特許 6018618 歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018618

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置

(51)【国際特許分類】

   A61C 3/02 20060101AFI20161020BHJP

   B23K 26/361 20140101ALI20161020BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20161020BHJP

   B23K 26/18 20060101ALI20161020BHJP

   B23K 26/046 20140101ALI20161020BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20161020BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   A61C3/02 R

   B23K26/361

   B23K26/00 G

   B23K26/18

   B23K26/046

   B23K26/03

   B23K26/00 Q

   B23K26/16

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-256516(P2014-256516)

(22)【出願日】2014年12月18日

(62)【分割の表示】特願2011-545627(P2011-545627)の分割

【原出願日】2010年1月18日

(65)【公開番号】特開2015-91344(P2015-91344A)

(43)【公開日】2015年5月14日

【審査請求日】2014年12月18日

(31)【優先権主張番号】102009005194.5

(32)【優先日】2009年1月20日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510232599

【氏名又は名称】ルメラ レーザー ゲーエムベーハー

(73)【特許権者】

【識別番号】510232603

【氏名又は名称】カセンバッハー アントン

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】カセンバッハー アントン

【審査官】 胡谷 佳津志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０８９２９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表平０４−５０１９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５２７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０３２７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１３５８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２５５５４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１１７２３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｃ ３／０２

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ ２６／０４６

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

Ｂ２３Ｋ ２６／１８

Ｂ２３Ｋ ２６／３６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置であって、
診断用レーザ光および加工用パルスレーザ光（５０）を出射するレーザ光源（１０）と、
アブレーションされる前記材料の領域の方向に前記加工用パルスレーザ光（５０）をアライメントするレーザ光アライメントユニット（７０）と、
前記加工用パルスレーザ光（５０）の波長が吸収極大に対応する光増感剤と、
前記光増感剤を含む出力装置（２５）であって、前記光増感剤を出力する構成を有し、前記材料のアブレーションされる前記領域を囲む部分の方向に前記光増感剤が出力されるように前記レーザ光アライメントユニット（７０）に接続されている、出力装置（２５）と、
前記材料の表面における焦点の空間位置を一定に保つオートフォーカスユニット（２０）と、
光センサを有する検出ユニット（１１０）と、
を備え、
前記レーザ光アライメントユニット（７０）がハンドピース（７０）として設計されており、前記ハンドピース（７０）の中に、前記光増感剤を出力する前記出力装置（２５）の少なくとも一部が含まれており、前記ハンドピース（７０）の中に、前記オートフォーカスユニット（２０）が配置されており、前記ハンドピース（７０）の外部に、前記検出ユニット（１１０）が配置されており、
前記オートフォーカスユニット（２０）は、前記検出ユニット（１１０）と相互作用するよう構成されており、
前記検出ユニット（１１０）は、前記歯の表面によって逆反射される光を評価して、前記表面が依然として前記加工用パルスレーザ光（５０）の前記焦点に位置しているかを判定し、前記表面が再び前記加工用パルスレーザ光（５０）の前記焦点に入るための適切な方策をとるために前記オートフォーカスユニット（２０）に制御信号を送信するよう構成されており、
前記出力装置（２５）は、前記歯の特定の表面領域の前記診断用レーザ光による走査に基づいて、前記歯の表面のアブレーションする領域に光増感剤を塗布する、
歯科用レーザアブレーション装置。

【請求項2】

前記検出ユニット（１１０）は、前記歯において、または前記歯を囲む部分において発生する信号の存在と、この信号の強度とを検出し、この検出結果の関数として前記加工用パルスレーザ光（５０）のオンオフ切り替えを行わせるよう構成されている、
請求項１に記載の歯科用レーザアブレーション装置。

【請求項3】

前記ハンドピース（７０）の上に配置されたアタッチメント（２５０）をさらに備え、
前記ハンドピース（７０）および前記アタッチメント（２５０）は、吸引流路（８０）が保持されるように具体化されており、この吸引流路（８０）によって、前記歯の加工時にアブレーションされる前記材料を吸い出し、
前記アタッチメント（２５０）の領域には、前記アタッチメント（２５０）の外壁が二重壁として具体化されていることによって吸引流路（８０）が形成されており、
底部において内壁が開いており、アブレーション生成物は、前記内壁と前記外壁との間の中間空間の中に吸引され、前記中間空間は、上端部において１本のラインに接続されており、このラインは、前記ハンドピース（７０）の内部で外側に通じており、吸引システムに接続されている、
請求項１に記載の歯科用レーザアブレーション装置。

【請求項4】

前記歯の表面温度を測定して、前記温度が４２．５℃を超えた場合に警告信号を発するよう構成された熱センサをさらに備え、
前記熱センサは、前記ハンドピース（７０）の中に配置されている、
請求項１に記載の歯科用レーザアブレーション装置。

【請求項5】

前記加工用パルスレーザ光（５０）での加工時、加工される前記歯によって発生する紫外線を検出するよう構成された紫外線検出器（８）と、
前記紫外線検出器（８）に結合され、前記紫外線検出器（８）の信号を受信および評価して、前記レーザ光源（１０）によって放出される前記加工用パルスレーザ光（５０）を修正するか、およびどのように修正するかを決定するよう構成されている評価・制御ユニットと、
をさらに備える請求項１に記載の歯科用レーザアブレーション装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、レーザは、レーザ照射時の特性、具体的にはその強度および良好な集光性により、材料加工の多くの分野で使用されている。レーザ加工方法においては、加工する被加工物によってレーザ光が吸収され、レーザ光の高いエネルギの結果として被加工物の材料が加熱されて溶ける、または蒸発する。このプロセスにより、一例として、金属板に穴をあけたり、半導体ウェハを個々の半導体チップに切り離すことができる。レーザ加工は、一般的には、専用のレーザ加工装置においてパルスレーザ照射によって行われる。レーザ光源としては、従来、ＣＯ_２レーザや固体レーザ（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４レーザ）が使用されている。レーザ加工方法の重要な特徴は、スループット（例えば、単位時間内に金属板にあけることのできる穴の数）である。スループットは、レーザ光によって行われる除去手順またはアブレーション手順の効率に実質的に依存する。この場合、他の側面に加えてつねに望まれているのは、効率を高めることであり、すなわち、加工速度を大きくする、または入力エネルギを減少させることである。

【0003】

レーザ加工装置のさらなる品質基準は、さまざまな加工対象物への適用性であり、具体的には、さまざまな材料の加工に使用できるかどうかである。製造工程中には、複数の異なる材料を加工する必要が生じることがある。一例として、金属からなる導体トラックと、プラスチックからなる回路基板と、回路基板に貼り付けられる、シリコンからなる半導体チップとを加工する必要があり、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）コンタクトウェハ（contact wafer）の場合、スルーホールを設ける必要がある。従来のレーザ加工装置の欠点として、一般にはこれらの加工手順のうちの１つを実行できるのみである。その理由として、レーザ加工手順では、レーザ光のうちの十分に大きな割合が、加工する材料によって吸収される必要がある。しかしながら、従来のレーザ加工装置は、一般には固定された特定の波長で動作し、吸収能力が最大または高い波長は、加工する材料ごとに異なる。

【0004】

本出願において材料加工について説明するとき、あらゆる種類の材料、すなわち具体的には、あらゆる状態の材料、天然材料または合成材料、無機材料または有機材料を包含するものとする。これらの材料には、生物組織（例えば失活組織または生体組織）も含まれ、これには硬組織（歯の材料など）も含まれる。したがって、歯科の分野は、本出願の例示的な適用分野であり、歯の材料、具体的にはう蝕歯の材料をアブレーションあるいは除去するための機械的なドリルの代わりに、レーザ加工方法および対応するレーザ加工装置を使用することができる。しかしながら、他の種類の生物組織および組織のタイプ（例えば、さまざまな種類の硬組織、軟組織、間質液）にも、同様に適用することができる。したがって、別の潜在的な適用分野として、例えば眼科の分野が挙げられる。

