(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．光拡散要素を備え、前記光拡散要素は、
ｉ．頂部、底部及び側部を有し、前記頂部がスクリーンを有し、前記底部が実質的に半球である内表面を有し、前記側部が実質的に筒状である内表面を有し、前記側部が前記頂部及び前記底部に接続されている要素と、
ｉｉ．前記側部内にあり、前記頂部と実質的に平行であり、前記底部に隣接し、光導管が収容されるように構成されたアウトレットポートとを有するデバイス。
【請求項２】
ｂ．前記光導管を収容するように構成された開口を含む光測定コンポーネントと、
ｃ．第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部が前記光拡散要素の前記アウトレットポートに光学的に接続され、前記第２の端部が前記光測定コンポーネントの開口に光学的に接続された光導管とを更に備える請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記光拡散要素は、内壁及び外壁を有する外側シェル内に収容され、前記デバイスは、前記アウトレットポートに整列された接続要素を更に備え、
前記光拡散要素の側部の内表面が、前記外側シェルの内壁から１ｍｍから１５ｍｍ分離されているか、又は、
前記光拡散要素の側部の内表面が、前記外側シェルの内壁から約３ｍｍ分離されているか、又は、
前記光拡散要素の側部の内表面が、光が前記側部の内表面又は前記光拡散要素の底部を透過し、前記外側シェルの内壁とインタラクトすることを防止するために十分な距離だけ、前記外側シェルの前記内壁から分離されており、
前記外側シェルは、プラスチック、セラミック、ガラス及び金属からなるグループから選択される固体材料から形成されている請求項１項記載のデバイス。
【請求項４】
前記要素（ｉ）は、前記内表面に亘って実質的に一様な光拡散を実現し、
前記内表面は、ポリテトラフルオロエチレン、硫酸バリウム又はポリオキシメチレンを含む請求項１乃至３何れか１項記載のデバイス。
【請求項５】
前記頂部は、更に、前記側部の実質的に筒状の内表面の直径と実質的に等しい又はこれより小さい直径を有するアパーチャを有し、
前記スクリーンは、前記アパーチャを覆い、かつ／又は、
前記頂部は、プラスチック、セラミック、ガラス及び金属からなるグループから選択される固体材料から形成されており、かつ／又は、
前記スクリーンが、前記光拡散要素の側部を覆うように寸法決めされ、かつ／又は、
前記スクリーンが、実質的に正方形、円形又はディスク状であり、かつ／又は、
前記スクリーンが、厚さ１ｍｍ、直径２８ｍｍの寸法を有するディスクであり、かつ／又は、
前記スクリーンの厚さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍであり、かつ／又は、
前記スクリーンが、ポリテトラフルオロエチレン、硫酸バリウム又はポリオキシメチレンを含み、かつ／又は、
前記スクリーンが、透明又は半透明の材料からなり、かつ／又は、
前記スクリーンが、半透明のランバートコーティングによってコーティングされており、かつ／又は、
前記スクリーンが、更に、マジックミラーを備え、前記マジックミラーは、前記光拡散要素への光を透過し、前記光拡散要素から反射して、前記マジックミラーに入射する光を実質的に遮蔽する、請求項１乃至４何れか１項記載のデバイス。
【請求項６】
前記スクリーンの上又は下に配置されたフィルタを更に備え、
前記スクリーン上のフィルタが、前記頂部のアパーチャを覆うか、又は、
前記フィルタが、前記スクリーンを物理的損傷から保護するガラスであるか、又は、
前記フィルタが、中性濃度フィルタ又は帯域通過フィルタであるか、又は、
前記フィルタが、青色帯域通過フィルタであるか、又は、
前記フィルタが、５００ｎｍより長い波長をフィルタリングする、請求項１乃至５何れか１項記載のデバイス。
【請求項７】
前記側部の実質的に筒状の内表面の高さが、１ｍｍから５０ｍｍの間であり、かつ／又は、
前記側部の実質的に筒状の内表面の高さが、１ｍｍから１５ｍｍの間であり、かつ／又は、
前記光拡散要素の前記頂部が、さらに、前記側部の実質的に筒状の内表面の直径と実質的に等しいか或いはそれより小さい直径を有するアパーチャを有し、前記光拡散要素の頂部のアパーチャの直径が４ｍｍから３０ｍｍの間、或いは、３０ｍｍから３００ｍｍの間であり、前記アパーチャの直径が約１６ｍｍである、請求項１乃至６何れか１項記載のデバイス。
【請求項８】
前記光導管の内径が、１０μｍから１０００μｍの間であり、かつ／又は、
前記光導管の長さが、１ｍｍから３００ｍｍの間であり、かつ／又は、
前記光測定コンポーネントの開口の直径が、１０μｍから１０００μｍの間であり、かつ／又は、
前記光測定コンポーネントが、１５０ｎｍから１０００ｎｍの間の波長を測定する能力を有し、かつ／又は、
前記光測定コンポーネントが、３６０ｎｍから５４０ｎｍの間の波長を測定する能力を有し、かつ／又は、
前記デバイスは、前記光測定コンポーネントによって収集されたデータが供給され、解析を行うプロセッサを更に備え、かつ／又は、
前記デバイスは、インジケータを表示する能力を有するディスプレイを更に備える、請求項２項記載のデバイス。
【請求項９】
前記光拡散要素、前記光測定コンポーネント及び前記光導管を収容する外側ハウジングを更に備え、
前記外側ハウジングが、前記光拡散要素の頂部に揃えられたウィンドウを更に備え、かつ／又は、
前記外側ハウジングが、前記光測定コンポーネントに隣接する開口を更に備え、前記開口は、ケーブルが挿入されるように構成されている、請求項２又は８記載のデバイス。
【請求項１０】
光源が生成した光を請求項２、８、又は９記載のデバイスの光拡散要素に向けるステップを有する、光を測定する方法において、
ａ．前記光拡散要素に入射する光が、前記光拡散要素内で拡散するステップと、
ｂ．前記光拡散要素内で拡散した前記光の一部が、前記アウトレットポートから出て、前記光導管を通って、前記光測定コンポーネントに到達するステップと、
ｃ．前記光測定コンポーネントが、前記ステップｂの光の特性を測定して、データを生成し、前記データをプロセッサに供給するステップと、
ｄ．前記プロセッサが、前記データを解析し、インジケータを生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
前記光測定コンポーネントは、可視光、赤外光又は紫外光を測定する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記光は、光遮蔽材料を通過して、前記光拡散要素に到達し、
前記光遮蔽材料は、歯科用樹脂硬化器具が生成する光による損傷から眼を保護するシールド又は眼鏡である、請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
前記光源は、歯科用樹脂を硬化させる能力を有する請求項１０乃至１２何れか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記インジケータは、パワー、放射照度又は最長露光時間である請求項１０乃至１３何れか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、較正ステップを更に有し、前記較正ステップは、
ｅ．予め較正されたランプを準備するステップと、
ｆ．前記予め較正されたランプから光ビームを生成して、前記光ビームを前記光拡散要素に向けるステップと、
ｇ．インジケータ値を取得し、前記インジケータ値を、前記予め較正されたランプに関連付けられたインジケータ値と比較するステップと、
ｈ．前記ステップｇにおける比較に基づいて補正係数を決定するステップと、
ｉ．前記ステップｄにおいて前記インジケータを生成する際に前記補正係数を適用するステップと、
