Brevet FR2798582A1 — publié le 20010323

La présente invention a pour objet un appareil permettant la photo activation de matériaux composites photosensibles utilisés notamment dans le domaine dentaire. Dans le domaine dentaire les matériaux composites sont constitués d'une résine photopolymérisable réagissant à la lumière par modification de ses couches moléculaires ou par transformation thermique de ses molécules. Ces deux phénomènes, qui peuvent se conjuguer, sont dépendants de la longueur d'onde du rayonnement émis mais aussi de la capacité d'absorption du matériau composite et ont pour effet d'activer ses photo initiateurs et d'obtenir un corps aux propriétés mécaniques et esthétiques définies en fonction de l'application dentaire. Les appareils de photopolymérisation sont généralement constitués d'un boîtier renfermant une source émettrice contrôlée par un circuit électronique qui comporte une minuterie permettant d'optimiser le temps d'exposition de manière à minimiser l'échauffement des tissus environnant la zone à traiter. Par ailleurs pour avoir la certitude de recouvrir le domaine spectral de photosensibilité du matériau utilisé et fournir suffisamment d'énergie à la réaction, ces appareils utilisent des lampes, dont le spectre d'émission est très large, en association avec des filtres. Parmi les différentes sources lumineuses, on a utilisé des lampes à vapeur de mercure, mais celles-ci émettent trop de rayonnements ultraviolets, dangereux pour les yeux du patient. Pour éviter cet inconvénient ces lampes ont été remplacées par des lampes halogènes. Toutefois ces lampes dont le rapport lumen/watt est faible nécessitent une exposition de la zone à traiter d'une durée importante contraignant le patient à garder longtemps la bouche ouverte. D'autre part cette surexposition s'accompagne d'un échauffement de la lampe qui nécessite l'utilisation de systèmes de refroidissement bruyants et volumineux. Pour remédier à ces inconvénients on utilise actuellement des lampes à arc Plasma présentant une meilleure efficacité lumen/watt et dont on utilise une partie du spectre entre 430 et 490 nm, ce qui permet d'augmenter significativement l'énergie délivrée et de disposer de la puissance requise pour une polymérisation rapide. Toutefois, cette augmentation de la puissance s'accompagne d'une forte augmentation de la chaleur dégagée. Dans les appareils connus à ce jour d'une part la conversion de l'énergie électrique en énergie lumineuse est médiocre, et d'autre part les systèmes de refroidissement sont complexes et bruyants, ce qui augmente le coût de l'appareil. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un appareil de photopolymérisation de matériaux composites et de produits pour le blanchiment des dents permettant de réaliser une photopolymérisation graduelle des différentes couches du matériau à traiter tout en permettant de conserver un temps d'exposition faible et de réduire de façon significative la chaleur dégagée. L'appareil de photopolymérisation selon l'invention est du type comprenant un boîtier renfermant une unité d'alimentation électrique pilotée électriquement par une unité centrale électronique et une source de lumière reliée à ladite alimentation et se caractérise essentiellement en ce que la source de lumière est constituée d'une pluralité d'émetteurs photoniques associées à un dispositif optique permettant de superposer, en un point donné, les images de toutes les zones émissives desdits émetteurs photoniques. Le point donné peut être l'entrée d'un guide d'onde muni d'un embout pour appliquer la lumière provenant de la source lumineuse sur la zone à traiter ou être directement la zone à traiter. Conformément à l'invention les émetteurs photoniques sont des sources de lumières de très petites dimensions telles que diodes électroluminescentes ou des diodes lasers. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention le dispositif optique est constitué d'une part d'un dispositif de collimation composé d'une pluralité de micro-lentilles convergentes disposées chacune devant la surface émettrice d'un émetteur photonique de telle sorte que ladite surface émettrice se trouve au foyer objet de la micro-lentille correspondante et que les rayons soient réfractés parallèlement à l'axe de cette dernière, et d'autre part un dispositif de focalisation formé d'une lentille convergente de dimensions appropriées pour permettre de réfracter les rayons incidents parallèles issus du dispositif de collimation vers le foyer de ladite lentille, lequel foyer formant le lieu de superposition de l'ensemble des images des surfaces émettrices desdits émetteurs photoniques. L'image de la surface émettrice d'un émetteur photonique au foyer de la lentille du dispositif de focalisation est ainsi grandie par le rapport des focales du dispositif de collimation et du dispositif de focalisation. Les micro-lentilles peuvent être par exemple des lentilles classiques, des lentilles à gradient d'indice, des lentilles holographiques ou encore des lentilles de Fresnel. De même la lentille de focalisation peut être une lentille classique, une lentille de Fresnel ou encore une lentille holographique. La surface d'émission des diodes peut avoir une forme simple telle que par exemple la forme d'un carré ou d'un rectangle ou avoir une forme complexe telle que par exemple deux carrés reliés par un de leurs coins et dont deux côtés adjacents, réunis par ce point, forment un arc de cercle. La source lumineuse peut être constituée d'un ensemble