JP2004275276A

JP2004275276A - ファイバーロッド及び光照射装置

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Publication number: JP2004275276A
Application number: JP2003068188A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Takada; 光明高田; Aiichi Kobayashi; 愛一小林; Shinya Omori; 信哉大森; Masanori Ono; 雅典大野
Original assignee: GC Corp; Stanley Electric Co Ltd; GC Dental Industiral Corp
Current assignee: GC Corp; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】一様な照射光を照射させる。
【解決手段】歯科用光照射装置１００は、複数の発光ダイオードからの光を第１レンズ１１１、第２レンズ１２及び第３レンズ１３を介してライトガイド２０の入射面２０Ａに結像させる。この像は第１ロッド２１によってボケ、その後、第２ロッド２２に導かれる。このため、出射面２０Ｂから照射される光は、複数のスポット光に分割されることなく、一様な光となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバーロッド及びこれを用いた光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科保存修復用の歯科材料として光重合型レジンが普及している。光重合型レジンは、患者の口腔内の歯牙に充填され、光照射装置から照射される光によって硬化される。このような光照射装置として、ハロゲンランプやキセノンランプを光源として用いるものの他、複数の発光ダイオードを備えたものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、複数の発光ダイオードを備え、これらの発光ダイオードから照射される光を集光させて、光ファイバーを介して出力する装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９７９５２２号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバーには、１本のファイバーからなるクラッドロッド型のものと、複数のファイバーを束ねたファイバーアレイ型のものがある。クラッドロッド型は、湾曲させると入射光が乱反射して減衰率が大きくなる。
【０００６】
歯科用の光照射装置は、その先端を患者の口腔内に差し入れて歯牙に光を照射する必要があるので、光ファイバーの一部を湾曲させることが多い。このため、光照射装置では光ファイバーとしてファイバーアレイ型を採用するのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、複数の発光ダイオードのように複数の点光源から照射される光線をファイバーアレイ型の光ファイバーを用いて導光すると、照射光が入光部２０Ａにおける光の分布を反映させたものとなる。図８は、複数の発光ダイオードからの光をファイバーアレイ型の光ファイバーを介して出力する様子を示す説明図である。この図に示すように照射光は、複数のスポット光Ｓ１、Ｓ２、…に分割されてしまう。
【０００８】
このため、被照射物に一様に光を照射することができず、光が当たる部位と光が当たらない部位が生じる。歯科用の光照射装置は光重合型レジンに光を照射することにより光重合型レジンを硬化させるものであるから、ファイバーアレイ型の光ファイバーを用いると、光重合型レジンの中に硬化された部位と未硬化の部位が出てきて、一様に硬化させることができないといった不都合が生じる。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、複数の点光源からの光を低い減衰率で導光し、且つ、照射光を一様とすることができるファイバーロッド又はこれを用いた光照射装置を提供することを解決課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明の課題を解決するための手段について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１１】