を含む請求項１０乃至１４何れか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年９月１０日に出願された米国仮出願番号第６１／６９８，９９５号及び２０１３年３月１４日に出願された米国仮出願番号第６１／７８４，８２７号の優先権を主張し、これらは、引用によって本願に援用される。
【０００２】
本発明は、光を収集及び測定するためのデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ベンチトップ型の積分球（bench-top integrating spheres）は、光を収集及び測定するための最も正確で信頼できるデバイスであると考えられている。しかしながら、これらの積分球は、比較的大きく、携帯には適さない。他のデバイス、例えば、コサインコレクタは、サイズが大きくなると性能が低下し、用途によっては実用的でなくなる。このように、携帯性に優れた正確な集光及び測定デバイスは、実現されていない。
【０００４】
米国政府工業衛生等会議（American Conference of Governmental Industrial Hygienists）は、青色光と紫外光について、推奨される日常的な最大許容曝露レベルを指定している。歯の硬化樹脂の殆どの製造業者は、眼の保護具を提供しているが、眼の保護具の有効性には、大きな幅があることが報告されている。現在一般的に使用されている保護眼鏡／シールドは、光硬化ユニット（light curing unit：ＬＣＵ）の放射強度が強くなると、不十分になることがある。フィルタが意図している光源以外の光源からの放射の保護にフィルタを使用した場合にも、眼の保護が不足することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
当分野では、外部光源からの光を直ちに収集及び測定でき、例えば、現在、歯科医院で広く使用されている歯科用ＬＣＵの広範囲の性能を正確に測定できる携帯型デバイスの開発が望まれている。そして、このタイプのテストを用いて、１）使用されているＬＣＵが硬化される樹脂複合材料に適しているか、２）ＬＣＵのエネルギ出力は、使用されている樹脂材料を硬化するために十分なエネルギを確実に送達するために時間的に最適化されているか、及び３）ＬＣＵが適切に機能しているか、破損していないか、及び／又は光出力が樹脂又は他の光遮蔽材料によって遮蔽されていないかが確認される。更に、当分野では、歯科医院のＬＣＵと共に使用される眼の保護具及び／又は保護シールドの有効性を速やかに評価できる集光及び測定デバイスの実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のデバイス及び方法は、上述した当分野の要求を満たす。本発明が提供するデバイスは、ａ）光拡散要素を備え、光拡散要素は、ｉ）頂部、底部及び側部を有し、頂部がスクリーンを有し、底部が実質的に半球である内表面を有し、側部が実質的に筒状である内表面を有し、側部が頂部及び底部に接続されている要素と、ｉｉ）側部内にあり、頂部と実質的に平行であり、底部に隣接し、光導管が収容されるように構成されたアウトレットポートとを有する。デバイスは、更に、ｂ）光導管を収容するように構成された開口を含む光測定コンポーネントと、ｃ）第１の端部及び第２の端部を有し、第１の端部が光拡散要素のアウトレットポートに光学的に接続され、第２の端部が光測定コンポーネントの開口に光学的に接続された光導管とを更に備えていてもよい。
【０００７】
一実施形態においては、光拡散要素は、内壁及び外壁を有する外側シェル内に収容されていてもよく、デバイスは、アウトレットポートに整列され、及び光導管の第１の端部に更に整列された接続要素を更に備えていてもよい。他の実施形態では、光拡散要素の側部の内表面は、外側シェルの内壁から１ｍｍ〜１５ｍｍ（例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍ）分離されていてもよい。更に他の実施形態では、光拡散要素の側部の内表面は、光が側部の内表面又は光拡散要素の底部を透過し、外側シェルの内壁とインタラクトすることを防止するために十分な距離だけ、外側シェルの内壁から分離されていてもよく、例えば、光拡散要素を構成する材料の厚さ分だけ分離されていてもよい。
【０００８】
上述の何れかの実施形態において、要素は、内表面に亘って実質的に一様な光拡散を実現する。内表面は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ラブスフェア社（Labsphere Inc.）のテフロン（Teflon：商標）又はスペクトラロン（Spectralon：商標））、ポリオキシメチレン（例えば、デルリン（Delrin：商標））、硫酸バリウム（例えば、ラブスフェア社の６０８０白色反射コーティング）、及び他のランバートコーティング（例えば、ラブスフェア社のスペクトラフレクト（Spectraflect：商標）又はデュラフレクト（Duraflect：商標））を含む。光拡散要素の残りの部分は、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属（例えば、真鍮）等の固体材料から形成してもよい。
【０００９】
上述の何れかの実施形態において、頂部は、更に、側部の実質的に筒状の内表面の直径と実質的に等しい又はこれより小さい直径を有するアパーチャを有し、スクリーンは、アパーチャを覆っていてもよい。他の実施形態では、光拡散要素の頂部は、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属（例えば、真鍮）等の固体材料から形成してもよい。
【００１０】
上述の何れかの実施形態において、外側シェルは、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属（例えば、真鍮）等の固体材料から形成してもよい。
【００１１】
上述の何れかの実施形態において、スクリーンは、実質的に正方形、円形又はディスク状であり、光拡散要素の側部を覆うように寸法決めされていてもよい。特定の実施形態では、スクリーンは、直径約２８ｍｍ（例えば、直径１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ又は４０ｍｍ）の寸法を有するディスクであってもよく、その厚さは、０．１ｍｍから５ｍｍの間（例えば、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ又は５ｍｍ）であってもよい。
【００１２】
幾つかの実施形態では、スクリーンは、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ラブスフェア社（Labsphere Inc.）のテフロン（Teflon：商標）又はスペクトラロン（Spectralon：商標））、ポリオキシメチレン（例えば、デルリン（Delrin：商標））、硫酸バリウム（例えば、ラブスフェア社の６０８０白色反射コーティング）、及び他のランバートコーティング（例えば、ラブスフェア社のスペクトラフレクト（Spectraflect：商標）又はデュラフレクト（Duraflect：商標））を含む。他の実施形態では、スクリーンは、透明又は他の半透明の材料を含んでいてもよい。更に他の実施形態では、スクリーンは、半透明のランバートコーティングによってコーティングしてもよい。更に他の実施形態では、スクリーンは、更に、マジックミラーを備えていてもよく、マジックミラーは、光拡散要素への光を透過し、光拡散要素から反射して、マジックミラーに入射する光を実質的に遮蔽する。
【００１３】
上述の何れかの実施形態において、デバイスは、スクリーンの上又は下に配置されたフィルタを更に備えていてもよい。スクリーン上のフィルタは、頂部のアパーチャを覆っていてもよい。上述の何れかの実施形態において、フィルタは、ガラス、中性濃度フィルタ、帯域通過フィルタ及び青色帯域通過フィルタからなるグループから選択してもよい。上述の何れかの実施形態において、フィルタは、波長５００ｎｍより長い波長（例えば、５１０ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ又は８００ｎｍ）をフィルタリングしてもよい。また、フィルタは、スクリーンを物理的ダメージから保護してもよく、すなわち、スクリーンの頂部又は外部に配置してもよい。
