JP2013153965A - 携帯型眼用光治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズがより小さい、特に、厚さが２０ｍｍ未満の携帯型眼用光治療装置を提供する。
【解決手段】基板と、この基板に表面実装され、各ＬＥＤの発光角度が６０〜１３０°であるＬＥＤアレーと、ＬＥＤアレー上部に配置され、ＬＥＤアレーと空間的に整列するフレネルレンズ・アレーと、ＬＥＤアレーから光が出射できる開口部を有する筐体とを含む携帯型眼用光治療装置を開示する。当該装置は、極めて薄く、効率に優れ、コスト効率も良く、しかも、軽量である。
【選択図】なし

Description

本発明は、光治療装置、具体的には、光不足に起因する疾患の治療用の携帯型眼用光治療装置に関する。

北米人および西欧人の最大３０％が、冬季において季節性情動障害（ＳＡＤ）（大うつ病の一種）または、軽度の冬季うつにかかると推定されている。日本では、この罹患率は低いと考えられているが、それでも甚大である。一方、日本および世界各地の多くの人々が、交代制の業務、時差ぼけおよび様々な睡眠障害による個人の体内概日リズム（「体内時計」）の障害を受ける。さらに、認識力と学習能力、そして、近視（「近眼」）は、日本および世界各地の何億人もの児童および若者の健康に関する重要な問題とされ、一方、何百万人もの成人は、化学療法に関連する疲労、分娩前後のうつ、心的外傷後ストレス障害（ＰＴＳＤ）、注意欠陥多動性障害（ＡＤＨＤ）、不安障害および肥満を含む様々な病気に悩まされている。研究者達は、これらの健康に関する問題や医学的障害およびここで挙げられていない他の疾患は、その全て、若しくは、一部が、我々の現代のライフスタイルが原因とされる明るい日光への日々の暴露が不十分で、これにより、体内時計が狂うことによるものと考えている。

研究者達は、今述べた障害や疾患およびここで挙げられていない他の疾患を治療するための効果的な方法の１つが、明るい日光への日々の暴露時間を伸ばすこと、および／または、所定の時間に明るい陽光を十分に浴びることであることを示しており、このために、この方法に合った光治療装置が開発されてきた。例えば、特許文献１は、サイズが小さく、軽量で、それ故、持ち運びが可能であり、とりわけ、眼用光治療、すなわち、眼に入る明るい光を用いた治療に適した光治療装置を開示しており、生物学的、身体的および／または心理的治療効果をもたらしている。特許文献１では、光治療装置は、光源として複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する。実際、ＬＥＤ式眼用光治療装置の多くには、均一で、より眼に優しい（眩しさを抑えた）光源を提供するよう、フレネルレンズ・アレーおよび光拡散器が含まれ、ＬＥＤから出射される光は、ＬＥＤ上部に配置されたフレネルレンズ・アレーによって平行にされてから、フレネルレンズ・アレー上部に配置された光拡散器で拡散される。

米国特許第６，８７５，２２５号明細書

この光治療装置の欠点の１つとして、装置の厚さを４０ｍｍ未満に調整できるが、このような装置の更なる小型化および薄型化への高まる要求を、未だ満足できないということがある。一般的に、情緒的、または、精神的な疾患を患う患者は、自分の状態を他人に知られることを嫌うことが多く、このため、公共の場での光治療装置の使用は恥に繋がる。従って、治療装置を、より持ち運びがしやすく、すなわち、よりコンパクトで、薄く、そして、装置を動作している時であっても、他人の注意を引かないよう、本質的に「医療器具」に見えないよう設計されてさえいれば、患者の不安を取り除くことができる。このことから、より小型の光治療装置が必要とされる。具体的には、装置全体の厚さが、２０ｍ以下であることが望ましい。

従来の光治療装置に関する別の欠点として、光源としてのＬＥＤアレーおよび光を平行にするために用いられるフレネルレンズ・アレーの他、この装置には、追加の光学部品、つまり光拡散器が含まれることがある。光拡散器は、使用者の顔上の光斑（「対象窓」と呼ばれる）の寸法を調整して、ＬＥＤ照射の均一性を高めるよう機能する。だが、この構成では、追加の光学部品を組み込むことによる光の新たな損失が発生し、光治療装置の全効率が不十分となる。

本発明の目的の１つは、サイズがより小さい、特に、厚さが２０ｍｍ未満の携帯型眼用光治療装置を提供することである。

本発明の他の目的は、集光および利用に関する全効率を高めた携帯型眼用光治療装置を提供することである。

従来の光治療装置に関する前述の欠点を克服し、本発明の上記目的を実現するため、本発明者は、幅広い調査を実施し、光治療装置の厚さを、以下の手段によって薄くできることを見出した。