【0005】

本出願のさらなる重要な側面は、本文書に記載する加工方法を実行するときのいわゆるバイオセーフティを最大限に確保する（具体的には、過度な紫外線を回避する）ことである。本出願に記載したタイプのレーザ加工の場合、加工用レーザ光の焦点にプラズマが形成されるように各レーザパルスが材料の薄い表面領域と相互作用する必要があることが知られている。このプラズマに起因して、再結合プロセスの結果として、またはプラズマの温度の結果としてのプランク放射の形で、紫外線が発生しうる。紫外線は健康に有害な影響を与え得ることは周知である。当然ながら、前述した歯科分野で使用する場合、このことは特にあてはまる。したがって、一般的な目標は、最大限のアブレーション効率を維持しながら、健康に有害な影響を最小にすることである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明の目的は、歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置であって、材料の効率的な加工を確保し、さらには、レーザアブレーション装置の多用途性（すなわち特に、さまざまな材料に対する適用可能性）を高めることが可能である装置を開示することである。本発明のさらなる目的は、歯の材料をアブレーションする歯科用レーザアブレーション装置であって、加工時に発生する紫外線を最小にすることができる装置を開示することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

これらの目的は、独立請求項の特徴によって達成される。有利な発展形態および修正形態は、従属請求項の主題である。

【0008】

本発明の第１の考察として、生物組織をレーザ光によってアブレーションするとき、レーザ光を必ずしも組織自体に照射しなくてもよい。その代わりに、レーザ光を物質によって有利に吸収させることができ、この物質は、吸収の結果として本質的に自由電子または準自由電子の供給源としての役割を果たし、吸収したエネルギを、アブレーションする材料に伝える。このような物質としては、いわゆる光増感剤を最も効率的に使用することができる。光増感剤は、光量子の吸収後に光化学反応に入る感光性化合物を構成する。光増感剤の活性化は、適切な波長および十分な強度のレーザ光によって行うことができ、光増感剤は、光を吸収すると最初に比較的短い寿命の一重項状態に励起され、その後、より安定的な（長寿命の）三重項状態に遷移する。この励起状態は、例えば、除去する材料と直接反応することができる。

【0009】

したがって、本発明の第１の態様によると、材料加工方法であって、材料の加工される領域を囲む部分に光増感剤が供給され、加工用パルスレーザ光が出射され、材料の加工される領域が加工用パルスレーザ光によって照射される、方法、を開示する。

【0010】

この場合、加工用レーザ光は、１００ｆｓ〜１ｎｓの広い範囲における時間的な半値全幅を有するレーザパルスを放出することができ、この範囲は、漸増の中間値（incremental intermediate value）それぞれも含んでおり、増分値は１００ｆｓである。

【0011】

本発明のさらなる考察として、医療方法において、適切な場合に加工方法とともに実行される診断時に、加工またはアブレーションする領域を視覚化するマーカーを利用し、このマーカーは、光増感剤である、もしくは、適切な波長、持続時間、および強度を有するレーザダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を連続的またはパルス状に放射することによって励起され得る、またはその両方である。特に、アブレーション用と診断用とに同じ光増感剤を使用するようにすることができる。

【0012】

本発明のさらなる考察として、レーザ光によって加工またはアブレーションする材料の領域を、シースによって囲み、シースの内側の吸引流路システムと、シースに結合されているレーザ光アライメントユニットとを統合する。

【0013】

アブレーションもしくは診断またはその両方に使用される光増感剤およびレーザ光源の選択に関して、さまざまな可能性が存在する。本文書に提示する実施形態によると、光増感剤もしくはレーザパルスの波長またはその両方は、レーザ光の少なくとも一部分が光増感剤において単光子吸収によって吸収され、吸収が光増感剤の吸収極大の近傍であるように、選択する。したがって、この第１の実施形態は、線形光学に分類される。非線形光学に分類される第２の実施形態によると、光増感剤もしくはレーザパルスの波長またはその両方は、レーザ光の少なくとも一部分が光増感剤において２光子吸収によって吸収され、吸収が光増感剤の吸収極大の近傍であるように、選択する。同様に非線形光学に分類される第３の実施形態によると、光増感剤もしくはレーザパルスの波長またはその両方は、レーザ光の少なくとも一部分が光増感剤において多光子吸収によって吸収され、吸収される光子の数が３以上であり、吸収が光増感剤の吸収極大の近傍であるように、選択する。

【0014】

一実施形態によると、レーザパルスの繰り返し周波数は、１Ｈｚ〜１０ＭＨｚの範囲内に設定されており、この範囲は漸増の中間値も含んでおり、増分値は１Ｈｚである。この場合、レーザパルスを、それぞれが所定の数のレーザパルスを有するバーストの形で生成し、例えば、所定の数のバースト（例：１個のバースト）を、アブレーションする材料における加工する各領域に照射することもできる。レーザパルスは、バースト内で所定の様式で変化するパルスピーク強度を有することもできる。複数のレーザパルスのバーストの代わりに、個々のレーザパルスを使用することもできるが、レーザパルスの前にいわゆるＡＳＥ（増幅自然放出）プレパルスが生じる。

【0015】

一実施形態によると、本方法は、歯の材料、特に、う蝕歯の材料のアブレーションまたは除去のために使用される。う蝕歯の材料はバクテリアの攻撃に起因する多孔構造を有することが知られており、この分野は本発明の有利な適用分野である。光増感剤は、この多孔構造の中に浸入することができ、したがって、除去するう蝕歯の材料の中にある程度埋め込まれ、（他の用途において要求されるように）除去する材料の表面に塗布する必要がない。

【0016】

短パルスレーザ（例えばピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ）によって材料を加工するとき、加工用レーザ光の焦点における薄い表面層内でマイクロプラズマが発生し、個々のパルスの後、ナノ秒〜マイクロ秒のオーダーの時間内に崩壊する。アブレーション動作時、材料は、レーザ光子と準自由電子の相互作用によってイオン化されるのではなく、熱機械的な作用で侵襲的に最小限に分解される。一般的な目標は、つねにしきい値範囲内で、すなわち、つねに臨界電子密度（レーザ波長１０６４ｎｍにおいて１．０３×１０^２１電子／ｃｍ^３）以下でマイクロプラズマを発生させることである。これによって、特に、歯またはその他の組織の治療の場合のみならず、他の材料加工方法の場合にもアブレーション動作を行うことが可能になり、最大の医療的適合性および生物学的適合性が得られ、望ましくない副作用が回避される。特に、紫外線および多光子イオン化に伴う１１，６０４．５Ｋ（太陽表面の温度の２倍）以上のプラズマ温度は、組織中に存在する水分子の非イオン化を達成する目的で、完全にまたは最大限に回避するべきである。さらに、歯の治療の場合における熱的影響および機械的影響を制限することに関連して、レーザパルスのパルス長は、約１００ｆｓ〜１００ｐｓの範囲内、特に、約１０ｐｓのときに有利である。光増感剤による間接的なエネルギ入力と、ピコ秒レーザパルスの使用との新規の組合せによって、治療の生物学的適合性および医療的適合性が最大になる。特にストレス緩和に関して、ピコ秒レーザパルスでは、衝撃波などが伝わることなく、したがって痛みなしに治療を行うことができるように、光学的浸入深さ（optical penetration depth）が形成される。

【0017】

一実施形態によると、歯または組織の治療の場合、レーザパルスのエネルギ密度は、７．５Ｊ／ｃｍ^２未満の範囲に設定される。特に、レーザパルスのエネルギは、１００μＪ未満の範囲に設定することができ、組織の表面上もしくは光増感剤またはその両方における加工用レーザ光の焦点を、１μｍ〜１００μｍの範囲内の焦点径として設定することができ、特殊な光学系によって１μｍ〜５μｍの範囲を達成することが可能である。これらの数値では、プラズマ密度がつねに臨界電子密度以下となる。光増感剤の本発明による使用によって、さらに、上記の値よりも大幅に低いレーザパルスのエネルギ密度（例えば１．０Ｊ／ｃｍ^２未満）を使用して生物組織をアブレーションすることができる。すなわち、レーザパルスのエネルギが適切であるとき、焦点に関連する従来の変数を使用することが可能であり、集光光学系に関して追加のコストが不要である。しかしながら、集光がより正確に行われるならば、より小さいレーザパルスエネルギを有するレーザ光源（例えば、下流の光増幅器を使用せずレーザ発振器のみからなるレーザ光源）を使用することができる（適切な場合）。これにより、特定の状況下では、本発明の方法を実行するためのレーザ加工装置の予測される総コストを低減することができる。具体的には、市販のレーザ発振器（例えば、固体レーザ発振器、特に、ピコ秒レーザ発振器）が、レーザ光源として十分である。最大限にコンパクトなレーザ光源を提供できるようにする目的で、例えば、特にピコ秒レーザとしてのレーザダイオードまたは複数のレーザダイオードの配置（アレイ）を使用することも考えられる。