【００１４】
上述の何れかの実施形態において、側部の実質的に筒状の内表面の高さは、１ｍｍから５０ｍｍの間（例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍ、４５ｍｍ及び５５ｍｍ）であってもよい。
【００１５】
幾つかの実施形態においては、光拡散要素の頂部のアパーチャの直径は、４ｍｍから３０ｍｍの間（例えば、４ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ及び３０ｍｍ）であってもよい。幾つかの実施形態では、光拡散要素の頂部のアパーチャの直径は、３０ｍｍから３００ｍｍの間（例えば、３０ｍｍ、５０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ及び３００ｍｍ）であってもよい。特定の実施形態では、アパーチャの直径は、約１６ｍｍである。
【００１６】
上述の何れかの実施形態において、光導管の内径は、１０μｍから１０００μｍの間（例えば、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、７００μｍ及び１０００μｍ）であってもよい。幾つかの実施形態では、光導管の長さは、１ｍｍから３００ｍｍの間（例えば、１ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ及び３００ｍｍ）であってもよい。
【００１７】
上述の何れかの実施形態において、光測定コンポーネントの開口の直径は、１０μｍから１０００μｍの間（例えば、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、７００μｍ及び１０００μｍ）であってもよい。更なる実施形態において、光測定コンポーネントは、１５０ｎｍから１０００ｎｍの間（例えば、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍ）の波長を測定する能力を有する。幾つかの実施形態においては、光測定コンポーネントは、３６０ｎｍから５４０ｎｍの間（例えば、３６０ｎｍ、４００ｎｍ、４２０ｎｍ、４４０ｎｍ、４８０ｎｍ、５００ｎｍ、５２０ｎｍ及び５４０ｎｍ）の波長を測定する能力を有する。
【００１８】
上述の実施形態の何れかにおいて、デバイスは、光拡散要素、光測定コンポーネント及び光導管を収容する外側ハウジングを更に備えていてもよい。一実施形態においては、外側ハウジングは、光拡散要素の頂部に揃えられたウィンドウを更に備えていてもよい。更に他の実施形態では、外側ハウジングは、光測定コンポーネントに隣接する開口を更に備えていてもよく、開口は、ケーブルが挿入されるように構成されている。
【００１９】
上述の何れかの実施形態において、デバイスは、光測定コンポーネントによって収集されたデータが供給され、解析を行うプロセッサを更に備えていてもよい。
【００２０】
上述の何れかの実施形態において、デバイスは、インジケータを表示する能力を有するディスプレイを更に備えていてもよい。
【００２１】
本発明が提供する方法は、光を測定する方法であって、光源から光を本発明のデバイスの光拡散要素に向けるステップを有し、ａ）光拡散要素に入射する光が、光拡散要素内で拡散するステップと、ｂ）光拡散要素内で拡散した光の一部が、アウトレットポートから出て、光導管を通って、光測定コンポーネントに到達するステップと、ｃ）光測定コンポーネントが、ステップｂの光の特性を測定して、データを生成し、データをプロセッサに供給するステップと、ｄ）プロセッサが、データを解析し、インジケータを生成するステップとを有する。
【００２２】
この方法の幾つかの実施形態においては、光測定コンポーネントは、可視光、赤外光又は紫外光を測定してもよい。他の実施形態においては、方法は、更に光遮蔽材料を使用するステップを有していてもよく、この場合、ステップａにおいて、光源からの光は、光遮蔽材料を通過して、光拡散要素に入射する。上述した本発明の方法の何れかにおいて、光源は、歯科用樹脂を硬化させる能力を有していてもよい。一実施形態においては、光遮蔽材料は、歯科用樹脂硬化器具が生成する光による損傷から眼を保護するシールド又は眼鏡であってもよい。他の実施形態においては、インジケータは、パワー、放射照度又は最長露光時間であってもよい。
【００２３】
方法は、較正ステップを更に有していてもよく、較正ステップは、ｅ）予め較正されたランプを準備するステップと、ｆ）予め較正されたランプから光ビームを生成して、光ビームを光拡散要素に向けるステップと、ｇ）インジケータ値を取得し、インジケータ値を、予め較正されたランプに関連付けられたインジケータ値と比較するステップと、ｈ）ステップｇにおける比較に基づいて補正係数を決定するステップと、ｉ）ステップｄにおいてインジケータを生成する際に、ステップｈで得られた補正係数を適用するステップとを含む。
【００２４】
ここで使用する用語「光拡散要素（light diffusing element）」は、光が入射し、光を拡散させる部品を意味する。
【００２５】
ここで使用する用語「集光器（light collector）」は、光拡散要素及び外側シェルを含むデバイスを意味する。
【００２６】
ここで使用する用語「頂部」、「底部」及び「側部」は、光拡散要素の個別の部分を意味し、必ずしも絶対的な空間的位置を指すものではない。
【００２７】
ここで使用する用語「アウトレットポート」は、光が通過する開口又はギャップを意味する。
【００２８】
ここで使用する「約」とは、例示された値の１０％以内の誤差を含む範囲を意味する。ここで使用する距離、パーセンテージ及び測定値は、全て、「約」が付されていると解釈してもよい。
【００２９】
ここで使用する用語「ランバート（Lambertian）」とは、拡散反射面を意味する。
【００３０】
ここで使用する用語「スクリーン」は、白、半透明、及びランバートを意味し、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ラブスフェア社（Labsphere Inc.）のテフロン（Teflon：商標）又はスペクトラロン（Spectralon：商標））、ポリオキシメチレン（例えば、デルリン（Delrin：商標））、硫酸バリウム（例えば、ラブスフェア社の６０８０白色反射コーティング）、及び他のランバートコーティング（例えば、ラブスフェア社のスペクトラフレクト（Spectraflect：商標）又はデュラフレクト（Duraflect：商標））から形成され又はこれらがコーティングされた固体層である。
【００３１】
ここで使用する用語「隣接」は、基準点から１０ｍｍ以内の位置、例えば、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ又は１ｍｍ以内の位置を意味する。
【００３２】
ここで使用する用語「開口（opening）」は、材料内のギャップ、例えば、スリット、入射スリット又は狭いアパーチャを意味する。
【００３３】
ここで使用する用語「コネクタ」は、２つの個別の物体を連結する物体を意味する。
【００３４】
ここで使用する用語「光測定コンポーネント」は、スペクトル成分及び／又は光の強度を解析して、（アナログ又はデジタル）電気信号を生成する能力を有するデバイスを意味し、例えば、分光計、照度計、光度計、フォトダイオード、光電子増倍管、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳセンサ又は光起電デバイスであってもよい。
【００３５】
ここで使用する用語「光導管（light conducting conduit）」は、光を伝送できるチャネル、管又は溝等の閉じられた経路を意味し、例えば、光ファイバ又は液体ライトガイドを含む。
