免双重或三重曝光的常规方法的同时使用更强大的固化仪器。闭环led固化灯方法可消除荒度时间并且同时潜在地消除与高功率固化灯关联的可能不利影响。
将通过参考当前实施例的描述以及附图来更全面地理解和认识本公开的这些和其他目标、优点和特征。
在详细解释本发明的实施例之前，要理解本发明不限于操作的细节或者下面的描述中阐述的或附图中图示的部件的构造和布置的细节。可在各种其他实施例中实施本发明并能以本文没明确公开的备选方式来实践或实施本发明。而且，要理解本文所使用的用语和术语是为了描述目的并且不应该被视为限制。“包括”和“包含”以及其变体的使用意指涵盖在下文中列出的条目及其等同物，以及附加条目及其等同物。此外，可在各种实施例的描述中使用列举。除非以其他方式明确阐述，列举的使用不应该被解释为将本发明限于任何具体顺序或数目的部件。也不应该将列举的使用解释为从本发明的范围排除可能与所列举的步骤或部件组合或组合到其中的任何附加步骤或部件。
在图1-2中示出一种用于在固化期间向复合材料提供光的固化仪器并且通常将其指定为100。该固化仪器100可被用来固化光激活的复合材料，诸如通过将单体聚合到耐用聚合物中。该固化仪器100可以是独立的设备（诸如具有电池电源的便携式手持棒）或具有固化仪器100绳系到并从其接收功率的基本单元的固化系统的部件。各种各样的领域都可受益于该固化仪器100，包括例如牙科和医疗领域。为了公开的目的，该固化仪器100被描述为用于结合固化具有光引发剂的复合材料结合使用的牙科固化仪器，该光引发剂吸收特定波长的光并促使包括在复合材料中的单体聚合到聚合物中。然而，应该理解，本公开不限于作为牙科固化仪器的固化仪器或者限于与牙科复合材料一起使用，而是任何固化施加可受益于该固化仪器，并且任何类型的光可固化材料可结合该固化仪器来使用，包括透明、半透明和不透明可固化材料。
在图1-2中的图示实施例中，固化仪器100可包括光施加构件20、操作员接口12和操作员反馈元件14。在使用中，操作员可经由操作员接口12（例如开始按钮“s”）激活固化仪器100以发起复合材料（未示出）的固化操作。在激活之后，该固化仪器100可生成光并通过施加构件20的光通道来发射光。操作员可将光施加构件20定位成使得光通道朝向复合材料指引光以便影响其固化。
操作员接口12可诸如通过选择输入（例如模式按钮“m”）来实现对如本文所述的固化仪器100的一个或多个设置或模式的操作员选择。例如，操作员接口12可实现期望固化或曝光时间、期望功率输出、操作或递送模式以及接通/断开触发中的一个或多个的操作员选择。可经由操作员反馈元件14来识别作员选择的一个或多个设置或模式，该操作员反馈元件14可包括一个或多个led或显示器、或其组合。利用操作员反馈元件14，可通知操作员或使操作员知道固化仪器100的操作设置或模式。在一个实施例中，该操作员反馈元件14可包括lcd或led显示器形式的显示器。
该固化仪器100可被配置成基于来自光学传感器的反馈来控制光从光源的发射。在这一些状况下，来自光源的输出可被严格管理以考虑电池充电中的变化、led寿命和其他相关系统部件变化、或其组合，以努力实现来自光源的光或功率输出的一致生成。然而，即使在这样的管理的情况下，也可能在将期望光级或功率输出递送在预期目标（例如复合材料）处时发生偏离。固化仪器100“之外”的许多因素都会影响光递送，包括各种各样的操作员误差，诸如固化仪器100的尖端或光输出端的污染）、或在固化期间固化仪器100和目标表面（例如牙齿表面）的光输出之间的距离和角度变化。这些和其他外部因素可明显影响实际上使得多少光学能量到达预期或目标表面。固化仪器100可被配置成利用光学反馈来调整光输出以便明显降低或消除外部误差源的影响，该外部误差源常常可以是使得多少光学能量到达目标表面的一个或多个主要因素。
根据一个实施例的固化仪器100可感测指示实际上使得光到达目标表面的光量的一个或多个特性，该目标表面包括复合材料，诸如被用于固化的目标的化合物修复剂。基于该一个或多个参数，固化仪器100可使光源向上或向下输出“节流”，以实现被递送至目标表面的目标辐照度功率（mw/cm2）和总能量（焦耳/cm2）。