【0018】

一般的には、本発明に従って光増感剤を使用することによって、材料のアブレーションにおいて、光増感剤を使用しない場合に必要であるレーザパルスのエネルギ密度よりも相当に低いエネルギ密度を使用することができる。

【0019】

さらなる実施形態によると、材料の特定の表面領域上において適切な方法でレーザ光を走査させる目的で、一般に、加工用レーザ光を使用してこの表面領域を加工する。このとき、加工用レーザ光が実質的に長方形（いわゆるトップハット）のビームプロファイルを有するならば、さらに有利である。その場合、走査動作において、加工用レーザ光の焦点によって覆われる各部分領域に正確に１個のレーザパルスが照射されるようにすることができる。この方策は、トップハットプロファイルではない場合にも提供することができ、これは例えば、走査動作時に、それぞれがレーザパルスによって覆われる互いに隣接する部分領域が空間的に互いに重なり、重なる表面積が部分領域の表面積の半分またはそれ以外の割合よりも小さいようにすることによる。たとえ「レーザ光断面」がガウスプロファイルであっても、このようにすることで、加工用レーザ光の焦点によって覆われる部分領域に本質的に１個のみのレーザパルスが照射されるようにすることが可能である。

【0020】

さらなる実施形態によると、加工時に焦点の空間位置が領域の表面上にあるように絶え間なく制御されるようにすることができる。後からさらに詳しく説明するように、この制御は、さまざまな実施形態におけるオートフォーカスユニットによって行うことができ、遮光保護（glare protection）の役割を果たす固定要素を使用することにより、光学手段によって行われる閉ループ制御を、レーザ光が漏れることなく実行することができる。

【0021】

組織の治療用に提供されるさらなる実施形態によると、例えばコヒーレントまたは非コヒーレントな電磁放射による励起後、特定のタイプの組織（特に、損傷した組織）に接触したときに特徴的に発色する、または検出可能な別の反応を示すマーカーを、組織に塗布することによって、光増感剤を塗布する前に、加工する領域が決定されるようにすることができる。この場合、診断用の光増感剤を構成する光増感剤によってマーカーを供給することができ、アブレーションに使用される光増感剤をアブレーション用の光増感剤と称することができる。しかしながら、このマーカーは、光増感剤の特性を持たない別の市販のマーカーによって形成することもできる。対照的に、一例としてアブレーション用の光増感剤は、マーカーの特性を持たない（すなわち、さまざまなタイプの組織に接触したときに発色しない）。

【0022】

さらなる実施形態によると、最初にマーカーとして使用され、次いでアブレーションに使用される光増感剤を使用することも可能である。この方式では、光増感剤のうち後からのアブレーションのためにレーザによって照射される領域のみが、診断時に色の変化を示す、または別のタイプの対応する反応を示すことにおいて、治療を単純化することができる。言い換えれば、診断に使用される光増感剤が、後からアブレーションに使用される光増感剤と同じである。この場合、診断時の光増感剤の吸収特性は、例えば後からのアブレーション時と同じである。

【0023】

さらなる実施形態によると、損傷した組織をマークするまたは示すことを目的とする、診断に使用されるマーカーまたは光増感剤は、追加の特性を有することができる。このようなマーカーまたは光増感剤は、例えば、酸（ｐＨ）インジケータとして、もしくは、細菌、ウイルス、腫瘍細胞のうちの少なくとも１種類のインジケータとして、またはその両方としての役割を果たすことができ、すなわち、特定の反応（例えば色の変化や蛍光発光）によって、接触している組織のｐＨ値の高さ、あるいは、組織が細菌、ウイルス、腫瘍細胞の少なくとも１種類に感染している程度を示すことができる。さらに、光増感剤は、いわゆる３次元インジケータとしての役割を果たすことができるように設計することができ、すなわち、検出器上に画像化できるように光パルスを反射または逆反射することができ、光パルスが発せられてから特定の位置によって逆反射されるまでの経過時間を求めることによって、光増感剤によって覆われている表面の３次元トポグラフィを求めることができる。このような光増感剤は、損傷した組織がもはや存在せず、したがってさらなるアブレーション動作が必要ないことが同一の光増感剤によってすでに確認されている状況において、特に有利に使用することができる。以前のアブレーション動作によって形成された空洞（例えば歯の空洞）は、それ自体公知の方法においてその後に埋めるが、そのとき空洞の形状を求めなければならない。空洞の表面を覆う光増感剤を使用し、診断用レーザ光によって走査することで、受信される光パルスおよび経過時間によって空洞のトポグラフィを求めることができるならば、従来の（場合によっては）極めて高価な歯科方法に置き換えることができる。なお、このような方法は、本文書に特に説明した態様とは無関係に適用することのできる独立した発明とみなすことができ、これら独立した発明は、本出願に記載されているすべての態様および特徴と、当業者の判断において自由に組み合わせ得ることに留意されたい。

【0024】

さらなる実施形態によると、歯の治療における診断時に、マーカーまたは光増感剤を使用することなく、具体的には、組織において発生する信号の存在および（適切な場合に）その信号強度を求めることによって、加工する領域が決定されるようにすることができる。この場合、信号は、組織に照射される電磁放射の２次またはそれ以上の高調波とすることができる。電磁放射は、組織の表面におけるエネルギ密度が、組織を加工するのに要求されるエネルギ密度よりも小さい診断用レーザ光の電磁放射とすることができる。加工用レーザ光および診断用レーザ光は、同一のレーザ光源によって発生させることができる。特に、損傷していない歯の材料と、う蝕歯の材料とを区別する目的で、赤外領域においてＬＩＢＳ（レーザ誘起プラズマ分光）法を用いて、診断用レーザ光によって組織を活性化することができ、この場合、２次高調波の後方散乱信号は健康な組織（例えば、再石灰化可能なコラーゲン繊維）を示し、このような信号が存在しなければ、う蝕歯の材料（すなわち不可逆的に損傷した（再石灰化不能な）コラーゲン繊維）を示す。組織の領域を診断用レーザ光によって走査し、後方散乱した２次高調波のデータを検出および格納することができ、領域のうち加工用レーザ光によって加工またはアブレーションを行う部分を、これらのデータを使用して決定することが可能である。

【0025】

別の実施形態によると、医療の場合、コンピュータ制御によって加工方法が実行されるようにすることができ、具体的には、加工中、測定される紫外線の関数としてレーザパラメータがオンライン制御されるようにすることができる。一例として、この場合には皮膚科に関連する紫外線指数をしきい値基準として使用することができ、すなわち、紫外線指数の所定のしきい値より高い場合、紫外線指数がそのしきい値を再び下回るまでレーザ出力を自動的に下げる。さらには、他の状況または著しい変化が起きた場合の予防措置として、レーザ光が短時間または永続的に遮断されるようにすることもできる。この措置が考えられるのは、一例として、治療時間が想定される最大時間を超えた場合や、一箇所に放射されたパルスが多すぎるものと判断される場合、レーザが不安定であると判断された場合、あるいは装置において他の不具合が起きた場合である。

【0026】

さらなる実施形態によると、（医療以外の）被加工物の場合、実際の加工を行う（すなわち、加工する領域に加工用レーザ光を照射する）前に、診断の処理が行われるようにすることができ、例えば、被加工物の領域の材料のタイプを調べる診断の後、加工用レーザ光をオンにする、またはオンにしない。この場合、一例として、被加工物の領域に導くことのできる診断用レーザ光を使用することもできる。診断用レーザ光は、加工用レーザ光と同一のレーザ光源から発せられるが、加工またはアブレーションには使用できない平均強度を有する。被加工物から戻った放射（例えば、反射した放射、蛍光放射、熱放射、高次高調波、その他）を検出して評価することができ、その評価から材料のタイプを判断することができる。

【0027】

本発明の第２の態様によると、材料加工方法であって、加工モードにおいてパルスレーザ光が出射され、材料の加工される領域が、加工用パルスレーザ光によって照射され、加工される領域の周囲から放出される電磁放射が検出され、検出された電磁放射に応じてパルスレーザ光が設定される、方法、を開示する。

【0028】

一実施形態によると、電磁放射は紫外線とすることができ、なぜなら、紫外線のスペクトル範囲は、生物学的な耐性に関して最も妥当であるためである。しかしながら、別のスペクトル範囲、例えば赤外波長域の電磁放射を検出することも可能であり、なぜなら、ＩＲ−ＡおよびＩＲ−Ｂの赤外線量の特定のしきい値を超えると、健康への有害な影響が存在しうるためである。この影響は、一般には線量に必ず依存するため、電磁スペクトルのさらなる波長域についてもあてはまる。

