JP2017153582A - Dental light irradiation device - Google Patents

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Seiji Nomura
誠次 野村
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基文 十河
雅也 西願
Masaya Saigan
雅也 西願
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dental light irradiation device that can be inserted into a narrow place such as a root canal of a tooth and a periodontal pocket, and can efficiently condense and apply an irradiation light from an LED light source.SOLUTION: A dental light irradiation device includes a slender tip chip that can be inserted into a narrow place in an oral cavity, a handpiece body with the tip chip attached to the distal side end part, an LED light source attached to the inside on the distal side of the handpiece body, and a lens body for receiving an irradiation light from the LED light source and guiding it the tip chip. A light receiving surface for the irradiation light from the LED light source of the lens body is formed by an aspherical surface, and the tip chip includes a taper-shaped light guide part which is tapered, and an irradiation part formed integrally at the tip of the light guide part so as to emit the light guided at the light guide part.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、歯科における光殺菌治療等に使用する光照射装置、とりわけLEDを光源とするハンドピースの先端で口腔内の狭隘な箇所に効率よく所望の強度で光照射し得る先端チップ等の構成を有する歯科用光照射装置に関するものである。   The present invention relates to a light irradiation apparatus used for photobacterial treatment in dentistry, etc., particularly a tip such as a tip that can efficiently irradiate a narrow part of the oral cavity with a desired intensity at the tip of a handpiece using an LED as a light source. The present invention relates to a dental light irradiation apparatus having

歯牙の根管や歯周ポケット等のように狭隘な部位を光照射することは、かかる部位の診療に極めて有効である。このように歯牙の狭隘な部位にまで光照射し得るようにした先行技術としては、特許文献1〜4に開示された技術を挙げることができる。特許文献1〜4には、歯牙の根管や歯周ポケット等のように狭隘な部位を光照射するという技術思想が開示されている。   Irradiating a narrow part such as a tooth root canal or a periodontal pocket is extremely effective for medical treatment of such a part. As the prior art that can irradiate light even to a narrow part of a tooth in this way, the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 can be cited. Patent Documents 1 to 4 disclose a technical idea of irradiating a narrow part such as a tooth root canal or a periodontal pocket.

しかしながら、これらは共通して、光源からの光をライトガイド或いはこれに相当するもの(集光部材等も含む)を介して導光して目的部位に照射するよう構成されており、ライトガイド等を介して導光する場合は、光の照射ムラや光量の減衰が生じることは不可避であり、照射端において充分な光量を得るには、容量の大きな光源を用いる必要があり、これに伴い光源及び付随する関連機器が大型化され、あるいは消費電力が大きなものとなる。特に歯科用の光照射器においては、光源やその関連機器は、ハンドピースタイプのグリップ部等に内蔵され、その為グリップ部等も自ずと大型化され、その取扱適性を低下させる要因となっていた。   However, these are commonly configured to guide light from a light source through a light guide or an equivalent (including a condensing member) and irradiate the target site. When the light is guided through the light source, it is inevitable that light irradiation unevenness and attenuation of the light amount occur, and in order to obtain a sufficient light amount at the irradiation end, it is necessary to use a light source with a large capacity. In addition, associated equipment is increased in size or power consumption is increased. In particular, in a dental light irradiator, the light source and related equipment are incorporated in a handpiece type grip part, etc., and therefore the grip part etc. is naturally increased in size, which causes a reduction in handling suitability. .

このような問題を解決するものとして特許文献4では、歯牙の根管や歯周ポケット等のように狭隘な部位に挿入可能な細長部材7の先端部に光源を取付け、診療部位を直接照射する構成のハンドピースタイプの光照射装置が提供されているが、この装置においては光源を先端に設けるために先端を尖った形状にすることができず、逆に先端をより細くするとLEDのごとき強度の弱い光源では照射強度が不足するという問題が発生する。   In order to solve such a problem, in Patent Document 4, a light source is attached to the distal end portion of an elongated member 7 that can be inserted into a narrow site such as a tooth root canal or a periodontal pocket, and the medical site is directly irradiated. Although a handpiece type light irradiation device having a configuration is provided, in this device, since the light source is provided at the tip, it is not possible to make the tip sharp, but conversely, if the tip is made thinner, the strength like an LED The problem is that the irradiation intensity is insufficient with a weak light source.

特表2003−525072号公報Special table 2003-525072 gazette 特開2003−310641号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-310641 特開2004−321422号公報JP 2004-321422 A 特開2011−135973号公報JP 2011-135973 A

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく創作されたものであり、歯牙の根管や歯周ポケット等のような狭隘な箇所に挿入可能で、且つLED光源からの照射光を効率的に集光して照射することができる歯科用光照射装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been created to solve the above-mentioned problems, and can be inserted into a narrow space such as a tooth root canal or a periodontal pocket, and can efficiently radiate light from an LED light source. It aims at providing the dental light irradiation apparatus which can condense and irradiate.

