JP2008519407A - 少なくとも２つの光学系を有する点灯装置 - Google Patents

Abstract

それぞれが、別個の光軸に沿って調心しうる少なくとも２つの光学系と、前記光軸に沿って配置されている光源とを備える点灯装置であって、各光学系は、光軸に沿って光源の第１の側に配置され、実質的に全ての入射光を反射するように構成され、光源へ距離と実質的に等しい曲率半径を有する反射器と、光軸に沿って、光源の第２の反対側に配置され、光源から直接に入射する光と反射器からの反射光とを受容するように構成され、かつ、前記直接入射する光及び前記反射光をフォーカスする集光装置と、光軸に沿って配置され、実質的に全ての集光装置を通る光を集光し、伝達するように構成されている第１の端と、前記集光された光を発する第２の端とを有する光導波路と、光源と集光装置との間に配置されている熱フィルタ装置とを備えている。

Description

本発明は、それぞれが、別個の光軸に沿って調心する少なくとも２つの光学系と、前記光軸に沿って配置される光源とを有する点灯装置に関する。また、本発明は、医学器具の照明のための点灯装置の使用にも関する。

現在、例えば病院の手術室内にランプを配置しようとする場合、ランプによって照射されるべき領域への光を、スタッフが遮らないよう、その配置には注意を要する。さらに、手術台上の患者が影を作ることもあり、所望の領域を照射するために、外科医がヘッドランプを用いねばならない場合もある。このヘッドランプの使用は、不快感を生じさせるとともに、所望の領域に熱を与えるだけにとどまらず、外科医の頭部にも熱を与える。

手術室用ランプは、通常、直径１ｍもあり、手術中には、３ｘ３ｍの領域内に、２〜５個の動作ランプが配置されることもある。所望の領域が照射されるように配置する必要性が当然存在するため、これらのランプの配置については限界がある。ランプのサイズが原因で、手術中に必要となる他の不可欠な装置や器具の配置に関して更なる限界が生じ、それは、器具によっては、外科医の後方や外科医の側から、ある距離をおいて配置しなければならないことを意味する。

さらに、ランプから発生する熱により、余計な領域も加熱されるようになるという、望ましくない問題も生じる。さらに、このランプは、クリーニングが困難であるため、ランプからの冷却換気が、細菌等を余計な領域へ伝達してしまうこともある。

さらに、光の色温度が、目に「良い」ことが望ましい。人間の視覚系は、色温度の変化を修正することに非常に熟達しており、多種の光の束を、我々は「白」と認識するわけであるが、光の色温度が日光の色温度に対応する（すなわち５０００〜６０００Ｋ）ことが望ましい。何故なら、この色組成で、人間の目はリラックスするからである。

状況によっては、光学フィルタを使用して、光の色組成、コントラストや偏光を変えることが望ましい場合もある。しかし、この場合、所望の色が、フィルタに送られる光の中に存在することが要求される。日光は、赤外線（ＩＲ）から、可視光を経て紫外線（ＵＶ）へ至る連続的な波長のスペクトルを含むため、上記の要求は満たされる。

米国特許第５５８４５５８号には、光源及びそれと直交するように配置される２つの光学系を備える点灯装置が開示されている。これら双方の光学系は、光源の片側に、凹面鏡からなる反射鏡を、他方の側に、レンズ配列を有している。レンズ配列は、光を発する２つのライトパイプへの光をフォーカスすることにより、異なる角度から、同時に対象物を照射することが、可能になる。

さらに、１本のライトパイプのみを用いるシステムと比較して、光出力が２倍になる。好適な光源は、ＵＶランプ、例えば水銀ランプやキセノンランプである。反射鏡は、ＵＶ波長を反射するが、赤外波長を透過するダイクロイックミラーであり、これを用いて、熱をランプから除去することができる。この点灯装置は、例えば硬化ゲル用のＵＶソースを対象としている。そのため、ライトパイプの入力端に電子シャッタを配置し、露光時間を制御することを可能にしている。

米国特許第６１３９１７５号には、内視鏡用の光源装置が開示されている。それは、１つの光源が、２つの直交して配置された光学系に設置されている具体例を開示している。これら双方の光学系は、光源からの光ビームを集光するための集光レンズ装置と、集光レンズ装置を介して集光した光ビームを、その入口端に受容して、その出口端にそれらを伝達するための光導波路とを備えている。反射鏡は、集光レンズ装置の光源に対して反対側に配置されている。集光レンズ装置は、前方レンズ及び後方レンズから成り、これらの間には、赤外線除去フィルタが配置されている。