【0029】

一実施形態によると、電磁放射は、少なくとも１個の適切な検出器によって検出することができる。したがって、紫外線の場合には、１個または複数の紫外線検出器を設ける必要がある。加工中、複数の紫外線検出器を使用して、検出される紫外線の強度、波長、および紫外線指数を求めることができる。

【0030】

さらなる実施形態によると、少なくとも１個の紫外線ダイオードによって供給される信号を評価する場合、検出された紫外線が、所定の基準に対して高すぎる、または特定のしきい値を超えることが判明した場合に、加工用レーザ光の少なくとも１個のパラメータを修正することによって、加工手順をオンラインで制御することができる。修正する加工用レーザ光のパラメータは、一例として、パルスピーク強度、パルス幅、繰り返し周波数、バースト内のパルス数、または他の適切なパラメータ、またはこれらのうちの複数のパラメータとすることができる。少なくとも１個の紫外線検出器の信号が、検出される紫外線が再び許容範囲内にあることを示すまで、少なくとも１個のパラメータを修正する。

【0031】

本発明の第３の態様によると、材料加工の方法であって、加工モードにおいてパルスレーザ光が出射され、材料の加工される領域が加工用パルスレーザ光によって照射され、以下の条件、すなわち、加工用レーザ光によって生成されるプラズマの温度が、１ｅＶに対応する１１６０４．５Ｋを超えないこと、および、加工用レーザ光の交流電磁界中の電子の平均振動エネルギが０．０２１ｅＶ未満であること、のうちの少なくとも一方が満たされるように、パルスレーザ光が設定される、方法、を開示する。

【0032】

第３の態様によるこのような方法は、第１の態様および第２の態様による上述した方法と組み合わせることができる。第２の態様による方法と組み合わせるときには、例えば、加工方法を開始する前に計算が行われるようにすることができ、この計算の目的は、加工用レーザ光の適切なパラメータとして、プラズマ温度および平均振動エネルギに関する上記の条件を達成できる、または達成するものと予測されるパラメータを、加工する材料の関連するパラメータを使用して確立することである。加工動作の実行中、第２の態様に従って電磁放射（例えば紫外線）を調べ、加工用レーザ光は、電磁放射の関数として絶え間なく再調整され、したがって、検出される電磁放射が所定の特定のしきい値を超えない。

【0033】

本発明のさらなる態様によると、第１の態様による方法に従って材料を加工するレーザ加工装置であって、加工用パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、材料の加工される領域の方向にレーザ光をデカップリングするレーザ光アライメントユニットと、材料の加工される領域を囲む部分の方向に光増感剤を出力する出力装置であって、特に、レーザ光アライメントユニットに接続されている、出力装置と、を備えている、レーザ加工装置、を開示する。

【0034】

本レーザ加工装置の一実施形態によると、レーザ光源は、さらなる増幅なしに出力パルスをアライメントユニットに供給することのできるレーザ発振器によって形成することができ、したがって、すでに上述したように、レーザ光源を高い費用効果で設計することができる。この場合、要求されるエネルギ密度に達することができるように、レーザ光をより正確に集光させる必要がある。しかしながら、レーザ発振器と、レーザパルスの光増幅器とからなるレーザ光源を使用することも可能であり、この場合、従来の集光で十分である。

【0035】

本レーザ加工装置の一実施形態によると、レーザパルスの波長および光増感剤は、加工用レーザ光の少なくとも一部分が光増感剤において単光子吸収によって吸収され、吸収が光増感剤の吸収極大の近傍であるように、選択する。

【0036】

本レーザ加工装置の一実施形態によると、レーザパルスの波長および光増感剤は、加工用レーザ光の少なくとも一部分が光増感剤においてＮ個の光子吸収（Ｎ≧２）によって吸収され、吸収が光増感剤の吸収極大の近傍であるように、選択する。

【0037】

一実施形態によると、レーザパルスは、１００ｆｓ〜１ｎｓの範囲における半値全幅を有し、この範囲は、漸増の中間値それぞれも含んでおり、増分値は１００ｆｓである。

【0038】

一実施形態によると、レーザパルスの波長は、１００ｎｍ〜１０．６μｍの範囲内にあり、この範囲は、漸増の中間値それぞれも含んでおり、増分値は１００ｎｍである。したがって、この範囲は、例えば、波長が赤外波長域にあるＥｒ：ＹＳＧＧレーザの出力波長（λ＝２．７μｍ）またはＥｒ：ＹＡＧレーザの出力波長（λ＝２．９４μｍ）、またはＣＯ２レーザ（出力波長は１０．６μｍ）も含んでいる。適切な既存の光増感剤または今後開発される光増感剤と組み合わされるとき、上に指定した範囲内のすべての波長が考えられる。

【0039】

一実施形態によると、加工する組織の表面上もしくは光増感剤またはその両方におけるレーザパルスのエネルギ密度は、７．５Ｊ／ｃｍ^２未満の範囲にある。光増感剤の選択によっては、１．０Ｊ／ｃｍ^２またはそれ以下のエネルギ密度で十分なことがある。

【0040】

一実施形態によると、レーザパルスのエネルギは、１００μＪ未満の範囲にあり、特に、組織の表面上の加工用レーザ光の焦点は、１μｍ〜１００μｍの範囲内の焦点径として設定される。特殊な光学系を使用することで、１μｍ〜５μｍの範囲を達成することができる。

【0041】

一実施形態によると、レーザパルスの繰り返し周波数は、１Ｈｚ〜１０ＭＨｚの範囲内に設定される。

【0042】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、歯の材料、特にう蝕歯の材料をアブレーションまたは除去するための歯科用レーザ加工装置として設計されている。

【0043】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、レーザ光アライメントユニットに結合されている固定手段であって、加工する材料の部分を基準にして、レーザ光アライメントユニットの遠位端部を空間的に固定する、固定手段、をさらに備えている。

【0044】

一実施形態によると、レーザハンドピースはアタッチメントを備えており、このアタッチメントは、固定手段としての役割を果たすのみならず、適切な場合、統合されている吸引流路システムと協働して、さまざまなプロセスガスを供給してさまざまな化学組成物もしくはさまざまな圧力条件またはその両方を生成することが可能であるように、加工する領域を囲む。組織または歯の治療の場合、例えば水銀（例えばアマルガム充填材として）をアブレーションして吸い出すことができる。

【0045】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、加工用パルスレーザ光の実質的に長方形のビームプロファイルを整形するビーム整形ユニット、をさらに備えている。

【0046】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、材料の領域を、加工用レーザ光または（適切な場合に）診断用レーザ光によって走査する走査ユニット、をさらに備えている。この場合、走査ユニットは、特に、加工用レーザ光の焦点によって覆われる部分領域に正確に１個のレーザパルスが照射されるように、設計することができる。例えば、１個のレーザパルスによって覆われる互いに隣接する部分領域それぞれが空間的に互いに重なり、重なる表面積が部分領域の半分よりも小さいように、走査ユニットを設計することができる。

【0047】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、材料の表面における焦点の空間位置を一定に保つオートフォーカスユニットをさらに備えている。

【0048】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、材料において、または材料を囲む部分において発生する信号の存在と（適切な場合に）この信号の強度とを検出する検出ユニット、をさらに備えている。検出ユニットは、例えば、材料に照射される電磁放射の２次またはそれ以上の高調波を検出するように設計されている光センサを有することができる。電磁放射は、加工用レーザ光のような同一のレーザ光源によって生成される診断用レーザ光の電磁放射とすることができ、または、インコヒーレントであり、特に連続的に発光する光源（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ））の電磁放射とすることができる。

【0049】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、レーザ光源を加工モードまたは診断モードに設定するように設計されている制御ユニットを有することができ、加工モードでは、加工用パルスレーザ光が生成され、診断モードでは、材料の表面上のエネルギ密度が、材料を加工するのに要求されるエネルギ密度よりも小さい診断用レーザ光が生成される。診断用レーザ光は、原理的には、加工用レーザ光と同じレーザ光とすることができ、エネルギ密度が加工に要求されるエネルギ密度よりも小さいように、加工用レーザ光のエネルギが制御ユニットによって単に変更される。適切な場合、エネルギの代わりに、またはエネルギに加えて、エネルギ密度が低くなるようにフォーカシングを変更することも可能である。この場合、診断モードの目的は、どの材料を加工するかを決定することである。