本発明の歯科用光照射装置は、
口腔内の狭隘な箇所に挿入可能な細長形状の先端チップ(例えば本実施形態におけるチップ15)と、
前記先端チップを遠位側端部に取り付けたハンドピース本体(例えば本実施形態における本体12、ヘッド13)と、
前記ハンドピース本体の遠位側内部に取付けられたLED光源(例えば本実施形態におけるLED光源16)と、
前記LED光源からの照射光を受光して前記先端チップまで導光するレンズ体と(例えば本実施形態におけるレンズ体17)を備え、
前記レンズ体は、前記LED光源からの照射光の受光面が非球面で形成され、
前記先端チップは先細りするテーパ形状の導光部分(例えば本実施形態におけるテーパ部15a)と、前記導光部分で導光された光を発光させる照射部分(例えば本実施形態における細長部15b)とを有する、ことを特徴とする。
The dental light irradiation apparatus of the present invention is
An elongated tip (for example, the tip 15 in the present embodiment) that can be inserted into a narrow portion in the oral cavity;
A handpiece body (for example, the body 12 and the head 13 in the present embodiment) in which the tip is attached to the distal end;
An LED light source (for example, the LED light source 16 in the present embodiment) attached to the distal side of the handpiece body;
A lens body that receives irradiation light from the LED light source and guides it to the tip chip (for example, the lens body 17 in the present embodiment);
The lens body has an aspherical light receiving surface from the LED light source,
The tip has a tapered light guide portion that tapers (for example, the tapered portion 15a in the present embodiment), and an irradiation portion that emits light guided by the light guide portion (for example, the elongated portion 15b in the present embodiment). It is characterized by having.

本発明の歯科用光照射装置は光殺菌治療等に使用するときに、歯牙の根管や歯周ポケット等のように狭隘な部位にLEDを光源とする先端チップを挿入して光照射する。この歯科用光照射装置によれば、ハンドピースの遠位側の端部にLED光源が用いられているため光源からの導光路が先端チップに近く、照射光の減衰、強度低下が小さい。その一方、先端チップ内に光源を配設していないので、先端チップの小型化、細長化ができ、より狭隘な部位にも挿入・光照射可能である。なお、先端チップとレンズ体とは、それぞれ別個の部材と形成されても、両者一体に成型されても良い。   When the dental light irradiation apparatus of the present invention is used for light sterilization treatment or the like, a tip tip having an LED as a light source is inserted into a narrow portion such as a tooth root canal or a periodontal pocket to irradiate light. According to this dental light irradiation device, since the LED light source is used at the distal end of the handpiece, the light guide path from the light source is close to the tip, and the attenuation and decrease in intensity of irradiation light are small. On the other hand, since the light source is not provided in the tip, the tip can be reduced in size and lengthened, and insertion and light irradiation can be performed even in a narrower part. The tip and the lens body may be formed as separate members or may be molded integrally with each other.

また、本歯科用光照射装置によれば、LED光源からの照射光を受光するレンズ体の端面が非球面(本明細書で非球面と称するときは非球面に平面を含まない)で構成されているためレンズ体内でLED光源からの光の主ビームを平行光に変えて導光することができる。したがって、LED光源からの光を最大限効率よく先端チップで発光させることができる。   Further, according to the dental light irradiation apparatus, the end surface of the lens body that receives the irradiation light from the LED light source is configured as an aspherical surface (in this specification, the aspherical surface does not include a plane). Therefore, the main beam of light from the LED light source can be changed into parallel light and guided in the lens body. Therefore, the light from the LED light source can be emitted from the tip chip with maximum efficiency.

前記レンズ体の照射面も非球面で形成されても良い。   The irradiation surface of the lens body may also be aspherical.

レンズ体の内部は概ね平行光で導光されるが、先端チップへの照射面も非球面にすると中心軸に向かって先端チップ内で集光し、先端チップ内での反射による導光に依存しなくても又は反射回数を減じて照射部分まで導光することができる。とりわけ歯牙の根管や歯周ポケット等の特に狭隘な部位に照射部分を挿入するような極細の先端チップであり、導光部分のテーパ角度をあまり大きな鋭角とすることができないような場合にも良好である。   The inside of the lens body is generally guided by parallel light, but if the irradiation surface to the tip is also aspherical, it is focused in the tip tip toward the central axis and depends on light guide by reflection in the tip tip Even if not, the number of reflections can be reduced and light can be guided to the irradiated portion. Especially when it is an ultra-fine tip that inserts the irradiated part into a particularly narrow part such as a tooth root canal or periodontal pocket, and the taper angle of the light guiding part cannot be made too large. It is good.

また、本発明の歯科用光照射装置における、
前記レンズ体は、前記LED光源からの照射光の受光面が平面で、照射面が非球面で形成されても良い。
In the dental light irradiation device of the present invention,
The lens body may be formed such that the light receiving surface of the irradiation light from the LED light source is flat and the irradiation surface is aspherical.

上述してきた本歯科用光照射装置では、レンズ体の受光面を非球面にしていたが、レンズ体の受光面を平面にしても照射面側を非球面にすれば同様である。   In the above-described dental light irradiation apparatus described above, the light receiving surface of the lens body is aspherical. However, the same applies if the light receiving surface of the lens body is flat and the irradiation surface side is aspherical.

また、前記先端チップの導光部分のテーパ形状の角度は、その内面で略全反射するように鋭角である、ことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the taper-shaped angle of the light guide portion of the tip is an acute angle so as to be substantially totally reflected on the inner surface.

この構成によればレンズ体から受光する先端チップの導光部分のテーパ角度を鋭角にし、導光部分の内部で概ね全反射するように構成している。このような構成を採用すると先端チップの内面(内壁)に全反射角よりも光があたると外部に透過せず全反射する性質を有する。また、反射回数が多いほど光路が長くなり光の減衰が増加するので効率には不利となる。したがって、反射回数が少ないほど導光効率が高い。したがって、本発明では、レンズ体から受光した平行光を鋭角のテーパ角度(先細り)の導光部分として内部で概ね全反射し、反射回数(理想的には高々2回程度)も減らすように形成している。   According to this configuration, the taper angle of the light guide portion of the tip chip that receives light from the lens body is set to an acute angle, and is configured to be totally totally reflected inside the light guide portion. When such a configuration is adopted, when light is applied to the inner surface (inner wall) of the tip end more than the total reflection angle, it has the property of being totally reflected without being transmitted to the outside. Also, as the number of reflections increases, the optical path becomes longer and the attenuation of light increases, which is disadvantageous for efficiency. Therefore, the smaller the number of reflections, the higher the light guide efficiency. Therefore, in the present invention, the parallel light received from the lens body is substantially totally reflected internally as a light guide portion having an acute taper angle (tapered), and the number of reflections (ideally about twice at most) is reduced. doing.