その手段とは、
ａ）光源として低プロファイルの表面実装ＬＥＤアレーを使用すること、
ｂ）ＬＥＤとフレネルレンズ間の距離を縮めるため、ＬＥＤの発光角度を拡張すること、および
ｃ）光拡散器などの追加の光学部品を省くように対象窓を最適化するよう、ＬＥＤ発光領域およびフレネルレンズの焦点距離を適切に選択することである。

したがって、本発明の一態様では、携帯型眼用光治療装置を提供している。本装置は、基板と、この基板上に表面実装され、各ＬＥＤの発光角度が６０〜１３０°、好ましくは、１００〜１３０°であるＬＥＤアレーと、ＬＥＤアレー上部に配置され、ＬＥＤアレーと空間的に整列するフレネルレンズ・アレーと、ＬＥＤアレーからの光が出射できる開口部を有する筐体とを含む。

厚さを薄くするため、光拡散器を省くことができるが、本発明の光治療装置は、光学性能をより高めるよう、光拡散器や弱レンズなど別の光学部品を含んでもよい。したがって、本発明の一実施形態では、携帯型眼用光治療装置は、フレネルレンズ・アレー上部に配置された光拡散器もまた備えていてもよい。本発明の他の実施形態では、携帯型眼用光治療装置は、さらにフレネルレンズ・アレー上部に配置された弱レンズもまた備えていてもよい。

本発明の携帯型眼用光治療装置の実施形態によれば、各表面実装ＬＥＤの発光領域は、直径が１〜３ｍｍであり、各フレネルレンズの焦点距離は、４〜８ｍｍであり、各フレネルレンズの直径は１０〜３０ｍｍである。ある実施形態では、フレネルレンズ・アレーの各部品の形は、６角形である。

本発明による携帯型眼用光治療装置は、より薄く、それ故、全寸法がより小さい。さらに、各フレネルレンズは、対応する各ＬＥＤの発光領域を使用者の顔に映すので、光の利用効率を最大にすることができる。しかも、光拡散器などの追加の光学部品を省いたことにより、製造コストを抑え、装置の重量も軽量化できる。

従来の携帯型眼用光治療装置の光学構体の概略図である。 本発明の一実施形態による携帯型眼用光治療装置の光学構体の概略図である。 図２で示した本発明の実施形態による携帯型眼用光治療装置の光路の概略図である。 本発明の一実施形態による携帯型眼用光治療装置のＬＥＤアレーおよびフレネルレンズ・アレーの構成パターンの概略図である。 本発明の一実施形態による携帯型眼用光治療装置の構成の概略図である。

本発明を、添付の図面を参照し以下に詳細に説明する。尚、添付の図面とともに以下で述べる詳細な説明は、限定ではなく例示である。

図１は、従来の携帯型眼用光治療装置の光学構体の概略図である。図１に示すように、光学構体は、基板１１，基板１１上に実装されたＬＥＤアレー１２、ＬＥＤアレー１２上部に配置されたフレネルレンズアレー１３、およびフレネルレンズアレー１３上部に配置された光拡散器１４を含む。ＬＥＤアレー１２は、２４個のＬＥＤ（２つのみが図１に示されている）から構成され得る。各ＬＥＤの発光角度は約５０°である。日亜化学工業株式会社（日本）から入手されるＮＳＰＷ５１０ＢＳ型ＬＥＤを使用できる。ＬＥＤアレー１２に対応して、フレネルレンズアレー１３は、２４個のフレネルレンズから構成される。フレネルレンズアレー１３は、ＬＥＤアレー１２から出射される光を受光し、これを平行にし、平行にされた光は、光拡散器１４を通過し、使用者の顔の所定領域、すなわち対象窓を均一に照射する。

図１で示したように構成された光学構体は、厚さが約２５ｍｍである。この厚さは、基板１１の底部と光拡散器１４の上部との距離に相当する。必要とされる筐体を考慮に入れると、装置全体の厚さは、３０〜４０ｍｍとなる。

図２は、本発明の一実施形態による携帯型眼用光治療装置の光学構体の概略図である。本実施形態では、図２で示すように、表面実装ＬＥＤアレー２２（ＬＥＤは２つのみ示されている）が、光源として使用される。この表面実装ＬＥＤは本質的に、高さが低く、基板２１上に直接実装でき、これにより、ある程度、装置の厚さが薄くなる。

