(57)【要約】  少なくとも２つのパワー源、そのうちの少なくとも１つが調節可能なパワー源であるパワー源と、少なくとも２つのＬＥＤユニットと、測定および制御手段とを含むＬＥＤ治療用ライトが開示される。ＬＥＤユニットは、１つまたは複数のＬＥＤ構成要素を含み、パワー源から受け取ったパワーに応答して光を放出する。ＬＥＤ構成要素は、少なくとも２つの異なる波長の光の色成分を放出するように構成されている。測定手段は、ＬＥＤユニットの光放出を測定し、測定データに基づき、調節可能なパワー源に送られる制御情報を発生して、ＬＥＤユニットに供給されるパワーの大きさが調節されるように、構成されている。ＬＥＤ構成要素の光放出は、受け取るパワーが変化するにつれて変化し、それは再び、放出される光の色成分間の相関、したがって色温度が変化する結果になる。
2007514454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ治療用ライトにおいて、
そのうちの少なくとも１つが調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）である、少なくとも２つのパワー源（ＰＷ）と、
パワー源（ＰＷ）から受け取ったパワーに応答して光を放出するための少なくとも２つのＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）とを含み、
そのＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が、少なくとも１つのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）を含み、
そのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）が、少なくとも２つの異なる波長で、前記ＬＥＤ治療用ライトの光放出の色成分を生成するように構成されている、ＬＥＤ治療用ライトであって、
前記ＬＥＤ治療用ライトが、
前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が生成し、ある表面から反射されることもある光放出の色温度を測定するための、または前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が生成した光放出の色温度と知られた相関を有した、前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が発生した少なくとも１つのそのような大きさの少なくとも１つの測定手段（ＭＭ）と、
前記測定手段（ＭＭ）から受け取った測定データに応答して前記調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）のうちの少なくとも１つへの制御情報を発生して、少なくとも１つのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）中の少なくとも１つの色成分の生成を制御するための少なくとも１つの制御手段（ＣＭ）とをさらに含むことを特徴とする、ＬＥＤ治療用ライト。
【請求項２】
前記測定手段（ＭＭ）の少なくとも１つが、前記放出された色成分の強さを測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項３】
前記測定手段（ＭＭ）の少なくとも１つのセットが、前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）の温度を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項４】
前記測定手段（ＭＭ）が、少なくとも１つの測定センサ（ＳＥ）を含み、
そのセンサが、測定信号（ＭＳ）として前記測定データを出力するように構成されており、
前記制御手段（ＣＭ）が、少なくとも１つのプロセッサ（ＭＰ）またはロジック回路を含み、
そのプロセッサまたはロジック回路が、制御信号（ＣＳ）として前記制御情報を生成するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項５】
前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のＬＥＤ構成要素を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項６】
前記ライトが、少なくとも２つ、たとえば３つのＬＥＤ構成ユニット（ＬＧ）を含み、
そのユニットが、行の形で配置された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）を含み、
前記ＬＥＤ構成ユニット（ＬＧ）が、前記ＬＥＤ構成要素の行と位置合わせされた行を形成するように構成されることを特徴とする、請求項５に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項７】
前記ＬＥＤ構成要素の少なくともいくつかが、白色（Ｗ）の異なるシェードを放出するＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項８】
各色成分を放出する前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）が、機能的に並列で、および／または電気的に直列で接続されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項９】
前記ライトが、放出されるＬＥＤ構成要素の色毎に少なくとも１つの調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）を含み、
各調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）が、所与の色成分を放出するＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）へパワーを供給するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１０】