换言之，该固化仪器100可被配置成控制施加于预期目标的光学能量总量（焦耳），并且这样做可控制在曝光时间期间施加于目标的功率（mw/cm2）的速率，以避免超过光学能量的目标级。可以以各种各样的方式来实现基于光学反馈对光学能量输出的控制。为了公开的目的，本公开包括对可固化材料实施这种基于控制的光递送的若干实施例。然而，应该理解本公开不限于本文描述的具体构造和实施例，并且设想基本上任何受控的固化仪器。
在图2的图示实施例中，该固化仪器100可包括控制器10（例如低端嵌入式控制器）、光学驱动电路22、光源24、光学反馈电路26、和光学反馈传感器28。该光学驱动电路22可控制至光源24的功率的供应以生成可经由光施加构件20传送至目标表面的光。例如，光学驱动电路22可包括受控驱动电路，其从电源（例如固化仪器100的电池）接收功率，并且根据一个或多个操作特性（诸如电压量值或电流量值、或这二者）将该功率作为功率信号提供给光源24。响应于功率的接收，光源24可生成可以被指引至目标表面以用于固化操作的光。在所图示的实施例中光源24主要是紫外线（uv）光源（诸如uv发光二极管（led）），但是它可被不同地配置，包括被配置成主要输出红外光。应该进一步理解到，所图示的实施例的光源24（尽管主要是一种类型的光源（例如uv））还可发射波长不同于主要光类型的波长的光。例如，来自uvled的主要光输出是uv光，但是uvled还可发射可见光谱或红外光谱中的光，或两者，连同uv光。
在一个实施例中该固化仪器100的控制器10可包括算法计算求解元件或控制器模块（诸如并入控制器10中的共享计算模块），从而形成控制光输出和潜在附加仪器功能的嵌入式控制管理系统。可选地，该模块可与控制器10分开并且被并入连同控制器10一起形成用于固化仪器100的控制系统的至少一部分的另一硬件模块中。
如本文所提到的，可通过光学驱动电路22来进行对来自光源24的光的生成的控制，该光学驱动电路22也被称为led功率控制元件但不限于此。在所图示的实施例中，该控制器10可被耦合至光学驱动电路22并控制其的操作。该光学驱动电路22的一个或多个操作特性的控制级可至少部分由控制器10来管制以影响提供给光源的功率信号并影响其光输出。例如，该控制器10可向光学驱动电路22提供控制信号或控制信息以便根据目标操作特性来向光源24提供功率。从控制器10提供的控制信号或控制信息可以是动态的，以使得在固化操作期间该控制信号或控制信息可改变以影响目标操作特性中的变化。在一个实施例中，该光学驱动电路22可利用反馈电路来实现目标操作特性。例如，该光学驱动电路22可包括电流传感器，其感测供应给光源24的电流，并且光学驱动电路22可基于所感测到的电流来调整操作以将所供应的电流变成与目标供应电流的更接近对准。附加地或备选地，该控制器10可基于所感测到的与光学驱动电路22在向光源24供应功率时的操作有关的信息来指引光学驱动电路22的操作，包括例如基于目标电流和所感测到的操作电流之间的偏离来调整一个或多个目标操作特性，诸如占空比。
该光学驱动电路22可包括接通/断开光源24并在使用期间管理功率输出的电路。该光学驱动电路22可接收来自控制器10的输入以控制光源24的输出。该光学驱动电路22可包括以仅仅接通或断开或者选择两个或三个预置功率级中的一个的更高分辨率来管理光源24的输出功率的能力。例如，该光学驱动电路22可控制一个或多个操作特性，其包括例如控制施加于光源24的功率的占空比以控制输出功率的量。作为另一示例，该光学驱动电路22可控制施加于光源24的功率的振幅或干线电压或这二者以影响并控制输出功率。在一些情况下，该光学驱动电路22可由控制器10来控制以实现“倾斜”曝光分布图（profile）、或者在固化操作的过程中改变的曝光分布图或操作分布图而不是被配置成将基本恒定的光能量的量供应给目标表面的分布图。例如，固化仪器100可改变光源24的输出级以实现光能量到目标表面的受控供应（利用自适应曝光分布图），可在固化操作的过程中偏移或改变光源24的目标输出级，同时控制器10根据在固化操作中固化分布图的给定时间的目标输出级来控制到光源24的功率供应。作为一个示例，该固化仪器100可在固化操作的开始时段期间将较大量的光能量供应给目标表面，并且在固化操作的稍后时段期间供应较少量的光能量。
