(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザベースの治療装置のレーザビームを整合させるためのビーム整合システムであって、
レーザベースの治療装置のハンドピースのビーム出射口への入口を形成する筐体と、
センサであって、前記センサは、前記筐体の中に配置され、かつ、前記入口と整合させられ、かつ、規定閾値レベルを上回る前記センサによるレーザエネルギーの検出を示す第１の信号、および前記閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如を示す第２の信号を提供するように適合される、センサと、
レーザビーム経路を調節するようにビーム誘導システムに指図することと、前記第１および第２の信号を使用して前記ビーム出射口の中心を判定することとを行うようにプログラムされるプロセッサと
を備える、システム。
【請求項２】
前記筐体は、摩擦ベースの結合、ねじ式結合、磁気結合、および機械的結合のうちの少なくとも１つを介して、前記ビーム出射口に取付可能である、請求項１に記載のビーム整合システム。
【請求項３】
前記センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および遠赤外光センサから成る群から選択される少なくとも１つのセンサ要素を備える、請求項１に記載のビーム整合システム。
【請求項４】
前記センサは、レーザエネルギーの欠如を示す前記第２の信号を提供するように適合される、請求項１に記載のビーム整合システム。
【請求項５】
前記センサを覆って配置される拡散器をさらに備える、請求項１に記載のビーム整合システム。
【請求項６】
前記拡散器は、半透明材料を含む、請求項５に記載のビーム整合システム。
【請求項７】
前記センサの出力信号を増幅させるための増幅器をさらに備える、請求項１に記載のビーム整合システム。
【請求項８】
前記センサから取得されるセンサ信号を基準信号と比較することと、
前記センサ信号が前記基準信号より大きい場合に前記第１の信号を生成することと、
そうでなければ、前記第２の信号を生成することと
を行う回路をさらに備える、請求項１に記載のビーム整合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年１２月５日に出願され、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ，”と題された米国仮特許出願第６２／０８８，２５５号に対する優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、レーザベースの治療システムに関し、具体的には、フィードバック制御型ビーム誘導システムを使用してレーザビームを整合させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザは、ますます、虫歯を除去すること、硬組織を切断、穿孔、または成形すること、ならびに軟組織を除去もしくは切断することを含む、多数の硬および軟組織歯科手技で有用であることが示されている。歯は、３つの層を有する。最外層は、最も硬質であり、概して、歯の他の部分のための保護層を形成する、エナメル質であり、歯の中間および大部分は、象牙質を含み、最内層は、歯髄を含む。エナメル質および象牙質は、組成が類似し、ほぼ８５％の鉱物、概して、炭酸ヒドロキシアパタイトを含む一方で、歯髄は、血管および神経を含む。９．３〜９．６マイクロメートル範囲内の波長におけるレーザ放射は、歯および骨の重要な成分を形成するヒドロキシアパタイトによってよく吸収され、そのようなレーザを硬組織の除去において効率的にする。
【０００４】
レーザはまた、類似手技がドリルを使用して行われるときに典型的に必要とされる局所麻酔を必要とすることなく、歯系物質の除去で有用であることも見出されている。さらに、レーザは、歯科用ドリルと関連付けられる騒音および振動を生じない。少なくともこれらの理由により、レーザがドリルに取って代わり、歯科治療による不安および恐怖心を排除し得る、または少なくとも低減させ得ることが、歯科業界における多くの者の希望である。
【０００５】
９．３〜９．６マイクロメートル範囲内の波長を有する歯科治療レーザは、ヒトの眼に可視ではない。したがって、治療レーザビームに加えて、歯科レーザシステムは、可視光スペクトル内のマーキング／照準レーザビームを採用し得る。そのようなレーザは、（緑色レーザである）約５３２ナノメートルまたは（赤色レーザである）６５０ナノメートルの波長を有し得る。マーキングレーザビームおよび治療レーザビームがビーム経路に沿って同一線上にある場合、治療レーザビームは、マーキングレーザビームが衝突する、実質的に同一の面積に作用するであろう可能性が高い。
【０００６】
多くの歯科レーザシステムでは、レーザは、コンソールに収納され、鏡、レンズ、および／または光ファイバケーブル等の光学デバイスを使用して、関節運動もしくは可撓性アームを通してハンドピース／主要チャンバアセンブリに透過させられる。アームは、概して、ハンドピースも取り付けられる、主要チャンバに取り付けられる。ハンドピースは、例えば、清掃、補修等のために、取り外し可能にされることができる。取り外し可能である、異なって構成されたハンドピースが、異なる歯科手技に使用されてもよい。アームの端部において、または主要チャンバアセンブリ内に、選択された治療面積に向かってレーザビームを誘導するために使用されることができる、ビーム誘導システムが位置してもよい。そこからレーザビームが出射するハンドピースビーム出射口は、典型的には、例えば、レーザベースの歯科治療中の個人の口腔内の向上した人間工学およびより容易な操作のために小さい。通常、オペレータが治療される面積の中心に向かってハンドピースを標的化することができるように、レーザビームがビーム出射口のほぼ中心を通過することが望ましい。次いで、ビーム誘導システムは、標的中心の周囲の治療される面積の少なくとも一部が、高速で効率的かつ効果的な治療のために照射されるように、ある形状、サイズ、およびスキャンパラメータに従ってレーザビームを自動的に移動させることができる。
【０００７】
ビーム誘導システムは、治療される組織の一部を治療するように、治療レーザビームの移動を制御してもよく、一部は、特定の事前設定された形状を有する。代替として、または加えて、オペレータは、治療面積の周囲を規定してもよい。一連の事前設定された形状の座標および／またはユーザ規定周囲を含有する、コンピュータ（その少なくとも一部がソフトウェアを含む、任意のプロセッサまたは処理ユニット）が、ビーム誘導システムの移動を制御してもよい。この目的で、ビーム誘導システムは、概して、一対のコンピュータ制御型検流計を含む。米国特許出願公開第２０１３／００５９２６４号は、そのようなビーム誘導システムを説明し、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【０００８】
特に歯科レーザシステムでは、レーザビームの誘導における位置整合誤差の多数の潜在的原因がある。多くの場合、レーザビームの整合は、経時的に変動を受ける。これらの変動は、システムの振動、システムがぶつかること、異なる交換可能ハンドピースの不整合、関節運動アームの不整合、光学的不整合、幾何学的積層誤差、機械的および／または電気的ドリフト、ならびに／もしくは熱変形に起因し得る。ビーム整合変動の影響は、経時的に合併し得、レーザベースの治療システムの適切、効果的、および／または効率的な使用を妨げ得る、有意な整合劣化をもたらし得る。レーザビーム整合の変動性は、多くのレーザベースの治療デバイス、特に、関節運動アーム型ビーム送達システムを具備される、これらのデバイスの信頼性に悪影響を及ぼし得る。レーザベースの治療デバイスにおけるレーザビームの整合は、多くの場合、訓練された人材を必要とし、定期的に繰り返される必要がある、時間のかかるプロセスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００５９２６４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
種々の実施形態では、治療面積に近接する歯科レーザビームの自動整合のための効率的で正確かつ使いやすいシステムが、治療される組織の面積／領域に向かってハンドピースのビーム出射口を通して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリを通るレーザビームを正確に誘導することができる。これは、少なくとも部分的に、レーザビームの作動および誘導を制御するコンピュータ（その少なくとも一部がソフトウェアを含み得る、任意のプロセッサまたは処理ユニット）にフィードバックを提供する、レーザビーム存在検出器を使用して、達成される。いくつかの実施形態では、レーザビーム経路は、ビーム出射口の中心と整合させられる。
【００１１】
一般に、一側面では、本開示の実施形態は、レーザベースの治療装置のレーザビームを整合させるためのビーム整合システムを特徴とする。本システムは、レーザベースの治療装置のハンドピースのビーム出射口への入口を形成する、筐体と、筐体の中に配置されるセンサとを含んでもよい。センサは、入口と整合させられ、規定閾値レベルを上回るレーザエネルギーの検出を示す第１の信号と、閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如（またはある場合にはレーザエネルギーの欠如）を示す第２の信号とを提供するように適合されてもよい。
【００１２】
種々の実施形態では、筐体は、摩擦ベースの結合、ねじ式結合、磁気結合、および機械的結合のうちの少なくとも１つを介して、ビーム出射口に対して取り外し可能である。センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および／もしくは遠赤外光センサのうちの１つまたはそれを上回るものであってもよい。本システムは、半透明材料を含み得る、センサを覆って配置される拡散器を含むことができる。本システムは、センサの出力信号を増幅させるための増幅器を含むことができる。ある場合には、本システムはまた、（ｉ）センサから取得されるセンサ信号を基準信号と比較し、（ｉｉ）センサ信号が基準信号より大きい場合に第１の信号を生成し、そうでなければ、第２の信号を生成する、回路も特徴とする。ある場合には、本システムは、（ｉ）レーザビーム経路を調節するようビーム誘導システムに指図し、（ｉｉ）第１および第２の信号を使用して、ビーム出射口の中心を判定するようにプログラムされる、プロセッサを含む。
【００１３】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ビーム出射口と、センサアセンブリとを有する、ハンドピースを含む、レーザベースの治療システムを特徴とする。センサアセンブリは、ビーム出射口と整合させられた中心開口を有してもよく、ハンドピースの内面に少なくとも部分的に取り付けられてもよい。センサアセンブリは、規定閾値レベルを上回るセンサアセンブリによるレーザエネルギーの検出を示す第１の信号と、規定閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如を示す第２の信号とを提供するように適合されることができる。
【００１４】
種々の実施形態では、ハンドピースの内面の少なくとも一部は、レーザの波長において反射性である。センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および／もしくは遠赤外光センサのうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。ハンドピースはまた、反射鏡を含むこともできる。ある場合には、反射鏡は、レーザビーム経路の第１の部分に沿ってセンサの下流に、およびレーザビーム経路の第２の部分に沿ってビーム出射口から上流に配置され、ビーム出射口およびセンサアセンブリの開口は、第１および第２の部分を介して整合させられる。半透明材料は、センサアセンブリを覆って配置されてもよい。本システムは、センサアセンブリの出力信号を増幅させるための増幅器を含むことができる。ある場合には、本システムはまた、（ｉ）センサから取得されるセンサ信号を基準信号と比較し、（ｉｉ）センサ信号が基準信号より大きい場合に第１の信号を生成し、そうでなければ、第２の信号を生成する、回路も特徴とする。ある場合には、本システムは、（ｉ）レーザビーム経路を調節するようビーム誘導システムに指図し、（ｉｉ）第１および第２の信号を使用して、ビーム出射口の中心を判定するようにプログラムされる、プロセッサを含む。ある実装では、センサアセンブリは、ハンドピースの内面に取り付けられ、中心開口を有する、環状反射体（例えば、拡散器）と、反射体リングから分離され、それに対面し、第１および第２の信号を生成するように適合される、センサとを含む。