本発明に係るファイバーロッド（２０）は、高屈折率のコア（Ｃ１）と前記コアを覆う低屈折率のクラッド（Ｃ２）とを備えたファイバーを用いて、入射面（２０Ａ）に入射した光を導光して出射面（２０Ｂ）から出射するものであって、一方の端部が前記入射面（２０Ａ）となる１本のファイバーを有する第１ロッド（２１）と、複数の前記ファイバーを有し、前記第１ロッド（２１）の他方の端部から出た光を一方の端部から取り込み前記出射面（２０Ｂ）となる他方の端部から出射する第２ロッド（２２）とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、入射側にクラッドロッド型の第１ロッドを設け、出射側にファイバーアレイ型の第２ロッドを備える。クラッドロッド型の第１ロッドは、入射光を拡散させて第２ロッドへ導くため、出射面から照射される光に広がりをもたせることができる。これにより、入射光が複数の点光源からの光であっても、照射光が複数のスポット光に分割されることなく、一様な照射光を得ることが可能となる。
【００１３】
ここで、前記第１ロッド（２１）は直線状の形状をしており、前記第２ロッド（２２）は湾曲部（２３）を有することが好ましい。ファイバーアレイ型はクラッドロッド型に比較して湾曲によって減衰率が増加し難いので、第２ロッドに湾曲を設けることによって、入射光を低い減衰率で導光することが可能となる。
【００１４】
次に、本発明に係る光照射装置は、複数の発光ダイオード（Ｄ１〜Ｄ８）と、上述したファイバーロッド（２０）と、前記複数の発光ダイオードから照射される光を前記入射面（２０Ａ）に集光させる光学系（１１１、１２、１３）とを備える。この場合、入射面は光学系の一方の焦点近傍に配設することが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、複数の点光源からの光を低い減衰率で導光し、且つ、照射光を一様とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態においては、光照射装置の一例として、光重合型レジンを硬化させるための歯科用光照射装置を取り上げる。
【００１７】
図１は、実施形態に係る歯科用光照射装置の構成を示す断面図である。歯科用光照射装置１００は、本体１０とその端部に設けられたライトガイド２０とを備える。本体１０は砲弾型やペンシル型などの形状をしており、そこには図示したようにグリップ１０Ａが設けられている場合もある。本体１０やグリップ１０Ａには操作スイッチ等が設けられており（図示略）、歯科医が本体１０やグリップ１０Ａを保持しながら照射のオン・オフを操作できるようになっている。
【００１８】
また、本体１０は、ＬＥＤ発光部１１、第２レンズ１２、及び第３レンズ１３を内蔵する。ＬＥＤ発光部１１は、第１レンズ１１１及び複数の発光ダイオードが配設されたＬＥＤパッケージ１１２を有する。ＬＥＤパッケージ１１２に設けられた発光ダイオードは点光源として機能する。
【００１９】
一方、ライトガイド２０（ファイバーロッド）は、光伝送損失が少ないガラス製光ファイバー又はプラスチック製光ファイバーなどを備える。このライトガイド２０の先端側は口腔内の歯牙に充填される光重合型レジンに光を照射し易くするため、図示するように若干湾曲していることが好ましい。このライトガイド２０は、その入射面２０Ａに入射する光を出射面２０Ｂから出射する導光部として機能する。
【００２０】
図２は、ライトガイド２０の外観構成を示す斜視図である。この図に示すようにライトガイド２０は、クラッドロッド型の第１ロッド２１とファイバーアレイ型の第２ロッド２２とを連結して構成される。図３（Ａ）に第１ロッド２１の断面を、同図（Ｂ）に第２ロッド２２の断面を示す。
【００２１】
第１ロッド２１は１本のファイバーによって構成されており、高屈折率のコアＣ１とコアＣ１を覆う低屈折率のクラッドＣ２を備える。屈折率の異なる二つの透光性物質の境界面では、一定の角度以内の光は完全に反射される。ファイバーは全反射の性質を利用して光を導光する。第２ロッド２２は複数のファイバーＦを束ねて構成される。各ファイバーＦは第１ロッド２１に用いられるものと同様にコアＣ１とこれを覆うクラッドＣ２とを備える。
【００２２】
図２に説明を戻す。ライトガイド２０は、患者の口腔内に差し入れて作業がし易いように湾曲部２３を有する。湾曲部２３を第２ロッド２２に設けたのは、ファイバーアレイ型の第２ロッド２２は、クラッドロッド型の第１ロッド２１と比較して、湾曲に対する減衰率の増加が少ないからである。これによって、入射光を低い減衰率で導光することが可能となる。
【００２３】
このような歯科用光照射装置１００において、複数の発光ダイオードから照射された光は、第１レンズ１１１、第２レンズ１２、及び第３レンズ１３で構成される光学系によって、ライトガイド２０の入射面２０Ａに集光され、ライトガイド２０を介してその出射面２０Ｂから出射される。