【0050】

一実施形態によると、レーザ光アライメントユニットをハンドピースの形で形成することができ、この場合、光増感剤を出力する出力装置の少なくとも一部分をハンドピースの内側に配置することが可能であり、特に、ノズルを有する供給ラインの一端をハンドピース内に配置することができる。走査ユニットもしくはオートフォーカスユニットまたはその両方を、ハンドピースの内側に配置することもできる。

【0051】

一実施形態によると、レーザ加工装置は、マーカーを出力するさらなる出力装置をさらに備えており、特に、このさらなる出力装置の一部を、同様にハンドピースの内側に配置することが可能である。

【0052】

一実施形態によると、レーザパルスは、１００ｆｓ〜１ｎｓの範囲における半値全幅を有し、この範囲は、漸増の中間値それぞれも含んでおり、増分値は１００ｆｓである。

【0053】

本発明のさらなる態様によると、第２の態様による方法に従って材料を加工するレーザ加工装置であって、加工用パルスレーザ光を出射するレーザ光源と、材料の加工される領域の方向にレーザ光をデカップリングするレーザ光アライメントユニットと、加工される領域の周囲部分から放出される紫外線を検出する紫外線検出器と、を備えている、レーザ加工装置、を開示する。

【0054】

さらなる実施形態は、本発明の第１の態様に関連して上述した特徴を、本発明のさらなる態様に適用することによって提供することができる。

【0055】

以下では、本発明について、さらなる実施形態の形で、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】レーザ加工装置の実施形態の概略図である。

【図2】レーザ加工装置のさらなる実施形態の概略図である。

【図3】レーザ光アライメントユニットの実施形態の概略図である。

【図4】レーザ光アライメントユニットの実施形態の概略図である。

【図5】レーザ光アライメントユニットの実施形態の概略図である。

【図6】レーザ光アライメントユニットの実施形態の概略図である。

【図7】レーザ光アライメントユニットの実施形態の概略的な側面図（Ａ）および部分横断面図（Ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0057】

図１は、第１の態様によるレーザ加工装置の一般的な実施形態の概略図であり、寸法比は正しい縮尺ではない。レーザ加工装置１００は、加工用パルスレーザ光５０を放出するレーザ光源１を有する。加工用レーザ光５０は、加工する被加工物４に集光される。適切な場合、光偏向ユニット３（例えば、ミラー、複数のミラーからなるミラーシステム、走査装置、偏向プリズム）によって、加工用レーザ光を手前で偏向させることができる。被加工物４は、冒頭部に記載したように任意の望ましい材料からなることができる。この場合、被加工物４は、患者の歯、あるいは別の生物組織とすることもできる。

【0058】

この場合、レーザ光源１は、パルス幅が１００ｆｓ〜１ｎｓの範囲内でありパルスあたりエネルギが１００μＪ未満であるように、レーザパルスを生成するようにすることができる。レーザ光の集光は、被加工物４の表面における加工用レーザ光５０の焦点が１μｍ〜１００μｍの範囲内の焦点径を有するように、設定することができる。

【0059】

さらに、レーザ光源１は、１Ｈｚ〜１０ＭＨｚの範囲内の繰り返し周波数のレーザパルスを放出するようにすることができる。

【0060】

レーザ加工装置１００は、被加工物４の加工される領域を囲む部分の方向に光増感剤を出力する出力装置５をさらに有する。出力装置５は、図示したように、光増感剤を蓄えている貯蔵室５Ａと、貯蔵室５Ａに接続されている供給ライン５Ｂとを含んでいることができる。光増感剤としては、例えばエリトロシンを使用することができ、エリトロシンは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（１０６４ｎｍ）のレーザ光の２光子吸収によって、またはＮｄ：ＹＡＧレーザ（５３２ｎｍ）の２倍周波数成分の単光子吸収によって、効率的に励起させることができる。さらなる光増感剤としては、一例として、メチレンブルー、Ｐｈｏｔｏｆｒｉｎ（登録商標）、有機金属デンドリマが挙げられる。さらには、専門家による関連する文献に記載されているあらゆる光増感剤、および今後に開発される光増感剤も、これに含まれ、この場合、光増感剤の吸収極大を、レーザの波長に、または少なくともレーザ波長付近に合わせる必要がつねにある。本文書の意味においては、生化学的な発色団を光増感剤とすることもできる。光増感剤という用語の定義として、技術的な意味では光増感剤ではないが、特定の物理条件下および化学条件下で光増感剤に特有の特性を示すことのできる物質も含まれるものとする。このような物質としては、原理的には、例えば任意の気体、気体混合物（空気）、エアロゾルが挙げられるが、これらの物質は、いずれも特定の物理条件および化学条件下でのみ光増感剤の特性を示すことに留意されたい。上記の定義によると、基板に塗布されたときに負の電荷を帯びている光増感剤、すなわち非励起状態においてすでに自由電荷キャリアとして機能する光増感剤、または自由電荷キャリアを含んでいる光増感剤を使用することも可能であり、これらの自由電荷キャリアは、後のアブレーション時に、吸収によって生成される自由電荷キャリアに追加される形で貢献することができる。上記の定義によると、小さなイオン（例えば空気イオン）のクラスタとして塗布される光増感剤を利用することも可能である。このような光増感剤も、初期状態（すなわち非励起状態）において、後からのアブレーション工程において支援的に作用し得る自由電荷キャリアをすでに有する。

【0061】

レーザ加工装置１００は、被加工物４の加工される領域の方向にレーザ光５０をアライメントするレーザ光アライメントユニット６をさらに有する。図示した例示的な実施形態においては、アライメントユニット６は、偏向ユニット３を含んでおり、さらに、出力装置５の供給ライン５Ｂに接続されており、したがって、アライメントユニット６の遠位端部において供給ライン５Ｂから光増感剤が放出され、被加工物４の望ましい領域に望ましい様式で塗布することができる。

【0062】

図２は、レーザ加工装置のさらなる実施形態の概略図であり、寸法比は正しい縮尺ではない。図２に示したレーザ加工装置２００の実施形態は、加工用パルスレーザ光５０を放出するレーザ光源１０を備えている。図示した例示的な実施形態においては、レーザ光源１０はＮｄ：ＹＡＧレーザであり、過渡増幅器または再生増幅器に接続されており、波長１０６４ｎｍのレーザパルスを放出する。この場合、別のレーザ光源（例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザまたはＮｄ：ＧｄＶＯ_４レーザ、あるいは別のＮｄドープレーザ結晶を含んでいるレーザ）を使用することも可能である。同様に、短パルスのＹｂドープレーザ（例えばＹｂ：ＹＡＧレーザまたはＹｂ：ＫＹＷレーザ）を使用することができる。レーザパルスのパルス幅は１０ｐｓであり、レーザパルスの繰り返し周波数は１Ｈｚから１０ＭＨｚの範囲内にある。レーザパルスのエネルギは４０μＪである。繰り返し周波数が１００ｋＨｚのとき、平均放射出力は４Ｗである。

【0063】

原理的には、レーザ光源として任意の他のレーザを利用することが可能である。一例として、原理的には、ダイオードレーザ、または（適切な場合に）特にコンパクトにハンドピースに収容できるダイオードレーザアレイによって、レーザ光源を設けることもできる。特に、レーザ光源の出力パルスは、さらなる光増幅を行わずに使用することができ、すなわち、出力パルスをハンドピースまたはアライメントユニットに送ることができる。

【0064】

図２に示した実施形態の場合、レーザ光源１０によって放出された加工用レーザ光５０は、そのままのプロファイルの状態で、光偏向ユニット６０（加工用レーザ光５０の波長に対してのみ偏向ユニットとして機能する）に当たり、したがって、加工用レーザ光５０は約９０°偏向する。

【0065】

加工用レーザ光５０の光路上には、続いてビーム整形ユニット３０が配置されており、このユニット３０によって長方形またはトップハットのビームプロファイルが形成される。

【0066】

次いで、加工用レーザ光５０は、ハンドピースとして設計されているレーザ光アライメントユニット７０に入る。アライメントユニット７０は、その入力側部分に、オートフォーカスユニット２０の一部であるレンズ２を含んでいる。オートフォーカスユニット２０は、レンズ２によって形成される焦点がつねに被加工物４の加工面の平面内に位置するようにする手段（それ自体公知である）を採用している。特に、オートフォーカスユニット２０は光センサ装置と相互作用することができ、光センサ装置は、被加工物４０の表面によって逆反射される光を評価して、表面が依然としてレーザ光の焦点に位置しているかを判定する。その時点で、被加工物４０の表面が再びレーザ光の焦点に入るように適切な方策をとる目的で、オートフォーカスユニット２０に制御信号が送信される。この方策として、例えば、レンズ２をレーザ光５０の伝搬経路に沿って前後に動かすことができる。この動作は、レンズ２が取り付けられているキャリッジに結合されている高速ステップモータによって行うことができる。しかしながら、レンズ２を、その屈折力を変化させ得るように設計することもできる。