该固化仪器100的控制器10可基于从光学反馈传感器28获得的反馈来控制光学驱动电路22。此类基于光学反馈的控制可结合本文所述的任意操控方法来实施，包括例如基于来自光学反馈传感器28的反馈来控制一个或多个操作特性以实现目标光学输出。在图2所图示的实施例中，该固化仪器100可包括光学反馈传感器28，其被配置成感测从来自光源24的光被指引至的目标表面反射的光，并且包括被配置成将光或光的特性引导至光学反馈电路26的光学反馈路径。基于来自光学反馈传感器28的光学反馈，该光学反馈电路26可生成指示所感测到的光的光学传感器反馈信号并且将该光学传感器反馈信号提供给控制器10。通过一系列分析该光学传感器反馈信号，该控制器10可动态改变提供给光学驱动电路22的控制信号或控制指令，由此基于所感测到的从目标表面反射的光来动态调整光学驱动电路22的一个或多个操作特性及来自光源24的输出。附加地或备选地，该控制器10可基于光学传感器反馈信号来确定与光的递送有关的一个或多个定时方面，并且动态计算用于将光施加于目标表面的维持的时间。例如，基于光学传感器反馈信号，该控制器10可确定递送给目标表面的光能量的量或给定时间量，并且指示或命令光学驱动电路22响应于所递送的光能量的量达到或超过阈值来终止递送光能量。
根据所图示的实施例的固化仪器100可包括光学反馈电路26中的光传感器元件，其经由光学反馈传感器28的光学反馈路径接收光或其特性。固化仪器100的该光传感器元件可被定位为以便系统地连接至控制器10，以使得可基于所感测到的光来控制来自光源24的光的输出。该光学反馈电路26的光传感器元件能是光电二极管，其对光的一个或多个波长（诸如与uv辐照相对应的光的光谱）敏感。应该理解，任何类型的光传感器元件可合并光学反馈电路26，并且光传感器元件可对光的多于一个光谱敏感。被控制器10接收到的光学传感器反馈信号可以是来自光学反馈电路26的模拟信号。该控制器10可被配置成将模拟信号转换成数字信息以用于本文所述的进一步处理。附加地或备选地，由光学反馈电路26提供的光学传感器反馈信号可以是表示与被光学反馈电路26的光传感器元件感测到的反射光有关的信息或数据的数字信号。
作为光传感器元件的备选或除了光传感器元件之外，固化仪器100可利用位于牙齿的目标表面处或基本上靠近该目标表面的光和/或热传感器。该配置可提供到牙齿的能量的受控递送的增强准确度。该配置还可与较少的校准一起使用。
在固化仪器100的一个实施例中，该光学反馈传感器28可用来优选收集光的从要被治疗的区域（例如复合材料）的预期目标区域的表面反射离开的某一部分，并且还可用来将该光递送至光学反馈电路26的光传感器元件以用于量化。光学反馈传感器28可相对于光施加构件20来定位以使得光学反馈传感器28的光输入58被安置成收集从目标表面反射的光。根据一个实施例的光学反馈传感器28可以是光纤，其具有形成在光纤的远端处的光输入端58。该光输入端58可以是经表面处理的（诸如通过抛光），以使得该光输入端58被配置成收集反射的光，如本文所述。在一个实施例中，该光纤可被配置成使得对应于光输入端58的远端被构造为侧射式尖端。利用该构造，光纤可以不同于光纤的中心轴的角度来收集光，包括例如被指引成关于光纤的中心轴基本垂直的光。在侧射式配置中光纤的远端可被处理成使得远端的表面关于光纤的中心轴成角度（例如大约42度）。应该理解，该光学反馈电路28可被布置成以相对于光纤的中心轴的不同角度（包括例如在20度和160度之间）来收集光。
在所图示的实施例中，光传感器28可以不被配置用于感测来自光源24的led输出的目的，而是感测从目标表面反射回来的光。该光传感器布置可实现在光学反馈电路26和“目标”表面之间经由光学路径元件或光传感器28的光学连接。此类光学路径可通过隔离的专用光纤或者通过其他混合光学布置来完成，以便实现被光学反馈电路的光传感器接收到的光学信号大部分或至少部分包括被反射离开目标表面的光。由光学反馈电路26生成并基于经由光传感器28的光学路径提供的光的光学传感器反馈信号然后可通过控制器10来处理以便消除或大幅度的降低已知和所导出的感觉误差源以及补偿影响光学传感器反馈信号的光学因素，并由此实时计算在实际目标表面处“递送的”能量级（以mw/cm2来计量）。如本文所解释的，在目标表面处实际辐照度级的计算可形成根据操作的一个或多个方法或者模式的操作的基础。