【００３６】
ここで使用する用語「通信する」及び「通信された」は、例えば、無線通信又はＵＳＢケーブル又は内部回路を介して（デジタル又はアナログ）電気信号を伝送することを意味する。
【００３７】
ここで使用する用語「光遮蔽材料」は、例えば、可視光又は紫外光の通過を遮断又は低減する材料を意味する。
【００３８】
ここで使用する用語「インジケータ」は、例えば、最長露光時間、透過スペクトルパワー、透過光線パワー又は透過光線強度等のデータの表現を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】集光器の概略図である。
【図２Ａ】ミリメートルの単位で寸法を示す集光器の正面図である。
【図２Ｂ】ミリメートルの単位で寸法を示す集光器の平面図である。
【図２Ｃ】ミリメートルの単位で寸法を示す光拡散要素を含む集光器の断面図である（幾つかの実施形態では、光導管の接続点は、集光器が大きくされた場合、他の寸法に比例しない）。
【図３】集光器、光導管及び分光計の概略図である（アパーチャスクリーン、任意のフィルタ及び例えば、ラップトップコンピュータに接続可能なＵＳＢケーブルも示している）。
【図４】ミリメートルの単位で寸法を示す接続要素の概略図である。
【図５Ａ】光拡散要素の頂部の平面図である。
【図５Ｂ】光拡散要素の頂部の側面図である。
【図６Ａ】高密度ＵＳＢポート、ＳＭＡコネクタ及び光ファイバスタブを含む分光計の概略図である。
【図６Ｂ】高密度ＵＳＢポート、ＳＭＡコネクタ及び光ファイバスタブを含む分光計の概略図である。
【図６Ｃ】高密度ＵＳＢポート、ＳＭＡコネクタ及び光ファイバスタブを含む分光計の概略図である。
【図７Ａ】ミリメートルの単位で寸法を示す光導管を介して集光器に接続された分光計の正面の概略図である。
【図７Ｂ】光導管を介して集光器に接続された分光計の上面の概略図である。
【図７Ｃ】ミリメートルの単位で寸法を示す光導管を介して集光器に接続された分光計の側面の概略図である。
【図８】集光器及び分光計を収容する外側ハウジング及びその内部の側面の概略図である。
【図９】ＳＴＳ分光計を用いて測定された３個の異なる集光デバイスのパワー及びパワー変化を比較して示すグラフ図である。
【図１０】オーシャンオプティクスＦＯＩＳ−１光ファイバ積分球を介して、オーションオプティクス社のＵＳＢ４０００分光計によって測定された干渉フィルタ（ＴＳ６００、ＴＳ５７５、ＴＳ５００及びＤ１）及びカラーフィルタ（ＢＧ１及びＢＧ１２）の透過スペクトルを示す図である。
【図１１】口蓋及び顔面の幾何学的特徴について、ＬＣＵからの距離の関数として、重み付けされた青色光放射照度のデータを示す一組のグラフ図である（右側のグラフは、データの最小二乗法直線フィッティングを示している）。
【図１２】光源としてＱＴＨ、ＰＡＣ又はＬＥＤ光硬化ユニットを用いて、全てのシールドについて、重み付けされたパワーを示すグラフ図である。
【図１３】光の異なる波長に対する網膜の光化学的損傷についての青色光ハザード関数を示すグラフである。
【図１４Ａ】集光器（本発明のデバイス）又は積分球（ラブスフェア社：６インチ）を用いて測定された光源１のスペクトル放射束を示す図である（オーシャンオプティクス製の２つの異なる分光計ＵＳＢ−ＵＳＢ４０００及びＳＴＳ−ＳＴＳ  ｖｉｓを使用した）。
【図１４Ｂ】集光器（本発明のデバイス）又は積分球（ラブスフェア社：６インチ）を用いて測定された光源２のスペクトル放射束を示す図である（オーシャンオプティクス製の２つの異なる分光計ＵＳＢ−ＵＳＢ４０００及びＳＴＳ−ＳＴＳ  ｖｉｓを使用した）。
【図１４Ｃ】集光器（本発明のデバイス）又は積分球（ラブスフェア社：６インチ）を用いて測定された光源３のスペクトル放射束を示す図である（オーシャンオプティクス製の２つの異なる分光計ＵＳＢ−ＵＳＢ４０００及びＳＴＳ−ＳＴＳ  ｖｉｓを使用した）。
【図１４Ｄ】集光器（本発明のデバイス）又は積分球（ラブスフェア社：６インチ）を用いて測定された光源４のスペクトル放射束を示す図である（オーシャンオプティクス製の２つの異なる分光計ＵＳＢ−ＵＳＢ４０００及びＳＴＳ−ＳＴＳ  ｖｉｓを使用した）。
【図１５Ａ】ミリメートルの単位で寸法を示す分光計の概略図である。
【図１５Ｂ】ミリメートルの単位で寸法を示す分光計の概略図である。
【図１５Ｃ】ミリメートルの単位で寸法を示す分光計の概略図である。
【図１６Ａ】インチの単位で寸法を示す本発明の完全に組み立てられたデバイスの様々な部分の相対的位置を示す側面図である。
【図１６Ｂ】インチの単位で寸法を示す本発明の完全に組み立てられたデバイスの様々な部分の相対的位置を示す上面図である。
【図１７Ａ】外側シェルなしで外側ハウジング内に収容された光拡散要素を含む本発明のデバイスの外側ハウジングを様々な角度から示す図である。
【図１７Ｂ】ミリメートルの単位で寸法を示す外側ハウジング、光拡散要素及び光測定コンポーネントの様々な横断面及び分解図である。
【図１７Ｃ】外側ハウジングの頂部及び底部の締結を示す断面図である（縮尺は実寸と異なる）。
【図１７Ｄ】外側ハウジングの底部に配置された光拡散要素、光導管及び光測定コンポーネントを示す図である。
【図１７Ｅ】外側ハウジングの底部を様々な角度から示す図である。
【図１７Ｆ】外側ハウジングの頂部を様々な角度から示す図である。
【図１７Ｇ】ＵＳＢポートの周りの湿気侵入防止のためのゴムガスケットを様々な角度から示す図である。
【図１７Ｈ】光拡散要素と光導管との間の距離を任意に調整するためのスペーサを様々な角度から示す図である。
【図１７Ｉ】光拡散要素を様々な角度から示す図である。
【図１７Ｊ】光導管を様々な角度から示す図である。
【図１７Ｋ】例示的な光測定コンポーネントを様々な角度から示す図である。
【図１７Ｌ】スクリーンを様々な角度から示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、外部の光源からの光を収集及び測定するデバイス及び方法を提供する。包括的に言えば、本発明のデバイスは、例えば、集光器の一部として、光導管、例えば、光ファイバによって、光測定コンポーネント、例えば、分光計に接続された光拡散要素を備える。光拡散要素によって、デバイスの総合的なフットプリントを比較的小さくし、携帯可能にしながら、表面に亘る実質的に一定の光拡散及び正確な測定が可能になる。また、光拡散要素によって、デバイスを柔軟にスケーリングでき、様々な用途で使用することができる。
【００４１】
本発明のデバイスは、異なる構成を採用することができる。最も単純な構成では、デバイスは、スクリーン（５）及び任意のアパーチャ（４）を含む頂部（３）と、実質的に半球である底部内表面（７）を含む底部（６）と、実質的に筒状である側部内表面（９）を含む側部（８）とを有する光拡散要素を備える。側部（８）は、更に、アウトレットポート（１０）を備える。光拡散要素を外側シェル（２）内に収納して集光器を形成してもよく、外側シェル（２）内に収納せずに集光器を形成してもよい。図１及び図２Ａ〜図２Ｃは、集光器の例示的な光拡散要素を示している。
【００４２】
図１に示すように、アパーチャ（４）の直径である寸法（Ａ）は、底部内表面（７）の直径である距離（Ｂ）に等しいかこれより小さくてもよい。寸法（Ａ）及び／又は（Ｂ）は、例えば、４ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であってもよく、例えば、１０ｍｍ〜１５ｍｍ、８ｍｍ〜３０ｍｍ、４ｍｍ〜３０ｍｍ、２０ｍｍ〜２５ｍｍ及び３０ｍｍ〜３００ｍｍであってもよい。幾つかの実施形態では、寸法（Ａ）及び／又は（Ｂ）は、約１５ｍｍである。幾つかの実施形態では、寸法（Ａ）と／又は（Ｂ）は、例えば、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０又は３００ｍｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。幾つかの実施形態では、寸法Ａは、例えば、寸法Ｂの１００％、９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％又は５０％未満であってもよい。