【００１５】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ビーム経路に沿ってレーザビームを指向する、ビーム誘導システムと、治療面積に向かってレーザビームを指向するためのビーム出射口および／もしくは中空導波路のうちの１つまたはそれを上回るものを有する、ハンドピースとを含む、レーザベースの治療システムを特徴とする。本システムはまた、センサアセンブリと、センサアセンブリから複数の信号を受信し、それに応答して、（ｉ）ビーム出射口および（ｉｉ）中空導波路の入口のうちの１つの中心を通してビーム経路を調節するために、ビーム誘導システムの初期位置を制御するようにプログラムされる、プロセッサとを含むこともできる。
【００１６】
種々の実施形態では、ビーム誘導システムは、一対の検流計制御型鏡を含む。センサアセンブリの少なくとも一部は、ハンドピース内に収納されることができる。センサアセンブリは、取り外し可能筐体の中に位置することができる。ある場合には、（ｉ）センサアセンブリとプロセッサとの間の電気通信リンクおよび（ｉｉ）プロセッサとビーム誘導システムとの間の電気通信リンクのうちの少なくとも１つは、無線通信リンクである。
【００１７】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、レーザビームを整合させる方法を特徴とする。本方法は、レーザビームがセンサによって検出されるように、プロセッサによって、第１のビーム経路に沿ってレーザビームを指向するようにビーム誘導システムを制御するステップと、センサがレーザビームの欠如を検出するように、プロセッサによって、レーザビームの経路を第２のビーム経路まで調節するようにビーム誘導システムを制御するステップとを含んでもよい。本方法は、プロセッサによって、ビーム誘導システムと関連付けられ、第２のビーム経路に対応する、座標の第１のセットを記録するステップを含むことができる。本方法は、レーザビームがセンサによって検出されるように、プロセッサによって、第１のビーム経路および第３のビーム経路のうちの１つに沿ってレーザビームを指向するようにビーム誘導システムを制御するステップと、センサがレーザビームの欠如を検出するように、プロセッサによって、レーザビームの経路を第４のビーム経路まで調節するようにビーム誘導システムを制御するステップとを含んでもよい。本方法は、プロセッサによって、ビーム誘導システムと関連付けられ、第４のビーム経路に対応する、座標の第２のセットを記録するステップを含むことができる。本方法は、プロセッサによって、ビーム出射口と関連付けられる座標のセットを計算するステップを含んでもよい。
【００１８】
種々の実施形態では、本方法はまた、プロセッサによって、ビーム出射口と関連付けられる座標のセットを使用して、ビーム誘導システムの初期位置を調節するステップを含むこともできる。レーザビームは、治療レーザビームおよび／もしくはマーキングレーザビームのうちの１つまたはそれを上回るものであってもよい。ある場合には、本方法はまた、ビーム誘導システムによって、規定パターン、形状、およびサイズに従ってレーザビームを指向するステップも含む。種々の場合において、ビーム誘導システムの初期位置を調節するステップは、（ｉ）指向するステップに先立って、および（ｉｉ）指向するステップの２回の反復の間で行われる。
【００１９】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、レーザビームを整合させる別の方法を特徴とする。本方法は、（ａ）第１の軸およびステップサイズを選択するステップと、（ｂ）ビーム誘導システムによって指向されるレーザビームがセンサによって検出されないように、ビーム誘導システムの第１の回転可能鏡を調節し、第１の軸に沿って第１の鏡の座標を記録するステップとを含んでもよい。本方法はまた、（ｃ）第１の方向へ第１の軸に沿って第１の回転可能鏡をステップサイズずつ調節し、第１の軸に沿って第１の鏡の座標を記録するステップを含むこともできる。レーザビームが検出されない場合、本方法は、（ｄ）ステップサイズを増加させ、ステップ（ｃ）を繰り返すステップを含むことができる。レーザビームが検出される場合には、本方法は、（ｅ）：（Ａ）ステップサイズを減少させ、第１の方向と反対である第２の方向へ第１の軸に沿って第１の回転可能鏡を減少したステップサイズずつ再調節するステップを含むことができる。レーザビームが検出される場合、本方法は、（Ｂ）ステップ（ｂ）および（ｃ）で記録される座標の平均であって、第１の回転可能鏡と関連付けられる平均を計算するステップを含むことができる。レーザビームが検出されない場合、本方法は、（Ｃ）第１の軸に沿った第１の回転可能鏡の再調節された位置に対応する、ステップ（ｂ）で記録される座標を置換するステップと、（Ｄ）ステップサイズを減少させ、第１の方向へ第１の軸に沿って第１の回転可能鏡を減少したステップサイズずつ再調節するステップとを含むことができる。レーザビームが検出されない場合、本方法は、（Ｅ）ステップ（Ｃ）および（ｃ）で記録される座標の平均であって、第１の回転可能鏡と関連付けられる平均を計算するステップを含むことができる。レーザビームが検出される場合、本方法は、（Ｆ）第１の軸に沿った第１の回転可能鏡の再調節された位置に対応する、ステップ（ｃ）で記録される座標を置換するステップを含むことができる。
【００２０】
種々の実施形態では、本方法は、ステップ（ｅ）（Ａ）から（ｅ）（Ｆ）を繰り返すステップを含む。本方法はまた、第１の軸に対して直角な第２の軸を選択するステップと、第２の軸および第２の回転可能鏡に対応する、ステップ（ｂ）から（ｅ）を繰り返すステップであって、ステップ（ｅ）（Ｂ）および（ｅ）（Ｅ）のうちのいずれかで計算される平均は、第２の回転可能鏡と関連付けられる、ステップとを含むこともできる。
【００２１】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、レーザビームの自動整合を促進する、レーザベースの治療システムを特徴とする。本システムは、開口を通してレーザビームを指向するように適合される、ビーム誘導システムを含むことができる。本システムは、開口を通過するレーザビームに応答してフィードバック信号を提供するように適合される、センサを特徴とすることができる。本システムは、（ｉ）フィードバック信号に基づいて開口の中心を判定し、（ｉｉ）開口中心を通してレーザビームを指向するためにビーム誘導システムを調節するように適合される、プロセッサを有してもよい。
【００２２】
種々の実施形態では、ビーム誘導システムは、一対の検流計制御型鏡を含み、一対のうちの各検流計は、プロセッサによって制御される。ある場合には、本システムは、開口がハンドピースのビーム出射口である、ハンドピースを含むことができる。他の場合では、ハンドピースは、開口が中空導波路の入口である、中空導波路を有してもよい。他の場合では、センサは、ハンドピースの中に配置される環状センサであり、開口は、環状センサ内の開口部を含む。ある場合において、本システムは、ハンドピースと、開口が環状反射体内の開口部である、ハンドピース内に配置される環状反射体とを含む。そのような場合において、センサは、環状反射体に対面するように配向されることができる。本システムはまた、環状反射体（またはある場合にはセンサ）を覆って配置される半透明材料を有する、拡散器を含んでもよい。開口は、ハンドピースのビーム出射口からビーム経路に沿って上流に位置することができる。ある場合には、センサは、規定閾値レベルを上回るセンサによるレーザエネルギーの検出を示す第１のフィードバック信号、および閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如（例えば、レーザエネルギーの欠如）を示す第２のフィードバック信号を提供するように適合される。センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および／もしくは遠赤外光センサのうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。本システムは、センサの出力信号を増幅させるための増幅器を含むことができる。ある場合には、本システムはまた、（ｉ）センサアセンブリから取得されるセンサ信号を基準信号と比較し、（ｉｉ）センサ信号が基準信号より大きい場合に第１のフィードバック信号を生成し、そうでなければ、第２のフィードバック信号を生成する、回路も含む。
【００２３】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、ビーム経路を有する、少なくとも１つのレーザビームと、ビーム経路内に位置する、ビーム誘導システムと、ビーム誘導システムの後でビーム経路内に位置する、ビーム出射口と、ビーム出射口に近接するレーザビーム存在検出器とを含む、歯科レーザ治療システムを特徴とする。ビーム出射口は、中心場所を有してもよく、レーザビーム存在検出器は、ビーム出射口がビーム経路内にあることに応答して、フィードバックを提供してもよい。ビーム誘導システムは、ビーム経路がビーム出射口の中心場所に誘導されるように、フィードバックに応答してもよい。
【００２４】
種々の実施形態では、レーザビームは、可視光波長（例えば、約５３２ナノメートル）を有する、パイロットレーザビームである。本システムはまた、赤外線波長（例えば、約９．３〜９．６マイクロメートル）を有する、治療レーザビームを含んでもよい。ある場合には、治療レーザビームおよびパイロットレーザビームは、同一線上にある。レーザビーム存在検出器は、可視光および／または赤外光を検出するように構成されてもよい。本システムはさらに、ビーム出射口がハンドピースアセンブリの一部である、ビーム誘導システムの下流に配置されるハンドピースアセンブリを含んでもよい。ある場合には、レーザビーム存在検出器は、ビーム出射口に近接してハンドピースアセンブリに除去可能に添着されてもよい。例えば、レーザビーム存在検出器は、ハンドピースアセンブリの内側でビーム出射口の上流に配置されてもよい。ハンドピースアセンブリは、交換可能であり得る。本システムはまた、ビーム出射口に近接してハンドピースアセンブリの内側で、かつビーム経路内に配置される、反射鏡を含んでもよい。ある場合には、反射鏡は、ビーム経路内でレーザビーム存在検出器の上流に配置される。他の場合では、反射鏡は、ビーム経路内でレーザビーム存在検出器とビーム出射口との間に配置される。
【００２５】
種々の実施形態では、ビーム誘導システムは、検流計（例えば、２つの検流計）、鏡、レンズ、電気光学スキャナ、インラインビーム操向器、二重ウェッジスキャナ、偏光格子、および／または圧電変換器ベースのビーム操向構成要素を含み得る、ビーム誘導要素を特徴とする。ある場合において、本システムはさらに、ビーム誘導システムの移動を制御するように構成される検流計コントローラと、ビーム存在検出器からフィードバックを受信するコンピュータとを含む。コンピュータは、制御信号経路を通して検流計と電子通信してもよい。ある場合には、ビーム誘導システムは、ハンドピースアセンブリ内に配置される。レーザビーム存在検出器はまた、少なくとも１つの光学もしくは他のセンサと、センサを封入するセンサ筐体とを含んでもよい。センサは、信号通信を行うためのデバイス（例えば、導電性デバイス、無線信号伝達デバイス等）を介して、フィードバックを提供してもよく、センサ筐体は、ハンドピースアセンブリへのレーザビーム存在検出器の取付を可能にし得る。ある場合には、センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ペルチェデバイス、および／もしくは遠赤外光センサのうちの１つまたはそれを上回るものであり得る。センサ筐体は、不透明であり得る。ある実装では、本システムはまた、光学センサの少なくとも一部を覆う光集積要素も含む。