在一个实施例中，该控制器10可被配置成根据第一操作模式基于光学传感器反馈信号来控制来自光源24的光的输出，在该第一操作模式中可在曝光时间期间使实时“递送的”能量值数字地积分以计算直到当时被递送至目标表面的能量的总焦耳。当被递送的能量达到期望级（例如对于深的颜色深浅（shade）修复而言为48焦耳）时，固化仪器100的控制器10可自动关闭光源24并通知操作员曝光已完成。在第二操作模式中，固化仪器100可在目标表面（例如牙齿或复合材料表面）处使用计算辐照度以实时创建表示在时间上的该时刻在目标表面处关于由固化仪器100的操作员最初设置或预期的目标辐照度级的过度或欠曝光的“误差值”。该误差信号可被用作使光源24向上或向下节流的基础以基本确保在固化过程或操作的任何给定时刻处目标表面正接收以mw/cm2计的期望的辐照度的量。该第二模式还可帮助确保避免过强的辐照级，而不是仅仅缩短总曝光时间。
在图3的图示实施例中描绘根据固化灯100的一个实施例的光施加构件20的局部暴露和局部剖面视图。该光施加构件20可包括光学驱动电路22、光源24、光学反馈电路26和光学反馈传感器28。该光施加构件20还可包括安装到光源26的半球形透镜50，被配置成将来自光源24的光能量指引至目标表面的平凸透镜52，以及被配置成朝向平凸透镜52指引光的反射器环56。该光施加构件20还可包括构造成保持平凸透镜52、光源24和反射器环56的位置的座圈或外压紧环54。应该理解，光施加构件20的透镜类型和透镜构造中的一个或多个、以及包括座圈54或反射器环56的一个或多个部件的物理布置或使用可以是不同的并且可随着应用不同而改变。
在所图示的实施例中，光源24和光学反馈传感器28的光输入端58可被安置成使得光输入端58的光学路径62在光源24的光学路径64内。例如，该光输入端58的光学路径62可以是关于光源24的光学路径同轴且更窄的。在操作中，该光输入端58的光学路径62可被布置成收集要感测的光以作为用于控制固化仪器100的操作的基础，而光源24的光学路径64可被布置成将光从光源24指引至目标表面。该光学路径62可被视为由光学反馈传感器28提供的光学反馈路径的一部分以便将光引导至光学反馈电路26的光传感器。
如本文所讨论的，在制造时，光学反馈传感器28可以从光源获得能量以发射来自光输入端58的光，由此促进光输入端58的光学路径62关于光源24的光学路径64的对准。例如，通过从光输入端58发射一种类型的光，可以针对从光源24发射的另一种类型的光进行比较以便使光输入端58的光学路径62关于光源24的光学路径64对准。在已经进行对准之后，光学反馈传感器28可被固定到位（诸如通过利用光学胶将光学反馈传感器28的一部分粘贴至光施加构件20的一部分），以便基本防止光学反馈传感器28的光输入端58的线性和旋转移动。
通过使光输入端58的光学路径62关于光源24的光学路径64对准，该固化仪器100可实现控制器10所使用的光学传感器反馈信号的增强的准确度以提供固化灯100的闭环控制。
在图3的图示实施例中，光学反馈传感器28的光输入端58可被安置成捕获从目标表面反射的光，并且以使得光学路径62与光源24的照明光束的光学路径64的中心轴60对准并关于该中心轴60同轴。以这种方式，光输入端58的光学路径62可被视为感测光学路径，并且光源24的光学路径64可被视为照明光学路径。照明和感测光学路径的对准（诸如这些光学路径的同轴对准）可确保目标表面的被感测区不会在目标表面的照明区内根据距源的距离而显著迁移。换言之，如果该对被照明的和感测到的光学路径（或“光束”）64、62具有不一样轨迹，则感测光学路径62的感测区可随着光施加构件20和目标表面之间的距离的增加而显著移动到目标表面的照明区之外。通过使目标表面的感测光束或“被观察区域”与照明光束对准，在不会明显影响从感测光束生成的反馈信号的情况下该照明光束可以被会聚、发散、或甚至高度准直、或者其组合。
关于目标表面的照明光学路径64和感测光学路径64的对准（包括同轴对准）可帮助确保光学传感器反馈信号在变化的距离上稳定。该距离是在操作员手持使用期间被引入到固化操作中的主变量之一。光学传感器反馈信号在变化距离上的稳定性可使得固化灯100能够补偿操作员引入的距离中的变化，从而在固化操作期间实现光的更准确递送。