【００４３】
底部内表面（７）の底への接平面と、アウトレットポート（１０）の底部との間の距離である寸法（Ｃ）は、寸法（Ｂ）の半分、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％又は７０％であってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。底部内表面（７）と外側シェル（２）の内壁との間の距離、及び／又は側部内表面（９）と、外側シェル（２）の内壁との間の距離である寸法（Ｄ）は、デバイスの材料及び用途に応じて異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、寸法（Ｄ）は、例えば、側部及び底部を形成するために使用される材料の厚さによって、光が光拡散要素（１）を透過し、外側シェル（２）の内面とインタラクトすることを防止するために十分な値にする。寸法（Ｄ）は、１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であってもよく、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５又は１００ｍｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。幾つかの実施形態では、寸法（Ｄ）は、約３ｍｍ以上である。スクリーン（５）の底部からアウトレットポート（１０）の頂部までの距離である寸法（Ｙ）は、１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であってもよく、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５又は１００ｍｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。幾つかの実施形態では、寸法（Ｙ）は、寸法（Ｃ）の１０％〜３００％の間あってもよく、例えば、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、１５０％、１６０％、１７０％、１８０％、１９０％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％又は３００％であってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。幾つかの実施形態では、寸法（Ｙ）は、寸法（Ｃ）の約５０％、１００％又は２００％である。
【００４４】
光拡散要素（１）の幾何学的構成によって、要素及び／又はデバイスへの光の入射角にかかわらず、光の正確な測定及び収集が可能になる。
【００４５】
側部、底部及び頂部は、適切な如何なる材料から形成してもよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ラブスフェア社（Labsphere Inc.）のテフロン（Teflon：商標）又はスペクトラロン（Spectralon：商標））、ポリオキシメチレン（例えば、デルリン（Delrin：商標））、硫酸バリウム（例えば、ラブスフェア社の６０８０白色反射コーティング）、及び他のランバートコーティング（例えば、ラブスフェア社のスペクトラフレクト（Spectraflect：商標）又はデュラフレクト（Duraflect：商標））から形成してもよい。また、これらの部分は、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属等の他の材料から構成し、この材料上にランバート材料層を積層し、又はこれらの材料をランバート材料によってコーティングしてもよい。頂部にアパーチャが設けられている場合、頂部のスクリーンを含まない部分は、スクリーンの保持に適する如何なる材料から形成してもよく、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属から形成してもよい。
【００４６】
任意の外側シェル（２）の外側形状は、実質的に立方体状、筒状、ピラミッド状又は直方体状であってもよい。外側シェル（２）の内面及び空洞形状は、光拡散要素の外部形状に応じて異なっていてもよく、例えば、外側形状に従っていてもよい。
【００４７】
以下の説明では、幾つかの場合、符合付きの要素が参照図に示されていないことがあり、それらは、１つ以上の他の図面に示されている。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ、集光器内の光拡散要素及び外側シェルを示す正面図、平面図及び断面図である。このシェルは、外側シェル内表面（２１）と、外側シェル外表面（２２）と、接続要素に嵌合する空洞（２３）とを有していてもよい。外側シェル（２）は、如何なる固体材料から形成してもよく、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属から形成してもよい。アウトレットポート（１０）は、光拡散要素の外側表面と、底部内表面（７）及び側部内表面（９）によって画定される光拡散チャンバの側部内表面（９）の両方を通過する。アウトレットポート（１０）を外側シェル（２）の空洞（２３）に隣接させて、光拡散チャンバの内表面から外側シェルの外表面へのチャネルを形成してもよい。
【００４９】
他の実施形態では、光拡散要素は、光導管によって光測定デバイスに接続される。このデバイスは、外側ハウジング（３４）内に収容してもよく、収容しなくてもよい。また、このデバイスは、当分野で周知の外部プロセッサ又はコンピュータへのコネクタ、例えば、ＵＳＢ及びイーサネット(登録商標)コネクタを備えていてもよい。これに代えて、デバイスは、データの無線伝送のためのハードウェアを備えていてもよい。また、デバイスは、データを解析し及び／又はインジケータを提供するためのプロセッサ又はコンピュータを備えていてもよい。外側ハウジングを採用する場合、光拡散要素を外側シェル（２）内に収容してもよい。
【００５０】
図３に示すように、外側シェル（２）内に収容された光拡散要素（１）を含む集光器（３１）は、光導管（３３）を介して、測定要素（３２）、例えば、分光計に接続される。集光器（３１）の頂部には、スクリーン（５）及びオプションのフィルタ（３５）が設けられている。オプションとして、ＵＳＢケーブル（３６）によって、分光計（３２）を外部のコンピュータ、例えば、ラップトップコンピュータに接続してもよい。
【００５１】
スクリーン（５）の表面、例えば、表面の材料又は表面に塗布されたコーティングは、白、半透明、及びランバートであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ラブスフェア社（Labsphere Inc.）のテフロン（Teflon：商標）又はスペクトラロン（Spectralon：商標））、ポリオキシメチレン（例えば、デルリン（Delrin：商標））、硫酸バリウム（例えば、ラブスフェア社の６０８０白色反射コーティング）、及び他のランバートコーティング（例えば、ラブスフェア社のスペクトラフレクト（Spectraflect：商標）又はデュラフレクト（Duraflect：商標））から形成してもよく又はこれらによってコーティングしてもよい。スクリーン（５）は、集光器（３１）の光拡散要素（１）の側部及び底部の上に位置している。頂部にアパーチャ（４）が設けられている場合、スクリーンは、少なくとも光拡散要素（１）のアパーチャ（４）を覆う大きさに寸法決めしてもよい。スクリーン（５）の長さは、実質的に半球状の底部の直径以上であってもよい。幾つかの実施形態では、デバイスは、フィルタ、例えば、ガラス（アルカリアルミナシリケートシート強化ガラス（ゴリラ（Gorilla：商標）ガラス））、中性濃度フィルタ（neutral density filter）、青色帯域フィルタ（blue band filter）又は少なくとも５００ｎｍの波長をフィルタリングするフィルタを備えていてもよい。フィルタ（３５）は、光拡散要素（１）の頂部のスクリーン又はアパーチャスクリーン（５）の上又は下に配置してもよい。一実施形態では、フィルタは、スクリーンをダメージから保護する物理的なバリアとして機能する。アパーチャ（４）が頂部に存在する場合、アパーチャ（４）は、スクリーン（５）及びフィルタ（３５）が載置される１つ以上の階段状の凹みを有していてもよい。階段状の凹みは、スクリーン及びフィルタの周縁部を物理的に支持する。他の周知の手法によってスクリーン及び／又はフィルタを取り付けてもよい。例えば、スクリーンは、側部及び底部に螺着又は締着されるコンポーネントの一部であってもよい。また、スクリーンは、例えば、図１７Ａ〜１７Ｌに示すように、外側ハウジングによって側部に対して圧着されるシート状材料であってもよい。