また、前記レンズ体の受光面は、前記LED光源からの照射光の光束の所定割合以上が含まれる照射角度範囲内に位置決めされる、ことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the light receiving surface of the lens body is positioned within an irradiation angle range including a predetermined ratio or more of the luminous flux of the irradiation light from the LED light source.

LED光源からの照射光は、拡散するが実際にはそれぞれ所定の照射角度の範囲に大部分の光束が含まれる。したがって、高強度の照射光を得るには反射板や別途の導光路を設けるよりも有効強度の光をLED光源から直接レンズ体の受光面に照射することが好ましいとわかった。したがって、本歯科用光照射装置では、受光面が有効な照射角度範囲内に位置するように構成している。   Although the irradiation light from the LED light source diffuses, in practice, most of the light flux is included in the range of the predetermined irradiation angle. Therefore, it has been found that it is preferable to irradiate the light receiving surface of the lens body directly from the LED light source with effective light rather than providing a reflector or a separate light guide in order to obtain high intensity irradiation light. Therefore, in this dental light irradiation apparatus, it is comprised so that a light-receiving surface may be located in the effective irradiation angle range.

さらに、前記先端チップのレンズ体側の受光面は、非球面で形成される場合も考えられる。   Furthermore, the light receiving surface on the lens body side of the tip may be formed as an aspherical surface.

先の例では、レンズ本体の照射面側を非球面で形成し、先端チップの導光部分内で集光していたが、この例では、先端チップの受光面側の形状を非球面することで同様の効果を企図している。   In the previous example, the irradiation surface side of the lens body was formed as an aspheric surface, and was condensed in the light guide part of the tip chip. In this example, the shape of the light receiving surface side of the tip chip is aspherical. The same effect is intended.

本発明の歯科用光照射装置によれば、LED光源を使用する充電式等のハンドピースでありながら、歯牙の根管や歯周ポケット等のような狭隘な箇所に挿入可能な形状とすることができ、同時にLED光源からの照射光の強度を低減させずに効率的に集光して照射することができる。例えば、本歯科用光照射装置を光殺菌治療等に用いた場合、迅速かつ効果的な光殺菌をすることができる。 According to the dental light irradiation apparatus of the present invention, it is a rechargeable handpiece that uses an LED light source, but can be inserted into a narrow part such as a tooth root canal or a periodontal pocket. At the same time, it is possible to efficiently condense and irradiate without reducing the intensity of the irradiation light from the LED light source. For example, when this dental light irradiation device is used for photo-sterilization treatment or the like, rapid and effective photo-sterilization can be performed.

図1は、本発明の一実施形態としての歯科用光照射装置1の全体構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a dental light irradiation apparatus 1 as an embodiment of the present invention. (a)に図1のハンドピースの平面図、(b)に正面図が示されている。A plan view of the handpiece of FIG. 1 is shown in (a), and a front view is shown in (b). LED光源、レンズ体、チップを模式化した図が示されている。The figure which modeled the LED light source, the lens body, and the chip | tip is shown. (a)にLED光源の模式平面図が示され、(b)にその発光の指向分布の結果を示している。(A) shows a schematic plan view of the LED light source, and (b) shows the result of the directional distribution of the light emission. (a)はLED光源からレンズ体へ入射する光線のシミュレーションについて示す模式図であり、(b)はシミュレーション結果を評価するときにLED光源の発光部分についての選択の様子を示す略図である。(A) is a schematic diagram shown about the simulation of the light ray which injects into a lens body from an LED light source, (b) is a schematic diagram which shows the mode of selection about the light emission part of an LED light source, when evaluating a simulation result. 実際に、(a)に示す3種類形状のレンズ体について、図5の光線シミュレーション結果を比較し、評価したグラフ図が(b)、(c)に示されている。Actually, for the three types of lens bodies shown in (a), graphs evaluated by comparing the light beam simulation results of FIG. 5 are shown in (b) and (c). 光導光が高効率であるレンズ体とチップと組み合わせの例であり、(a)は、LED光源側の上部が非球面状で下部が平面状、(b)は、LED光源側の上部が非球面状でチップ側の下部も非球面、(c)は、LED光源側の上部が非球面状でチップの上部が非球面である。It is an example of a combination of a lens body and a chip with high efficiency of light guiding. (A) is an aspherical upper part on the LED light source side and flat on the lower part, and (b) is non-planar on the LED light source side. In the spherical shape, the lower part on the chip side is also aspherical, and in (c), the upper part on the LED light source side is aspherical and the upper part of the chip is aspherical. 図7の変形例であり、(a)は、LED光源側の上部が平面状で下部が非球面状、(b)は、LED光源側の上部が平面状で下部が非球面状、チップの上部も非球面である。7A is a modified example of FIG. 7A, the upper part on the LED light source side is planar and the lower part is aspherical, and FIG. 7B is the upper part on the LED light source side planar and the lower part is aspherical. The upper part is also aspheric.