【００２６】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、治療レーザビームおよびパイロットレーザビームが、同一線上にあり、ビーム経路を形成する、赤外線スペクトル内で動作する治療レーザビームと、可視スペクトル内で動作するパイロットレーザビームとを含む、歯科レーザ治療システムを特徴とする。本システムは、ビーム経路内に配置される一対の検流計と、ビーム入射口およびビーム出射口を有する、ハンドピースアセンブリとを含んでもよい。ビーム入射口は、ビーム経路内で検流計の後に配置されてもよく、ビーム出射口は、ビーム経路内でビーム入射口の後に配置されてもよい。ビーム出射口は、中心場所を有する。本システムはまた、ビーム出射口に近接してハンドピースアセンブリに除去可能に添着され、フィードバックをコンピュータに提供する、レーザビーム存在検出器を含んでもよい。コンピュータは、治療レーザビームおよびパイロットレーザビームの作動、ならびに検流計の移動を制御してもよい。コンピュータは、フィードバックに基づいてビーム出射口の中心場所を判定する、検索アルゴリズムを有してもよい。コンピュータは、ビーム経路を中心場所に誘導して自動整合を提供するように、検流計の移動を制御してもよい。
【００２７】
種々の実施形態では、レーザビーム存在検出器は、可視光を検出するように構成される。レーザビーム存在検出器は、ハンドピースアセンブリの内側で、ビーム出射口の上流または前に配置されてもよい。いくつかの実装では、本システムはまた、検流計の移動を制御するように構成される、検流計コントローラを含んでもよく、コンピュータは、制御信号経路を通して検流計コントローラと電子通信してもよい。ハンドピースアセンブリは、交換可能であり得る。いくつかの実装では、本システムはまた、ビーム出射口に近接してハンドピースアセンブリの内側で、かつビーム経路内に配置される、反射鏡も含む。いくつかの実装では、反射鏡は、ビーム経路内でレーザビーム存在検出器の前に配置される。他の実装では、反射鏡は、ビーム経路内でレーザビーム存在検出器とビーム出射口との間に配置される。
【００２８】
種々の実施形態では、レーザビーム存在検出器はまた、少なくとも１つの光学もしくは他のセンサと、光学センサとコンピュータとの間の信号通信を行うためのデバイス（例えば、導電性デバイス、無線信号伝達デバイス等）と、光学センサを封入するセンサ筐体とを含む。センサ筐体は、ハンドピースアセンブリへのレーザ存在検出器の取付を可能にし得る。センサ筐体は、不透明であり得る。ある場合には、本システムはまた、光学センサの少なくとも一部を覆う光集積要素も特徴とする。
【００２９】
一般に、別の側面では、本開示の実施形態は、レーザビームを整合させる方法を特徴とする。本方法は、センサが、センサに入射するレーザビームの欠如を示す第１の信号を生成するように、センサから受信されるフィードバック信号を使用して、プロセッサによって、レーザビームを指向するようにビーム誘導システムを調節するステップを含んでもよい。本方法はまた、センサが、レーザビームがセンサに入射することを示す第２の信号を生成するように、センサから受信されるフィードバック信号を使用して、プロセッサによって、レーザビームを指向するようにビーム誘導システムを調節するステップを含んでもよい。本方法は、少なくとも部分的にビーム誘導システムの調節に基づいて、プロセッサによって、ビーム出射口の周囲を判定するステップを含むことができる。ある場合には、本方法は、少なくとも部分的にビーム出射口の周囲を使用して、プロセッサによって、ビーム出射口の中心を計算するステップを含む。本方法はまた、ビームがビーム出射口のほぼ中心を通過するように、プロセッサによって、ビーム誘導システムの初期位置を調節するステップを含むこともできる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
レーザベースの治療装置のレーザビームを整合させるためのビーム整合システムであって、
レーザベースの治療装置のハンドピースのビーム出射口への入口を形成する、筐体と、
前記筐体の中に配置され、前記入口と整合させられ、規定閾値レベルを上回るセンサによるレーザエネルギーの検出を示す第１の信号、および前記閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如を示す第２の信号を提供するように適合される、センサと
を備える、システム。
（項目２）
前記筐体は、摩擦ベースの結合、ねじ式結合、磁気結合、および機械的結合のうちの少なくとも１つを介して、前記ビーム出射口に取付可能である、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目３）
前記センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および遠赤外光センサから成る群から選択される、少なくとも１つのセンサ要素を備える、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目４）
前記センサは、レーザエネルギーの欠如を示す前記第２の信号を提供するように適合される、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目５）
前記センサを覆って配置される拡散器をさらに備える、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目６）
前記拡散器は、半透明材料を含む、項目５に記載のビーム整合システム。
（項目７）
前記センサの出力信号を増幅させるための増幅器をさらに備える、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目８）
前記センサから取得されるセンサ信号を基準信号と比較することと、
前記センサ信号が前記基準信号より大きい場合に前記第１の信号を生成することと、
そうでなければ、前記第２の信号を生成することと
を行う回路
をさらに備える、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目９）
レーザビーム経路を調節するようビーム誘導システムに指図することと、
前記第１および第２の信号を使用して、前記ビーム出射口の中心を判定することと
を行うようにプログラムされる、プロセッサ
をさらに備える、項目１に記載のビーム整合システム。
（項目１０）
ハンドピースを備えるレーザベースの治療システムであって、
前記ハンドピースは、
ビーム出射口と、
（ｉ）前記ビーム出射口と整合させられた中心開口を有し、（ｉｉ）前記ハンドピースの内面に少なくとも部分的に取り付けられる、センサアセンブリであって、前記ハンドピースは、規定閾値レベルを上回る前記センサアセンブリによるレーザエネルギーの検出を示す第１の信号、および前記規定閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如を示す第２の信号を提供するように適合される、センサアセンブリと
を備える、レーザベースの治療システム。
（項目１１）
前記ハンドピースの前記内面の少なくとも一部は、前記レーザの波長において反射性である、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１２）
前記センサアセンブリは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および遠赤外光センサから成る群から選択される、少なくとも１つのセンサを備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１３）
前記ハンドピースはさらに、反射鏡を備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１４）
前記反射鏡は、レーザビーム経路の第１の部分に沿って前記センサの下流に、および前記レーザビーム経路の第２の部分に沿って前記ビーム出射口から上流に配置され、
前記ビーム出射口および前記センサアセンブリの前記開口は、前記第１および第２の部分を介して整合させられる、
項目１３に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１５）
半透明材料は、前記センサアセンブリを覆って配置される、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１６）
前記センサアセンブリの出力信号を増幅させるための増幅器をさらに備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１７）
前記センサアセンブリから取得されるセンサ信号を基準信号と比較することと、
前記センサ信号が前記基準信号を上回る場合に前記第１の信号を生成することと、
そうでなければ、前記第２の信号を生成することと
を行う回路
をさらに備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１８）
レーザビーム経路を調節するようビーム誘導システムに指図することと、
前記第１および第２の信号を使用して、前記ビーム出射口の中心を判定することと
を行うようにプログラムされる、プロセッサ
をさらに備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目１９）
前記センサアセンブリは、
前記ハンドピースの前記内面に取り付けられ、前記中心開口を形成する、環状反射体と、
反射体リングから分離され、それに対面し、前記第１および第２の信号を生成するように適合される、センサと
を備える、項目１０に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２０）
前記環状反射体は、拡散器を備える、項目１９に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２１）
ビーム経路に沿ってレーザビームを指向する、ビーム誘導システムと、
治療面積に向かって前記レーザビームを指向するためのビーム出射口および中空導波路のうちの１つを有する、ハンドピースと、
センサアセンブリと、
前記センサアセンブリから複数の信号を受信し、それに応答して、前記ビーム出射口および前記中空導波路の入口のうちの１つの中心を通して前記ビーム経路を調節するために、前記ビーム誘導システムの初期位置を制御するようにプログラムされる、プロセッサと
を備える、レーザベースの治療システム。
（項目２２）
前記ビーム誘導システムは、一対の検流計制御型鏡を備える、項目２１に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２３）
前記センサアセンブリの少なくとも一部は、前記ハンドピース内に収納される、項目２１に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２４）
前記センサアセンブリは、取り外し可能筐体の中に位置する、項目２１に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２５）
前記センサアセンブリと前記プロセッサとの間の電気通信リンクおよび前記プロセッサと前記ビーム誘導システムとの間の電気通信リンクのうちの少なくとも１つは、無線通信リンクを備える、項目２１に記載のレーザベースの治療システム。
（項目２６）
レーザビームを整合させる方法であって、
（ａ）レーザビームがセンサによって検出されるように、プロセッサによって、第１のビーム経路に沿って前記レーザビームを指向するようにビーム誘導システムを制御するステップと、