【００５２】
図５Ａは、光拡散要素（１）の頂部（３）の平面図であり、図５Ｂは、光拡散要素（１）の頂部（３）の側面図である。頂部（３）は、底部側の直径及び／又は幅が最大で、最上位の直径が最小となるように、傾斜付きの直径及び／又は幅を有している。一実施形態では、スクリーン（５）及び／又はフィルタ（３５）は、例えば、光拡散要素（１）の頂部（３）に固定又は螺着されている。フィルタ（３５）を使用する場合、フィルタ（３５）は、頂部（３）のスクリーン（５）の上又は下に取り付けてもよい。例えば、（例えば、図５Ａ、５Ｂに示す）ネジ山を介して、デバイスの残りの部分に、頂部を取り付けてもよい。
【００５３】
光導管（３３）は、例えば、光ファイバ又は液体光導管（liquid light conduit）であってもよい。光導管（３３）がスクリーン（５）又はアパーチャ（４）と実質的に平行になり、光導管（３３）の開口がスクリーン又はアパーチャ（４）と実質的に直交するように、光導管（３３）を光拡散要素（１）及び／又は外側シェル（２）に取り付けてもよい。光導管（３３）の長さは、１ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であってもよく、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０又は５００ｍｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。光導管（３３）の内径は、５０μｍ〜１０，０００μｍの範囲であってもよく例えば、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、５００、１，０００、２，０００、３，０００、４，０００、５，０００、６，０００、７，０００、８，０００、９，０００又は１０，０００μｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。光導管（３３）の内径は、所与の用途及び材料について受光角を最適化するように選択してもよい。図４を参照して説明すると、光ファイバ、例えば、ステップインデクス型マルチモードファイバ（step-index multimode fiber）の受光角、θｍａｘは、以下のように、屈折率に基づいて算出される。
【００５４】
【数１】
0006357153.tif 000002
ここで、ｎは、光がファイバに入射する前に通過する媒体の屈折率であり、ｎｆは、ファイバコアの屈折率であり、ｎｃは、クラッディングの屈折率である。
【００５５】
図４は、接続要素、例えば、ＳＭＡ接続要素の側面図である。接続要素の外径は、光拡散要素（１）のアウトレットポート（１０）の直径と実質的に等しくてもよい。幾つかの実施形態では、接続要素の外径及びアウトレットポート（１０）の直径は、互いに１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％又は１０％以内である。接続要素は、如何なる固体材料から形成してもよく、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属から形成してもよい。
【００５６】
光測定要素は、光のスペクトル成分及び／又は強度を解析し、情報を電気信号として符号化する如何なるデバイスであってもよく、例えば、分光計、照度計、光度計、フォトダイオード、光電子増倍管、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳセンサ又は光起電デバイスであってもよい。スペクトル情報は、適切なフィルタ又は回折／屈折要素、例えば、格子又はプリズム等から得ることができる。図６Ａ〜図６Ｃに示すように、本発明のデバイスは、分光計（３２）を採用してもよく、分光計（３２）のスリットは、例えば、１μｍ〜１，５００μｍの範囲であってもよく、例えば、１０μｍ〜１，０００μｍの範囲、１００μｍ〜５００μｍの範囲、３００μｍ〜４００μｍの範囲、及び３６０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲であってもよく、例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、５００、６００、７００、８００、９００又は１，０００μｍであってもよく、これらの任意の２つの値の中間であってもよい。分光計（３２）は、紫外光、可視光及び／又は赤外光を測定できる能力を有していてもよい。図６Ｂ及び図６Ｃにはコネクタ、例えば、ＳＭＡコネクタが示されており、これによって、分光計（３２）を光導管（３３）に接続することができる。如何なるコネクタを用いてこの接続を実現してもよい。本発明の幾つかの実施形態では、分光計（３２）を他の何らかの光測定コンポーネントに置換してもよい。例えば、図１５Ａ〜図１５Ｃは、例示的な分光計を示している。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｃは、外側ハウジング（３４）内に配置できる分光計に接続された集光器を示している。これらの実施形態では、光が外側ハウジング（３４）を通過して、光拡散要素（１）に直接的に到達するように、ウィンドウ（３７）が集光器（３１）のアパーチャ（４）及び／又はスクリーン（５）に整列されている。図８は、例示的な組み立てられたデバイスの具体例を示している。
【００５８】
また、一実施形態では、外側ハウジング（３４）は、分光計（３２）の近くにポート（３８）を有し、これによって、コンピュータ、例えば、ラップトップコンピュータ等の外部プロセッサを分光計（３２）に接続することができる。これらの実施形態では、ケーブル、例えば、ＵＳＢケーブル（３６）は、外側ハウジング（３４）を通過してもよい。更に他の実施形態として、分光計（３２）及び／又は組み立てられたデバイスは、分光計（３２）及び／又は光測定コンポーネントによって得られたデータを解析し、このデータ及び／又は関連するインジケータを表示する能力を有し及び／又はそのようにプログラミングされたプロセッサ及び／又はディスプレイを更に備えていてもよい。この内部プロセッサ及び／又はディスプレイは、インジケータを生成し及び／又はデータを保存してもよい。
【００５９】
例示的なデバイスを図１７Ａ〜１７Ｌに示す。このデバイスは、外側シェルがなく、光拡散要素は、外側ハウジングに収容されている（図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１７Ｄ）。光拡散要素（図１７Ｉ）は、光導管（図１７Ｊ）に接続されており、光導管は、光測定コンポーネント、例えば、図に示すような分光計（図１７Ｋ）にも接続されている。光導管は、ＳＭＡコネクタを含む。図１７ＢのセクションＧ及び図１７ＦのセクションＤ−Ｄに示すように、外側ハウジングは、ウィンドウの周りに、フィルタ（３５）、例えば、保護ガラス及びスクリーン（５）を収容する階段状の凹みを有する。図１７Ｇは、データポート、例えば、ミニＵＳＢの回りを封止するために使用されるガスケットを示しており、これによって、外側ハウジングに湿気が侵入することが防がれる。図１７Ｈは、光導管が正しい深さで光拡散要素に挿入されることを確実にするためのスペーサを示している。