図1は本発明の光照射用装置10を含む概ね筒状のハンドピース全体の斜視図、図2は該ハンドピースの平面図(図2(a))、正面図(図2(b))が示されている。図1は、本発明の一実施形態としての歯科用光照射装置10の全体構成を示す斜視図である。図1に示す歯科用光照射装置10は、主に歯牙の根管や歯周ポケット内を照射し得るコードレスのハンドピースタイプに構成されたものである。本歯科用光照射装置10は、術者が歯科診療する際に手に持つ部分であるグリップ形状の本体12と、本体12の先側部に着脱自在に装着されたヘッド13とより構成される。本体12にはLED光源12への給電用の充電バッテリーが配設される。LED光源12はヘッド13内に配設されるため図1〜図2では図示しないが、その概位置が図2において点16で示されている(以下、LED光源12とも表記する)。   FIG. 1 is a perspective view of the entire cylindrical hand piece including the light irradiation device 10 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the hand piece (FIG. 2 (a)) and a front view (FIG. 2 (b)). It is shown. FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a dental light irradiation apparatus 10 as an embodiment of the present invention. The dental light irradiation device 10 shown in FIG. 1 is configured in a cordless handpiece type that can mainly irradiate the root canal and periodontal pocket of a tooth. The dental light irradiation apparatus 10 includes a grip-shaped main body 12 which is a part held by a surgeon during dental treatment, and a head 13 which is detachably attached to the front side portion of the main body 12. . The main body 12 is provided with a charging battery for supplying power to the LED light source 12. Since the LED light source 12 is disposed in the head 13, although not shown in FIGS. 1 to 2, the approximate position is indicated by a point 16 in FIG. 2 (hereinafter also referred to as the LED light source 12).

さらに、ヘッド13は、ヘッド基部13aと、ヘッド基部13aの先端に装着されたヘッド先端部13bとよりなり、ヘッド先端部13bにはチップ15が着脱自在に取り付けられる。ヘッド12の表面には、照射時間や照明強度、設定された照射時間や残り照射時間、電池の残量等を表示する操作・表示部14が設けられている。ヘッド基部13aの内部には操作・表示部14からの操作および本体12内のバッテリーからの給電を受けてLED光源16の光照射の開始・停止等を制御する電気制御部(図示せず)が配設されている。   Further, the head 13 includes a head base portion 13a and a head front end portion 13b attached to the front end of the head base portion 13a, and a chip 15 is detachably attached to the head front end portion 13b. On the surface of the head 12, an operation / display unit 14 is provided for displaying the irradiation time and illumination intensity, the set irradiation time and remaining irradiation time, the remaining battery level, and the like. Inside the head base 13a, there is an electric control unit (not shown) that controls the start / stop of the light irradiation of the LED light source 16 by receiving the operation from the operation / display unit 14 and the power supply from the battery in the main body 12. It is arranged.

また、ヘッド先端部13bは、本体12及びヘッド基部13aの軸線に対して所定の傾斜角(図2の例ではθ=25°)で上方に傾斜している。ヘッド先端部13bには、内部のLED光源16からの照射光をチップ15まで導光するレンズ体17が装着されている。チップ15はこのレンズ体17に直接取り付けられることによってヘッド先端部13bに取り付けられることとなる。このような構成でチップ15は光照射する。   Further, the head tip portion 13b is inclined upward at a predetermined inclination angle (θ = 25 ° in the example of FIG. 2) with respect to the axes of the main body 12 and the head base portion 13a. A lens body 17 that guides irradiation light from the internal LED light source 16 to the chip 15 is attached to the head tip portion 13b. The chip 15 is attached to the head end portion 13b by being directly attached to the lens body 17. With such a configuration, the chip 15 is irradiated with light.

術者は、上記構成のハンドピース10の本体12を把持し、ヘッド先端部13bを口腔内に入れ、歯牙の根管や歯周ポケット等にチップ15の先端を挿入し、光照射することで光殺菌治療等を行うことができる。以下、光照射部分となるチップ15、チップ15に給光するLED光源16、LED光源16からチップ15まで導光するレンズ体17、の構成および導光について以下に例示説明する。   The surgeon grasps the main body 12 of the handpiece 10 having the above-described configuration, puts the head tip portion 13b into the oral cavity, inserts the tip of the tip 15 into the root canal of the tooth, periodontal pocket, etc., and irradiates with light. Photosterilization treatment and the like can be performed. Hereinafter, the configuration and light guide of the chip 15 serving as a light irradiation portion, the LED light source 16 that supplies light to the chip 15, and the lens body 17 that guides light from the LED light source 16 to the chip 15 will be described by way of example.

図3には、LED光源16、レンズ体17、チップ15を模式化した図が示されている。本発明の歯科用光照射装置では、LED光源16の発光パワーをいかに効率よくチップ15まで導光するかが検討された。具体的には、条件(1)LED光源16のパワーを高効率でレンズ体17に捕捉させる、条件(2)捕捉したレンズ体17への入射光を下部(チップ側)に高効率で導光する、条件(3)レンズ体17からチップ15への入射光を高効率かつ無方向に散光させる、構成を検討した。   FIG. 3 schematically shows the LED light source 16, the lens body 17, and the chip 15. In the dental light irradiation apparatus of the present invention, it was examined how to efficiently guide the light emission power of the LED light source 16 to the chip 15. Specifically, Condition (1) The power of the LED light source 16 is captured by the lens body 17 with high efficiency. Condition (2) Light incident on the captured lens body 17 is guided to the lower part (chip side) with high efficiency. Condition (3) A configuration in which incident light from the lens body 17 to the chip 15 is diffused in a highly efficient and non-directional manner was studied.