d'émetteurs photoniques comportant chacun une surface émettrice identique et d'un ensemble d'émetteurs photoniques comportant chacun la même surface émettrice que celle des émetteurs de la série précédente avec une orientation différente. Les avantages et les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. - la figure 1 représente une vue en perspective schématique des différents éléments de l'appareil selon l'invention. - la figure 2 représente le dessin optique du dispositif optique de l'appareil selon l'invention. - la figure 3a représente une forme particulière de la zone émissive d'un émetteur photonique. - la figure 3b représente la forme particulière de la zone émissive précédente dans une orientation différente. - la figure 4 représente la superposition des images au foyer image du dispositif optique. - la figure 5 représente une source de lumière composée d'émetteurs photoniques comportant des surfaces d'émission de forme identique et selon deux orientations différentes. - la figure 6 représente une vue en perspective d'une anamorphose d'une image d'une certaine forme. Si on se réfère à la figure 1 on peut voir qu'un appareil destiné à la photopolymérisation de matériaux composites et à la photoactivation de produits destinés au blanchiment des dents est constitué d'un boîtier 1 abritant une unité centrale électronique 10 reliée électriquement, par des connexions non représentées, à une unité d'alimentation 11 et à une source lumineuse 2 générant de la lumière destinée à être appliquée directement ou au moyen d'un guide d'ondes 12, par l'intermédiaire d'un dispositif optique 3, se terminant, mais non obligatoirement, par un embout coudé non représenté, sur une zone à traiter. De manière connue, l'unité centrale 10 est également reliée électriquement à une interface comportant des touches de commande et des voyants de contrôle permettant à l'opérateur de dialoguer avec l'appareil et notamment de régler les paramètres inhérents à l'émission de la lumière. La source lumineuse 2 est constituée d'une pluralité de diodes électroluminescentes 20 disposées régulièrement dans un plan circulaire vertical situé en regard du dispositif optique 3. Le dispositif optique 3 est constitué d'un dispositif de collimation 30 et d'un dispositif de focalisation 31 permettant de réaliser une collimation des rayons lumineux émis par les diodes électroluminescentes 20 et de concentrer l'ensemble de ces rayons en un point de concentration 32 correspondant sensiblement soit directement à la zone de traitement soit à l'entrée du guide d'onde 12. Le dispositif de collimation 30, qui se trouve en regard des diodes électroluminescentes 20, est constitué d'une matrice de micro-lentilles convergentes 33 définie de manière que ces dernières soient positionnées chacune en regard de la surface émettrice d'une diode lumineuse 20 et à une distance telle que la diode 20 se trouve au foyer objet de la lentille 33 correspondante. Le dispositif de focalisation 31 comporte une lentille convergente 34, parallèle au plan contenant les micro-lentilles 33 et au plan contenant les émetteurs phoniques 20, de dimensions sensiblement égales à celles de la matrice 30 de micro- lentilles 33. La lentille convergente 34 possède un foyer image correspondant sensiblement à l'entrée du guide d'onde 12 où sont réfractés les rayons incidents 35 parallèles à l'axe principal 36 de la lentille convergente 34 et aux axes optiques des lentilles convergentes 31 du dispositif de collimation 30. Les diodes lumineuses 20 connues actuellement comportent des surfaces émettrices 4,4' dont la forme peut être simple telle que par exemple un carré ou, comme on peut le voir sur la figure 3a, complexe telle que par exemple deux carrés 40 reliés par un de leurs coins 41 et dont deux côtés adjacents 42, réunis par ce point, forment un arc de cercle 43. La figure 3b montrant le même motif que celui de la figure 3a mais avec une orientation différente, celui-ci étant tourné de 90 par rapport à l'axe de la diode 20 correspondante. La figure 4 montre la résultante optique au foyer image 32 correspondant à une superposition de motifs 4 dont certains sont orientés selon la représentation de la figure 3a et d'autres selon la représentation de la figure 3b. La figure 5 montre une source lumineuse 2 constituée d'une série 22 de diodes électroluminescentes 20 qui possèdent chacune une surface d'émission 4 de forme rectangulaire et une série 22 de diodes 20 possédant toutes la même surface d'émission mais orientée différemment, et notamment tournée de 90 par rapport à l'axe d'émission de la diode 20 correspondante. La source pourra également être constituée de diodes électroluminescentes de longueurs d'onde différentes. Dans ce cas les diodes électroluminescentes dont le spectre se situe autour de 430 ou 470 nm seront particulièrement adaptées pour le traitement de matériaux plus sensibles aux ultraviolets, tandis que les diodes électroluminescentes dont le spectre se situe autour de 450 nm seront adaptées pour le traitement des matériaux composites de la famille, par exemple, des camphoroquinones et les diodes dont le spectre se situe autour de 820 nm permettront une action thermique sur les produits de blanchiments. Ainsi le choix des caractéristiques spectrales de la lumière émise par les diodes électroluminescentes permet d'obtenir un profil spectral souhaité en fonction de l'application, par addition de la lumière émise par les différentes diodes. Par conséquent, contrairement aux systèmes actuels