前記調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）が、前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）と統合されることを特徴とする、請求項９に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）が、５００ｍＷを超える平均入力パワーの高パワーＬＥＤ構成要素であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１２】
前記パワー源（ＰＷ）の１つが、定電流源であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１３】
前記ライトが、それに機能的に接続された、前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）によって形成された行と位置合わせされたコリメータ構成（ＣＯ）を含むことを特徴とする、請求項６乃至１２のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１４】
前記コリメータ構成（ＣＯ）が、前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）中に設けられたコリメータ（ＣＯ）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１５】
もっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）によって放出された光ビームの中心放射線間の角度（α）が、少なくとも５°であることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が、レンズ反射器要素ＬＲ（７０２）を含んだＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）を含み、
ＲＧＢ色センサなどの前記測定手段（ＭＭ）が、前記レンズ反射器ＬＲ（７０２）と統合されて、問題のＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）から放出された１つまたは複数の色成分を測定することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１７】
前記ライトが、
Ｎ個の異なる色成分を生成するＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）と、
異なる色成分を生成する、少なくともＮ−１個のＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）のために構成された調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）とを含み、
Ｎが、２に等しい、またはそれより大きい整数であることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１８】
前記ライトが、Ｎピースの調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のＬＥＤ治療用ライト。
【請求項１９】
ＬＥＤ治療用ライトの色温度を制御するための方法において、
少なくとも２つの異なる波長の色成分を含んだ光放出が、少なくとも２つのパワー源（ＰＷ）から少なくとも１つのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）を含んだＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）へ供給されたパワーに応答して、生成され、
そのパワー源の少なくとも１つが調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）である、方法であって、
前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）によって生成され、ある表面から反射されることがある光の色温度、またはそれらによって発生された、前記ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）によって生成された光の色温度と知られた相関を有した少なくとも１つの大きさが、測定され、
前記調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）の少なくとも１つへの制御情報が、前記測定から得られた測定データに応答して生成されて、少なくとも１つのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）中の少なくとも１つの色成分の生成が制御されることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
各放出された色成分の強さが、たとえば、赤色、緑色、および青色の色成分を生成するＬＥＤ構成要素の放出の強さをＲＧＢ色センサによって測定することによって、測定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）の温度、特に前記構成要素が共有するように構成されたヒート・シンクの温度が、測定され、
色成分の生成が、各使用される前記ＬＥＤ構成要素の特性の温度・放出相関に基づき所望のように制御されることを特徴とする、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記色成分の少なくとも１つの放出が、
少なくとも１つの調節可能なパワー源によって制御されており、
問題の前記色成分を生成する前記ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）の少なくともいくつかが、電気的に直列に接続され、この直列の接続が、前記調節可能なパワー源の少なくとも１つに接続され、したがって光のその色成分の生成が、前記少なくとも１つのパワー源の前記調節に応答して変化することによって制御されることを特徴とする、請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