（ｂ）前記センサが前記レーザビームの欠如を検出するように、前記プロセッサによって、前記レーザビームの経路を第２のビーム経路まで調節するように前記ビーム誘導システムを制御するステップと、
（ｃ）前記プロセッサによって、前記ビーム誘導システムと関連付けられ、前記第２のビーム経路に対応する、座標の第１のセットを記録するステップと、
（ｄ）前記レーザビームが前記センサによって検出されるように、前記プロセッサによって、前記第１のビーム経路および第３のビーム経路のうちの１つに沿って前記レーザビームを指向するように前記ビーム誘導システムを制御するステップと、
（ｅ）前記センサが前記レーザビームの欠如を検出するように、前記プロセッサによって、前記レーザビームの経路を第４のビーム経路まで調節するように前記ビーム誘導システムを制御するステップと、
（ｆ）前記プロセッサによって、前記ビーム誘導システムと関連付けられ、前記第４のビーム経路に対応する、座標の第２のセットを記録するステップと、
（ｇ）前記プロセッサによって、ビーム出射口と関連付けられる座標のセットを計算するステップと
を含む、方法。
（項目２７）
前記プロセッサによって、前記ビーム出射口と関連付けられる前記座標のセットを使用して、前記ビーム誘導システムの初期位置を調節するステップをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記レーザビームは、治療レーザビームおよびマーキングレーザビームのうちの少なくとも１つを含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記ビーム誘導システムによって、規定パターン、形状、およびサイズに従って前記レーザビームを指向するステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目３０）
前記ビーム誘導システムの前記初期位置を調節するステップは、前記指向するステップに先立って、および前記指向するステップの２回の反復の間のうちの少なくとも１つで行われる、項目２７に記載の方法。
（項目３１）
レーザビームを整合させる方法であって、
（ａ）第１の軸およびステップサイズを選択するステップと、
（ｂ）ビーム誘導システムによって指向されるレーザビームがセンサによって検出されないように、前記ビーム誘導システムの第１の回転可能鏡を調節し、前記第１の軸に沿って前記第１の鏡の座標を記録するステップと、
（ｃ）第１の方向へ前記第１の軸に沿って前記第１の回転可能鏡を前記ステップサイズずつ調節し、前記第１の軸に沿って前記第１の鏡の座標を記録するステップと、
（ｄ）前記レーザビームが検出されない場合、前記ステップサイズを増加させ、ステップ（ｃ）を繰り返すステップと、
（ｅ）そうでなければ、
（Ａ）前記ステップサイズを減少させ、前記第１の方向と反対の第２の方向へ前記第１の軸に沿って前記第１の回転可能鏡を前記減少したステップサイズずつ再調節するステップと、
（Ｂ）前記レーザビームが検出される場合、ステップ（ｂ）および（ｃ）で記録される前記座標の平均を計算するステップであって、前記平均は、前記第１の回転可能鏡と関連付けられる、ステップと、
（Ｃ）そうでなければ、前記第１の軸に沿った前記第１の回転可能鏡の再調節された位置に対応する、ステップ（ｂ）で記録される前記座標を置換するステップと、
（Ｄ）前記ステップサイズを減少させ、前記第１の方向へ前記第１の軸に沿って前記第１の回転可能鏡を前記減少したステップサイズずつ再調節するステップと、
（Ｅ）前記レーザビームが検出されない場合、ステップ（Ｃ）および（ｃ）で記録される前記座標の平均を計算するステップであって、前記平均は、前記第１の回転可能鏡と関連付けられる、ステップと、
（Ｆ）そうでなければ、前記第１の軸に沿った前記第１の回転可能鏡の再調節された位置に対応する、ステップ（ｃ）で記録される前記座標を置換するステップと
を含む、方法。
（項目３２）
ステップ（ｅ）（Ａ）から（ｅ）（Ｆ）を繰り返すステップをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記第１の軸に対して直角な第２の軸を選択するステップと、
前記第２の軸および第２の回転可能鏡に対応する、ステップ（ｂ）から（ｅ）を繰り返すステップであって、ステップ（ｅ）（Ｂ）および（ｅ）（Ｅ）のうちのいずれかで計算される前記平均は、前記第２の回転可能鏡と関連付けられる、ステップと
をさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３４）
レーザビームの自動整合を促進する、レーザベースの治療システムであって、
開口を通してレーザビームを指向するように適合される、ビーム誘導システムと、
前記開口を通過する前記レーザビームに応答してフィードバック信号を提供するように適合される、センサと、
前記フィードバック信号に基づいて前記開口の中心を判定し、前記開口中心を通して前記レーザビームを指向するために前記ビーム誘導システムを調節するように適合される、プロセッサと
を備える、システム。
（項目３５）
前記ビーム誘導システムは、前記プロセッサによって制御される、一対の検流計制御型鏡を備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目３６）
ハンドピースをさらに備え、前記開口は、前記ハンドピースのビーム出射口によって形成される、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目３７）
中空導波路を有する、ハンドピースをさらに備え、前記開口は、前記中空導波路の入口によって形成される、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目３８）
ハンドピースをさらに備え、前記センサは、前記ハンドピース内に配置される環状センサを備え、前記開口は、前記環状センサに形成される開口部によって形成される、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目３９）
ハンドピースと、
前記ハンドピース内に配置される環状反射体であって、前記開口は、前記環状反射体に対面するように配向されている前記センサを伴って前記環状反射体に形成される、開口部を備える、環状反射体と
をさらに備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４０）
前記環状反射体を覆って配置される半透明材料を含む、拡散器をさらに備える、項目３９に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４１）
前記開口は、前記ハンドピースのビーム出射口からビーム経路に沿って上流に位置する、項目３９に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４２）
前記センサは、
規定閾値レベルを上回る前記センサによるレーザエネルギーの検出を示す第１のフィードバック信号と、
前記閾値レベルを上回るレーザエネルギーの欠如を示す第２のフィードバック信号と
を提供するように適合される、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４３）
前記センサは、レーザエネルギーの欠如を示す前記第２のフィードバック信号を提供するように適合される、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４４）
前記センサは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、熱電デバイス、および遠赤外光センサから成る群から選択される、少なくとも１つのセンサ要素を備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４５）
前記センサを覆って配置される半透明材料を含む、拡散器をさらに備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４６）
前記センサの出力信号を増幅させるための増幅器をさらに備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
（項目４７）
回路であって、
前記センサアセンブリから取得されるセンサ信号を基準信号と比較することと、
前記センサ信号が前記基準信号より大きい場合に前記第１のフィードバック信号を生成することと、
そうでなければ、第２のフィードバック信号を生成することと
を行う回路
をさらに備える、項目３４に記載のレーザベースの治療システム。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本開示の種々の側面が、添付図面および付随する発明を実施するための形態を考慮して、より明白となるであろう。その中で描写される実施形態は、限定ではなく一例として提供され、類似参照番号は、概して、同一または類似要素を指す。異なる図面では、異なる参照番号を使用して、同一または類似要素が参照され得る。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本発明の種々の側面を図示することに重点が置かれる。
【００３１】
【図１】図１は、例示的歯科レーザシステムの等角図である。
【００３２】
【図２】図２は、種々の実施形態による、歯科レーザハンドピース／主要チャンバアセンブリ、レーザビーム存在検出器、および検流計の断面図である。
【００３３】
【図３】図３は、種々の実施形態による、歯科レーザハンドピース／主要チャンバアセンブリおよびレーザビーム存在検出器の一部の拡大断面図である。
【００３４】
【図４】図４は、種々の実施形態による、自動整合システムのブロック図である。
【００３５】
【図５Ａ】図５Ａは、種々の実施形態による、反射体リングと、検出器とを含む、歯科ハンドピース／主要チャンバアセンブリの断面図である。
【００３６】
【図５Ｂ】図５Ｂは、種々の実施形態による、歯科ハンドピース／主要チャンバアセンブリの中に搭載可能な反射体リングを概略的に描写する。
【００３７】
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、種々の実施形態による、取り外し可能センサ、ならびにビーム経路の角度とセンサによって検出される電圧との間の例示的関係を示す、対応するプロットを描写する。
【００３８】
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、種々の実施形態による、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ内に搭載された反射体／センサアセンブリ、ならびにビーム経路の角度とセンサによって検出される電圧との間の例示的関係を示す、対応するプロットを描写する。
【００３９】
【図８】図８は、種々の実施形態による、中空導波路と、取り外し可能レーザビーム存在検出器とを含む、歯科ハンドピース／主要チャンバアセンブリの断面図である。
【００４０】
【図９】図９は、種々の実施形態による、ビーム誘導システムの座標とセンサによって測定される電圧との間の例示的関係を示す、プロットである。
【００４１】
【図１０Ａ】図１０Ａは、種々の実施形態による、ビーム誘導システムの座標と中空導波路から下流に位置するセンサによって測定される電圧との間の例示的関係を示す、プロットである。
【００４２】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示されるプロットの平面図である。
【００４３】
【図１１Ａ】図１１Ａは、中空導波路がないハンドピースを有する実施形態に対応する、センサ信号の等角図である。
【００４４】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、中空導波路を含むハンドピースを有する別の実施形態に対応する、センサ信号の等角図である。
【００４５】
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１Ａに対応するセンサ信号の側面図である。