米国特許第４９３５６６０号には、ランプの動作温度を制御することにより、色温度を制御可能にする金属ハロゲン化物放電ランプが開示されている。これは、硬質ガラス又は石英ガラスから成る放電ランプを、透過性の管状部材の中に嵌合することによって得られる。この管状部材は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やその他の熱反射材料でコーティングされる。従って、被覆の厚さを変えることにより、ランプの動作温度の制御が可能になる。実験例では、ランプの色温度は、３５００Ｋから４０００Ｋへと変化した。同時に、ワット当たりのルーメンで計測した光出力の増加が実現されている。

米国特許第６９６３９５１号には、ランプ効率を向上する熱反射コーティングを有する金属ハロゲン化物放電ランプが開示されている。

米国特許第５００３２１４号には、金属ハロゲン化物放電ランプが開示されている。ランプは、アーク管及び１対の電極を備え、不活性の出発ガス、水銀及び金属ハロゲン化物を含む充填物を含んでいる。アーク管全体の外面は、ランプ効率を向上するために、熱反射材料でコーティングされている。

米国特許第３５８８４８８号には、外科用の照明器具が開示されている。この照明器具は、３０００Ｋの色温度を有する光源を用いている。内蔵円筒フィルタ、及びこの内蔵フィルタを包囲するダイクロイックミラーを用いることにより、色温度は、６０００Ｋまで上昇する。またダイクロイックミラーは、反射光と反対方向へＩＲ及び熱波を伝達することにより、熱が患者や医師のもとに送られることを防止する。

日光に対応する色温度を提供し、また、異なる角度から、同時に所望の領域を照射することを可能にするような、点灯装置に対する要求がある。

本発明の目的は、色温度が調節可能で、かつ、異なる角度から、同時に所望の領域を照射することを可能にする点灯装置を提供することにある。

このことは、光学系が、光軸に沿って光源の第１の側に配置され、実質的に全ての入射光を反射するように構成され、光源へ距離と実質的に等しい曲率半径を有する反射器と、光軸に沿って、光源の第２の反対側に配置され、光源から直接に入射する光と反射器からの反射光とを受容するように構成され、かつ、前記直接入射する光、及び前記反射光をフォーカスする集光装置と、光軸に沿って配置され、実質的に全ての集光装置を通る光を集光し伝達するように構成されている第１の端と、前記集光された光を発する第２の端とを有する光導波路と、光源と集光装置との間に配置された熱フィルタ装置とを備えることを特徴とする本発明によって実現される。

反射器、集光装置、及びランプと集光装置との間に配置される熱フィルタの組合わせにより、所望の領域に送られる光の色温度を調整することが可能になり、かつ、所望の領域を、異なる角度から同時に照射することができるように、光導波路の前記第２の端を配置することが可能となる。

この点灯装置の好適な具体例では、点灯装置は、光学系を２つのみ有し、前記光学系は、それぞれ、第１の軸と第２の軸とを有し、前記第１の軸と前記第２の軸とはほぼ直交している。これにより、単一の光導波路のための最大限の出力が実現される。

他の好適な具体例では、光源はハロゲンランプであり、好ましくは金属ハロゲン化物放電ランプである。また別の好適な具体例では、光導波路は、マルチモードの光ファイバ又は光ファイバ束である。この事は、点灯装置がオフザシェルフ製品と共に配置できることを意味する。

本発明の具体例では、光ファイバが側方発光である。これは、ファイバは、ファイバの長手方向に沿って、光の「コ―ルド」発光のために用いることができる事を意味する。これは、たとえば冷蔵庫の中や、熱が望ましくない場所での照射のために用いることができる。

点灯装置の好適な具体例では、熱フィルタは、熱放射を反射しかつ可視光を伝達するように構成されているダイクロイックミラーである。これにより、簡易かつ安価な方法で、熱フィルタリングの実現が可能になると同時に、動作温度がランプ効率の向上に十分である熱フィルタが得られる。

他の好適な具体例では、光導波路は、可とう性を有し、かつ選択された位置に固定可能なアームの内側に配置されている。この事は、所望の領域が照射されるように、光導波路の第２の端を、容易に配置し、かつ固定することが可能である事を意味する。

また別の具体例では、反射器の曲率半径は、調節可能である。これは、光導波路に接続する光の量を調整することを可能にし、よって、光導波路の第２の端から発される光の色温度を、調整することが可能になる。