Ｎ個の異なる色成分を生成するＬＥＤ構成要素が、使用され、
Ｎが、２に等しい、またはそれより大きい整数であり、
少なくともＮ−１個の色成分の生成が、制御されることを特徴とする、請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記Ｎ個の色成分の生成が、制御されることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、治療用ライトに関し、詳しくはＬＥＤ（発光ダイオード）治療用ライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯の治療などの医療では、人為的ミスが、患者に害を及ぼす、または危険でさえあることがある状況で、高精度を要する操作が実施される。この点で、標準汎用の照明システムは、精密な仕事を可能にするための必ずしも最適な解決法でないが、口腔などの治療される領域が、通常別々の治療用ライトを使用して照明される。治療用ライトは、特定の治療または診断と関連した使用に適合するように、および／またはたとえば患者個人ベースに基づき調節可能ないくつかの機能を有するように構成することができる。治療用ライトが発生した光は、治療を安全で効果的に実施することが可能なように十分明るくもなければならない。しかし、ライトは、治療を行っている人または患者が、目がくらまないように、明るすぎないようにしなければならない。さらに、治療環境の全体的な照明は、治療する領域と治療している環境の間でコントラストが過剰に生成されないように、実現すべきである。
【０００３】
従来技術の治療用ライトでは、使用される光源は、ハロゲン電球およびＬＥＤ構成要素を含む。しかし、歯科産業の製造業者は、いずれもどのようなＬＥＤベースの治療用ライトもまだ市場に出していない。ハロゲン電球に基づくライトに関する問題は、それが集中的に温めて、したがってやけどを引き起こす恐れがあるということである。さらに、ハロゲン電球は、常に爆発の恐れを含んでいる。ファンを設けたこのタイプのライトは、利用することもできるが、通常ファンは、ライトを騒々しくし、構造を複雑にして、非衛生的にする。ハロゲン電球に基づくライトに関する別の問題は、電球の寿命が比較的短く、それによって余分な償却費がかかることである。さらに、ハロゲン電球のライトの輝度を、たとえば治療中に調節する場合、それによって、そのうえ、不要な色温度の変化という結果がもたらされる恐れがある。そのうえ、通常ハロゲン電球とともに使用されるホルダ（ソケット）がだんだん熱くなり、それによってそれらの構成要素は、信頼性が損なわれたものになる。
【０００４】
ＬＥＤライトは、かなりコンパクトで明るく構築することができる。さらに、それは、騒々しいファンなどの損耗を受ける機械的構成要素が必要でない。さらに、ＬＥＤライトのエレクトロニックスは、比較的簡単に構成することができ、したがって安価である。統合された反射器をＬＥＤ構成要素に設けることも可能である。そのケースでは、多数のライトの用途には、別々の反射器またはレンズが、光を導波するためにまったく必要でなくなる。それに加えて、そのようなレンズを使用すると、いわゆる虹効果が、治療する領域に向けられたライト・ビームの縁部において生じることがある。
【０００５】
一般に、ＬＥＤライトは、いわゆる冷光だけを生ずる。というのは、赤外線放出、すなわち熱を発生する放出が、通常、生成されたビームの方向には非常にわずかであるからである。
【０００６】
ＬＥＤライトの維持費も、比較的低い。というのは、連続使用でのＬＥＤ構成要素の理論的寿命が、極めて長く、１００，０００時間以上でさえある。さらに、ＬＥＤライトは、爆発する恐れがなく、したがって爆発シールドまたは他の防護用構造なしで、構築することができる。従来の冷却だけで十分なので、非衛生的でほこりを被る別個の通気口も必要でない。
【０００７】
構造的に、ＬＥＤ構成要素は、半導体接合部であり、通常、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム砒素・燐（ＧａＡｓＰ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、またはいくつかの他の対応する材料から製造される。ＬＥＤ構成要素は、一般に順方向で接続される。というのは、逆方向で接続された場合、それは、まったく光を生じず、損傷することさえある。ＬＥＤ構成要素は、その閾値電圧に等しい、すなわち通常約１．１〜３．８Ｖの電圧の供給電圧によって、給電されることが好ましい。ＬＥＤ構成要素が閾値電圧より実質的に高い電圧によって給電される場合、閾値電圧を超える供給電圧は、ＬＥＤ構成要素への損傷を防ぐために、たとえば直列抵抗を経由することが好ましい。ＬＥＤ構成要素の接続ラインは、普通のダイオードと同じ、すなわちアノードとカソードである。
【０００８】
通常、ＬＥＤ構成要素の動作は、電荷担体、すなわち電子および正孔に基づいており、それは、順方向電流の作用によって半導体接合部を横切って移動し、再結合時、すなわち再び結合したとき光子を放出し、それが放出された光として現れる。光放出プロセス中で放出された光の色は、接合部を形成した半導体、およびその中に使用されたドーピングに依存する。たとえば、亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）によってドープされた燐化ガリウム（ＧａＰ）は、一般に赤色光を発生する。
【０００９】
通常の標準ＬＥＤ構成要素は、赤色、黄色および緑色のＬＥＤ構成要素を含む。今日、標準のＬＥＤ構成要素は、一般に２つのサイズで入手可能である。すなわち、丸いパッケージで、直径が３および５ｍｍである。さらに、たとえば、パッケージングが通常、標準のＬＥＤ構成要素のパッケージングに対応したオレンジ色のＬＥＤ構成要素があり、さらに、透明なパッケージを有するが、光の色が、通常、その構成要素の半導体に、またはそれに使用されたドーピングに基づき、赤色、緑色、または黄色である、いわゆる透過型ＬＥＤ構成要素がある。
【００１０】