さらに、照射領域の均一性を維持しながら、ＬＥＤ発光角度を広げるにつれて、ＬＥＤとフレネルレンズ間の必要とされる距離が狭くなるため、ＬＥＤ２２アレーおよびフレネルレンズ２３アレー間の距離をより短くできる。

ＬＥＤ２２アレーから出射され、フレネルレンズ２３アレーを通って平行にされた光は、フレネルレンズ２３アレー上部の光拡散器の設置を必要とすることなく、使用者の顔に直接投影される。ＬＥＤ発光領域およびフレネルレンズの焦点距離の適切な選択により、ＬＥＤアレーから出射される全ての光の大部分は、明確に定められた対象窓へと効率良く中継される。

図３は、図２で示した本発明の実施形態に基づく携帯型眼用光治療装置の光路の概略図である。見やすさのため、表面実装ＬＥＤを１つだけ、図３に示しており、対象窓は、全ＬＥＤ発光領域の複合画像である。図３において、対象窓３４は、基板３１に実装されたＬＥＤ３２表面から出射され、フレネルレンズ３３により平行にされた光により形成される。

この実施形態では、使用されるＬＥＤは、日亜化学工業株式会社（日本）により製造された発光角度が１２０°、発光領域が直径２．４ｍｍのＮＳＳＷ０６６４型ＬＥＤであり、使用されるフレネルレンズは、直径が２４ｍｍ、焦点距離が６ｍｍである。光治療装置と使用者の顔との距離は、６００ｍｍであり、直径が約２４０ｍｍの明確に定められた対象窓が生成される。

この実施形態によれば、使用者の眼が、対象窓内にあるとき、フレネルレンズ・アレー２３の各要素は、対応するＬＥＤ発光領域の仮想画像で満たされているように見え、そして十分に明るく見え、大きな２次光源のように効果的に作用する。使用者の眼が、対象窓の外へ移動すると、定められた対象窓への効率的な集光により、使用者は、フレネルレンズ要素の輝度が、低レベルまで急激に下がることを知覚する。

この実施形態によれば、本発明の携帯型眼用光治療装置には、幾つかの利点がある。第一に、基板２１の底部からフレネルレンズアレー２３の上面までの距離は、約１０ｍｍでよく、これにより、超薄型光治療装置が可能となる。第二に、集光効率が高く、且つ、集められた略全ての光が、明確に定められた対象窓に投影されるため、必要とされるＬＥＤ出力が最小となり、装置の全効率が高くなる。第三に、他の光学部品を用いずに、表面実装ＬＥＤおよび対応するフレネルレンズを使用することは、製造コストの低下と、装置の重量を軽量化に寄与する。最後に、フレネルレンズの要素は、光で満たされているように見えるため、グレアが抑えられ、指示通りに使用すれば、眼に対する害がない。

一般に、完全な光治療装置は、１０〜１５個、またはそれ以上の発光素子からなるアレーを含み得、各素子は、同様のＬＥＤ画像を対象窓全体に供給する。ＬＥＤの数は、必要に応じて、当業者により選択できる。このＬＥＤアレーは、６角形パターンなどの種々のパターンとして構成できる。フレネルレンズ・アレーは、ＬＥＤアレーと空間的に整列し得る。図４は、本発明の一実施形態に基づく携帯型眼用光治療装置のＬＥＤアレーおよびフレネルレンズ・アレーの構成の概略図である。図４に示すように、ＬＥＤアレーは、１３個の表面実装ＬＥＤを含み、それぞれが、各６角形の中心領域に配置される。これに対応して、フレネルレンズも、６角形型で、且つ、１３個のＬＥＤと空間的に整列する１３個のフレネルレンズを含む。

本発明の他の実施形態では、対象窓をより最適化するよう要求された場合、全体の厚みを増して、全効率を落とすことを犠牲にしてのみ、追加の光学部品を含めることができる。当業者は、所定の要件に応じて、種々の要因を重視して適切な判断を下し得る。例えば、各アレー要素の横変位を吸収し、且つ、対象窓に対する個々の寄与同士の僅かなズレを除去するよう、フレネルレンズ・アレーの前方に、追加の弱レンズを直接配置できる。あるいは、対象窓の不均一性を平滑化するよう、フレネルレンズ・アレーの前方に、光拡散器を直接配置し得る。