qui provoquent des pertes de lumière au niveau des dispositifs de filtrage empêchant toute modulation sur les zones non filtrées le dispositif selon l'invention permet de d'obtenir le profil spectral souhaité et toute la quantité de lumière émise. On notera que du fait que les diodes électroluminescentes ont une faible consommation en courant électrique, l'énergie apportée au dispositif peut se faire à partir de batteries rechargeables ou non. De manière avantageuse les diodes électroluminescentes pourront être solidarisées sur un support interchangeable muni de connecteurs permettant sa connexion rapide à l'appareil*selon l'invention. D'autre part de manière à pouvoir modifier les profils énergétiques mémorisés par le constructeur dans la mémoire morte de l'unité centrale qui pourra être programmé à distance par l'utilisateur au moyen par exemple d'une carte à mémoire du type carte à puce contenant le programme incluant les paramètres inhérents à la commande électrique des diodes. La programmation à distance du microprocesseur, qui peut être effectuée également au moyen d'un micro- ordinateur via une interface de type modem permet aussi au fabricant de matériaux composites d'optimiser le spectre d'action de la source lumineuse en fonction de son matériau et d'assurer un service après vente ou une mise à jour très rapidement et très simplement. Des essais ont montré que, pour obtenir une polymérisation rapide souhaitable tant sur le plan clinique que biologique, l'éclairage fourni par la source lumineuse doit se situer entre 1 et 2W/cm2 et préférentiellement autour de 1,5W/cm2. Cet éclairage est directement en rapport avec le nombre de diodes électroluminescentes et la puissance qui leur est fournie par la carte d'alimentation. La figure 6 montre que la forme d'une image à la sortie du dispositif optique 3 peut être modifiée par un dispositif connue de la technique réalisant une anamorphose transformant par exemple une image complexe telle que celle de la figure 3a ou de la figure 3b en une image circulaire, le dispositif réalisant cette anamorphose pourrait être disposé entre le foyer image du dispositif optique 3 et la surface à traiter ou l'entrée du guide d'ondes. REVENDICATIONS 1) Appareil permettant la photo activation de matériaux composites photosensibles utilisés notamment dans le domaine dentaire- du type comprenant un boîtier (1) renfermant une unité d'alimentation électrique (11) pilotée électriquement par une unité centrale électronique (10) et une source de lumière (2) reliée à ladite alimentation (11) caractérisé en ce que la source de lumière (2) est constituée d'une pluralité d'émetteurs photoniques (20) associés à un dispositif optique (3) permettant de superposer, en un point donné, les images de toutes les zones émissives desdits émetteurs photoniques (20). 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les émetteurs photoniques sont des diodes électroluminescentes (20) ou des diodes lasers. 3) Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif optique (3) est constitué d'une part d'un dispositif de collimation (30) composé d'une pluralité de micro-lentilles (33) convergentes disposées chacune devant la surface émettrice (4) d'un émetteur photonique (20) de telle sorte que ladite surface émettrice (4) se trouve au foyer objet de la micro- lentille (33) correspondante et que les rayons soient réfractés parallèlement à l'axe de cette dernière, et d'autre part un dispositif de focalisation (31) formé d'une lentille convergente (34) de dimensions appropriées pour permettre la réfraction des rayons incidents (35) parallèles issus du dispositif de collimation vers le foyer (32) de ladite lentille (34), lequel foyer (32) formant le point correspondant à la superposition de l'ensemble des images des surfaces émettrices (4) desdits émetteurs photoniques (20). 4) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface émettrice (4) des émetteurs photoniques (20) a la forme d'un carré ou d'un rectangle ou une forme plus complexe. 5) Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que la surface émettrice (4) d'un émetteur photonique (20) est composé de deux carrés (40) reliés par un de leurs coins (41) et dont deux côtés adjacents (42), réunis par ce point, forment un arc- de cercle (43). 6) Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que la source lumineuse (2) est constituée d'un ensemble (21) d'émetteurs photoniques (20) comportant chacun ,une surface émettrice (4) de forme identique et d'un ensemble (22) d'émetteurs photoniques (20), de même nombre, comportant chacun une surface émettrice (4) de même forme que celle de la surface émettrice (4) des émetteurs photoniques (20) de la série (21) précédente mais avec une orientation différente. 7) Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que les surfaces émettrices des émetteurs photoniques (20) de l'un des deux ensembles sont tournées de 90 par rapport aux surfaces émettrice des émetteurs photoniques (20) de l'autre ensemble. 8) Appareil selon l'une quelconque des revendication 4 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif réalisant une anamorphose de l'image formée de la superposition des images des surfaces émettrices des émetteurs photoniques à la sortie du dispositif optique (3). 9) Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le point (32) correspondant à la superposition des images des zones émissives des émetteurs photoniques (20) est soit l'entrée d'un guide d'onde (12) soit directement la zone à traiter.