ＲＧＢのＬＥＤ構成要素は、通常、その名前から示されるように、赤色、緑色、および青色のＬＥＤ構成要素を含む。ＲＧＢのＬＥＤ構成要素によって、ＬＥＤ構成要素のこれらの色、およびその組み合わせのいずれも、実際、問題の色スペクトル内のどの色も生成することが可能である。色の混合は、通常、ＬＥＤ構成要素が生じた光ビームを同じスポットに向けることによって実現される。このケースでは、しかし、異なる波長が、異なって屈折することを考慮する必要がある。たとえば、青色光は、赤色光よりかなり多く屈折する。
【００１１】
たとえば、白色光を放出するＬＥＤ構成要素の利用も可能である。白色光を放出するＬＥＤ構成要素を実現する一可能性は、赤色、緑色、および青色のＬＥＤ構成要素を互いに集積化することである。しかし、このケースでは、一定の色温度を維持することが困難であるという問題がある。というのは、様々な材料の混合物から製造されたＬＥＤ構成要素の色温度が、温度、給電されるパワー、および構成要素の寿命によって様々に変化するからである。他の可能性は、ＬＥＤ構成要素に、使用されるＬＥＤ構成要素の波長を吸収し、吸収される波長より長い１つまたは複数の波長を放出する蛍光材料を設けることである。その蛍光材料は、たとえば様々な蛍光体または蛍光体層から構成することができる。ＬＥＤ構成要素は、紫外線ＬＥＤ構成要素および蛍光体から構成することもできる。生成された様々な波長の合計および組み合わせの効果から、実質的に異なる色、たとえば白色の光を発生することが可能である。
【００１２】
しかし、白色ＬＥＤ構成要素でさえ、比較的広い範囲の色温度の変動を示す。たとえば、５５００Ｋの公称色温度について、色温度の変動が、４４００〜８０００Ｋの範囲にあることがある。この変動は、特に、製造中にＬＥＤ構成要素上に堆積された蛍光体層の厚さに依存する。色温度を正規化するために、白色ＬＥＤ構成要素は、一般に、たとえば約５５００Ｋの色温度を有したＬＥＤ構成要素の選択を可能にするために、測定する必要がある。しかし、白色ＬＥＤ構成要素の色温度の変動は、いくつかの白色ＬＥＤ構成要素からなるライトでさえ、正確に言うと、異なる色を放出するＬＥＤ構成要素を含んでいるということを意味する。
【００１３】
米国特許第６，４５９，９１９号公報に、汎用目的のＬＥＤ治療用ライトが開示されており、国際公開ＷＯ第０２／０６，７２３号公報に、歯科医療に適用可能なＬＥＤ治療用ライトが開示されている。ＷＯ第０２／０６，７２３号公報に記載されたＬＥＤ治療用ライトは、所定のサイズ、照明強さ、ならびに照度および色温度の一様性を有した光フィールドを発生する。第１および第２の光フィールドは、第２の光フィールドが少なくとも部分的に第１の光フィールドを覆うように互いに接近して配置された、いくつかのＬＥＤ構成要素によって発生された光ビームから構成される。公報によれば、ライトに配列されたＬＥＤ構成要素が生成した個々の光ビームの照準を異なるように合わせることによって、ライトが生成する光フィールドの輝度に影響を与えることができ、照明強さには、接続されるＬＥＤ構成要素の数を変えることによって影響を与えることができる。
【００１４】
そのように、従来技術の治療用ライトに関する典型的な問題は、ライトが生成した光の色温度が、基本的に一定に、または調節したように保たれないことである。ハロゲン電球のライトの輝度を治療中調節する場合、そのライトが生成する光の色温度が、変化することになる。他方では、ＬＥＤ治療用ライトの色温度は、変わることがある、たとえばＬＥＤ構成要素が経年変化すると、異なる色が生成される。というのは、ＬＥＤ構成要素が生成する光放出が、様々な特性において衰えるので、色成分間の相互関係が、変化するからである。ここで、色温度とは、治療用ライトが生成する色成分間の相互比率をいう。治療用ライトの色温度は、通常約５０００〜６０００Ｋに調節され、それは曇った正午の光度に対応する。
【００１５】
いくつかの治療では、所与の所定の色温度だけでない色温度を使用する可能性を有することも、有利になり得る。従来技術の治療用ライトでは、所望の限界内に色温度を保つ、あるいは個々の治療の必要に応じて所望のように色温度を調節する可能性はない一方、他方では、ＬＥＤ治療用ライトの寿命全体にわたって所望または一定の設定に色温度を保つことができるはずである。
【特許文献１】米国特許第６，４５９，９１９号
【特許文献２】国際公開ＷＯ第０２／０６，７２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の目的は、上述の問題の軽減を可能にするＬＥＤ治療用ライトを開発することである。本発明の目的は、独立項で述べたことを特徴とするＬＥＤ治療用ライトおよび方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属項の主題である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の基本的な考えは、ＬＥＤ治療用ライトが、少なくとも２つの異なる波長を放出するＬＥＤ構成要素と、１つの波長を放出するＬＥＤ構成要素を少なくとも調節するための手段とを含むことである。好ましくは、より一般的な用語で、ＬＥＤ治療用ライトが、少なくともＮ色の異なる色を放出するＬＥＤ構成要素と、少なくともこれらのＮ−１色の放出を調整するための手段とを含むことであり、ここで、Ｎは２、またはそれより大きい整数である。好ましくは、異なる色成分すべての放出を調節することができることである。したがって、本発明によるライトは、たとえば、そのうちの少なくとも１つが可変パワー源である、少なくとも２つのパワー源と、異なる色を放出する少なくとも２つのＬＥＤ構成要素と、少なくとも１つの測定および制御手段とを有する。パワー源は、ＬＥＤ構成要素にパワーを供給し、それは、パワー源から受け取ったパワーに応答して光を放出する。
【００１８】