如本文所讨论的，可以以各种各样的方式来实现光输入端58的光学路径62和光源24的光学路径64的对准。在一个实施例中，可通过利用分束器技术来实现该对准，包括例如将来自光源的光指引通过45度分束器以使该光的一部分被指引到第一侧且该光的另一部分被指引到目标表面。从目标表面反射的光可与分束器相配合以使得被反射的光的一些朝向光源通过，并且被反射的光的另一部分被指引至与第一侧相对的第二侧。传感器可被光学耦合至第二侧以检测被反射的光的特性，其可以被用作光源的闭环反馈控制的基础。
在所图示的实施例中，可通过光输入端58和光学反馈传感器28的物理尺寸的管理来使光输入端58的光学路径62与光源24的光学路径对准，以此来实现经由光学路径62的光的收集，在光学路径62处光输入端58相对于光学路径64或照明光束的交叉表面积绝大多数都是小的。换言之，包括光输入端58的光学反馈传感器28可被构造和定位成使得光学路径64的被光学反馈传感器28覆盖的面积量关于光学路径64在与被覆盖区域相同的平面中的总面积是小的。以这种方式，光学反馈传感器28的遮蔽效应可被降低或处于不同状态，光学反馈传感器28可被构造并定位成使得它不会对目标表面上的照明光束的均匀性或强度提供可测量或重大影响。作为一个示例，如本文所述的光学反馈传感器28可以是“侧射式”类型的光纤，在其中光输入端58对应于被终止且抛光的远端以便在光输入端58处实现近直角分布锥或接收锥或这二者。可利用（例如直径在0.005到0.020的范围内，诸如直径为0.010的）具有侧射式光学终端（如例如由多晶微纤维提供）的小光纤，并且该小光纤被放置在靠近光源24具有同轴对准的照明路径中以避免显著的遮蔽。该构造可在不会显著不利地影响利用光源24对目标表面的固化的情况下以成本有效的方式来实现光学路径62和光学路径64的有用对准。
根据一个实施例的固化仪器100可以是高功率（2000mw/cm2）的基于led的牙科固化棒。更具体地，该固化仪器100可能能够改变光源24（诸如高功率led）的光学输出级，以根据材料的制造商规格来固化牙科复合材料。该固化仪器100可形成光学递送系统的一部分，根据一个实施例该光学递送系统可能能够在距光施加构件20的尖端2cm到5cm的目标距离处维持至少2000mw/cm2，并且可被配置成使得跨越由该尖端生成的光束的辐照度分布图在跨越该尖端的平均功率的20%内是基本均匀的。应该理解，本公开不限于这些特征并且设想备选仪器或棒配置。
具有上述特征中的所有或一些的根据一个实施例的固化仪器100可实现对目标表面的光输出的闭环控制。备选地或附加地，作为操作的另一模式，固化仪器100可实现对目标表面的光输出的开环控制。在具有感测作为反馈的光学输出且将该反馈用来计算、跟踪和补偿被递送至牙齿的表面的实际光学能量的能力的情况下，固化仪器100可明显地增强临床性能并在固化牙科修复化合物中提供增强的安全性。这样做，固化仪器100可帮助基本上消除影响在目标表面处的曝光级的大量变量以及有时会随着欠曝光（例如化合物的不充分固化）或过量曝光（其可潜在引起由过热而对活组织的损伤）而发生的后续程序后问题。
可通过实施受控的制作的完整过程来使根据一个实施例的固化仪器100配置有优质光学设计，以便产生表明跨越仪器的尖端的每次使用都一致的基本均匀光场的仪器，即使光源24自身被倾斜以展示在其“生命”内其输出级中的轻微但连续衰变。要注意，led经常并非如它们的白炽灯对应体那样以灾难性的方式“耗尽”，而是倾向于在它们的生命内强度缓慢减小。在led达到初始强度的50%或70%之前，led寿命能被表示为小时数，这取决于被使用的led“生命”标准。该固化仪器100的控制器10可以基于光学传感器反馈信号来调整光源24的输出强度以抵消光源24在其寿命内的降级。控制器10还可以基于光学传感器反馈信号来进行诊断分析，诸如确定光源24是否正根据足够用于进行固化操作的一个或多个操作参数做相关操作。以这种方式，固化仪器100的控制器10可进行内置诊断（bit）。附加地或备选地，由控制器10进行的bit可包括电池或电源稳定性或充裕性或这二者的分析，并且确定污染是不是真的存在于光通过其从光施加构件20发射的透镜或尖端上。