図５は、本発明の一実施形態に基づく携帯型眼用光治療装置の構成の概略図である。図５において、携帯型眼用光治療装置は、基板５１、ＬＥＤアレー５２、フレネルレンズ・アレー（図示せず）、および筐体５３、５４を含む。この実施形態では、基板５１、ＬＥＤ５２アレーおよびフレネルレンズ・アレー（図示せず）は、図２で示したものと同じ方法で構成される。筐体は、２つの部分、すなわち、前方部５３および後方部５４を含み、これらは、例えば、プラスチック成形、または金属化材料によって形成できる。前方部５３は、開口部５５を含み、これを介して、ＬＥＤアレー５２から光が出射され得る。この開口部５５は、透明プラスチック、またはガラスなどの透明性のある材料で被覆し得る。

ＬＥＤアレー５２は、４００〜８００ｎｍまでの可視光スペクトル内でのいかなる色の光でも出射し得る。しかし、４６０ｎｍに近い最大波長を有する強い青色成分を含む白色発光ＬＥＤが、治療に効果的であることが実証されているため、４４０〜４８０ｎｍの波長帯内の青色光の強い成分を含む白色光を出射するＬＥＤが、より好ましい。ある実施形態では、ＬＥＤは、ＵＶ範囲、すなわち、４００ｎｍ未満の光を出射する。

ある実施形態では、携帯型眼用光治療装置５０は、さらに、装置５０を支持し、且つ、装置５０の向きを調整するためのスタンドを備えたドッキング・ステーション５８を含むことができる。このドッキング・ステーション５８は、ピン接合、ヒンジ接合、ねじ取付、または、他の適切な任意の接続法により、筐体に接続される。

オン／オフ操作、または、他の機能操作を供給できる操作ボタン５６は、ドッキング・ステーション内、または、装置の筐体５０の前面、側面、或いは、後面内に実装できる。ドッキング・ステーションは、プログラミング、タイマー機能、アラームクロック、夜明けシミュレーションおよび他の機能を支援するよう、小型のＬＣＤディスプレイを含むことができる。基板５１は、ある機能を実行可能な回路を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。ある実施形態では、ＰＣＢおよび対応する操作ボタンを介して、夜明けシミュレーション機能を供給するため、所定の時刻において、光の明るさをゼロから所定値まで上げるよう、ＬＥＤ要素をプログラムする。バッテリーカバー５７が、後方部５４に設けられ、バッテリーを、携帯電話のものと類似したエンクロージャーの中に含め得る。さらに、この装置は、ＵＳＢおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続に対応した集積部品を含んでいてもよい。

図５の実施形態によれば、携帯型眼用光治療装置５０は、厚さが１３ｍｍ未満で、長さが１３０ｍｍ未満で、そして、幅が８０ｍｍ未満である。このようなサイズの小さい光治療装置は、家の中、オフィス、または、教室など種々の状況において、さらに、飛行機、バス、電車、自動車等での移動中に、人目につかないように使用できる。

本実施形態に関する上記説明は、当業者が、本発明を実施できるように、提供され、本発明の範囲を限定することを意図してはいない。多数の修正、変更および適合が、請求項に規定される本発明の範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に適用できる。

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上に表面実装され、各ＬＥＤの発光角度が６０〜１３０°であるＬＥＤアレーと、
   前記ＬＥＤアレー上部に配置され、ＬＥＤアレーと空間的に整列するフレネルレンズ・アレーと、
   前記ＬＥＤアレーから光が出射できる開口部を有する筐体とを含む携帯型眼用光治療装置。
2. 前記ＬＥＤはそれぞれ、発光角度が１００〜１３０°である請求項１に記載の携帯型眼用光治療装置。
3. 前記基板が、プリント回路基板である請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
4. 前記ＬＥＤから出射される光の波長が、４００〜８００ｎｍである請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
5. 前記ＬＥＤから出射される光の波長が、４４０〜４８０ｎｍである請求項４に記載の携帯型眼用光治療装置。
6. 前記ＬＥＤから出射される光の波長が、４００ｎｍ未満である請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
7. 各ＬＥＤの発光領域が、直径１〜３ｍｍである請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
8. 各フレネルレンズは、焦点距離が４〜８ｍｍである請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
9. 各フレネルレンズの形は６角形で、直径が１０〜３０ｍｍである請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
10. 前記フレネルレンズ・アレー上部に配置された光拡散器をさらに含む請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
11. 前記フレネルレンズ・アレー上部に配置された弱レンズをさらに含む請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
12. 前記筐体に接続したドッキングステーションをさらに含む請求項１または２に記載の携帯型眼用光治療装置。
13. 前記ＬＥＤが、所定時間に光の明るさをゼロから所定値まで増加するようプログラムされている請求項３に記載の携帯型眼用光治療装置。
14. 前記装置の厚さが、２０ｍｍ未満である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の携帯型眼用光治療装置。

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