したがって、本発明によれば、ＬＥＤ構成要素は、少なくとも２つの異なる波長で、ＬＥＤ治療用ライトの光放出の色成分を生成するように構成されている。測定センサなどの測定手段が、たとえば周期的にＬＥＤ構成要素が生成した、各色成分の強さまたはＬＥＤ構成要素の温度など、ライトが生成した色温度に対するその相関が知られているような大きさを測定するように構成されている。プロセッサまたはロジック回路などの制御手段は、たとえば調節信号として、測定信号などの測定データに基づき、調節可能なパワー源などの少なくとも１つの調節手段に送られる制御情報を発生し、それによって少なくとも１つの色成分の生成を調節し、したがってＬＥＤ治療用ライト全体が生成した光の色温度の制御をするように、構成されている。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ構成要素ユニットが、赤色、緑色、および青色のＬＥＤ構成要素を含む。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ構成要素ユニットが、少なくとも１つの白色ＬＥＤ構成要素を含む、または排他的に白色ＬＥＤ構成要素からなる。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ構成要素ユニット中に含まれたＬＥＤ構成要素は、少なくとも２つのＬＥＤ構成要素からなる少なくとも１つの行を形成するように配置され、ＬＥＤ構成要素ユニットは、この行と位置合わせされたコリメータを含む。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、同色ＬＥＤ構成要素の少なくともいくつか、好ましくはすべてが、機能的に並列で、好ましくは電気的に直列で接続される。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、少なくとも１つの色成分を放出するＬＥＤ構成要素について、調節可能なパワー源が各ＬＥＤ構成要素とその中で統合化された構造を含む。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ構成要素は、５００ｍＷより大きい平均入力パワーの高パワーＬＥＤ構成要素である。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、パワー源の１つは、定電流源である。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ構成要素に供給されるパワーは、パルス幅変調によって調節可能なように構成されている。
【００２７】
好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、機能的にそれに接続された最大５個のＬＥＤ構成要素ユニットを有したライト部分を含む。
【００２８】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのＬＥＤ構成要素ユニットが、少なくとも１つのコリメータを含む。
【００２９】
好ましい実施形態によれば、もっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニットが放出した光ビームの中心放射線間の角度が、少なくとも５°である。
【００３０】
本発明による構成がもたらす基本的な利点は、ＬＥＤ治療用ライトの色温度を所望の範囲内、たとえば５０００〜６０００Ｋの範囲内に、ＬＥＤ構成要素の寿命全体にわたり維持することができ、治療用ライトの光の輝度を、基本的に色温度を変えずに調節することができるということである。他の利点は、異なる色の、および／または白色の異なるシェードを放出するＬＥＤ構成要素を使用するとき、所望のスペクトル分布の生成などの新しい機能を生成することが可能なことである。たとえば、歯の治療時、充填複合物がすぐに硬化しないことが重要であり、したがって本発明の好ましい実施形態によるライトでは、充填複合物を硬化させる青色光の波長などの光の放出を、問題の波長を生成する１つまたは複数のＬＥＤ構成要素の放出を調節することによって、複合物を処置する期間の間、最小にすることができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
ここで、本発明について、好ましい実施形態に関し添付図面を参照してより詳しく述べる。
【００３２】
図１に、ハロゲン電球ベースの、通常歯科医療で使用される治療用ライトを表す。それは、光生成ハロゲン電球Ｈ（１００）と、グレア・シールドＳ（１０２）と、光を反射する反射器部分Ｒ（１０４）とを含む。
【００３３】
図２ａ、２ｂ、および２ｃに、同一の参照番号付けを使用した、本発明のいくつかの好ましい実施形態によるＬＥＤ治療用ライトのライト部分の構造を表す。
【００３４】
歯科医療では、治療する領域から治療用ライトまでの典型的な距離は、約５０〜８０ｃｍである。光源と治療下の領域の間に入ることがある治療を行う人の手または頭などの障害物が、あまりにも容易に光ビーム全体を暗くしないよう保証するために、ＬＥＤ構成要素ユニットは、もっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）およびＬＧ４（２０８）が放出する光ビームの中心放射線間の角度α（２００）が少なくとも５°になるように、配置すべきである。
【００３５】
図２ａによるＬＥＤ治療用ライトは、４つのＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）を含み、それは、パワー源ＰＷ（２２４）およびＡＤＪ−ＰＷ（２２６）から受け取ったパワーに応答して光を放出するように構成されている。ＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）は、１つまたは複数のＬＥＤ構成要素を含み、それは、少なくとも２つの異なる波長において、ＬＥＤ治療用ライトの光放出の色成分を生成するように構成されている。したがって、ＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）は、たとえば、異なる色成分を放出することができる、またはそれぞれが、たとえば赤色、緑色、および青色の光を放出するＬＥＤ構成要素を含むことができる。ＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）は、たとえば図２ａに示した湾曲したまたはある角度をなした形状を有した、したがって表面ＳＦ（２１２）が、図２ｂおよび２ｃに示す１つまたは複数の面から構成されたライト部分ＬＵ（２１０）の表面ＳＦ（２１２）上に、配置されることが好ましい。