【００４６】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１Ｂに対応するセンサ信号の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
いくつかの歯科レーザ治療システムでは、治療レーザビームの好適な波長範囲は、ほぼ９．３〜９．６マイクロメートルの範囲内である。本赤外線範囲では、レーザビームは可視ではない。治療レーザビームは、歯系組織を切断し、切除し、焼灼し、および／または別様に影響を及ぼすために十分な電力とともに動作してもよい。したがって、オペレータ（例えば、歯科医、外科医、他の医療関係者等）が、治療に先立って、および／または治療中に、治療レーザビームが衝突するであろう治療面積上のスポットの場所を把握することが有益である。この目的で、可視スペクトル内のマーキング／照準レーザビームが、使用されてもよい。種々の実施形態では、マーキング／照準レーザビームは、低出力であり、治療場所をマークしてもよい。１つの例示的マーキングレーザビームは、緑色であり、約５３２ナノメートルの波長を有する。治療レーザビームおよびマーキングレーザビームが同一線上にある場合、治療レーザビームは、実質的にマーキング／照準レーザビームが衝突した場所で、（例えば、０．１％、０．５％、１％、２％、５％未満等の真の位置交差を伴って）治療表面に衝突するであろう。以下の議論では、レーザビームという用語は、マーキングおよび治療レーザビームの両方を表すが、概して、マーキングレーザビームを指す。
【００４８】
図１は、少なくとも１つのレーザビームを生成する少なくとも１つのレーザ源１２を含有する、例示的歯科レーザシステム１０を示す。ランチ１４が、歯科レーザシステム１０の主要部分と関節運動アーム１６との間に接続される。ランチ１４は、レーザビームを封入し、関節運動アーム１６の中へ誘導する。関節運動アーム１６は、レーザビームを封入し、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の中へ誘導する役割を果たす、複数の関節運動区分を含んでもよい。関節運動アーム内のレーザビーム輸送システムは、鏡、レンズ、プリズム、光ファイバケーブル、および／または他の光学要素のうちの１つもしくはそれを上回るものを含んでもよい。ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０は、関節運動アーム１６の端部に取り付けられ、ユーザによって交換可能であり得る。レーザシステム１０の少なくとも１つの制御１８は、歯科レーザシステム１０の主要部分から遠隔で使用するために構成されてもよい。
【００４９】
図２および３は、関節運動アーム１６の端部に取り付けられた例示的ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０を示す。アセンブリ２０は、レーザビームをある規定場所に誘導するように、取り付けられた鏡を移動させることができる、一対の検流計２２を含む。本明細書で使用されるように、検流計という用語は、概して、電磁的に操向可能な鏡のアクチュエータ部分、およびアクチュエータに取り付けられた回転可能鏡も含む、アセンブリを指す。加えて、またはビーム操向のための代替案では、鏡、レンズ、電気光学スキャナ、インラインビーム操向器、プリズム、二重ウェッジスキャナ、偏光格子、および圧電変換器を含む、他のビーム誘導要素が、使用されてもよい。ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０は、関節運動アーム１６の端部に近接するビーム入射口２６と、検流計２２とを有する。ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０は、ビーム入射口２６の反対の端部にビーム出射口２８を有する。ビーム入射口２６およびビーム出射口２８は、それを通る直線ビーム経路に沿ってもよい、または示されるように、反射鏡４０は、ビーム経路５０に沿って、ビーム出射口２８に近接してその間に配置されてもよい。したがって、ビームは、ビーム経路５０の上流および下流ビーム経路部分５０ａならびに５０ｂが相互に対する角度にあるように、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０から出射してもよい。
【００５０】
ある場合には、レーザビーム存在検出器３０は、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０のビーム出射口２８部分に近接して取り付けられる。典型的には、反射鏡４０は、ビーム経路５０内でレーザビーム存在検出器３０の上流または前に配置される。レーザビーム存在検出器３０は、ビーム出射口２８のほぼ中心に位置する光学または他のセンサ３２と、光学センサ３２を封入し、ビーム出射口２８に近接してレーザビーム存在検出器３０をハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０に取り付けるためのセンサ筐体３６と、光学センサ３２を覆う光集積要素３４とを含んでもよい。光集積要素３４は、光学センサ３２に到達する前にレーザビームを拡散してもよい。光学センサ３２は、一対のセンサ出力ワイヤ４２または任意の他の好適な導電体を通して電気出力を提供することができる、一対の光学センサ出力リード線３８を有してもよい。
【００５１】
種々の実施形態では、レーザビーム存在検出器３０は、レーザビーム整合を行うために、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０のビーム出射口２８部分に近接して添着され、典型的には、治療および／またはマーキングレーザビームを治療される組織に指向するために歯科レーザ治療システム１０が使用されることができるように、レーザビーム整合の後に除去される。センサ３２は、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ペルチェ熱電デバイス、および遠赤外光センサを含むが、それらに限定されない、感光または熱性検出要素を含んでもよい。レーザビーム存在検出器３０は、マーキング／照準レーザビームの可視光を検出するように構成されてもよく、加えて、または代替案では、治療レーザビームの赤外光を検出するように構成されてもよい。センサ筐体３６は、通常、周囲光を遮断するように不透明であり、摩擦、ねじ式接続、磁気接続、わずかな機械的締まり嵌め等によって、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０に除去可能に添着されることができる。光集積要素３４は、入射レーザ光を透過させ、実質的に均一に拡散することができる、半透明の発泡体または任意の他の半透明材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光集積要素３４は、光学センサ３２の表面全体を覆ってもよい。いくつかの実施形態では、光集積要素３４は、光学センサ３２の表面の一部のみを覆ってもよい。
【００５２】
図３を参照すると、システム較正に使用される、第１のビーム経路５１に沿って伝搬するレーザビームが、反射鏡４０から反射し、場所５６でハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０のビーム出射口２８の境界に接触するものとして示されている。次いで、レーザビームは、ビーム出射口の内面から反射されてもよく、レーザエネルギーの少なくとも一部は、光学センサ３２によって感知されてもよい。しかしながら、境界５６に最初に接触することによって、ビーム経路５１に沿って伝搬するレーザビームは、ビーム経路５３を介した直接衝突に対応する強度で光学センサ３２に接触しないであろう。同様に、ビーム経路５２に沿って伝搬するレーザビームはまた、反射鏡４０から反射し、場所５８でビーム出射口境界に接触し、そこから、再度、反射されてもよく、直接衝突に対応する強度で光学センサ３２に接触しなくてもよい。種々の場合において、レーザビームは、ビーム出射口２８によって内面から反射されなくてもよく、したがって、光学センサ３２によって全く感知されなくてもよい。ビーム経路５３に沿って伝搬するレーザビームは、反射鏡４０から反射し、光学センサ３２に直接衝突する。
【００５３】
図４を参照すると、検流計２２の検流計鏡６４は、レーザビームが光学センサ３２に直接衝突してもよい、または衝突しなくてもよいように、経路５０に沿ってレーザビームを誘導する。センサ３２によって生成されるセンサ信号は、センサリード線３８に接続されたセンサ出力ワイヤ４２を介してコンピュータ６６に伝送されてもよい。いくつかの実施形態では、信号調整器／フィルタ、増幅器等の回路が、光学センサ３２と関連付けられる。コンピュータ６６は、プロセッサまたは処理ユニットを含んでもよく、その少なくとも一部は、ソフトウェア、および／またはチップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ等の回路を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータ６６は、以下で説明される検索プロシージャを実装する。
【００５４】
コンピュータ６６は、検流計制御信号経路６８を介して検流計２２の検流計アクチュエータ６２と電気通信する検流計コントローラ６０への制御信号経路７０を通して、ビーム誘導システムを制御することができる。検流計アクチュエータ６２は、検流計鏡６４を回転させ、したがって、ビーム出射口２８を通して、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０を通るビーム経路５０を治療面積／領域の選択またはプログラムされた場所に変更することができる。コンピュータ６６はまた、レーザビーム作動を制御することもでき、検流計２２の移動およびレーザビームパルスを同期させることができる。フィードバックシステムは、以下で説明されるように、検流計２２の整合、したがって、ビーム出射口２８に対するビーム経路５０の位置を自動的に制御してもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、レーザビームは、コンピュータ６６によって作動させられる。コンピュータ６６はまた、移動の所定の角度範囲を通して検流計鏡６４を掃引するように、検流計コントローラ６０に命令する。検流計移動の本範囲の一部内で、ビーム経路５０は、光学センサ３２に直接衝突する。したがって、光学センサ３２は、それに衝突するレーザビームを検出し、レーザビームが光学センサ３２に衝突したことを表す電気信号を生成する。本信号は、センサ出力リード線３８およびセンサ出力ワイヤ４２を通して、コンピュータ６６に伝送されることができる。
【００５６】
検流計移動の範囲の他の部分内で、ビーム経路５０は、ビーム出射口２８におけるハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の縁に指向される。したがって、レーザビームは、ビーム出射口の周囲によって遮断され、またはそこから反射され、センサ３２に直接衝突しない。レーザビームがビーム出射口２８によって反射され、光学センサ３２に衝突するが、検出のために必要とされない強度ではない、これらの場合において、光学センサ３２は、レーザビームが光学センサ３２によって低いレベルで検出された（または全く検出されなかった）ことを示す電気信号をコンピュータ６６に伝送してもよい。いくつかの実施形態では、光学センサ３２および関連回路は、センサ３２によって検出されるレーザビームの強度（例えば、フルエンス）を示す信号を生成することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、光学センサ３２は、概して、センサ出力リード線３８を供給される。センサ出力ワイヤ４２は、レーザビーム存在検出器３０の組立中にセンサ出力リード線３８に締結される。代替として、センサ出力ワイヤ４２は、リード線３８を使用することなく、光学センサ３２に直接取り付けられてもよい。レーザビームが検出されなかったことを示す電気信号は、ヌルまたはゼロ信号（例えば、０Ｖもしくは０Ａ信号）であり得る。しかしながら、コンピュータ６６が、信号を解釈することによって、ビーム経路５０が光学センサ３２に直接衝突するかどうかを判定することができる限り、電気信号は、任意の他のタイプの低レベル信号であり得る。