なお、本検証では、受光、導光要素となるレンズ体17およびチップ15として、下記のポリカーボネートを使用した。
密度:1.20 g/cm3
可用温度: −100 °C to +180 °C
融点:約250 °C
屈折率: 1.585 ± 0.001
光透過率:90% ± 1% (3mm)
線減弱係数μ:0.3512 cm-1
熱伝導率:0.19 W/mK
内面全反射角:39.1°
In this verification, the following polycarbonates were used as the lens body 17 and the chip 15 that serve as the light receiving and light guiding elements.
Density: 1.20 g / cm3
Available temperature: − 100 ° C to +180 ° C
Melting point: about 250 ° C
Refractive index: 1.585 ± 0.001
Light transmittance: 90% ± 1% (3mm)
Line attenuation coefficient μ: 0.3512 cm-1
Thermal conductivity: 0.19 W / mK
Total internal reflection angle: 39.1 °

また、LED光源16としては以下の仕様のLED Engin社製LED(型番:LZ4-00R208)を使用した。
照明色:Red
波長:660nm
光度:2.6cd
光束/放射束:2.6W
If-順電流:700mA
Vf-順電圧:10.5V
電力定格:7.4W
最高動作温度/最低動作温度:+125°C/-40°C
視角:95deg
As the LED light source 16, an LED engine LED (model number: LZ4-00R208) having the following specifications was used.
Lighting color: Red
Wavelength: 660nm
Luminous intensity: 2.6cd
Luminous flux / radiant flux: 2.6W
If-forward current: 700mA
Vf-forward voltage: 10.5V
Power rating: 7.4W
Maximum / minimum operating temperature: + 125 ° C / -40 ° C
Viewing angle: 95deg

詳細には後述するが、まずLED光源16からの照射光は、レンズ体17の上部に入射される。LED光源16から照射光は拡散されるが、前記条件(1)に鑑みて拡散光の多くがレンズ体17に入射されることが望ましい。拡散光を周囲に反射板を設けて集光させる方法も考えられるが反射光の利用率を考慮し、ここではLED光源16から照射光の指向性に基づいてLED光源16とレンズ体17までの距離lと、レンズ体17の上部17aの径r1を設定する。なお、レンズ体17の径r1は小さくすることが好ましい。周辺部材との干渉、装置の小型化、後述するチップ17のテーパ角度αの鋭角化のためである。   As will be described in detail later, first, the irradiation light from the LED light source 16 is incident on the upper portion of the lens body 17. Although the irradiation light from the LED light source 16 is diffused, it is desirable that most of the diffused light is incident on the lens body 17 in view of the condition (1). A method of condensing diffused light by providing a reflecting plate around is also conceivable. However, in consideration of the utilization rate of reflected light, here, from the LED light source 16 to the LED light source 16 and the lens body 17 based on the directivity of irradiation light. The distance l and the diameter r1 of the upper part 17a of the lens body 17 are set. Note that the diameter r1 of the lens body 17 is preferably small. This is for interference with peripheral members, downsizing of the device, and sharpening of the taper angle α of the chip 17 described later.

レンズ体17は一体成型されるが、その上部17aは非球面レンズとなっている。これにより入射光の主ビームを軸線方向に平行化し、中央部の副ビームも鋭角化して内部反射を促し、外部への放出を低減する。平行光の入射光は、そのままレンズ体17内を導光され、
レンズ体17の上部17aの非球面形状は、上方に凸形状であっても上方を開放する凹形状であっても良い。
The lens body 17 is integrally molded, but its upper portion 17a is an aspheric lens. As a result, the main beam of incident light is made parallel to the axial direction, the sub beam at the center is also sharpened to promote internal reflection, and emission to the outside is reduced. The incident light of the parallel light is guided through the lens body 17 as it is,
The aspherical shape of the upper portion 17a of the lens body 17 may be a convex shape upward or a concave shape that opens upward.

レンズ体17内で導光された光は、下部17bから放出される。図3の例では下部17bが平面形状であるが、後述する図7(b)のように非球面形状であっても良い。   The light guided in the lens body 17 is emitted from the lower portion 17b. In the example of FIG. 3, the lower portion 17b has a planar shape, but may have an aspherical shape as shown in FIG.

レンズ体17の下部17bから放出される光は、そのままチップ15に入射される。チップ15は、レンズ体17の下部17bに取り付けられる。チップ15は、下方に向かって径r2が小さくなるテーパ部15aとテーパー部15aと一体成型で下方に延びる細長部17bとで構成される。細長部15bは、歯牙の根管や歯周ポケット内等に直接挿入され、その下端が尖っている場合もあり得るが、図3では下端の表示を省略している(下端については図1、図2の例を参照)。   The light emitted from the lower portion 17b of the lens body 17 is incident on the chip 15 as it is. The chip 15 is attached to the lower portion 17 b of the lens body 17. The tip 15 includes a tapered portion 15a having a diameter r2 that decreases downward, and an elongated portion 17b that extends downward by integral molding with the tapered portion 15a. The elongated portion 15b is directly inserted into a tooth root canal or a periodontal pocket, and the lower end of the elongated portion 15b may be sharp, but the lower end is not shown in FIG. 3 (the lower end is shown in FIG. (See example in FIG. 2).

テーパ部15aに入射された光は、その強度が低下が小さい状態で細長部15bまで導光されることが好ましく、内面で全反射され、反射回数も少ない方が好ましい(理想的には高々反射回数2回)。したがって、テーパ角度αが小さく鋭角である必要があり、細長部15bの径r3は大きい方が好ましい。一方、細長部15bの径は治療部位により所望される径r3が設定されるものである。   The light incident on the tapered portion 15a is preferably guided to the elongated portion 15b with a small decrease in intensity, and is preferably totally reflected by the inner surface and less reflected (ideally reflected at most). 2 times). Therefore, the taper angle α needs to be small and acute, and the elongated portion 15b preferably has a large diameter r3. On the other hand, the diameter r3 desired by the treatment site is set as the diameter of the elongated portion 15b.