点灯装置の好適な具体例では、光源の周りの温度を調整するように構成されている冷却装置が含まれる。これは、ランプの動作温度を調整し、これにより、色温度を調節する簡易な手段を可能にする。

別の具体例では、ランプは着脱可能に配置されており、点灯装置の他の光学部品のいずれかを除去することなく、ランプを交換することが可能となっている。

点灯装置の好適な具体例では、光学系は、色組成とコントラストと透過光の偏光との１つ以上を変えるように構成されている光フィルタを更に備えている。
この光フィルタは、光導波路の第２の端に配置されていることが好ましい。これにより、光源から発される白色光を、特殊な照明ニーズを満たすよう容易に調整することが可能になる。

点灯装置のまた別の好適な具体例では、光学系は、ビームスプリッティング装置を更に含むことにより、付加的な光導波路に光を接続させることを可能にしている。これにより、所望の領域を、一度により多くの側から照射することが可能になるか、或いは、数個の所望の領域を同時に照射することが可能になる。

点灯装置の好適な具体例では、光源が、前記光軸から偏移される位置にある。これにより、光源が反射器から反射される光を遮らないようになっている。

また、本発明は、医療器具の照明のために、上記の点灯装置を用いる使用方法にも関する。これは、たとえば、医療器具の中に、光導波路または光ファイバを設置することにより、実現することができる。これは、婦人科用器具、開胸器や歯科のドリルに有用である。

以下本発明を、添付の図面を参照して、詳細に説明する。

図１は、点灯装置１を例示する図である。点灯装置１は、ハウジング５と、それぞれ発光端３を有する２本のアーム２とを有している。これら２本のアーム２は、可とう性を有し、かつ固定可能であるため、所望の領域または対象物４を、異なる角度から照射できるように、発光端３を設置することが可能になる。それは、２の異なる領域が照射されるように、２の発光端３を配置するために可能なコースである。

このタイプのランプを用いることにより、ハウジング５を所望の領域から遠く離れるように配置することが可能になり、また、所望の領域にアーム２を引張ることが可能になるため、ハウジングがユーザーに対する障害物になることがない。また、点灯装置１は、可搬式の装置とすることもできる。これは、たとえば、フィールドでの獣医の作業や、「国境なき医師団」のような組織の作業など、照明やエネルギーの消費量が問題になりうる場面に対して、有益であると考えられる。

図２は、点灯装置１の模式的な図である。点灯装置は、金属ハロゲン化物放電ランプ１０（好ましくはゼネラルエレクトリック（ＧＥ社）製）、及び２つの光学系Ａ及びＢを備えている。これら２つの光学系の光軸１１は、直交し、その２つの軸１１の交点には、放電ランプ１０が配置されている。

各光学系は、ランプ１０の片側に配置された反射器１２を備えている。反射器は、実質的に全ての入射光を反射し、ランプ１０への距離と実質的に等しい曲率半径を有する。これは、全ての反射光が、ランプ１０の中心を通って送り返される事を意味する。

反射器は、光源の発光パターンに整合するよう、楕円形状を有していてもよい。

２枚の集光レンズ１３、１４からなる集光装置が、ランプ１０の他方の側に配置されている。第１の集光レンズは、好ましくは、ランプ１０への距離と等しい焦点距離を有しており、レンズ１３によって受容される全ての光はコリメート（平行化）される。

平行化された光は、平行化された光をフォーカスする第２のレンズ１４に送られる。フォーカスされた光は、光多重モードファイバ１５、又は光ファイバの束の第１の端に接続する。所望の領域が照射されるように、光ファイバ１５の第２の端を配置することができる。

２枚のレンズ１３及び１４は、同一として、レンズシステムが、１倍の倍率で、ランプ１０のフィラメントを結像するクリーン結像系を形成するようにすることが好ましい。

勿論、レンズ１３、１４は、光ファイバ１５の開口数と整合する必要がある。すなわち、ファイバ１５にできるだけ多くの光を接続させるよう、レンズ１３、１４及び光ファイバ１５の開口数を、できるだけ大きくする必要がある。２枚のレンズを、色消しレンズとすることにより、光学系の色収差を小さくすることが好ましい。

光ファイバ１５は、損失がないか、小さいファイバとすることが好ましい。これにより、ファイバ１５の第１の端に至る全ての光が、第２の端から発することを意味する。

しかし、側方発光ファイバを用いることも可能である。側方発光ファイバは、側部を通して光を外へ接続させるファイバとして、それ自体知られており、ファイバを、十分に小さいスプール半径に巻くことにより実現される。しかし、凹凸面を有するファイバを用いることによっても実現することができる。側方発光ファイバは、たとえば冷蔵庫や冷蔵冷凍流通システムにおける照射のために有用である。