【００５８】
再度、図３を参照すると、ビーム経路５１、５２は、これらの経路のうちのいずれか一方に沿って伝搬するレーザビームがどのようにして、それぞれ、ビーム出射口境界５６、５８におけるハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の縁によって遮断され得るかを図示する。光集積要素３４は、光学センサ３２の表面に入射する任意のレーザ放射を拡散し、したがって、それを平均化することができる。レーザエネルギーの検出は、光集積要素３４を使用して、またはそれを使用することなく、光学センサ３２によって行われてもよい。いくつかの実施形態では、光学センサ３２は、アナログセンサを含む。コンピュータ６６は、レーザ放射が光学センサ３２に入射していること、またはレーザ放射が光学センサ３２に入射していない、もしくは変数または規定閾値を下回るエネルギーを伴うレーザ放射が入射していることのいずれか一方を示す、離散二値信号として、光学センサ３２から受信される信号を解釈してもよい。本使用モードでは、入射レーザ放射の検出および処理は、概して、縁検出を行うために採用される。レーザビームが感知される、または感知されないかどうかを示す、電気信号は、図４を参照して上記で説明されるフィードバックシステムを介して、フィードバックをコンピュータ６６に提供することができる。コンピュータ６６は、以下で説明されるように、検流計コントローラ６０を調節し、順に、検流計６２を調節することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、コンピュータ６６は、具体的には、光学センサ３２出力信号が、入射レーザビーム／放射を感知しないことから、入射レーザビーム／放射を感知することへの遷移を示すときに、一般に、検流計位置座標を記録し得る、周囲検索プロシージャを含む。周囲検索中に、コンピュータ６６はまた、光学センサ３２出力信号が、入射レーザビーム／放射を感知することから、入射レーザビーム／放射を感知しないことへの遷移を示すときに、検流計位置座標を記録してもよい。位置座標のこれらのセットのそれぞれは、ビーム出射口２８の縁または周囲上の点を画定することができる。ビーム出射口が円形である場合、ビーム出射口２８の中心の位置座標は、ビーム出射口２８の周囲上の３つまたはそれを上回る点の位置座標を判定することによって、計算されることができる。
【００６０】
いったんビーム出射口２８の中心の位置座標が計算されると、コンピュータ６６は、コンピュータ制御信号経路７０を介して、コンピュータ制御信号を検流計コントローラ６０に伝送してもよく、それは順に、検流計制御信号経路６８を介して、検流計制御信号を検流計アクチュエータ６２に伝送してもよい。次いで、検流計鏡６４は、ビーム経路５０がビーム出射口２８の中心を通過するよう調節され得るように、移動させられてもよい。種々の実施形態では、そのような調節は、ビーム出射口２８の直径（またはビーム出射口２８が円形ではない場合、その別の好適な断面寸法）の０．０１％、０．０５％、０．１％、１％、２％、５％、１０％、２０％等の公差内で達成されることができる。ビーム出射口２８が円形ではない場合、その周囲上の３つより多くの縁の場所、例えば、ビーム出射口２８の１つまたはそれを上回る縁上の１つまたはそれを上回る縁の場所が、上記で説明される周囲検索プロシージャを使用して判定されることができる。したがって、光学センサ３２からの位置フィードバック入力を提供されるコンピュータ６６は、その初期位置で、レーザビームがビーム出射口２８のほぼ中心場所を通過し、治療される組織領域上の選択されたスポットに衝突するように、ビーム誘導システムの移動を制御することができる。その後、検流計コントローラ６０は、選択されたスポットの周囲の規定サイズおよび形状の領域を自動的、一様、かつ効率的に治療するよう、その領域を走査するように検流計６２を移動させてもよい。
【００６１】
種々の実施形態では、異なる検索アルゴリズムが、上記で説明される縁検出を行うために使用されてもよい。一般に、フィードバックベースの方法が、ビーム出射口２８の中心を判定するために、検索プロシージャとともに使用されることができ、したがって、例えば、選択された治療手技を行うことに先立って、生産／製造、現場使用中に、またはユーザによる、検流計鏡６４の自動整合を可能にすることができる。そのような自動整合較正は、概して、動作中のシステム振動、治療システムの偶発的なぶつかり、異なる交換可能ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の不整合、関節運動アーム１４の不整合、他の光学的不整合、機械的および／もしくは電気的ドリフト、１つまたはそれを上回るシステム構成要素の熱変形等を含むが、それらに限定されない状況に起因する、一連の位置付け誤差を補正することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、レーザビームを検出するために使用される光学センサ３２は、センサ３２、すなわち、ビーム存在検出器３０が、反射鏡４０とビーム出射口２８との間に位置するように、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の内側に配置される。加えて、または代替案において、いくつかの実施形態では、反射鏡４０は、光学センサ３２／ビーム存在検出器３０とビーム出射口２８との間に配置される。検流計２２は、移動させられてもよく、その初期位置は、上記で説明されるように調節されてもよい。これらの実施形態では、レーザビーム存在検出器３０は、（例えば、ビーム出射口２８の直径、またはビーム出射口２８が円形ではない場合、その別の好適な断面寸法の０．０１％、０．０５％、０．１％、１％、２％、５％、１０％、２０％等の公差内で）レーザビーム存在検出器３０の中心およびビーム出射口２８の中心が、概して、ビーム経路５０上に位置するときに、レーザビームの通過を可能にする中心開口部を形成する。
【００６３】
そのような実施形態では、ビーム経路５０に沿って指向されるレーザビームは、光学センサ３２によって感知されなくてもよく、それに対応して、センサ３２は、レーザビームの検出の欠如を示す信号をコンピュータ６６に伝送してもよい。レーザビーム経路５０がビーム出射口２８の縁によって遮断される場合、散乱レーザ放射が、光学センサ３２によって感知されてもよい。ビーム出射口２８の内面は、その反射率を増加させるようにコーティングまたは研磨されてもよい。代替として、ビーム出射口２８の内周またはハンドピース２０の内周付近のセンサ３２の一部が、ビーム経路５０上に直接位置する場合、センサ３２は、それに直接衝突するレーザビームを感知してもよい。センサ３２は、対応する信号をコンピュータ６６に伝送してもよい。
【００６４】
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、反射リング８０が、ハンドピース２０内に配置される。リングは、ビーム出射口２８の中心においてハンドピースから出射する、光軸８２と同心性であり得る。リング８０は、反射表面８４からレーザ放射を反射するように、および散乱表面８６からレーザ放射を散乱させるように構成される。リングに入射するレーザビーム８８は、反射され、散光９０として散乱されてもよい。散光９０は、リングに対面するセンサ／ビーム存在検出器３２によって検出されることができる。レーザビームがリング反射体８０の開口部または開口を通して指向される場合、レーザビームは、反射鏡４０に向かって開口を通過し、ビーム出射口２８を通って伝搬し、治療面積に向かって指向される。レーザエネルギーは、リング８０によって反射および／または散乱されず、センサ３０は、いかなるレーザ放射も検出しなくてもよい、もしくは規定閾値レベルを上回るレーザ放射を検出しない。
【００６５】
したがって、リング／センサアセンブリは、レーザビームがリングまたはその中の開口部に指向されることに応答して、フィードバック信号をコンピュータに提供することができる。開口部のサイズ（例えば、円形または卵形開口の直径、正方形、長方形、三角形等の他の形状の対角線）および形状は、それを通過するビームが規定公差内でビーム出射口の中心と整合させられるように選択されることができる。公差は、例えば、０．０１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、１０μｍ等、またはそれを上回る距離等の中心からの距離に関して規定されることができる。公差はまた、例えば、例えば、ビーム出射口２８の半径／直径または別の断面寸法の割合に関して規定されることができ、例えば、ビーム出射口２８の特定の断面寸法内で、０．１％、０．５％、１％、４％、１０％、１５％、２０％等である。いくつかの実施形態では、公差は、例えば、０．０１°、０．１°、０．５°、１°、１．５°、５°等のビーム出射口の断面表面の法線に対する角度として規定されることができる。
【００６６】
そのような実施形態とともに使用するために、上記で説明される縁検出方法は、以下のように修正されてもよい。センサ３２によるレーザビーム／放射の検出は、レーザビームがビーム出射口２８の中心に入射していないことを示してもよい。センサ３２によって感知されるビーム／放射は、中空中心コアの外側のリング８０の領域に入射してもよい。センサ３２によるレーザビーム／放射の検出は、レーザビームが中心コアの外側のリング８０の領域および／またはビーム出射口２８ならびに／もしくはハンドピース２０の内面に入射することを示してもよい。レーザビーム／放射の検出から非検出へ、および／またはレーザビーム／放射の非検出からその検出へのセンサ出力信号の遷移、もしくは両方のタイプの遷移は、リング８０の非コア部分の３つまたはそれを上回る座標、および／またはビーム出射口２８もしくはハンドピース２０の内面の座標を判定するために使用されることができる。次いで、これらの座標は、リング８０の中心、事実上、リング８０の中心と対応するビーム出射口２８の中心を判定するために使用されることができる。
【００６７】
中心コアは、ビーム出射口２８の直径、リング８０の直径、もしくはビーム出射口２８および／またはリング８０が円形ではない場合、ビーム出射口２８および／またはリング８０の別の好適な断面寸法の０．０１％、０．０５％、０．１％、１％、２％、５％、１０％、２０％等の距離内で、リング８０の中心の周囲の領域であってもよい。そのような実施形態は、ほぼリアルタイムで整合をチェックするために、レーザの動作中に使用されてもよい。関節運動アーム１４の移動によって引き起こされる不整合は、連続的に補正されることができ、したがって、より緊密に制御されたビーム経路を提供し、患者の口腔内のハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０の向上した人間工学およびより容易な操作のために、より小さいビーム出射口２８を伴う、より狭いハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０を可能にする。図３を参照して説明される取り外し可能センサが、ビーム出射口２８および／またはハンドピース２０内に配置されるセンサの代わりに、もしくはそれに加えて、使用されることができる。
【００６８】
図６Ａを参照すると、取り外し可能センサの実施形態では、レーザビームが、上記で説明されるように、縁検出を行いながら、ハンドピース２０のビーム出射口６０２の出口６０４、およびビーム出射口２８の内面６０６に指向されてもよい。図６Ｂは、随意に拡散器６１２によって覆われるセンサ６１０による、例示的な対応する測定を示す。具体的には、ビームＲ１は、ビーム出射口の内面６０６に指向される。ビームＲ１は、内面によって吸収され、したがって、センサ６１０は、いかなるレーザエネルギーも全く検出しなくてもよい。ある場合には、ビームＲ１は、内面６０６によって、少なくとも部分的に反射および／または散乱される。したがって、ビームＲ１のレーザエネルギーの少なくとも一部は、拡散器６１２および／またはセンサ６１０に向かって指向されてもよく、それによって、検出されてもよい。いくつかの実施形態では、センサ出力は、電圧信号であり、電圧信号６５０の部分６５２は、少なくとも部分的に反射および／または散乱されたビームＲ１に対応する、センサ６１０によって検出されるエネルギーを示す。図６Ｂでは、電圧曲線６５０に対応するＸ軸は、出口６０４の法線に対するビーム角であり、法線に沿ったビーム（例えば、ビームＤ１）は、出口６０４の中心を通過する。