このように内面での全反射を利用するには、具体的には以下の関係を有する。
全反射角>K+2nα
(全反射角=90−臨界角)
K:入射光角
n:反射回数(高々n=2回が理想)
α:テーパ角
臨界角=全反射が起きる最も小さな入射角
Thus, in order to utilize the total reflection on the inner surface, specifically, the following relationship is established.
Total reflection angle> K + 2nα
(Total reflection angle = 90-critical angle)
K: incident light angle n: number of reflections (n = 2 at most ideal)
α: taper angle critical angle = smallest incident angle at which total reflection occurs

次に、LED光源16、レンズ体17、チップ15それぞれの詳細について言及する。
図4は、(a)にLED光源16の模式平面図が示され、(b)にその発光の指向分布の結果を示している。LED光源16は発光体16aがLED基部16に支持されている。発光体16aは、中心軸の回転対称で形成されている。発光体16aからわかるようにLED光源16は点光源ではなく、矢印に示すように有限の範囲(発光体16aの幅方向距離)に無数の光源点を有するものであり、それぞれの点から全方向に光が放射されている。したがって、光の指向性分布を考慮する必要がある。
Next, the details of the LED light source 16, the lens body 17, and the chip 15 will be described.
4A is a schematic plan view of the LED light source 16, and FIG. 4B shows the result of the directional distribution of light emission. The LED light source 16 has a light emitter 16 a supported by the LED base 16. The light emitter 16a is formed with rotational symmetry about the central axis. As can be seen from the light emitter 16a, the LED light source 16 is not a point light source, but has an infinite number of light source points in a finite range (the distance in the width direction of the light emitter 16a) as shown by the arrows. Light is radiated to Therefore, it is necessary to consider the directivity distribution of light.

ここでは、LED基部16bの下面から発行する面発光体からの照射光が球面ガラスレンズである発光体16aを通過したと仮定して、それぞれの球面ガラス表面上の発光点からの光線の広がりや角度を追跡し算出した。その結果、算出された発光体16a(LED光源16)の指向性分布が図4(b)に示されている。この図からLED光源16では、D照射角β=110°の範囲に97%以上の光束が含まれることがわかり、この範囲の照射光を捕捉することが理想となる。   Here, assuming that the irradiation light from the surface light emitter issued from the lower surface of the LED base portion 16b has passed through the light emitter 16a which is a spherical glass lens, The angle was tracked and calculated. As a result, the calculated directivity distribution of the light emitter 16a (LED light source 16) is shown in FIG. From this figure, it can be seen that the LED light source 16 includes 97% or more of light flux in the range of the D irradiation angle β = 110 °, and it is ideal to capture the irradiation light in this range.

次に、LED光源16からの光線がレンズ体17に照射され、入射していく光線のシミュレーションについて図5(a)を参照しつつ概説する。まず、LED光源16の発光体16aの表面上の任意の点を発光点(1)として設定する。次に、設定された発光点(1)から放射される光線(2)がレンズ体17の上部17aに入射される角度(入射角)について算出する。算出された入射角に基づいてレンズ体17の上部17a表面に入射光が侵入する際に屈折を算出する。屈折した光については、光線追跡し、壁面(17cや15a)に達した場合は反射するが、反射が起こっても臨界角(=90°−全反射角)を維持できるか否かを評価する。もし臨界角を維持できなければこの光線は先端部に達しないと判断する。反射後も臨界角を維持できた光線は継続して光線追跡し、最終的にこの光線が先端部15bの上辺に達すれば、良しとする。この評価を全光線について実施する。このとき発光体16aのうち発光部分の選択し、図5(b)に示す(1)〜(4)のように所定の半径以下が発光すると決定する。実際のシミュレーションでは、半径を細かく刻み、多数の光点を評価し、シミュレーション精度の向上を図っている。   Next, a simulation of a light beam irradiated from the LED light source 16 and incident on the lens body 17 will be outlined with reference to FIG. First, an arbitrary point on the surface of the light emitter 16a of the LED light source 16 is set as the light emission point (1). Next, the angle (incident angle) at which the light beam (2) emitted from the set light emitting point (1) is incident on the upper portion 17a of the lens body 17 is calculated. Based on the calculated incident angle, refraction is calculated when incident light enters the surface of the upper portion 17a of the lens body 17. Refracted light is traced and reflected when it reaches the wall surface (17c or 15a), but it is evaluated whether the critical angle (= 90 ° -total reflection angle) can be maintained even if reflection occurs. . If the critical angle cannot be maintained, it is determined that this ray does not reach the tip. A ray that can maintain a critical angle after reflection is continuously traced, and if this ray finally reaches the upper side of the tip 15b, it is considered good. This evaluation is performed for all rays. At this time, the light emitting portion of the light emitting body 16a is selected, and it is determined that a predetermined radius or less emits light as shown in (1) to (4) in FIG. In the actual simulation, the radius is chopped finely, a large number of light spots are evaluated, and the simulation accuracy is improved.

レンズ体17内で強度低下が少ない光線(高効率の光線)としての評価は、式1のように、総合効率Teを算出し、評価する。
式1に於いて、
半径rに於けるビーム面積率係数:Sr(半径rによって決まるビーム角度の二乗に比例)
半径rに於ける光線分布率 :Dr(半径rによって決まる円周長に比例する)
半径rに於ける評価する光線数 :Nr
半径rの光線の先端到達数 :Mr
としている。
Evaluation as a light beam (high-efficiency light beam) with a small intensity drop in the lens body 17 calculates and evaluates the total efficiency Te as shown in Equation 1.
In Equation 1,
Beam area ratio coefficient at radius r: Sr (proportional to the square of the beam angle determined by radius r)
Ray distribution rate at radius r: Dr (proportional to the circumference determined by radius r)
Number of rays to be evaluated at radius r: Nr
Number of rays reaching the tip of radius r: Mr
It is said.