【００６０】
較正及び使用方法
本発明のデバイスは、使用前に較正してもよい。この較正では、較正済みのランプ、例えば、ＮＩＳＴ（National Institute of Standards and Technology：アメリカ国立標準技術研究所）が認証したランプから光拡散要素（１）に光ビーム（例えば、可視光、赤外光又は紫外光）を照射してもよい。光源は、歯の樹脂を硬化できるものであってもよい。この光の一部は、光導管（３３）に沿って伝送され、光測定コンポーネント、例えば、分光計（３２）に到達し、光測定コンポーネントは、光の特性を測定し、更にインジケータを生成してもよく、及び／又は更なる通信ステップにおいて、データを外部プロセッサ（例えば、コンピュータ）に伝送し、解析及び／又はインジケータの表示を行ってもよい。このインジケータは、パワー、放射照度又は最長露光時間であってもよい。そして、このインジケータ値を、期待されるインジケータ値と比較して、光源の較正を行う。そして、プロセッサ内のソフトウェア及び／又はプログラミングに補正係数を適用し、正確な光測定値を実現する。これに代えて、本発明のデバイスによって取得された値を積分球によって取得された値と比較して、これに応じて補正係数を適用してもよい。
【００６１】
幾つかの実施形態では、本発明のデバイスを用いて、光遮蔽材料（例えば、歯科用樹脂硬化ツールが生成する光から眼の損傷を保護するシールド又は眼鏡）を通過する光の特性、例えば、透過スペクトルパワー、透過光線パワー、透過光線強度及び／又は最大安全露光時間を検査してもよい。具体的には、この光は、ＬＣＵが生成するものであってもよい。オプションとして、光源に応じて、フィルタ、例えば、青色フィルタ、中性濃度フィルタ又は短波長フィルタを用いてもよい。安全材料、例えば、安全ガラス及び／又はシールドは、光拡散要素上に配置してもよい。そして、光源が通常使用される際の代表的な期間及び／又は距離を用いて、材料を介して光拡散要素に光を照射する。アプリケーションの要求に応じて、他のパラメータを用いてもよく、上述したように、必要に応じて、パラメータのセット毎にデバイスを較正してもよい。そして、光は、光拡散チャンバ内で拡散し、光の一部は、ポートを介してチャンバを出て、光導管に沿って伝達され、光測定コンポーネントに到達し、ここで光の特性が測定される。そして、このデバイスは、データを解析して必要なインジケータを生成し、及び／又は光の特性を測定することによって得られたデータを解析及び／又はインジケータ表示のために外部プロセッサに通信する。この方法は、後に実施例１として更に説明する。
【００６２】
更に他の実施形態では、例えば、米国特許公開番号第２０１２−０１７１７４５号、第２０１２−０１７２４７８号及び第２０１２−０１９６１２２号に開示されている他の光源及び光生成方法と共に本発明のデバイスを用いてもよく、これらの文献の全体は、引用によって本願に援用される。
【００６３】
実施例
以下の実施例は、本発明を例示することを意図する。これらは、本発明を限定するものではない。
【００６４】
実施例１
背景：歯科樹脂材料の重合が不適切であると、機械的硬度及び構造的完全性が低下し、耐用年数が短くなり、交換コストが高くなり、毒性を有する「非重合」材料の露出の可能性が生じる。例えば、樹脂ベースの充填材料の平均耐用年数は、６年である。光硬化の主要な特徴として、歯科医は、歯の修復を常に目視によって監視する必要がある。高電力（≧１Ｗａｔｔ）ＬＣＵが樹脂を硬化する。青色光の危険が最も高まるのは約４４０ｎｍの波長であり（これは、多くの発光ダイオード硬化光のピーク波長に近い。）歯科医は、青色光をブロックする眼鏡又はシールドを着用し、自らの眼及び患者の眼を青色光から保護し、網膜の損傷を防止する必要がある。歯科医の眼が歯から３０ｃｍの距離にある場合、出力が１．５６Ｗ／ｃｍ２の高電力硬化ユニットからの一日の最大許容曝露量は、僅かに約６秒程度である。
【００６５】
歯科用の樹脂材料は、通常、可視青色スペクトルの狭帯域光によって適切に開始されると重合化する光敏感モノマ（light sensitive monomers）である。殆どの光ユニットは、４００〜５００ｎｍの波長域の強い青色光を出射し、放射パワーは、１ワット（Ｗ）を超えることもある。しかしながら、スペクトル放射は、ＬＣＵの機種毎に異なり、幾つかの機種は、紫外光Ａ波（ＵＶＡ）領域（３２０〜４００ｎｍ）も放射する。ハロゲン硬化光のためのＩＳＯ１０６５０−１規格では、１９０ｎｍ〜３８５ｎｍの領域の放射照度を２００ｍＷ／ｃｍ２に制限しているが、４００〜５００ｎｍの領域については、最大放射照度を制限しておらず、幾つかのユニットは、１０Ｗ／ｃｍ２以上の放射照度を有し、健康への悪影響、特に眼の損傷を引き起こす可能性がある。
【００６６】
図１３は、網膜の光化学的損傷についての青色光のハザード関数を示している（American Conference of Government Industrial Hygienists;  TLVs and BEIs based on the Documentation of the Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices; 2008, pp146-154）。この関数は、４００ｎｍから５００ｎｍまでのスペクトル領域で０．１を超えている。眼にとって最も危険な青色光は、（多くの発光ダイオード硬化光のピーク波長に近い）約４４０ｎｍの波長を有する青色光である。青色光は、眼の媒体を透過し、長期低濃度曝露によって網膜に吸収され、青色光は、網膜の色素上皮及び脈絡膜への光化学的損傷によって網膜の老化及び劣化を早める。網膜の損傷の臨床症状には、急性光網膜炎、又は深刻な場合、早発性加齢黄斑変性が含まれる。
【００６７】
検査法：図２Ａ〜図２Ｃ及び図１６Ａ〜図１６Ｂに示す本発明のデバイスを検査した。このデバイスは、外側ハウジング内に収容され、分光計に接続された集光器を備える。２００μｍのスリット幅を有し、可視領域において最適化されたＳＴＳ−ＶＩＳ分光計と、コア直径４００μｍ、長さ１０ｃｍの光ファイバーケーブルを使用した。外側ハウジングのウィンドウ上に眼の保護具／シールドを配置した。ＬＣＵ、具体的には、歯の硬化用の照射器具（dental curing wand）を眼の保護具／シールドから約３０ｃｍ離れた位置で保持した。光拡散要素の内表面は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン：商標）から形成した。
【００６８】
デバイスによって測定されたスペクトルを収集し、最長露光時間を算出するための例示的なプログラミング言語として、ＬａｂＶＩＥＷを用いた。データ収集、解析のための入力は、蓄積時間、ＬＣＵタイプ（ＰＡＣ、ＱＴＨ又はＬＥＤ）及びオペレータと歯の間の距離を含む。まず、ＬＣＵをオフにして、「暗い」スペクトルを測定し、次に、ＬＣＵをオンにして、透過スペクトルを測定した。生の青色に重み付けされたスペクトルを用いて、データ収集が正しく行われたかを検証し、スペクトルにおける信号対雑音比についての視覚的ガイドを提供した。
【００６９】
結果：図９は、ＳＴＳ分光計による異なる集光デバイスの測定値を比較して示している。照射源としては、ＬＥＤベースの「アレグロ（Allegro）」光硬化ユニットを用いた。コサインコレクタ（オーシャンオプティクス社（Ocean Optics））及び本発明の集光器（Light Collector）の両方のアパーチャは、一片の厚さ１ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（テフロン：商標）によって覆った。「積分球」は、オーシャンオプティクスＦＯＩＳ−１光ファイバ積分球（Ocean Optics FOIS-1 Fiber Optic Integrating Sphere）（オーシャンオプティクス社：３インチ）を使用した。理想的なデバイスは、パワーが最大で、アパーチャ中心からのＬＣＵの位置によるパワーの変化が最小で、コストが安いデバイスである。この用途では、パワーの変化が最小であることが重要であった。