在来自光源24的光到达仪器的尖端之后，许多附加变量可以并且有时确实会影响这些光子到预期表面上的有效递送。在由操作员的手持使用的情况下，有可能这些变量中的最重要变量是在曝光或固化操作的时间期间操作员关于固化仪器100的放置的准确度（或变量）。根据各个因素（诸如光施加器（applicator）构件20的尖端的光学设计、其有效数值孔径、以及尖端直径对比于预期工作距离的几何形状），可以在手持固化操作期间在光衰减中体验比5比1更好的变化。作为一个示例，已经表明在某些情况下归因于从2mm至8mm的目标距离中的变化与临床相关的辐照度会显著下降。此外，可由尖端表面的轴与被处理的目标表面的法线的附加变化。根据一个实施例的固化仪器100可被配置成通过利用基于从目标表面反射的感测光的闭环反馈来最大限度地考虑该可变性，由此实现对辐照度的控制。
应该理解，根据一个实施例的固化仪器100可实施基于从目标表面反射的光的感测参数或特性的光输出的闭环控制，该感测参数或特性可指示目标处或到达目标的光能量。除了基于对在目标处感测的光的控制之外，该仪器可内部感测来自固化仪器100的光源24的内部光输出。在不确定从外部施加于目标的光量的情况下单独地内部感测光输出可允许固化仪器100补偿光源或灯中的老化或变化，但是通常不会考虑在固化仪器100的源生成和光的预期最终目标目的地之间有几率存在的变量。可通过感测指示实际到达目标的光的参数来补偿每次使用的操作员变化。
在最近几十年里用于牙科修复的复合物的接受和利用已然浮现了巨大增长，包括前牙上复合物的使用。前牙复合物的使用已经引起不一样的颜色深浅的复合物匹配要将复合物施加于其的自然牙齿的相同颜色。在许多情况下，不一样的颜色深浅的提供需要不同量的目标光能量来完成固化。较深的颜色深浅常常引起光的更多内部衰减，因为它被散布并且透射通过复合材料。这常常导致增加的目标能量来固化更深的颜色深浅。作为一个示例，由登士柏提供的修复化合物的流行线对于较浅的颜色深浅来说以大约6焦耳/cm2的能量来固化，而对于较深的颜色深浅以48焦耳/cm2来固化。这是规定能量递送的8比1变化，并且同样地表示现在可为实现针对各种复合材料的目标固化被规定的适当能量级的总范围的附加8倍增加。
根据一个实施例的固化仪器100可被配置成通过控制在固化周期期间的光输出来固化修复化合物以实现可能特定于被使用的可固化材料或修复化合物的目标输出。例如，操作员可利用操作员接口12来为固化操作选择目标固化设置，其是由所使用的可固化材料的制造商规定的。以这种方式，可基于所使用的材料来选择性地选取在固化操作期间施加的光能量的量，而不是使可固化材料“过度固化”两倍或三倍来消除归因于距离、角度或其他外部变化因素的潜在欠固化。如果固化强度级被视为低（例如200到300mw/cm2），则故意使可固化材料过度固化两倍或三倍来消除归因于距离、角度或其他外部变化因素的潜在欠固化常常不被视为问题。然而，在使用规定较高固化能量的可固化材料以及因此较高能量固化仪器（例如产生至少1200mw/cm2以及可能高达300mw/cm2或更多的仪器）的情况下，故意的过度固化可以导致比直射阳光（例如100mw/cm2）的更大的数量级的能量的施加。在图2所图示实施例中的固化仪器可利用基于从目标表面反射的光的光学反馈来控制光能量的递送，由此显著避免生成规定量的两倍到三倍的光能量的重要的过度固化和故意的过度固化程序。
在图4所图示的实施例中描绘根据一个实施例的固化仪器或固化系统的操作的方法，并且该方法通常被指定为200。该方法200可被实施为控制器10中的使用基于固化仪器100的一个或多个参数或特性的反馈（诸如从目标表面反射的光）以及固化仪器100的一个或多个感测特性本身的控制模块。在所图示的实施例中，该方法200可包括发起固化操作以及重置跟踪递送至目标表面的光能量的量的累加器或积分器。步骤210和212。该控制器10然后可指示光学驱动电路22根据初始设置（诸如预选择的源功率级）为光源24供电，由此开始光到目标表面的施加。步骤214。可在曝光时间期间使实时“递送的”能量值数字地积分以从计算上表示直到那个给定时间点被递送至目标表面的能量的总焦耳。步骤216、218。当递送的能量达到期望级（例如对于深的颜色深浅为48焦耳）时，控制器10可自动关闭光源24并且通知用户曝光已完成。步骤220、222、224。以这种方式，固化仪器100可改变曝光时间以补偿影响光能量至目标表面的递送的因素，诸如在每次使用期间呈现的距离或角度变化。