実際に、3種類形状のレンズ体17で上述した光線シミュレーション結果を比較し、評価したものが図6に示されている。図6(a)に示すように、(1)は上部および下部ともに平面状のレンズ体17であり、(2)はLED光源側の上部17aが球面状であり、チップ側の下部17bが平面状のレンズ体17であり、(3)はLED光源側の上部17aが非球面状であり、チップ側の下部17bが平面状のレンズ体17である。なお、ここではレンズ直径を4mmから8mmまでを評価している。レンズ以下は側部17cがなく直ぐに長さ16mmテーパ部になり、先端直径を0.5mmとしている。(図3参照)。 FIG. 6 shows a result of actually comparing and evaluating the above-described light beam simulation results with three types of lens bodies 17. As shown in FIG. 6 (a), (1) is a planar lens body 17 for both the upper and lower parts, and (2) is a spherical upper part 17a on the LED light source side and a planar lower part 17b on the chip side. (3) shows an upper surface 17a on the LED light source side that is aspherical, and a lower portion 17b on the chip side that is a planar lens body 17. Here, the lens body diameter is evaluated from 4 mm to 8 mm. Below the lens body, there is no side portion 17c, and the length immediately becomes a 16 mm taper portion, and the tip diameter is 0.5 mm. (See FIG. 3).

図6(b)には、図6(a)の(1)〜(3)のレンズ体17でのTeがそれぞれ順に左側、右側に示されている。このグラフ図からわかるように、(1)のレンズ体17では、総合効率は、高々0.15前後、(2)のレンズ体で、高々0.25前後となっている。(3)では高いほうでは0.35を超えており、
この図からLED光源16から非球面のレンズ体17に入射させる方が高効率でチップ15まで導光することが理解できる。このとき、LED光源に最適化するには、レンズ直径を4.5mm前後とするのが良いことが分かる。
図6(c)は、先端直径を変化させた場合の(3)の非球面レンズでの総合効率の変化を示す。これから分かるように、0.05mmの変化でも効率に影響し、総合効率は先端直径に比例することを示す。先端直径は実用上差支えない範囲でなるべく太くするのが良いと分かる。
In FIG. 6 (b), Te in the lens body 17 of (1) to (3) of FIG. 6 (a) is shown on the left side and the right side, respectively. As can be seen from this graph, the overall efficiency of the lens body 17 of (1) is about 0.15 at most, and the maximum efficiency of about 0.25 for the lens body of (2). In (3), the higher one is over 0.35,
From this figure, it can be understood that the light incident from the LED light source 16 to the aspherical lens body 17 is guided to the chip 15 with higher efficiency. At this time, it is understood that the lens diameter should be about 4.5 mm in order to optimize the LED light source.
FIG. 6C shows a change in the overall efficiency of the aspherical lens of (3) when the tip diameter is changed. As can be seen, a change of 0.05 mm also affects the efficiency, indicating that the overall efficiency is proportional to the tip diameter. It can be seen that the tip diameter should be as thick as possible within a practical range.

図7には、光導光が高効率であるレンズ体17とチップ15と組み合わせの例が3種類示されている。(a)は、LED光源側の上部17aが非球面状であり、チップ15側の下部17bが平面状のレンズ体17であり、(b)は、LED光源側の上部17aが非球面状であり、チップ15側の下部17bも非球面のレンズ体17であり、(c)は、LED光源側の上部17aが非球面状であり、チップ15の上部15cが非球面である。   FIG. 7 shows three types of combinations of the lens body 17 and the chip 15 with high efficiency of light guiding. (A) The upper part 17a on the LED light source side is aspherical, the lower part 17b on the chip 15 side is a planar lens body 17, and (b) is the upper part 17a on the LED light source side is aspherical. In addition, the lower part 17b on the chip 15 side is also an aspherical lens body 17, and in FIG. 8C, the upper part 17a on the LED light source side is aspherical and the upper part 15c of the chip 15 is aspherical.

図7(a)の例では、レンズ体17の上部17aに入射した光は、屈折して平行光となり、平行光としてチップ15に入射し、テーパ部15a内を導光していることがわかる。平行光はテーパ部15a内で臨界角を維持しながら略全反射して細長部15bに到達する。   In the example of FIG. 7A, the light incident on the upper portion 17a of the lens body 17 is refracted to become parallel light, is incident on the chip 15 as parallel light, and is guided in the tapered portion 15a. . The parallel light is substantially totally reflected and reaches the elongated portion 15b while maintaining a critical angle in the tapered portion 15a.

図7(b)の例では、レンズ体17の上部17aに入射した光は、(a)のように屈折して一旦、平行光となるが(図示省略)、レンズ体17の下部17bの長焦点の非球面で集光されてチップ15に入射し、テーパ部15a内を導光していることがわかる。集光された光はテーパ部15aと細長部17との境界近傍のスポット領域19に収束し、細長部15bに到達する。この例では、テーパ角の鋭角形状に限度がある場合や臨界角を維持することが難しい場合に有利である。これは、反射回数を極力0にするための方式ともいえる。   In the example of FIG. 7B, the light incident on the upper portion 17a of the lens body 17 is refracted and temporarily becomes parallel light as shown in FIG. 7A (not shown), but the length of the lower portion 17b of the lens body 17 is reduced. It can be seen that the light is focused on the aspherical surface of the focal point, enters the chip 15, and is guided through the tapered portion 15a. The condensed light converges on the spot region 19 near the boundary between the tapered portion 15a and the elongated portion 17 and reaches the elongated portion 15b. This example is advantageous when there is a limit to the acute shape of the taper angle or when it is difficult to maintain the critical angle. This can be said to be a method for reducing the number of reflections to 0 as much as possible.