【0067】

図２の実施形態によると、レンズ２は、被加工物４０の表面に焦点径４０μｍで焦点を結ぶように配置されている。歯の治療の場合、レーザパルスのパルスエネルギの上述した値を使用したとき、このような配置によって３．１８Ｊ／ｃｍ^２のエネルギ密度が得られ、これは有利であり、結果として、パルスピーク強度は３．１８×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２である。この強度は、光量子束密度１．１８×１０^３０光子／ｃｍ^２・ｓに相当する。交流電磁界の電界強度は１．５５×１０^７Ｖ／ｃｍであり、交流電磁界中の電子の平均振動エネルギは０．０２１ｅＶである。これは、一般的な化学結合エネルギよりも２桁小さく、すなわち、レーザ場は原子結合力と直接競合するほど強くはない。

【0068】

ビーム整形ユニット３０は、レンズ２の下流の光路上に配置する、すなわち特にハンドピース７０の中に配置することもできる。さらに、オートフォーカスユニット２０とビーム整形ユニット３０、特に、レンズ２とビーム整形ユニット３０とを組み合わせて、共通の光学要素を形成することもできる。

【0069】

アライメントユニット７０のさらなる領域には走査ユニット８０が配置されており、この走査ユニット８０によって、被加工物４０の表面のうち加工する特定の領域上において、それ自体公知の方法で（例えば、対向する２枚の振動ミラーによって）加工用レーザ光５０または診断用レーザ光を走査させることができる。次いで、加工用レーザ光５０または診断用レーザ光は、さらなる偏向ユニット９０（例えば偏向プリズムあるいは反射ミラー）によって被加工物４０の方向に偏向される。

【0070】

したがって、この実施形態においては、走査ユニット８０はハンドピース内に配置されている。しかしながら、別の実施形態として、走査ユニットが、ハンドピースの上流の光路上に配置されている、すなわち、特にハンドピースの上流の光学装置の連接型ミラーアーム（articulated mirror arm）の中、または連接型ミラーアームの入力位置に配置されている実施形態も考えられる。

【0071】

ハンドピースとして設計されているアライメントユニット７０は、加工時、手操作またはロボットによって保持し、加工する被加工物４０の上に導くことができる。このタイプの操作を容易にする、特に、アライメントユニット７０の遠位端部の位置およびアライメントを、加工する被加工物４０に対して一定に維持する目的で、アライメントユニット７０の遠位端部に漏斗形状のアタッチメント１５０が取り付けられている。このアタッチメントは、固定要素の機能を有することができ、加工時に被加工物４０に適切に固定することができ、これについては図３〜図７の実施形態を参照しながら後から詳しく説明する。このタイプの固定は、医療の場合に、したがって被加工物４０が例えば患者の歯であるときに行うことが好ましい。この場合、治療する医者は、固定する前に、歯が口腔の他の部位から隔てられるように、あらかじめ歯の周囲にラバーダムまたはストレッチラバー（stretch rubber）をさらに配置することができる。

【0072】

被加工物４０の（医療以外の）加工の場合にも、固定要素１５０を設けることができる。この固定要素は、例えば、望ましい雰囲気を形成するため、被加工物の加工される領域に光増感剤に加えて特定のプロセスガスを供給したり、アブレーションされた材料を吸い出す役割を果たすことができる。

【0073】

アタッチメントまたは固定要素１５０は、それ自身で、または組み合わせて、さらなる機能または特性を備えることもできる。アタッチメントまたは固定要素１５０は、有効な遮光部としての役割を果たすことができ、なぜなら、加工時、作業はつねにプラズマしきい値（plasma threshold）付近で行われ、このことは、強い光が発生することと合わせて、一般には動作時に操作者に悪影響を与えうるためである。さらに、アタッチメントまたは固定要素１５０は、プラズマ中に発生する紫外光を紫外線検出器に効率的に導くことができるように、その内壁が適切に設計されているならば、紫外線反射器としての役割を果たすことができる。さらには、アタッチメントまたは固定要素１５０は、自由電子、イオン、ラジカルのうちの少なくとも１種類の吸収体として機能するように具体化することができ、これは、この点においても最高レベルのバイオセーフティを確保するためである。さらには、アタッチメントまたは固定要素１５０は、任意の基部に固定するための最適な柔軟性が提供されるように、可撓性かつ適合可能な材料（例えばシリコーン）から製造することができる。さらには、アタッチメントまたは固定要素１５０は、二重壁として具体化することができ、アブレーションされた材料（レーザスモーク）を吸い出すため、または固定された状態において真空を発生させるため、中間空間に流路が配置されている。この二重壁は、平たく平面状の外壁と、流路を形成するための適切な孔を有する内壁の形をとることができる。

【0074】

レーザ加工装置２００は、被加工物４０の加工される領域の周囲部分の方向に光増感剤を出力する出力装置２５をさらに有する。出力装置２５は、貯蔵室２５Ａと供給ホース２５Ｂとを含んでおり、供給ホース２５Ｂは、貯蔵室２５Ａに接続されており、アライメントユニット７０の中に通じており、アライメントユニット７０の内側を固定要素１５０の中までガイドされている。

【0075】

被加工物４０の表面の加工領域、または加工領域を囲む部分において発生する光信号または音響信号を検出し、診断目的に使用することができる。光信号は、すでに上述したように、例えば歯の治療の場合、特にう歯の診断の場合、加工する対象である歯の材料に作用する電磁放射の２次高調波（ＳＨＧ、２次高調波発生）または３次以上の高調波に基づく。以下では、図２に示した例示的な実施形態について、ＳＨＧ信号を検出する場合を想定して説明する。

【0076】

この種類の診断においては、レーザ光源１０は、診断用レーザ光が放出される診断モードに設定され、診断用レーザ光では加工を行うことができないように、診断用レーザ光のエネルギまたはエネルギ密度は、アブレーションまたはプラズマ形成時のしきい値よりも低い。診断用レーザ光（加工用レーザ光と同様にパルス状である）は、歯の加工される表面領域に含まれる歯の材料が健康であるかう歯であるかを調べるために使用されることを目的としている。健康な歯の材料からは、う蝕歯の材料よりも強いＳＨＧ信号が供給される。歯の表面においてこのように発生する２倍周波数光の少なくとも一部分は、上述したように、加工用レーザ光の光路を逆方向に進行し、したがって偏向ユニット９０によって偏向され、走査ユニット８０と、レンズ２を有するオートフォーカスユニット２０とを通過し、最終的にビームスプリッタ６０に当たる。しかしながら、ビームスプリッタ６０は、ＳＨＧ信号の波長に対して透過性であり、したがって、２倍周波数光を光検出装置１１０に送ることができる。光検出装置１１０は、ＳＨＧ光の強度を測定する単純な光検出器として設けることができる。より複雑なシステム（例えば、分光計、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳイメージセンサ）を、光検出装置１１０として使用することもできる。このような光検出装置は、すでに前述したように、例えばオートフォーカスユニット２０と適切な方法で協働する目的を同時に果たすことができる。

【0077】

同様に、偏向ユニット９０の設計として、歯の表面において発生する２倍周波数光を透過させ、偏向ユニット９０の下流に位置するガラス繊維を利用して例えば光検出装置１１０まで送るようにすることができる。これにより、２倍周波数光をガイドするための光学経路のコストが減少し、なぜなら、光学系８０，２０，６０，２を複数の波長用に設計する必要がなく、場合によってはコーティングも必要ないためである。２倍周波数光をより効率的に結合する目的で、２倍周波数光をガラス繊維上に集光する光学系を、偏向ユニット９０とガラス繊維との間に挿入することができる。光学系は、微小光学系の形で設計することができる。

【0078】

光検出装置１１０によって求められたＳＨＧ光の値は、信号１１５に変換され、一体化された評価・制御ユニット１２０に送られる。評価・制御ユニット１２０は、この実施形態では、コンピュータシステムとすることも可能である。しかしながら、原理的には、他のあらゆる制御・調整システム、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、マイクロコントローラ、アナログ制御ループも可能である。