在图5的图示实施例中描绘根据一个实施例的操作固化仪器的另一方法，并且该方法通常被指定为300。类似于方法200，可通过控制器10来说实施该方法300。在所图示的实施例中，该方法300可包括发起固化操作以及初始化或重置跟踪递送至目标表面的光能量的量的累加器或积分器。步骤310和312。固化操作的发起可响应于操作员输入端12的用户输入端（例如按钮）的激活而开始。控制器10然后可根据初始设置（诸如预选源功率级）指示光学驱动电路22为光源24供电，由此开始光到目标表面的施加。步骤314。该方法300可进一步包括计算在目标表面处的辐照度以实时生成表示在时间上的该时刻在目标表面处关于由操作员最初设置或预期的目标辐照度级的过度或欠曝光的误差值。步骤318、320。
该误差信号然后可被用作调整光学驱动电路22的基础以便将来自光源24的输出增加或减小所计算的值并由此确保在光源24和目标表面之间的能量损失被补偿并且在固化过程的任何给定时刻目标表面正接收以mw/cm2计的目标辐照度数值。步骤322、324、326。作为一个示例，在步骤322，该方法300可确定所递送的辐照度量（idelivered）是大于还是小于所计算的预期辐照度量（其可对应于在给定时间的期望或预期辐照度量（idesired））。作为另一示例，该方法300可确定所递送的能量的量（jdelivered）是大于还是小于所计算的预期能量的量（其可对应于在给定时段的期望或预期的能量的量（jdesired）或对应于针对自从固化操作被发起之后的时间段用于固化操作的规定能量总量的一小部分）。该方法300可促进基本上避免过于强烈的辐照级而不是缩短总曝光时间。
所图示的实施例的方法300可在预定时间量（诸如0.01s）之后基于光学传感器反馈信号来确定被递送至目标表面的能量总量满足还是超过对应于用于固化操作的规定光能量的量的阈值。步骤328、330、332。如果所计算的能量总量满足该条件，则可终止固化操作。步骤332、334。如果该条件不满足，则固化操作可继续以使得所计算的能量的量被迭代确定直到所计算的能量总量满足该条件为止。步骤332、316。
根据一个实施例的固化仪器100可提供一种基本上确保诸如复合牙科材料的可固化材料接收足够能量以便在不依赖于使所计算的曝光时间简单翻倍或增至三倍的常规且准确性更低得多的方法的情况下适当地固化该可固化材料的构造。以这种方式，可实现至目标表面的充分有效能量递送。应该理解，本文所述的技术和实施例可被扩展至非牙科应用，诸如利用胶粘剂或类似复合填充物的精确光固化的工业制造。
可选地，该固化仪器100可被配置成防止操作或向操作员警告与不适当对准或递送能量的不充足容量（诸如在固化操作出现的情况下基于光学传感器反馈信号不足以适当固化该可固化材料）有关的问题中的至少一个。作为一个示例，如果固化仪器100被不适当地成角度（可能部分归因于没有被正确训练的操作员），则控制器10可检测到固化操作不足以固化目标材料并且相应地警告操作员、或终止操作、或这二者。
在图6的图示实施例中描绘了根据一个实施例的固化仪器或固化系统的一种方法，并且该方法通常被指定为400。在所图示的实施例中，该方法400可在进行根据本文所述的方法（诸如方法200、300）中的一个或多个的固化操作之前进行。该方法400可包括：响应于操作员输入端12（例如按钮）的用户输入端的激活来重置或初始化递送至目标表面的感测能量的累加器或积分器。步骤410和412。该控制器10然后可指示光学驱动电路22根据初始设置（诸如预选择的源功率级）为光源24供电，由此开始光的施加。步骤414。控制器10可分析从光学反馈电路26提供的光学传感器反馈信号来确定感测到的反射光是否指示实际被光施加构件20作为目标的可固化材料。步骤416、418。作为一个示例，控制器10可将感测到的光与被作为目标的可固化材料的类型相关联的阈值、参数或参数范围作比较以确定可固化材料是不是实际接收来自光源24的光。如果感测到的光小于阈值，或偏离参数范围，则控制器10可确定该可固化材料没有相对于光施加构件20适当定位，以使得固化操作不可能有效。基于该确定，控制器10可终止光源24的操作或经由操作员反馈电路14向操作员警告问题、或其组合。步骤420、422。如果感测到的光满足一个或多个准则（诸如大于指示可固化材料的适当目标确定的阈值），则控制器10可继续固化操作中的其他步骤，包括结合方法200、300在本文中描述的一个或多个步骤。方法400可在几微秒的过程中发生（transpire）以显著避免光能量施加于除了已知或期望类型的目标的表面之外的表面。