【００２４】
光学系の態様としては各種のものがあるが、本実施形態では、代表的な２つの態様について説明する。図４は、第１態様に係る光学系の光跡を示す説明図である。この図に示されるように、ＬＥＤパッケージ１１２の直近に配設される第１レンズ１１１は、その入射面及び出射面が凸形状をした凸レンズである。また、第２レンズ１２は入射面が平面である一方、出射面が凸形状をした凸レンズである。なお、この例において、第１レンズ１１１の出射面は非球面、第２レンズ１２の出射面は球面である。
【００２５】
第１レンズ１１１及び第２レンズ１２は、ＬＥＤパッケージ１１２に配設された複数の発光ダイオードからの光を光軸に対して略平行な光に変換する機能を有する。ところで、第１レンズ１１１のみを用いて、平行光線を作ることも可能であるが、そのような場合は、第１レンズ１１１の入射面及び出射面の曲率を大きく設定する必要があるため、第１レンズ１１１の出射面において内部反射される光が増加し、光の利用効率が低下する。このため、本実施形態では、第１レンズ１１１と第２レンズ１２とで光の屈折を分担させることによって、第１レンズ１１１の出射面における内部反射を防止している。これにより、光の利用効率を大幅に高めることができ、歯科用光照射装置１００を小型で大出力のものにできる。
【００２６】
第３レンズ１３は、入射面が球面で出射面が平面の凸レンズである。これにより、第３レンズ１３に入射する光軸に略並行な光がライトガイド２０の入射面２０Ａに集光される。ここで、ＬＥＤパッケージ１１２は、光学系の第１焦点より少し内側（第１レンズ１１１寄り）に配置され一方、ライトガイド２０の入射面２０Ａは、光学系の第２焦点に配置される。このため、光軸から離れた位置に配置された発光ダイオードから照射される光も入射面２０Ａに集光させることができる。
【００２７】
さて、ライトガイド２０の入射面２０Ａは光学系の第２焦点に配置されるため、入射面２０Ａで像を結ぶ。この像には、ＬＥＤパッケージ１１２に配置されている複数の発光ダイオードの位置関係がそのまま倒立像として反映される。仮に、ライトガイド２０を第２ロッド２２のみによって構成すると、第２ロッド２２の各ファイバーのうち光が入射するものと、光が入射しないものができてしまう。このため、出射面２０Ｂから照射される光が複数のスポット光になってしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態にあっては、第１ロッド２１を介して第２ロッド２２へ集光された光が導かれるので、第１ロッド２１と第２ロッド２２の接合面では、焦点を結ばず像がぼやけたものになっている。これにより、第２ロッド２２から射出される光は、複数のスポット光とならず、明るさが一様なものとなる。
【００２９】
図５は、第２態様に係る光学系の光跡を示す説明図である。第２態様に係る光学系は、第１レンズ１１１の入射面が平面である点、及び第２レンズ１２の入射面が凹形状をしている点を除いて、図２に示す第１態様の光学系と同様である。第１レンズ１１１に入射面を平面としたのは、生産性の向上を図るためである。なお、この入射面は、球面、楕円面、非球面であってもよい。
【００３０】
また、第２レンズ１２の入射面を凹形状としたのは、球面収差を低減するためである。即ち、第２レンズ１２の出射面及び第３レンズ１３の入射面は球面となっているため、球面収差が発生する。この球面収差によって、第２レンズ１２及び第３レンズ１３の外周部を通ってきた光のうち、入射面２０Ａに当たらないものや、入射角が入射可能角を超えてしまうものが増加する。そこで、第２レンズ１２の入射面を凹面とすることで、球面収差を減少させている。これにより、入射面２０Ａに入射する光量を増加させ、光の利用効率を高めることができる。
【００３１】
また、第１態様と同様に、第１ロッド２１を介して第２ロッド２２へ集光された光が導かれるので、第２ロッド２２から射出される光は、複数のスポット光とならず、明るさが一様なものとなる。
【００３２】
次に、ＬＥＤ発光部１１について説明する。図６は、ＬＥＤ発光部１１の外観を示す斜視図であり、図７はＬＥＤ発光部１１の平面図である。これらの図に示されるように、ＬＥＤ発光部１１は、ヒートシンク１２０にＬＥＤモジュールＭがねじ止めして構成される。ＬＥＤモジュールＭには、第１レンズ１１１とＬＥＤパッケージ１１２とが一体に形成されている。
【００３３】