このシステムでは、製品の自然の色を顧客に示すために、冷蔵庫内の製品を白色光源によって照射することが重要であり、これは、製品の認識にとって不可欠なことである。同時に、冷却された商品が加熱されないよう、光源は、熱を発しないことが望ましい。側方発光ファイバ１５は、本発明のシステムでは、白色光を発光し、熱の放出はない。

熱フィルタ１６は、放電ランプ１０とレンズ配列１３、１４との間に配置される。熱フィルタは、熱放射及び赤外波長を反射し、可視光を透過する平面ダイクロイックミラー１６であることが好ましい。しかし、熱フィルタを、放電ランプ１０への距離と整合する曲率半径を有する凹状のダイクロイックミラーを使用して形成してもよい。このようにすると、ミラーに反射される全ての熱放射を、放電ランプ１０に送り返し、ランプ１０の動作温度は、さらに効率的に上昇させられる。また、熱フィルタ１６を、第１のレンズ１３に熱反射コーティングを被覆することにより、形成してもよい。

この熱フィルタ１６は、三つの機能を有している。まず第１に、熱フィルタ１６は、レンズ配列１３、１４及びファイバ１６を保護することにより、安価なレンズ及びファイバを用いることを可能にし、もって、システムの全体的なコストを低減させる。第２に、熱フィルタ１６は、ランプ１０の動作温度を上昇させることにより、ランプ１０の効率を上昇させる。第３に、このフィルタは、照射されるべき領域に熱が伝達されないようにする。

ランプ１０は、ホルダー（図示せず）に配置されるのが好ましく、このようにすると、システムの他の光学部品を取り替える必要なく、ランプ１０を交換することが可能となる。

点灯装置は、ファンその他の冷却装置（図示せず）を有するのが好ましい。冷却装置は、ランプの動作温度の制御を可能にし、もって、ランプ１０の色温度やホワイトバランスの制御を可能にする。ファンは、図２に示す面より外に向けてもよい。病院等において、点灯装置１を、既存の空調システムに接続してもよい。

また、ファイバ１５から発される光の色温度は、ファイバ１５に接続する光の量を変えることによって制御可能である。これは、たとえば反射器の端と端とに、反射器に圧力をかけることにより、反射光を小さく歪めるように構成されている調節可能なクランプを設置することによって、反射器１２の曲率半径を可変的にすることにより、実現することができる。

場合によっては、たとえば色組成、コントラスト、または極性を調整することにより、光の性質を変えることが望ましい場合もある。これは、ファイバ１５の第２の端に、光フィルタを設置することによって実現することができる。このようにすると、たとえば外科医を悩ます生体組織からの反射を低減させることができ、また、異なるタイプの組織の識別性をより高めることができる。さらに、光フィルタは無論、光学系の他のあらゆる実際の場所に配置することができる。

状況により、たとえば検眼においては、発するビームのサイズを変えることが必要となる場合もある。このことは、ファイバ１５の第２の端に虹彩絞りを設置することにより、実現することができる。

図２に示す装置は、光ファイバ１５に、ランプ１０から放射光線の８０パーセント以上を接続させることを可能にする。ＧＥ社製ランプとフィリップス社製ランプのそれぞれについての下表に示すように、異なるタイプの金属ハロゲン化物放電ランプで行った実験では、光出力を、より良い色温度に変えること可能であることが示された。同時に、ランプの効率も増加した。全てのランプは、４０００Ｋ程度の通常の色温度を有する。

２つ以上の対象物を照射するや、２つ以上の角度から照射することが必要な場合が、しばしば存在すると思われる。これは、２つ以上の光学系、すなわち、２つ以上の発光ファイバ１５を有する単一の点灯装置によって実現することができる。

図３は、３つの光学系を有する点灯装置を示す。これらの光学システムの各々は、互いに対して、６０度偏移した光軸を有する。これは、各集光システムが、ランプ１０から発せられる光の約１／３を集光することを意味する。ここで、反射器１１は、３つの反射器を有しているものを例としてあるが、反射器は１つでもよい。この装置は、ランプ１０からの全ての放射光線を、仮想的にファイバ１５に接続させることを可能にする。無論、４対以上の光学系を有するシステムを構成することもできる。