除了本文所述的一个或多个实施例之外或作为其备选，固化灯100可包括引导空气或另外的气体朝向或远离目标表面的空气路径，由此冷却目标表面或周边区域、或这二者。作为一个示例，如图2中以虚线，其包括例如压缩空气或真空源以及从目标表面引导空气或将空气引导至目标表面的空气路径。以这种方式，空气或另外的气体可相应地经由压力或真空被推动或拉动，经过被固化的目标表面以便由于增加的空气流在目标表面处引起加速表面冷却。冷却剂系统150还可利用除了气流之外的其他冷却机制，诸如朝向目标表面指引水汽或水雾。
在一个实施例中，冷却剂系统150可包括有可能是在固化仪器100的基底处或附近安置的耦合件，其允许压缩气体或真空源的快速且可靠连接。冷却剂系统可包括位于固化仪器的主体内的空气通道以指引并包含压缩或真空感应的气流并将其引导至固化仪器100的光施加构件20或使其从该光施加构件20引导。光施加构件20可包括位于光施加构件20的尖端处的指向喷嘴，并且瞄准照明光束64的方向以指引气流朝向（压缩气体）或远离（真空）被固化的目标表面。与在其中从设备递送的光能量总量被预选成比必需的更多两倍或三倍以便补偿操作员引起的实际递送的光量的变化的常规固化操作相比，基于光学传感器反馈信号来管理实际递送至目标表面的总能量的来自光源24的输出的闭环控制可降低被递送至目标表面的热能量的量。因此，可基本上避开使用冷却剂系统150。然而，可选地，冷却剂系统150可被并入固化仪器100以提供以甚至更高光强度级来操作的机会，由此在基本上不允许目标表面处结果得到的温度上升升到高于确定的阈值的等级的情况下实现更快的固化。
在一个实施例中，固化仪器100的制造的一种方法可包括通过使光学反馈传感器28的光学路径62与光源24的光学路径64对准来组装光施加构件20。该方法可包括给予光学反馈传感器28能量以使得从光输入端58发射光。该光输入端58可被安置成a）接近被安装到光源24的透镜50，以及b）在限定于透镜50和另一透镜52之间的空隙或区域内。光源24被给予能量以便在从光输入端58发射光的同时发射光。该光学反馈传感器28可被旋转和移动以使得对应于光输入端58的侧射式终止沿着光源24的光学路径64内的光学路径62指引光。一旦已经实现光学路径64和光学路径62之间的对准，光学反馈传感器28就可以被粘贴到位以使得光输入端58关于透镜50保持基本稳定。在一个实施例中，校准传感器系统可检测光输入端58的光学路径62和光源24的光学路径64的相对位置以促进其对准。在校准或对准期间从光输入端58发射的光可具有与从光源24发射的光不同的类型，以促进光学路径62和光学路径64之间的区别。
诸如“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“上面的”、“下面的”、“内部的”、“朝内地”、“外部的”和“朝外地”之类的方向术语被用于帮助基于示图中示出的实施例的取向来描述本公开。方向术语的使用不应被解释为将本公开限于（一个或多个）任何具体取向。
上述描述是本发明的当前实施例的描述。可以在不偏离如在要根据专利法的原则（包括等同原则）解释的所附权利要求中限定的本发明的精神和较宽泛方面的情况下作出各种改动和改变。本公开被提出是为了说明性目的并且不应该被解释为本发明的所有实施例的详尽描述或将权利要求的范围限于结合这些实施例说明或描述的具体要素。例如，并且在没有限制的情况下，所述发明的（一个或多个）任何单独要素可被提供基本相似功能或以其他方式提供适当操作的备选要素替代。这包括例如目前已知的备选要素（诸如本领域技术人员当前可能已知的那些）以及可能在将来开发的备选要素（诸如在开发时本领域技术人员可能视为备选的那些）。此外，所公开的实施例包括被一致描述并且可能合作地提供益处集合的许多特征。除了在所发布的权利要求中另外明确阐述的范围之外，本发明不仅仅被限于包括所有这些特征或提供所有所阐述的益处的那些实施例。对单数形式（例如使用冠词“一”、“一个”、“该”或“所述”）的权利要求要素的任何参考不被解释为将该要素限于单数。
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