【００６９】
図６Ａに示される実施例では、ビームＤ２は、ビーム出射口６０２の出口６０４の縁に指向され、ビームＤ１は、ビーム出射口のほぼ中心に指向される。センサ６１０は、ビームＤ２およびＤ１、ならびにこれら２つのビームの間に形成される他のビームに対応する、エネルギーを感知することができる。センサ６１０は、同様に、ビームＤ３およびＤ４、ならびにビームＤ１とＤ４との間に形成される他のビームのエネルギーを感知することができる。図６Ａは、ビーム出射口６０２およびセンサ６１０の断面を描写することを理解されたい。したがって、ビームＤ２およびＤ４によって境界される円錐内に形成される、いくつかのビームが、センサ６１０によって感知されてもよい。これらのビームのエネルギーがビーム出射口６０２によって減衰されないため、センサの出力電圧は、領域６５４によって示されるように、急速に増加してもよい。ビームＲ２は、ビーム出射口６０２の内面６０６に向かって指向される。ビームＲ１と同様に、ビームＲ２のエネルギーは、センサ６１０によって全く検出されなくてもよい、もしくはビームＲ２のエネルギーの反射および／または散乱部分のみが、センサ６１０によって検出されてもよい。センサ６１０の出力電圧の部分６５８は、そのような検出されたエネルギーに対応する。
【００７０】
ビームが、ビームＲ１に対応するビーム経路から、ビームＲ２に対応するビーム経路まで移動させられる場合、および本移動が、ビーム出射口の出口６０４の直径に沿って起こる場合、電圧曲線６５０は、対称であり得、ビーム経路Ｄ２およびＤ４によって境界される円錐内のビームに対応する、ほぼ平坦な最上部６５６を有してもよい。平坦な最上部６５６の中心は、規定公差内でビーム出射口６０２の中心を通過するビームＤ１に対応してもよい。部分６５４における（すなわち、部分６５２と部分６５６との間の）急速な遷移が、ビーム出射口６０２の出口６０４の縁を検出するために使用されてもよい。一般に、ビームがビーム出射口の出口６０４の直径に沿って移動させられるかどうかを十分な精度で判定することは、困難であり得る。したがって、３つまたはそれを上回る縁点が、識別されてもよく、ビーム出射口の中心が、重心を計算することによって判定されてもよい。
【００７１】
図７Ａを参照すると、例示的ハンドピース７０２は、センサアセンブリを含む。センサアセンブリは、中心開口７０６を有する反射体リング７０４と、センサ７１０とを含む。レーザビームは、ビーム誘導システムの初期位置を判定しながら、開口７０６、リング７０４、およびハンドピース７０２の内面７０８に指向されてもよい。図７Ｂは、センサ７１０による例示的な対応する測定を示す。具体的には、ビームＲ１およびＲ２は、これらのビームを反射してもよい、または反射しなくてもよい、内面７０８に指向される。反射された場合、ある場合には、反射ビームは、開口７０６を通過してもよく、リング７０４によって反射されないであろう。したがって、これらのビームからのエネルギーは、センサ７１０によって検出されなくてもよい。ビームＲ３もまた、内面７０８に指向されるが、反射されたとき、ビームＲ３は、反射体リング７０４に指向される。したがって、ビームＲ３のレーザエネルギーの少なくとも一部は、リング７０４によってセンサ７１０に向かって反射される。それに応答して、センサ７１０は、出力信号を生成してもよい。典型的には、ビームＲ３のエネルギーのわずかな部分のみ、例えば、５０％、２０％、５％未満等が、内面７０８によって反射されてもよく、その反射エネルギーのごく一部のみが、リング７０４によってさらに反射されてもよい。したがって、センサ出力信号は、比較的弱い信号である。
【００７２】
一般に、ビームＲ１の経路から、内面７０８と反射体リング７０４との間の継合部に指向されるビームの経路までの経路に沿ったレーザビームのうちのいくつかは、内面７０８によって反射されてもよく、開口７０６を通過してもよい。これらのビームのうちのいくつかは、リング７０４によって反射されてもよく、そのエネルギーの少なくとも一部は、センサ７１０によって感知されてもよい。そのような信号に対応する典型的電圧信号は、電圧信号７５０の部分７５２によって示される。図７Ｂでは、電圧曲線７５０に対応するＸ軸は、開口７０６の法線に対するビーム角であり、法線に沿ったビーム（例えば、ビームＤ）は、ビーム出射口７１２の中心を通過する。
【００７３】
ビームＳ等のレーザビームが反射体リング７０４に直接入射する場合、ビームのエネルギーの有意な部分（例えば、３０％、４０％、５０％、７５％等を上回る）が、リング７０４によって反射されてもよい。リング７０４は、拡散器を含んでもよい。センサ７１０は、反射、および随意に、散乱レーザエネルギーを感知してもよく、それに応答して、電圧信号７５０の部分７５４に対応する出力信号を生成してもよい。ビームＳに類似するビームがハンドピース７０２の内面７０８に入射しないため、これらの光線は、リング７０４によって反射される前にハンドピース２０によって減衰させられない。したがって、センサ７１０によって感知されるエネルギーは、典型的には、ビームＲ３等のビームの反射に対応する、感知されるエネルギーよりもはるかに大きい（例えば、２、３、１０、１００倍等）。したがって、センサ出力信号７５０の部分７５４は、典型的には、領域７５２内のセンサ出力信号の最大強度よりもはるかに強い（例えば、２、５、１０、２０、５０、１００、４００倍等）。
【００７４】
開口７０６の法線に対して十分に小さい角度を有する、ビームＤ等のレーザビームは、開口７０６を通過してもよい。したがって、これらのビームは、反射体リング７０４によって反射することも、内面７０８によって反射されることもなく、これらのビームのエネルギーは、殆どまたは全くセンサ７１０によって感知されなくてもよい。したがって、部分７５８で示されるように、センサ出力は、有意に低下し得、例えば、センサ出力信号７５０の部分７５４に対応するセンサ出力の５％、１％、０．１％未満等である。
【００７５】
ビームが、ハンドピース７０２の側面Ａ上のビームＲ１に対応するビーム経路から、ハンドピースの側面Ｂ上の類似ビーム経路に移動させられる場合、および本移動が開口７０６の直径に沿って起こる場合、電圧曲線７５０は、部分７５６によって示されるように対称であり得、開口７０６を直接通過するビームに対応する、ほぼ平坦なトラフ７５８を有してもよい。部分７５８の中心は、規定公差内で開口７０６の中心およびビーム出射口７１２を通過するビームＤに対応してもよい。部分７５２と７５４との間の急速な遷移は、最初に開口縁を判定するために使用され、次いで、ビームが内面７０８または反射体リング７０４に指向されるかどうかを判定するために使用されてもよい。部分７５８と７５６との間の急速な遷移は、ビーム出射口７１２の中心を判定するために使用されてもよい。一般に、ビームが反射体７０４の開口７０６の直径に沿って移動させられるかどうかを十分な精度で判定することは、困難であり得る。したがって、開口境界を識別する３つまたはそれを上回る点が、識別されてもよく、ビーム出射口の中心が、重心を計算することによって判定されてもよい。
【００７６】
ある歯系軟組織手技または歯周手技は、中空導波路を使用して行われてもよい。図８を参照すると、遠赤外線領域内、例えば、９〜１１マイクロメートルの範囲内の波長を有するレーザビームが、中空導波路１００の中へ結合されてもよい。この目的で、いくつかの実施形態では、レーザビームは、ウェストが中空導波路１００の入口１０２に形成されるように、ウェストωに集束される。種々の実施形態では、導波路スループット効率は、ビームウェスト対導波路孔半径比ω／ａが約０．６４である場合に、増加させられる、または最大限にされることができる。歯系軟組織または歯周治療によく適している、いくつかの中空導波路は、０．３〜２．０ｍｍ、０．４〜１．０ｍｍ、または０．６〜０．８ｍｍの範囲内の内径（孔直径）を有する。これらの中空導波路の中へよく結合されることができる、対応するビームウェスト直径は、それぞれ、約０．１９〜１．２６ｍｍ、０．２６〜０．６４ｍｍ、および０．３８〜０．５０ｍｍである。
【００７７】
種々の実施形態では、そのようなウェスト直径は、レーザビームをゆっくりと集束させることによって、すなわち、約２５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内、例えば、約１３５ｍｍの比較的長い焦点距離を使用することによって、達成されることができる。これらの長い焦点距離（すなわち、２５ｍｍまたはそれより長い）に起因して、レーザビームの角度不整合の公差が低い。比較的小さい角度不整は、レーザビームが全く結合されない、または少なくとも導波路入口１０２と十分に結合されないように、ビーム経路に垂直である表面に沿ったウェストの有意な変位を引き起こし得る。一般に、焦点におけるレーザビームウェストの変位Ｄは、Ｄ＝ｆ＊δとして概算されてもよく、式中、ｆは、焦点距離であり、δは、角度誤差である。例えば、０．５ｍｒａｄの角度誤差および１５０ｍｍの焦点距離は、焦点において約０．０８ｍｍの変位を生じる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、自動ビーム整合システムは、レーザビームを中空導波路の中へ結合するために使用されることができる。図８では、例えば、約０．６０ｍｍ直径の中空導波路１００を有するハンドピースが、自動整合システムとともに示されている。センサ３２は、中空導波路１００の出口１０４の後に位置する。拡散器３４は、センサ３２を覆って配置されてもよい。拡散器の使用は、随意である。いくつかの実施形態では、赤外線治療レーザと同一線上にあるパイロットレーザが選択され、導波路１００に向かって指向される。センサ３２は、導波路１００の出口１０４におけるパイロットレーザの存在および強度を感知することができる。
【００７９】
したがって、いくつかの実施形態では、ビーム誘導システムは、コンピュータによって指図されるように、ステップにおいて中空導波路１００の入口１０２を覆う断面領域中でパイロットレーザを走査してもよい。各ステップで、センサ３２は、出口１０４から発せられるパイロット光の強度を測定することができる。重心判定アルゴリズムを使用して、中空導波路入口１０２の中心の場所は、入口１０２の縁上の３つまたはそれを上回る点を判定することによって、判定されることができる。次いで、ビームが導波路１００の入口１０２の中心に指向されるようなビーム誘導システムの初期位置が、上記で説明されるように判定されることができる。次いで、パイロットおよび赤外線レーザビームの両方が、導波路へのレーザビームの結合を向上させる、または最大限にするよう、ビーム誘導システムを介して中空導波路入口の中心に指向されてもよい。
【００８０】
図３−８を参照して説明されるもののうちの１つまたはそれを上回る等のいくつかの実施形態では、フォトレジスタが、光学センサ３２として使用される。フォトレジスタは、典型的には、例えば、マーキング／照準レーザビームの波長であり得る、５３２ｎｍの波長を有する光に敏感であり得る。半透明の発泡体が、光集積要素３４として使用されてもよく、ビーム出射口２８を通過する任意のレーザ光が散乱され、光学センサ３２上で実質的に均一に分配され得るように、フォトレジスタを覆うために使用されてもよい。フォトレジスタは、分圧器の一部を形成するように構成されてもよく、分圧器出力は、基準電圧に対して分圧器出力を測定することができる、比較器の中へ送給されてもよい。比較器回路は、（ｉ）集積回路比較器、（ｉｉ）動作増幅器を使用するアナログ比較器、（ｉｉｉ）Ａ／Ｄ変換器を使用するデジタル比較器、および／または（ｉｖ）ハードウェアもしくはソフトウェア制御型設定点を有することを含むが、それに限定されないオプションを伴って、異なる方法で実装されることができる。比較器出力は、フォトレジスタが光（レーザビーム／放射）を感知しているかどうかに応じて、高いかまたは低いかのいずれか一方であり得る。比較器は、コンピュータ６６としての機能を果たし得、コンピュータ制御信号経路７０としての機能を果たし得る直列接続を介して検流計コントローラ６０と通信する、マイクロプロセッサに接続されることができる。