【００７０】
検査の間、青色遮蔽ガラス又はシールドを通してＬＣＵを発光させると、ガラス又はシールドから５００ｎｍより長い波長を有する蛍光が出射されることがわかった。この蛍光は、分光計に入射して散乱し、５００ｎｍ未満のスペクトル領域にスプリアス信号が生じた。このスプリアス信号は、透過する青色光と僅かに干渉した。青色帯域通過フィルタによって、蛍光を減衰させる必要があった。
【００７１】
図１０は、オーシャンオプティクスＦＯＩＳ−１光ファイバ積分球（オーシャンオプティクス社：３インチ）を介して、オーションオプティクス社のＵＳＢ４０００分光計によって測定された干渉フィルタ（ＴＳ６００、ＴＳ５７５、ＴＳ５００及びＤ１）及びカラーフィルタ（ＢＧ１及びＢＧ１２）の透過スペクトルを示している。基準光源は、白熱電球（６０Ｗ；１２０Ｖ）である。理想的なフィルタは、青色領域内の光を１００％、黄色領域内の光を０％通過させるフィルタである。この実施例の結果から、この用途では、カラーＢＧ１フィルタが最適であることがわかった。
【００７２】
図１１は、口蓋及び顔面の幾何学的特徴について、ＬＣＵからの距離の関数としての重み付けされた青色光放射照度のデータを示している。典型的な臨床症状の下で、文献「Evaluation of ocular hazards from 4 types of curing lights, Labrie D, Moe J, Price RB, Young ME, Felix CM.J. Can.Dent.Assoc.2011;77:b116」からデータを得た。これらのデータを用いて、２つの幾何学的特徴についての距離の関数として、重み付けされた総パワーを評価した。図１１（右）は、データの最小二乗法による直線フィッティングを示している。式は、以下の通りである。
ＷＩ＝ＷＰ＊Ｃ＊ｄＢ，
及び
Ｃ＝１０Ａ
ＷＩは、Ｗ／ｃｍ２を単位とする重み付けされた放射照度であり、ＷＰは、ガラスとシールドを透過し、プロトタイプデバイスによって測定された、スペクトル放射パワーから算出されたμＷを単位とする重み付けされたパワーであり、ｄは、ｃｍを単位とする眼及びＬＣＵとの間の距離であり、Ａ及びＢは、テーブル１に示す２つのパラメータである。
【００７３】
【表１】
0006357153.tif 000003
最大許容露光時間（ｔｍａｘ）は、以下のように定めてもよい。
【００７４】
【数２】
0006357153.tif 000004
ここで、Ｅｌｉｍｉｔは、１００００μＪ／ｃｍ２である。
【００７５】
光に起因する眼の危険に対する青色遮蔽保護眼鏡／シールドの有効性の評価
表２は、７個のシールド及び８個の青色遮蔽眼鏡のリストをガラス吹き作りの業界で使用されている２つの眼鏡（Ａ１及びＡ２）と共に示している。
【００７６】
【表２】
0006357153.tif 000005
図１２は、光源としてＱＴＨ、ＰＡＣ及びＬＥＤ光硬化ユニットを用いてこの実施例で検査された全てのシールド及び眼鏡（表２）についての重み付けされたパワーを示している。ＰＡＣ  ＬＣＵ及びＳ１シールドを用いたときに、重み付けされたパワーが最高の５ｍＷになり、ＬＥＤ  ＬＣＵ及びＳ６シールドを用いたときに、パワーが最低の０．２μＷになった。これらの測定値は、このデバイスが提供するダイナミックレンジ及び感度を証明している。
【００７７】
結論：この実施例において検査し及び説明したデバイス及び方法は、歯科医院で使用される光硬化ユニットと共に用いられる眼の保護具／シールドの有効性を評価する手段として、非常に効果的に機能した。
【００７８】
実施例２
実験目的：本発明のデバイス（集光器）の効果を実証するために、４個の異なる光源について、スペクトル放射束を正確に測定し、市販されている積分球（ラブスフェア社（Labsphere）：６インチ）と比較した。
【００７９】
実験法：本発明のデバイス（図２Ａ〜図２Ｃ及び図７Ａ〜図７Ｃ）及び積分球（ラブスフェア社：６インチ）の両方に４個の異なる光源からの等量の光を入射させた。各光源について、３６０ｎｍ〜５４０ｎｍの波長に亘るスペクトル放射束を測定及び記録した。
【００８０】
結果：本発明のデバイスは、市販の積分球（ラブスフェア社：６インチ）に劣ることなく、各光源から、データを正確に取得及び測定した。本発明のデバイス又は積分球（ラブスフェア社：６インチ）を用いた各光源からの総スペクトル放射束測定のデータを表３及び図１４Ａ〜１４Ｄに示す。
【００８１】
【表３】
0006357153.tif 000006
結論：本発明のデバイスは、市販の積分球（ラブスフェア社：６インチ）と同様に、スペクトル放射束を正確に測定した。
【００８２】
本明細書において言及した全ての刊行物及び特許文献は、引用によって本願に援用されるものとし、これは、個々の刊行物及び特許文献について、特別に、個別に、引用によって本願に援用されると示した場合と同様である。以上、本発明を明瞭に説明するために、図及び具体例を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明の開示に基づいて、特許請求の範囲の精神又は範囲から逸脱することなく、これらを変更及び修正できることは、当業者にとって明らかである。
【図１】
0006357153.tif 000007
【図２Ａ】
0006357153.tif 000008
【図２Ｂ】
0006357153.tif 000009
【図２Ｃ】
0006357153.tif 000010
【図３】
0006357153.tif 000011
【図４】
0006357153.tif 000012
【図５Ａ】
0006357153.tif 000013
【図５Ｂ】
0006357153.tif 000014
【図６Ａ】
0006357153.tif 000015
【図６Ｂ】
0006357153.tif 000016
【図６Ｃ】
0006357153.tif 000017
【図７Ａ】
0006357153.tif 000018
【図７Ｂ】
0006357153.tif 000019
【図７Ｃ】
0006357153.tif 000020
【図８】
0006357153.tif 000021
【図９】
0006357153.tif 000022
【図１０】
0006357153.tif 000023
【図１１】
0006357153.tif 000024
【図１２】
0006357153.tif 000025
【図１３】
0006357153.tif 000026
【図１４Ａ】
0006357153.tif 000027
【図１４Ｂ】
0006357153.tif 000028
【図１４Ｃ】
0006357153.tif 000029
【図１４Ｄ】
0006357153.tif 000030
【図１５Ａ】
0006357153.tif 000031
【図１５Ｂ】
0006357153.tif 000032
【図１５Ｃ】
0006357153.tif 000033
【図１６Ａ】
0006357153.tif 000034
【図１６Ｂ】
0006357153.tif 000035
【図１７Ａ】
0006357153.tif 000036
【図１７Ｂ】
0006357153.tif 000037
【図１７Ｃ】
0006357153.tif 000038
【図１７Ｄ】
0006357153.tif 000039
【図１７Ｅ】
0006357153.tif 000040
【図１７Ｆ】
0006357153.tif 000041
【図１７Ｇ】
0006357153.tif 000042
【図１７Ｈ】
0006357153.tif 000043
【図１７Ｉ】
0006357153.tif 000044
【図１７Ｊ】
0006357153.tif 000045
【図１７Ｋ】
0006357153.tif 000046
【図１７Ｌ】
0006357153.tif 000047