【0079】

レーザ光源１０は、自身の動作状態に関するデータを含んだ信号を評価・制御ユニット１２０に供給することができる。評価・制御ユニット１２０は、光検出装置１１０によって送信された信号１１５の関数として、レーザ光源１０に供給される制御信号を出力し、この制御信号は、例えば、レーザ光源１０をスタンバイモードから動作モードに切り替える。

【0080】

図２に示した実施形態は、特に、動作モードとして「オフ」（スタンバイモード）、「診断」、および「治療」（加工）の間で切り替えることのできるレーザ光源１０を備えている。この実施形態においては、レーザ光源１０は、「治療」モード時の加工用レーザ光と、変更された条件下で「診断」モード時の診断用レーザ光の両方を放出する。診断モードと治療モードの本質的な違いは、歯の表面に印加されるパルスピーク強度（単位：Ｗ／ｃｍ２）である。診断モードにおいては、エネルギ密度が高い信頼性でアブレーションしきい値より低くなければならないが、治療モードにおいてはアブレーションしきい値より高い。

【0081】

上述した診断モードにおいては、例えば、歯４０の特定の表面領域を診断用レーザ光によって走査することが可能であり、後方散乱したＳＨＧ信号を受信して評価することができる。この走査に基づいて、表面領域のある程度のマップを作成することができ、加工またはアブレーションする表面部分が識別される。診断モードの実行後、評価・制御ユニット１２０が出力装置２５に信号を供給し、その時点で、出力装置２５は、供給流路２５Ｂと、その端部に取り付けられている制御可能なノズルとによって、歯の表面のアブレーションする領域に光増感剤を塗布する。

【0082】

（医療以外の）被加工物を加工する場合にも、診断は、診断用レーザ光によって発生する後方散乱信号を受信、評価することによって、同様に行うことができる。この後方散乱信号は、ＳＨＧ信号に加えて、反射信号、蛍光信号、熱的信号とすることもできる。しかしながら、この代替形態として、被加工物の表面を純粋に光学的に調べ、オプションとして画像認識法を利用して、被加工物の特定の表面領域を加工用レーザ光によって加工するか否かを決定することもできる。

【0083】

図３は、診断のためのさらなる例示的な実施形態を説明する目的で、ハンドピースの形でのアライメントユニット７０を断面図として示している。この例示的な実施形態においては、加工しない材料と加工する材料の区別は、光信号（例えばＳＨＧ信号）を利用してではなく、加工する材料に接触したときに特徴的に発色するマーカーを利用して行う。このマーカーは、さらなる供給ライン７２（同様にハンドピースの内側に延びている）によって被加工物に供給することができる。被加工物の表面のうち加工する領域を（好ましくは光学的に記録した後に画像を評価することによって）確定した後、光増感剤（供給ライン７１を介して被加工物に供給される）をこれらの領域に塗布し、次いで、その領域を加工用レーザ光５０によって加工またはアブレーションすることができる。したがって、この実施形態においては、診断用レーザ光が不要であるのみならず、レーザ光源を切り替える機能と、光信号（例えばＳＨＧ信号）の検出も同様に必要ない。制御およびアライメントすることのできるノズル７１．１，７２．１を、２本の供給ライン７１，７２に接続することが可能であり、これらのノズルを利用して被加工物の表面に向けてマーカーおよび光増感剤を放出することによって塗布することができる。歯の治療の場合、マーカーを使用して、例えば、健康な歯の材料（加工しない）とう蝕歯の材料（加工する）とを視覚的に区別することができる。

【0084】

レーザ光アライメントユニットの図３に示した実施形態は、独立した発明と考えることができる。このレーザ光アライメントユニットは、ハンドピース７０と、加工用レーザ光５０もしくは適切な場合に診断用レーザ光またはその両方を偏向させる偏向ユニット９０と、加工される材料の周囲領域にハンドピース７０を固定するアタッチメント２５０と、を有する。ハンドピース７０は、自身の内部に延びている供給ライン７１によって光増感剤を塗布することと、適切な場合、さらなる供給ライン７２によって、加工または診断する被加工物の領域にマーカーを塗布することが可能であるように、設計されている。この独立した発明は、本出願に記載されている他の実施形態のいずれかと組み合わせる、もしくは、本出願に記載されている１つまたは複数の特徴を備えるように発展させる、またはその両方を行うことができる。このことは、上述したようにレーザ光アライメントユニットを含んでいるレーザ加工装置などの主ユニットについても同様である。

【0085】

図４は、さらなる例示的な実施形態を説明する目的で、ハンドピースの形でのアライメントユニット７０を断面図として示している。この例示的な実施形態の場合、ハンドピース７０の内側に少なくとも１個のレーザダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）７３が配置されている。図４に示したように、複数のＬＥＤ７３を配置することも可能である。アタッチメント２５０がまだ固定されていない状態においては、これらのＬＥＤ７３を使用して被加工物を照らすことができ、これにより特に、アタッチメント２５０を、被加工物４０の治療する表面領域に対して最適に配置することができる。さらに、ＬＥＤ７３は、被加工物４０の治療する表面に塗布されるマーカーを励起する目的を達成することができ、したがって、治療する領域において被加工物が特徴的に発色する。このようにマーカーによって生成される画像を、加工用レーザ光５０の結合に使用される光学系によって検出し、評価することができる。次のステップにおいて、この評価に基づいて、加工またはアブレーションする領域に光増感剤を塗布することができる。ＬＥＤ７３は、図示したように、例えばハンドピース７０の水平端部に配置することができ、空間的に例えば円形に配置することができ、したがって、できる限り均一かつ回転対称的に照らすことが可能である。ＬＥＤ７３は、ハンドピース７０の内側にガイドされておりＬＥＤ７３に電力を供給する給電線（図示していない）に接続されている。ＬＥＤ７３は、単色とする、すなわち、準単色ＬＥＤ（例えば、赤色光を発するＬＥＤ）とすることができる。しかしながら、白色光を使用することも可能であってこれは有利であり、なぜなら、第一に、それによって被加工物がより効果的に照らされ、第二に、場合によっては、さまざまな波長によって励起できる選択可能なマーカーが増えるためである。１個または複数の白色ＬＥＤと、１個の赤色発光レーザダイオードとを、例えばポインタ（pointers）として使用することができる。

【0086】

レーザ光アライメントユニットの図４に示した実施形態は、独立した発明と考えることができる。このレーザ光アライメントユニットは、ハンドピース７０と、加工用レーザ光５０もしくは（適切な場合に）診断用レーザ光またはその両方を偏向させる偏向ユニット９０と、加工される材料の周囲領域にハンドピース７０を固定するアタッチメント２５０と、照明、もしくは、マーカーまたは光増感剤の励起、またはその両方のための少なくとも１個のＬＥＤ７３と、を有する。この独立した発明は、本出願に記載されている他の実施形態のいずれかと組み合わせる、もしくは、本出願に記載されている１つまたは複数の特徴を備えるように発展させる、またはその両方を行うことができる。このことは、上述したようにレーザ光アライメントユニットを含んでいるレーザ加工装置などの主ユニットについても同様である。

【0087】

図５は、第２の態様によるレーザ加工装置のさらなる一般的な実施形態の概略図であり、寸法比は正しい縮尺ではない。レーザ加工装置３００は、加工用パルスレーザ光５０を放出するレーザ光源１を有する。加工用レーザ光５０は、加工する被加工物４に集光される。適切な場合、光学偏向ユニット３（例えば、ミラー、複数のミラーからなるミラーシステム、走査装置、偏向プリズム）によって、加工用レーザ光５０を手前で偏向させることができる。被加工物４は、冒頭部に記載したように任意の望ましい材料からなることができる。この場合、患者の歯、あるいは別の生物組織とすることもできる。レーザ加工装置３００は、紫外線検出器８をさらに有し、加工用レーザ光５０による加工時、加工される被加工物４によって発生する紫外線を紫外線検出器８によって検出することができる。紫外線検出器８は、評価・制御ユニット（図示していない）に結合することができ、評価・制御ユニットはレーザ光源１に結合されている。紫外線検出器８の信号を評価・制御ユニットにおいて評価し、レーザ光源１によって放出されるレーザ光を修正するか、およびどのように修正するかを決定する。