図7(c)の例では、図7(b)の変形例であり、レンズ体17の上部17aに入射した光は、屈折して一旦、平行光となるが、チップ15の上部15cで(b)の下部17bと同じ長焦点の非球面で集光されてテーパ部15a内を導光していることがわかる。集光された光はテーパ部15aと細長部17との境界近傍のスポット領域19に収束し、細長部15bに到達する。   The example of FIG. 7C is a modification of FIG. 7B, and the light incident on the upper portion 17a of the lens body 17 is refracted and becomes a parallel light once, but at the upper portion 15c of the chip 15 ( It can be seen that the light is condensed by the same long focal aspherical surface as the lower portion 17b of b) and guided in the tapered portion 15a. The condensed light converges on the spot region 19 near the boundary between the tapered portion 15a and the elongated portion 17 and reaches the elongated portion 15b.

図8(a)は図7(a)の変形例であり、LED光源側の上部17が平面状で下部が非球面状としている。図8(b)は図7(c)の変形例であり、LED光源側の上部が平面状で下部が非球面状、チップの上部も非球面としている。図7(a)(c)ではLED光源16からの照射光をレンズ体17の上部17aで平行光に変えていたが、図8(a)(b)の例ではレンズ体17の下部17bで平行光に変えることとしている。
なお、図7〜図8の例ではレンズ体17の側部17cに垂直方向の面を設けているが、側部17cはなくても良い。
FIG. 8A is a modification of FIG. 7A, in which the upper portion 17 on the LED light source side is planar and the lower portion is aspherical. FIG. 8B is a modification of FIG. 7C, in which the upper part on the LED light source side is planar, the lower part is aspherical, and the upper part of the chip is also aspherical. 7A and 7C, the irradiation light from the LED light source 16 is changed to parallel light at the upper portion 17a of the lens body 17, but in the example of FIGS. 8A and 8B, at the lower portion 17b of the lens body 17. It is supposed to change to parallel light.
7 to 8, the side surface 17c of the lens body 17 is provided with a vertical surface, but the side portion 17c may not be provided.

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described based on drawing, a specific structure is not limited to these embodiment. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent are included.

10 歯科用光照射装置
12 本体
13 ヘッド
13a ヘッド基部
13b ヘッド先端部
14 操作表示部
15 チップ
15a テーパ部
15b 細長部
15c チップ上部
16 LED光源
16a 発光体
16b LED基部
17 レンズ体
17a 上部
17b 下部
17c 側部
19 スポット領域





DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Dental light irradiation apparatus 12 Main body 13 Head 13a Head base part 13b Head front-end | tip part 14 Operation display part 15 Tip 15a Taper part 15b Elongated part 15c Chip upper part 16 LED light source 16a Light-emitting body 16b LED base part 17 Lens body 17a Upper part 17b Lower part 17c side Part 19 Spot area





Claims (6)

口腔内の狭隘な箇所に挿入可能な細長形状の先端チップと、
前記先端チップを遠位側端部に取り付けたハンドピース本体と、
前記ハンドピース本体の遠位側内部に取付けられたLED光源と、
前記LED光源からの照射光を受光して前記先端チップまで導光するレンズ体とを備え、
前記レンズ体は、前記LED光源からの照射光の受光面が非球面で形成され、
前記先端チップは先細りするテーパ形状の導光部分と、前記導光部分で導光された光を発光させる照射部分とを有する、ことを特徴とする歯科用光照射装置。
An elongated tip that can be inserted into a narrow spot in the oral cavity;
A handpiece body with the tip attached to the distal end;
An LED light source mounted inside the distal side of the handpiece body;
A lens body that receives irradiation light from the LED light source and guides it to the tip chip;
The lens body has an aspherical light receiving surface from the LED light source,
The tip light tip includes a tapered light guide portion that tapers and an irradiation portion that emits light guided by the light guide portion.
前記レンズ体の照射面は、非球面で形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の歯科用光照射装置。   The dental light irradiation device according to claim 1, wherein an irradiation surface of the lens body is formed as an aspherical surface. 口腔内の狭隘な箇所に挿入可能な細長形状の先端チップと、
前記先端チップを遠位側端部に取り付けたハンドピース本体と、
前記ハンドピース本体の遠位側内部に取付けられたLED光源と、
前記LED光源からの照射光を受光して前記先端チップまで導光するレンズ体とを備え、
前記レンズ体は、前記LED光源からの照射光の受光面が平面で、照射面が非球面で形成され、
前記先端チップは先細りするテーパ形状の導光部分と、前記導光部分で導光された光を発光させる照射部分とを有する、ことを特徴とする歯科用光照射装置。
An elongated tip that can be inserted into a narrow spot in the oral cavity;
A handpiece body with the tip attached to the distal end;
An LED light source mounted inside the distal side of the handpiece body;
A lens body that receives irradiation light from the LED light source and guides it to the tip chip;
The lens body is formed such that the light receiving surface of the irradiation light from the LED light source is flat and the irradiation surface is aspherical,
The tip light tip includes a tapered light guide portion that tapers and an irradiation portion that emits light guided by the light guide portion.
前記先端チップのレンズ体側の受光面は、非球面で形成される、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の歯科用光照射装置。   The dental light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the light receiving surface on the lens body side of the tip is formed as an aspherical surface. 前記先端チップの導光部分のテーパ形状の角度は、その内面で略全反射するように鋭角である、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の歯科用光照射装置。   The dental light irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the angle of the tapered shape of the light guide portion of the tip is an acute angle so as to be substantially totally reflected by the inner surface thereof. . 前記レンズ体の受光面は、前記LED光源からの照射光の光束の所定割合以上が含まれる照射角度範囲内に位置決めされる、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の歯科用照射装置。


The light receiving surface of the lens body is positioned within an irradiation angle range including a predetermined ratio or more of a light flux of irradiation light from the LED light source. Dental irradiation equipment.


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