システム内の発光ファイバの数を増加させるためのもう１つの方法が、図４に示されている。この装置では、それ自体が知られているキュービックビームスプリッタ１７が、光学系の一方にける２枚の集光レンズ１３と１４との間に配置されている。このビームスプリッタは、好ましくは、光を、等しい強度の２つの光ビームに分割する。入射光から分割された光は、第３の集光レンズ１８に送られ、そこで、光は、フォーカスされ第３の光ファイバ１９に接続される。

また、システムにおいて、発光ファイバ１５やアーム２の数を増加させるためのもう１つの方法は、ランプ１０から集光するためのファイバ束を用いることであり、これにより自然に実現される。このようにすると、ファイバ束の中の個々のファイバを、別個の照射のために用いることができる。

点灯装置１の光学系の数を増加させれば、個々のファイバ１５から発せられる光の量が低減し、また色温度に影響が出るということを、認識しておく必要がある。したがって、光学系の数を増加させる代わりに、数個の点灯装置１を用いることが、より望ましい場合もある。

光源１０は、光源自身が、反射器１２から反射される光を遮らないよう、光軸１１から偏移した位置にあってもよい。典型的には、光源１０は、ランプのフィラメント幅の約半分の幅で偏移する位置とすることができる。図２に示される具体例では、双方の光軸１１から偏移される位置とするため、光源を対角線上で移す必要があることを意味する。

上記した本発明を、さまざまなに変形することができることは自明である。これらの変形例は、本発明の範囲から外れるものではなく、当業者にとって自明な全ての変形は、特許請求の範囲の技術的範囲内にあると解釈されるべきである。

２つの発光アームを有する本発明の点灯装置を示す図である。 ２つの光学系を有する本発明の点灯装置の模式的な図である。 ３つの光学系を有する本発明の点灯装置の模式的な図である。 ビームスプリッティング装置及び付加的な光導波路を有するシステムによる点灯装置の模式的な図である。

符号の説明

１ 点灯装置
２ アーム
５ ハウジング
１０ 光源
１１ 光軸
１２ 反射器
１３ 集光レンズ
１４ 集光レンズ
１５ 光ファイバ
１６ 熱フィルタ

Claims (13)

1. それぞれが、別個の光軸(１１)に沿って調心される少なくとも２つの光学系と、
   前記光軸(１１)に沿って配置される光源(１０)
   とを備え、前記光学系のそれぞれが、
   光軸（１１）に沿って光源(１０)の第１の側に配置され、実質的に全ての入射光を反射するように構成され、光源(１０)への距離と実質的に等しい曲率半径を有する反射器(１２)と、
   光軸（１１）に沿って、光源(１０)の第２の反対側に配置され、光源(１０)から直接に入射する光と反射器(１２)からの反射光とを受容するように構成され、かつ、前記直接入射する光及び前記反射光をフォーカスする、集光装置（１３、１４）と、
   光軸(１１)に沿って配置され、実質的に全ての集光装置（１３、１４）を通る光を、集光し伝達するように構成されている第１の端と、前記集光された光を発する第２の端とを有する光導波路（１５）と、
   光源(１０)と集光装置（１３、１４）との間に配置された熱フィルタ（１６）装置
   とを備えることを特徴とする点灯装置。
2. 光学系を２つのみ有し、前記光学系はそれぞれ、第１の軸と第２の軸とを有し、前記第１の軸と第２の軸とは、ほぼ直交していることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記光源（１０）は、ハロゲンランプであり、好ましくは、金属ハロゲン化物放電ランプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 該光導波路（１５）は、マルチモードの光ファイバ、又は光ファイバ束であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の点灯装置。
5. 光導波路（１５）は、側方発光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置。
6. 前記熱のフィルタ（１６）は、熱放射を反射しかつ可視光を伝達するように構成されたダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の点灯装置。
7. 該光導波路（１５）は、可とう性を有し、かつ選択された位置に固定可能なアーム(２)の内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の点灯装置。
8. 該反射器（１２）の曲率半径は、調節可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の点灯装置。
9. 該光源(１０)のまわりの温度を調整するように構成された冷却装置を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の点灯装置。
10. 色組成とコントラストと透過光の偏光との一つ以上を変えるように構成され、光導波路（１５）の第２の端に配置されている光フィルタを、光学系がさらに有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の点灯装置。
11. 光学系が、ビームスプリッティング装置（１７）を更に含んでいることにより、付加的な光導波路（１９）に光を接続させるようになっていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の点灯装置。
12. 光源(１０)が、前記光軸(１１)から偏移される位置にあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の点灯装置。
13. 医学器具の照明のために、請求項１〜１２のいずれかに記載の点灯装置を用いる使用方法。

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