【0088】

特に、紫外線の複数の異なる特性を求めるときに、１個のみの紫外線検出器の使用ではそれを容易には行うことができない場合、１個の紫外線検出器８の代わりに複数の紫外線検出器を使用することもできる。したがって、例えば、第１の紫外線検出器を使用して紫外線量を求め、第２の紫外線検出器を使用してスペクトル範囲または波長を求め、第３の紫外線検出器を使用して皮膚科に関連する紫外線指数（dermatological UV index）を求めることが可能である。個々の紫外線検出器、またはすべての紫外線検出器を、高速または超高速の紫外線検出器、具体的にはピコ秒オーダーの応答時間を有する紫外線検出器として、具体化することができる。

【0089】

レーザ加工装置３００は、被加工物４の加工される領域の方向にレーザ光５０をアライメントするレーザ光アライメントユニット６をさらに有することができる。アライメントユニット６は、図示した例示的な実施形態においては偏向ユニット３を含んでおり、さらには、本出願に示したアライメントユニットの実施形態のように具体化することができる。具体的には、アライメントユニット６は、その内壁に紫外線反射コーティングを有することができる。このコーティングは、加工位置において発生した紫外線を紫外線検出器８の方向に効率的に導くために使用することができる。さらに、コーティングは、自由イオン、電子、ラジカルのうちの少なくとも１種類の吸収体としての役割を果たすことができるように、設計することができる。ミラー３は、加工用レーザ光５０を反射するが測定する紫外線を透過させるようにコーティングすることもできる。その場合、検出器８をミラー３の後ろに配置することができる。

【0090】

図６は、さらなる例示的な実施形態を説明する目的で、ハンドピースの形でのアライメントユニット７０を断面図として示している。この例示的な実施形態においては、ハンドピース７０にアタッチメント３５０が設けられており、アタッチメント３５０の機能は、ハンドピース７０を固定するのみならず、被加工物４０の治療する表面領域を、アタッチメント３５０の下縁部に取り付けられているシール３５０．１によって密閉することである（単に概略的に示すことを目的としており技術的には必ずしも正確ではない）。このように密閉状態に固定する１つの目的は、被加工物４０の治療する表面領域を囲む隣接範囲を、どのような場合にも周囲領域から最大限に（具体的には空気およびガスが漏れないように）密封することである。このタイプの密閉状態の固定によって、特に歯の治療の場合に、以下の例示的な実施形態で説明するように、さまざまな方法で加工を最適化することが可能になる。例えば、ハンドピース７０の内側に吸引装置を設けることが可能であり、外側が密封状態に固定されているため、この吸引装置を使用することで、アブレーションされた材料を特に効率的かつ高い信頼性で吸い出すことができる。さらには、加工される表面領域の周囲に、制御された雰囲気を形成することができる。

【0091】

レーザ光アライメントユニットの図６に示した実施形態は、独立した発明と考えることができる。このレーザ光アライメントユニットは、ハンドピース７０と、加工用レーザ光５０もしくは（適切な場合に）診断用レーザ光またはその両方を偏向させる偏向ユニット９０と、加工される被加工物の周囲領域にハンドピース７０を固定するアタッチメント３５０と、を有し、アタッチメント３５０は、加工する表面領域を気密状態に囲むことができるように設計されている。この独立した発明は、本出願に記載されている他の実施形態のいずれかと組み合わせる、もしくは、本出願に記載されている１つまたは複数の特徴を備えるように発展させる、またはその両方を行うことができる。このことは、上述したようにレーザ光アライメントユニットを含んでいるレーザ加工装置などの主ユニットについても同様である。

【0092】

図６に示したレーザ光アライメントユニットの実施形態は、独立した発明と考えることができる。このレーザ光アライメントユニットは、ハンドピース７０と、加工用レーザ光５０もしくはオプションとして診断用レーザ光またはその両方を偏向させる偏向ユニット９０と、加工される被加工物の周囲にハンドピース７０を固定するアタッチメント３５０と、を有し、アタッチメント３５０は、加工され表面領域を密閉状態に囲むことができるように設計されている。この独立した発明は、本出願に記載されている他の実施形態のいずれかと組み合わせる、もしくは、本出願に記載されている１つまたは複数の特徴を備えるように発展させる、またはその両方を行うことができる。このことは、上述したようにレーザ光アライメントユニットを含んでいるレーザ加工装置などの主ユニットについても同様である。

【0093】

図７は、ハンドピースの形でのアライメントユニット７０のさらなる例示的な実施形態を、説明を目的として、縦断面図（Ａ）と、線Ｂ−Ｂにおける横断面図（Ｂ）として示している。この実施形態においては、ハンドピース７０の上にアタッチメント２５０が配置されており、ハンドピース７０およびアタッチメント２５０は、吸引流路８０が保持されるように具体化されており、この吸引流路によって、被加工物の加工時にアブレーションされる材料を効果的に吸い出すことができる。アタッチメント２５０の領域には、アタッチメント２５０の外壁が二重壁として具体化されていることによって吸引流路８０が形成されており、底部において内壁が開いており、アブレーション生成物は、これらの壁の間の中間空間（全周にわたり延在している）の中に吸引される。この中間空間は、上端部において１本のライン８０に接続されており、このライン８０は、ハンドピース７０の内部で外側に通じており、吸引システムに接続されている。中間空間の下側の開口は、加工される領域の方向に広がっており、したがって、アブレーションされた材料を方向に依存せず効率的に吸い出すことができる。さらに、２枚の壁の間の中間空間に個々の細い吸引流路のみが形成されるように内壁に孔を設けることができ、これらの細い吸引流路は上部において結合され、外側に通じる個々の吸引流路８０が形成される。

【0094】

特に、歯科治療に適用する場合、加工される領域の表面温度を測定する熱センサを適切な位置に（好ましくは下部領域に）設けることも可能である。このセンサは、特に、温度値が４２．５℃を超えた場合に警告信号を発する必要があり、なぜなら、その状況は、コラーゲン繊維の損傷の開始と、いわゆる「一次痛」を示しうるためである。

【0095】

さらに、ハンドピース７０およびアタッチメント２５０は、加工される被加工物４０の方向にさらなる物質を送り込むことのできるさらなる供給ラインが延在するように、具体化されている。アタッチメント２５０は、その上端部に端板８１を有し、この端板８１は複数の開口を含んでいる。中央の丸い開口には、レーザ光５０が通過するための透明な安全ガラス８２が固定されている。安全ガラス８２は、加工によって発生する紫外線が通過でき、上述したように紫外線検出器によって検出できるように、紫外線に対して透過性であることが好ましい。安全ガラス８２は、一例として、化学気相成長（ＣＶＤ）法によって生成される合成ダイヤモンドからなることができる。この場合、安全ガラスは、可視スペクトル領域全体および赤外領域に対しても透過性であるため、これらのいずれかのスペクトル領域の電磁放射を測定信号として使用することもできる。

【0096】

端板８１には、供給ライン７４，７５，７６のためのさらなる開口が存在する。これらの供給ライン７４，７５，７６は、それぞれ、ノズル７４．１，７５．１，７６．１に接続されており、これらのノズルを通じて、対応する物質を被加工物に供給することができる。一例として、内側に位置している第１の供給ライン７４は、光増感剤もしくはマーカーまたはその両方を供給することができる。その外側に位置している供給ラインによって、色素を供給することができる。このような色素は、紫外線もしくは青色光またはその両方に対する放射保護剤として使用することができる。一例として、メラニンなどの色素は、紫外線または青色光の適切な吸収体としてすぐれている。最も外側の供給ラインは、冷却媒体（例えば空気、水）を供給するために使用することができる。ノズル７４．１，７５．１，７６．１は、制御可能かつ位置合わせ可能であり、さらに物質を集中させ得るノズルであって、各物質を、空間内の目標位置に集中的に塗布できるノズルであることが好ましい。これらのノズルは、一例として、ヘッドが球状であるノズル（それ自体は公知である）によって形成することができる。物質を集中させ得ることによって、レーザ光、光増感剤、および基板との間の相互作用を、焦点のみにおいて（すなわち正確に表面上において）発生させることができ、したがって、レーザ光が光増感剤のみと反応する、あるいは空気のみと反応することがなく、最悪の場合における空気の絶縁破壊が発生しない。さらには、ノズルを使用して、上述した物質を可変の出力速度で被加工物に塗布することができ、これによって、光子エネルギ以外にエネルギを補足的に供給することもできる。具体的には、図７Ａ，７Ｂに示したさまざまなノズルの形状および配置によって、固定要素の中に、制御された雰囲気を容易に形成することができる。

【0097】

上述したように、図示した実施形態および独立した発明の中で説明したすべての特徴は、それ以外の説明した実施形態および独立した発明においても適用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】