【００８１】
図９は、図６Ｂおよび７Ｂに示されるもの等の付加的センサ測定をグラフで描写する。図９では、ＸおよびＹ軸は、それぞれ、ＸおよびＹガルボ制御型鏡を有するビーム誘導システムの位置のＸおよびＹ座標を示す。Ｚ軸は、センサ出力電圧を示す。これらの測定を取得するために使用される実施形態では、センサは、レーザエネルギーを検出するときに、例えば、２００〜３００ｍＶの低い電圧を出力し、センサがレーザエネルギーを殆どまたは全く検出しないときに、例えば、４００〜５００ｍＶの高い電圧を出力する。１つまたはそれを上回るフォトレジスタを使用するセンサは、そのような電圧信号を提供することができる。図９から、ＸおよびＹガルボ制御型鏡の公称定位置が（−１３０，０）に設定される場合、レーザビームは、ビーム出射口の中心を通して指向され得ることが分かる。
【００８２】
図１０Ａおよび１０Ｂは、図８を参照して上記で説明されるように、レーザビームが中空導波路に結合されるときに取得される、例示的センサ測定を示す。図１０Ａでは、ビームウェストが規定公差内で導波路入口と整合させられるときに、センサ電圧が低い、例えば、１５０〜２２５ｍＶの範囲内であることが分かる。ビームウェストが不整合させられるとき、センサ出力電圧は、高い、例えば、４００〜６００ｍＶである。図１０Ｂに示されるプロットは、図１０Ａに示される３次元プロットを、センサ出力電圧の異なる範囲が、異なる色、色調、パターン等を割り当てられ得る、２次元プロットに変換することによって、取得されることができる。図１０Ａおよび１０Ｂは、ＸおよびＹガルボ制御型鏡の公称定位置が（−２５，０）に設定される場合、レーザビームが中空導波路によく結合され得ることを示す。
【００８３】
図９、１０Ａ、および１０Ｂは、低いおよび高いセンサ出力電圧値が絶対範囲と関連付けられなくてもよく、代わりに、相互に対して相対的であり得ることを図示する。電圧は、一種のセンサ出力にすぎず、異なるセンサが、電流、抵抗、静電容量、温度等の他のインジケータを介して、感知されたエネルギーを表し得ることを理解されたい。ある場合には、規定閾値を上回るレーザエネルギーの検出に対応する、高いセンサ出力信号が生成されてもよい。しかしながら、他の場合では、その閾値を上回るレーザエネルギーの検出に対応する、低いセンサ出力信号が生成されてもよい。最初に取得されたセンサ出力信号は、付加的回路を使用して、そのさらなる分析で使用される好適な電気信号に変換されてもよい。
【００８４】
図１１Ａは、図３で描写されるもの等のビーム出射口を有するハンドピースを使用して取得される、例示的センサ測定グラフの等角図である。図１１Ｂは、図８で描写されるもの等の中空導波路を有するハンドピースを使用して取得される、例示的センサ測定グラフの等角図である。導波路の内径は、約６００μｍである。センサは、導波路出口から下流に位置した。図１２Ａは、図１１Ａに示されるセンサ測定グラフの側面図を示し、図１２Ｂは、図１１Ｂに示されるセンサ測定グラフの側面図を示す。図１１Ａ−１２Ｂでは、ＸおよびＹ軸は、それぞれ、ＸおよびＹ検流計鏡６４を有するビーム誘導システムの位置の検流計ステップ単位でのＸおよびＹ座標を示す。Ｚ軸は、センサ出力電圧を示す。
【００８５】
図１１Ａおよび１２Ａに示されるセンサ応答は、図１１Ｂおよび１２Ｂに示されるセンサ応答と比較して、比較的平坦である。これは、ＸおよびＹガルボ制御型鏡の広範囲の移動にわたって、レーザビームが、ハンドピース２０のビーム出射口２８を通過し得、センサ３２によって検出されることができることを示す。具体的には、図１２Ａは、ビーム誘導システムのＸ座標が、約−４００から約＋３００検流計ステップ単位まで及び得ることを示す。他方で、ハンドピースが中空導波路を含むとき、レーザビームが導波路と効果的に結合され、導波路出口におけるレーザエネルギーがセンサ３２によって検出され得るように、ＸおよびＹ検流計鏡６４は、比較的狭い範囲内で移動させられることができる。例えば、図１２Ｂは、ビーム誘導システムのＸ座標が、約−１００から約＋１００検流計ステップ単位まで及び得ることを示す。
【００８６】
上記で説明されるような比較器を使用する、いくつかの実施形態では、ノイズフロアを計算することによって、比較器閾値が判定されることができ、ノイズフロアは、センサ３２が図６Ａ−７Ｂを参照して説明されるもの等の反射レーザエネルギーを検出するときの典型的センサ出力を表す。ノイズフロアは、図１０Ａでは約５００ｍＶの電圧において見られ得る。（より大きいレーザエネルギーを検出することに応じて、より低い電圧がセンサ３２によって出力される、実施形態では）本閾値を上回る信号は、レーザエネルギーの欠如または規定エネルギーレベル閾値を上回るレーザエネルギーの欠如を示す信号として指定されることができる。いくつかの実施形態では、センサは、使用されるハンドピース２０のタイプを判定するために使用される。この目的で、検流計鏡６４は、センサ３２がレーザビームを検出するように調節されることができる。次いで、一方または両方の鏡６４は、中空導波路１００を含まないハンドピース２０のビーム出射口２８のサイズに対応するステップサイズにおいて移動させられる。使用されているハンドピース２０が本タイプである、すなわち、導波路１００を含まない場合、センサ３２は依然として、レーザビームを検出してもよい。他方で、使用されているハンドピース２０が導波路１００を含む場合、センサ３２は、規定エネルギー閾値を上回るレーザエネルギーを検出しなくてもよい。センサ信号は、変化し、中空導波路１００を有するハンドピース２０の使用を示してもよい。次いで、ビーム出射口縁検出または導波路入口縁検出が、本明細書に説明されるように行われてもよい。本分析で有用なソフトウェアコードの１つの形態が、本説明の最後に提示される。
【００８７】
図３を再び参照して、レーザビームが作動させられると、検流計２２は、離散ステップで、または連続的に、コンピュータ６６および検流計コントローラ６０によって、それらの公称定位置から螺旋もしくは無作為パターンで移動させられてもよい。レーザビームがビーム出射口２８を通過する場合、典型的には、フォトレジスタの抵抗を有意に降下させ、いくつかの実施形態では、比較器出力／状態を高から低に移行させる場合があろう。各ステップ後に、検流計コントローラ６０は、マイクロプロセッサから比較器状態を読み取ることができる。状態が低いとき、螺旋パターンは、停止されてもよく、マイクロプロセッサは、縁検出プロシージャを開始することができる。
【００８８】
縁検出プロシージャ中に、検流計コントローラ６０は、コンピュータ６６によって指図されるように、１つの軸に沿って、次いで、１つまたはそれを上回る他の軸に沿って縁座標を位置付けるように、鏡を一度に１つ移動させてもよい。一実施形態では、縁検出プロシージャは、ビーム出射口２８半径ｒＡの初期最大ステップとともに二分検索を使用する。ビーム出射口半径ｒＡの関数である、またはそれから独立している、異なる初期最大ステップが、他の実施形態で使用されてもよい。最初に、検流計鏡６４は、比較器値が低く、レーザビームがビーム出射口２８を通過していることを示すように、移動させられる。軸が、縁検出のために選択され、比較器値がその高い値に戻り、レーザビームがもはやビーム出射口２８を通過していないことを示すまで、単一の検流計鏡６４が、ｒＡのステップで選択された軸に沿って一方向に移動させられる。本プロシージャによると、次いで、その検流計鏡６４は、比較器が低い値を報告するまで、ｒＡ／２のステップで選択された軸に沿って反対方向に移動させられる。次いで、検索方向は、再び変更され、検流計鏡６４は、比較器が再び状態を変化させるまで、ｒＡ／４のステップで選択された軸に沿って反対方向に移動させられる。本検索プロセスは、選択された精度、例えば、ｒＡ／８、ｒＡ／１６、ｒＡ／２０、ｒＡ／２５、ｒＡ／５０、ｒＡ／１００に従って、選択された軸に沿った縁の場所が判定されるまで繰り返される。
【００８９】
いったん第１の縁が、選択された精度に従って、選択された軸に沿って位置すると、同一の検流計鏡６４が、その第１の初期移動の反対の方向に移動させられてもよい。次いで、選択された縁に沿った交互方向への検流計の反復移動を含み得る、上記で説明される同一のプロシージャは、選択された縁に沿って第２の縁点を見出すために使用されることができる。いったん単一の軸に沿った２つの縁座標が判定されると、それらの値が平均化され、その検流計鏡６４は、選択された軸に沿ったビーム出射口２８の中心座標を表し得る、計算された平均に対応する座標に設定される。次いで、縁検出プロセスは、選択された軸に対して直角である軸に沿って、第２の検流計鏡６４を使用して繰り返されてもよい。他方の検流計鏡６４の座標は、直交軸に沿って判定される２つの縁点の平均に設定されてもよい。次いで、これら２つの座標は、ビーム出射口２８の中心として、コンピュータ６６（例えば、マイクロプロセッサ）および／または検流計コントローラ６０と関連付けられるメモリに記憶されてもよい。
【００９０】
いくつかの実施形態では、歯科レーザシステム１０のビーム誘導システムは、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ２０内に位置する。ビームスプリッタが、ビーム経路に沿ってビーム誘導システムの後に含まれてもよい。ビームスプリッタは、上記で説明されるように、レーザビームの一部を、ハンドピース／主要チャンバアセンブリ内またはビーム出射口２８付近に位置しないビーム存在検出器に指向するように構成されてもよい。ビーム存在検出器の場所は、分割されてビーム存在検出器に指向されるビーム経路のフィードバックに基づいて、ハンドピース／主要チャンバアセンブリおよびビーム経路の整合を提供するために、ハンドピース／主要チャンバアセンブリおよびビームスプリッタを用いて較正されてもよい。ビーム存在検出器およびコンピュータ６６は、無線伝送機／受信機を使用して、相互と通信してもよい。
【００９１】
例証的実施形態を本明細書で説明してきたが、当業者は、上記で具体的に説明されるもの以外に、本発明の種々の他の特徴および利点を理解するであろう。したがって、前述の内容は、本発明の原理を例証にすぎず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正および追加が当業者によって行われ得ることを理解されたい。したがって、添付の請求項は、示され、説明されている特定の特徴によって限定されるものではないが、また、任意の明白な修正およびその均等物を網羅すると解釈されるものとする。
【化１−１】
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【化１−２】
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【化１−３】
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【化１−４】
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【化１−５】
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【化１−６】
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【化１−７】
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【化１−８】
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【化１−９】
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【化１−１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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