ＬＥＤパッケージ１１２は、発光ダイオードＤ１、及びＤ２〜Ｄ８を備える。このうち発光ダイオードＤ１は、発光波長が３５０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長においてピークを有する一方、発光ダイオードＤ２〜Ｄ８は、発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの波長においてピークを有する。
【００３４】
このように２種類のピーク波長を有する発光ダイオードを用いたのは、以下の理由による。歯科用光照射装置１００は、光重合型レジンを硬化させるために用いられるが、この光重合型レジンには、モノマー中に２種類の光重合触媒（例えば、カンファーキノンとアシルホスフインオキサイド等）が配合されている。光重合触媒は、光が照射されると、光を吸収してラジカルを発生し、これがモノマーの重合反応を開始させる。ところが、光重合触媒の種類によって反応する波長領域が異なる。そこで、光重合触媒の種類に応じた波長の光を照射できるように、２種類のピーク波長を有する発光ダイオードを用いたのである。これにより、光重合反応を予備硬化と完全硬化といったように２段階に分けて行うことが可能となり、さらに、光重合型レジンを十分に硬化させ未重合部分が残ってしまうといった不都合を解消できる。
【００３５】
また、この例において、発光ダイオードＤ１を発光ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６及びＤ８よりも中央よりに配置したのは、発光ダイオードＤ１からの光を照射スポットの中央に位置させるためである。上述した光学系によれば、光軸に近い入射光は光軸の近傍に集光される。従って、発光ダイオードＤ１を中央よりに配置することによって、発光ダイオードＤ１からの光を照射スポットの中央に位置させることができる。発光ダイオードＤ１〜Ｄ８のうち、異なる発光波長を有するのは発光ダイオードＤ１のみである。歯科医は、照射スポットの中央に光重合型レジンがくるように歯科用光照射装置１００を操作するので、発光ダイオードＤ１からの光を光重合型レジンに確実に照射することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の変形が可能である。
（１）上述した光学系とライトガイド２０の入射面２０Ａの間に凹レンズを配置してもよい。この場合には、面積のより小さい入射面２０Ａであっても光学系を小型のまま開口数（ＮＡ）の小さいファイバーアレイに発光部１１からの光を集光させることができる。
【００３７】
（２）また、上述した歯科用光照射装置１００をＵＶ硬化樹脂用のスポット光源装置として利用してもよし、あるいは、ファイバー照明装置として利用してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、複数の点光源からの光を低い減衰率で導光し、且つ、照射光を一様とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯科用光照射装置の機械的な構成を示す断面図である。
【図２】同装置に用いるライトガイドの外観構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は第１ロッドの断面図であり、（Ｂ）は第２ロッドの断面図である。
【図４】同装置に用いる第１態様に係る光学系の光跡を示す説明図である。
【図５】同装置に用いる第１態様に係る光学系の光跡を示す説明図である。
【図６】同装置に用いるＬＥＤ発光部１１の外観を示す斜視図である。
【図７】同装置に用いるＬＥＤ発光部１１の外観を示す平面図である。
【図８】従来のライトガイドの問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１００歯科用光照射装置
Ｄ１〜Ｄ８発光ダイオード（点光源）
Ｃ１コア
Ｃ２クラッド
２０ライトガイド（ファイバーロッド）
２１第１ロッド
２２第２ロッド
１１１第１レンズ
１２第２レンズ
１３第３レンズ

Claims

高屈折率のコアと前記コアを覆う低屈折率のクラッドとを備えたファイバーを用いて、入射面に入射した光を導光して出射面から出射するファイバーロッドであって、
一方の端部が前記入射面となる１本のファイバーを有する第１ロッドと、
複数の前記ファイバーを有し、前記第１ロッドの他方の端部から出た光を一方の端部から取り込み前記出射面となる他方の端部から出射する第２ロッドと
を備えたことを特徴とするファイバーロッド。
前記第１ロッドは直線状の形状をしており、前記第２ロッドは湾曲部を有することを特徴とする請求項１に記載のファイバーロッド。
複数の発光ダイオードと、
請求項１又は２に記載のファイバーロッドと、
前記複数の発光ダイオードから照射される光を前記入射面に集光させる光学系と
を備えることを特徴とする光照射装置。