【００３６】
前記放射線の交点がその起点から６０ｃｍの距離にあるように配置され、これらの起点、すなわち実際にはもっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）およびＬＧ４（２０８）が互いから７ｃｍの距離に配置された場合、もっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）およびＬＧ４（２０８）が放出する光ビームの中心放射線Ｌ１（２１４）とＬ４（２２０）の間の角度α（２００）は、たとえば約６°になる。図２ｂに、もっとも外側のＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）およびＬＧ４（２０８）が放出した光ビームの中心放射線Ｌ１（２１４）とＬ４（２２０）が形成した角度α（２００）が、所望の大きさ、好ましくは少なくとも５°になるように、構成要素ユニットが生成した光ビームの範囲を決めるように配置されたＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）のコリメータ（ＣＯ）（２２２）を示す。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、少なくとも２つのパワー源ＰＷ（２２４、２２６）を含み、そのうちの少なくとも１つが、調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷ（２２６）である。所与の色成分を放出する異なるＬＥＤ構成要素は、機能的に並列で電気的に直列に接続することができ、所与の波長を放出する構成要素の同じパワー源による駆動が可能になる。ライトは、ＬＥＤ色成分毎に１つの調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷ（２２６）を含むことができ、そのケースでは、各調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷ（２２６）は、各ＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（２０２）、ＬＧ２（２０４）、ＬＧ３（２０６）、およびＬＧ４（２０８）中の所定の色のＬＥＤ構成要素にパワーを供給するように、構成することができる。ライトがＮ個の異なる色成分を生成するＬＥＤ構成要素を含む場合、それには、ＮまたはＮ−１個の異なる色成分を生成するＬＥＤ構成要素の放出を調節するための手段を設けることが好ましい。ＬＥＤ構成要素毎に調節可能なパワー源を構成することによって、色温度が変化したとき、一定の全光度を維持することが可能になる、または同様に、色温度を変化させずに、全光度を自由に調節することもできる。パワー源ＰＷ（２２４，２２６）として、たとえば電圧リミッタを含んだ電流源を使用することが可能である。このケースでは、ＬＥＤ構成要素の閾値電圧は、それが暖かくなってきたときでさえ、光放出にまったく影響しない。パワー源の１つは、定電流源でもよい。好ましい実施形態によれば、パワー源ＰＷ（２２４，２２６）は、たとえばＲＧＢのＬＥＤ構成要素の異なる色を生成する各構成要素と直接統合化されるが、それは、どこかほかに配置し、一方ＬＥＤ治療用ライトに依然として機能的に接続することができる。
【００３８】
本発明によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、色温度を測定する、または生成された色温度と知られた相関を有した、ＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）が発生した少なくとも１つの大きさを測定するための測定手段ＭＭ（２２８）をさらに含む。測定手段ＭＭ（２２８）は、たとえばＲＧＢ色センサなどの１つまたは複数の測定センサを含むことができ、そのセンサは、測定信号などの光放出を表す測定データを生成するように構成されている。測定手段ＭＭ（２２８）は、たとえば生成された各色成分の強さ、ＬＥＤ構成要素の温度、治療する領域から反射されて戻った光の色温度、または光放出のある他の特性またはその生成に影響する特性を測定するように、構成することができる。たとえば、ＲＧＢ色センサを、治療する領域から反射されて戻った光を検出するように、ＬＥＤ治療用ライト中に配置することができる。この、またはこれに対応するタイプのセンサは、たとえばＬＥＤ構成要素の反射器構造と統合化することもでき、そのケースでは、光放出は、反射器から直接測定することができる。測定手段ＭＭ（２２８）は、何らかの方法でライトと統合することが好ましいが、それらをどこかほかに配置することもできる。
【００３９】
測定手段ＭＭ（２２８）から受け取った測定信号などの測定データに基づき、ＬＥＤ治療用ライト中に含まれた、好ましくはライト部分（２１０）と統合されたマイクロプロセッサまたはロジック回路などの制御手段（２３０）は、調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷ（２２６）への制御信号などの制御情報を発生するように、構成することができる。制御信号を使用することによって、たとえば所与の色のＬＥＤ構成要素へ供給するパワー量を減少して、色温度を調節することが可能である。供給パワー中の変化に対する、異なる色のＬＥＤ構成要素の放出のどのような非線形な相関も、異なる色成分を生成する構成要素を独立に制御することによって本発明による構成によって補償することができるとき、この構成によって、ＬＥＤ治療用ライトが生成した光の色温度を実質的に変化させずに、ＬＥＤ治療用ライトが生成する光の輝度の調節も可能になる。
【００４０】
図３に、ＬＥＤ治療用ライトの色温度を調節するための、好ましい実施形態による簡単化した構成を示す。ＬＥＤ治療用ライト中に含まれたエレクトロニクスは、かなり簡単であり、したがって安価である。測定センサＳＥ（３００、３００’、３００”）は、たとえば周期的に、たとえば異なる色のＬＥＤ構成要素（３０２、３０２’、３０２”）を含んだＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（３０４）、ＬＧ２（３０６）、およびＬＧ３（３０８）が生成した色成分の強さを測定するように構成されている。測定センサＳＥ（３００、３００’、３００”）に機能的に接続されたマイクロプロセッサＭＰ（３１０）は、２つの調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷ（３１４）およびＡＤＪ−ＰＷ（３１６）用の制御信号ＣＳ（３１２、３１３）を発生するように構成されている。そのパワー源は、マイクロプロセッサＭＰ（３１０）に機能的に接続され、測定センサＳＥ（３００、３００’、３００”）から受け取った測定信号ＭＳ（３２０、３２０’、３２０”）に応答する。この実施形態では、パワー源ＰＷ（３１８）の１つが、一定パワー源である。制御信号ＣＳ（３１２、３１３）によって制御されて、２つの異なる色成分を生成するＬＥＤ構成要素ユニットＬＧ１（３０４）、ＬＧ２（３０６）、およびＬＧ３（３０８）のＬＥＤ構成要素（３０２、３０２’）に供給されるパワーＰ（３２２、３２４）が、必要に応じて調節される。したがって、パワーを調節することによって、異なる色のＬＥＤ構成要素（３０２、３０２’）の光放出に影響を及ぼし、それによって放出される異なる波長の強さ、言い換えるとライトが生成する光の色温度に影響を及ぼすことが可能になる。他方では、たとえばＬＥＤ構成要素（３０２、３０２’、３０２”）の経年変化時に、以前と同じ強さを発揮するためにＬＥＤ構成要素が要とするパワーは、増加する。やはり本発明によれば、ライトが生成する光の輝度を制御する、および／または色温度が実質的に依然として一定のままであるようにして、輝度を所望のレベルに保つために、別のパワー源を、たとえば異なる色のＬＥＤ構成要素（３０２、３０２’、３０２”）から構成された群毎に、または個々の構成要素毎にさえ使用することが可能である。本発明による解決策を使用して、所与の色のＬＥＤ構成要素を減光する、またはオフにすることによって、たとえば粘膜の変化を観察する、または歯充填複合物の硬化を早すぎないように遅らせることが可能であるとき、ＬＥＤ治療用ライトについて新しい機能を生成することもできる。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、最大５つ、好ましくは３つのＬＥＤ構成要素ユニットを含む。ＬＥＤ治療用ライトの構造は、できるだけ少ない数のＬＥＤ構成要素を用いて光の所望の品質が達成されるように、費用効率を高く設計することが好ましい。構造が簡単であるとき、ＬＥＤ治療用ライトの機能の制御および測定をいっそう容易に実現することが可能である。原理的には、特に構成ユニットが、１つだけのＬＥＤ構成要素からなるユニットではない構造を使用して実現された場合、十分なパワーの２つのＬＥＤ構成要素ユニットだけを使用することさえ可能なはずである。そのような構造は、本発明の好ましい実施形態による、以下により詳しく述べる行の形で構成されたＲＧＢのＬＥＤ構成要素とすることができるはずである。しかし、光源の点形状の形が、治療用ライトには望ましくない特性であるので、少なくとも３つのＬＥＤ構成要素ユニットを使用して十分な光効率も保証するという、実際的な根拠があってもよい。
【００４２】
図４に、電気的に直列で接続された２つの同じ色のＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（４００）を表す。そこでは、調節可能なパワー源Ｉ（４０２）が、たとえば２つの別々のＲＧＢのＬＥＤ構成要素中に配置されたＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（４００）へパワーを供給するように構成されている。
【００４３】
図５に、本発明の好ましい実施形態による、行の形で構成された３つのＲＧＢのＬＥＤ構成要素（５００、５０２、５０４）を含んだＬＥＤ構成要素ユニットを表す。
【００４４】
本発明によれば、図６に示すように、赤色Ｒ（６０２）、緑色Ｇ（６０４）、および青色Ｂ（６０６）のＬＥＤ構成要素を含んだＲＧＢのＬＥＤ構成要素ユニット（６００）は、ＬＥＤ構成要素（６０２、６０４、６０６）自体も行を形成するように、構成することができる。このようなＲＧＢのＬＥＤ構成要素ユニットが、本発明による治療用ライト中に配置されたとき、それには、所望の形で所望の方向に向けられたビームを実現するように、その行と位置合わせされたコリメータＣＯ（６０８）をさらに設けることが好ましい。赤色Ｒ（６０２）、緑色Ｇ（６０４）、および青色Ｂ（６０６）のＬＥＤ構成要素、およびそれらからなるユニットは、もちろん行でない他の形で配置することもできるが、上記に述べた構造は、目標領域を照明するために通常所望される光ビームの形状が、幾何的に楕円形であることを考慮すると、特に歯科治療手術に関した使用にうまく適用可能である。
【００４５】
本発明によるＬＥＤ治療用ライト中の使用に適用可能な好ましいＬＥＤ構成要素は、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ，ＬＬＣによって開発、製造、および販売され、良好な効率を有したＬｕｘｅｏｎ（商標）５Ｗである。Ｌｕｘｅｏｎ（商標）５Ｗは、多数の他のソリッドステートの光源が生成する光フラックスの５０倍もの光フラックスを生成することができる。実質的により多い単位ワット当たりの光フラックスを生成するこれらの構成要素の構造の基本的な特徴は、サファイア基板材料と、従来技術のデバイスに比較して、生成されたエネルギーがより小さい割合で構成要素自体に吸収され、一方ＬＥＤ構成要素中で生成された光子をより大きい割合で所望の方向に導くことができる長所を有した反射器構造とを含む。さらに、発生される無駄な熱は、構成要素から効果的に取り除くことができ、したがって高エネルギー密度を過熱する危険なしで使用することが可能になるように、これらの構成要素の熱設計に注意が払われている。このタイプの構成要素を使用することによって、小型軽量な構造として、ライトを実現することができる。
【００４６】
図７に、本発明での使用に適用可能な、たとえば上記で述べたようなＲＧＢのＬＥＤ構成要素でもよいＬＥＤ構成要素の好ましい構造を示す。図７に示すように、ＬＥＤ構成要素（７００）には、効果的に光を集光しそれを目標に向けるためのレンズ反射器構成要素ＬＲ（７０２）が設けられる。このレンズ反射器構成要素ＬＲ（７０２）のおかげで、構築するには高価で困難になるはずの別の反射器を、ＬＥＤ治療用ライト自体に設ける必要がない。ＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）は、熱伝導冷却プレートＨＳ（７０６）および絶縁プレートＡＬ（７０４）に取り付けられることが好ましい。絶縁プレートは、たとえば酸化アルミニウムから製造することができ、そのケースでは、たとえばＬＥＤ構成要素に接続することができる統合化された電気ラインをそのプレートに設けることが可能になる。通常、ＬＥＤ構成要素は、冷却プレート（ヒート・シンク）によって行われる冷却が十分なので、ハロゲン・ランプでは使用されるような騒々しいどんなファンも必要でない。ライト構造は、いくつかのヒート・シンクＨＳ（７００）を含むことができ、またはＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）は、すべて共通のヒート・シンクを共有することができ、そのケースでは、様々なＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）の放出温度が、実質的に同じになる。
【００４７】
ＬＥＤ光源の特性の１つは、各ＬＥＤ構成要素の材料混合物が、その特性温度依存性の放出強さを有していることである。したがって、たとえば、図７に示したような構成では、ＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）が、すべて実質的に同じ温度で動作し、異なる色成分を生成する各ＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）の放出強さ、したがってライトが生成する光の色温度は、ヒート・シンクＨＳ（７０６）の温度に基づき比較的正確に決定することができる。さらに、各色成分を生成するために使用されるＬＥＤ構成要素ＬＥＤ（７００）の放出は、温度の関数として知られているので、ライトが生成する光の色温度の制御は、１つまたは複数のヒート・シンクの温度を測定し、ＬＥＤ構成要素の放出・温度カーブを使用して、ＬＥＤ構成要素の上記で言及した調節可能なパワー源によって、実施することができる。
【００４８】
図７に示した構造に、ＬＥＤ構成要素を制御するのに必要な測定手段を設ける他の方法は、ＬＥＤ構成要素自体中、たとえばその反射器中にあってＬＥＤ構成要素が生成する１つまたは複数の色成分の放出強さを測定するＲＧＢ色センサなどの手段を組み込むことであって、それによってセンサの測定信号は、ライトのマイクロプロセッサまたはその等価物へ送信するように構成することができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＬＥＤ治療用ライトは、白色の異なるシェードを生成する少なくとも２つのＬＥＤ構成要素を含み、前記構成要素の光放出によって生成されるＬＥＤ治療用ライトの色温度は、上記で述べたのと同じ方法で制御することができる。
【００５０】
ＬＥＤ治療用ライトの色温度は、本発明の好ましい実施形態による方法によって制御することができ、そこでは、少なくとも２つの異なる波長の色成分を含んだ光放出が、そのうちの少なくとも１つが調節可能なパワー源ＡＤＪ−ＰＷである少なくとも２つのパワー源ＰＷから、少なくとも１つのＬＥＤ構成要素ＬＥＤを含んだＬＥＤ構成要素ユニットＬＧへ供給されるパワーに応答して、生成され、ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が生成した光の色温度、またはそれらが発生した、ＬＥＤ構成要素ユニット（ＬＧ）が生成した光の色温度への相関が知られている少なくとも１つの大きさが、測定され、少なくとも１つの前記調節可能なパワー源（ＡＤＪ−ＰＷ）への制御情報が、前記測定から得られた測定データに応答して生成され、それによって少なくとも１つのＬＥＤ構成要素（ＬＥＤ）中の少なくとも１つの色成分の生成が、制御される。
【００５１】
技術の発展とともに、本発明の基本概念は、多くの様々な方法で実現することができることは、当業者に明らかである。したがって、本発明およびその実施形態は、上記に述べた実施例および構成要素に限定されず、それよりむしろ、それらは、特許請求の範囲で定義する範囲内で変化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】歯科治療で使用される典型的な従来技術の治療用ライトを表す図である。
【図２ａ】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ治療用ライトのライト部分の構造を示す図である。
【図２ｂ】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ治療用ライトのライト部分の構造を示す図である。
【図２ｃ】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ治療用ライトのライト部分の構造を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ治療用ライトの色温度制御システムを表す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ構成要素の電気的接続を表す図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ構成要素ユニットを表す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ構成要素ユニットを表す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態によるＬＥＤ構成要素を表す図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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