JP2020140914A

JP2020140914A - 照明装置

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Publication number: JP2020140914A
Application number: JP2019037027A
Authority: JP
Inventors: 駿森下; Shun Morishita
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP7212549B2

Abstract

【課題】発光素子の破損と、やけど等の損傷を防止し、高照度で照射可能に構成された照明ユニットを備えた照明装置の提供を目的とする。【解決手段】所定の箇所を照らす照明ユニット３と、この照明ユニット３を一端に備える支持ユニット２と、この支持ユニット２の他端を接続し、前記照明ユニット３へ電力を供給する制御ユニット４とを具備した照明装置１において、前記照明ユニット３は、少なくとも一方が開口した中空の外殻部材３１１と、この外殻部材３１１内に配置され前記制御ユニット４に電気的に接続された発光素子３３と、前記外殻部材３１１の開口端を封鎖して設けられた主レンズ３１３とを有して成り、前記発光素子３３は、その発光面を前記主レンズ３１３に対向して配置されるとともに、前記外殻部材３１１および主レンズ３１３との間に空隙を持って配置されていることを特徴とする照明装置１。【選択図】図２

Description

本発明は、手術箇所となる患部周辺に光を照射し照らす照明装置に関する。

一般に手術箇所の照度は、１０，０００ルクスから１００，０００ルクスと定められている。このため、手術室の天井には無影灯等の高照度の照明が備えられ、手術箇所を照らしている。しかし、身体の深部に術部がある場合等においては、周辺組織に遮られて無影灯の光が手術箇所に十分届かず、照度が不足することがある。

その解決手段として、特許文献１に示された照明装置が知られている。この照明装置は、術部から離れた箇所に設置される光源と、この光源からの光を伝送する光ファイバー等のライトガイドとから成り、ライトガイドを術部付近に設置することで術部を照射可能となる。しかし、この装置においては、ライトガイドの伝送損失により、高照度の光源が必要となるため、消費電力が大きいという問題があった。

上記のような問題に鑑み、特許文献２および特許文献３に示された照明装置が創出されている。これら照明装置は、所定の箇所を照らすことができる照明ユニットと、この照明ユニットが一端に取り付けられて、これを任意の方向へ移動可能となす支持ユニットと、この支持ユニットの他端に備えられ、前記照明ユニットへ電力を供給可能な制御ユニットとから構成されており、術部付近に照明ユニットを設置することにより、術部付近を局部的に照明可能に構成されている。

特開２０１５−１２３３６６特表２０１８−５２７９５９特開２０１９−４７６

しかし、特許文献２および特許文献３に示された照明装置は、発光素子の発する熱により照明ユニット全体が高温になり、人体と接触した際、熱傷等の損傷を引き起こす危険性があった。特に、発光素子の近くに配置されているレンズは、発光素子の輻射熱等により、発光素子と同程度まで温度が上昇するものであるにも関わらず、術部に近い位置に配設されるものであるため、人体に触れる危険性が高かった。また、一般に発光素子の発熱により、発光素子およびその周辺部品が劣化、破損することが知られており、発光素子から熱を放出する必要もあるが、ヒートシンクなどを設けると照明ユニットや、これを支える支持ユニットが大型化してしまう等の問題が発生してしまう。従って、従来の照明装置においては、発熱量を抑えるために発光素子に大きな電力をかけることができず、結果、照度が不足してしまう等の課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて創生されたものであり、発熱による人体の損傷および発光素子の破損を防止しつつ、術部近傍を高照度で照明可能な照明装置の提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、所定の箇所を照らす照明ユニットと、この照明ユニットを一端に備える支持ユニットと、この支持ユニットの他端を接続し、前記照明ユニットへ電力を供給する制御ユニットとを具備した照明装置において、前記照明ユニットは、少なくとも一方が開口した中空の外殻部材と、この外殻部材内に配置され前記制御ユニットに電気的に接続された発光素子と、前記外殻部材の開口端を封鎖して設けられた主レンズとを有して成り、前記発光素子は、その発光面を前記主レンズに対向して配置されるとともに、前記外殻部材および主レンズとの間に空隙を持って配置されていることを特徴とする。これにより、照明ユニットは、筐体および主レンズと、発光素子および放熱体とのあいだに空気層を形成でき、その空気層の断熱効果により、発光素子の発する熱が照明ユニットの表面に伝わりにくく高温にならない。なお、発光素子は、外殻部材内にこれと空隙を持って配置された放熱体に支持して設けられていることが好ましい。これにより、発光素子は接続されている放熱体に発光時に発する熱を放熱することが可能となる。

また、外殻部材の内部には、主レンズと発光素子の間に副レンズが設けられていることが好ましく、発光素子は、副レンズに当接して配置されていることが好ましい。しかも、副レンズは、平面部が発光素子に対向するように配された平凸レンズであることが好ましく、発光素子は、表面実装型の発光ダイオードであることが好ましい。また、外殻部材には、少なくとも一端が開口した中空の内殻部材が内蔵されており、発光素子および放熱体は、この内殻部材内に配置されるとともに、副レンズは、当該内殻部材の開口を封鎖して設けられていることが好ましく、内殻部材は、外殻部材に内接して同心に保持されることが好ましい。さらに制御ユニットは、電源と電気的に接続される給電コネクタを備え、支持ユニットは、前記発光素子と前記電源とを電気的に接続可能な配線と、この配線に直結される受電コネクタとを有し、前記受電コネクタと前記給電コネクタとは着脱可能に構成されることが好ましい。また、支持ユニットは、形態維持機能を有することが好ましい。さらに、発光素子は、色温度が５０００〜６５００Ｋの範囲内にあり、かつ平均演色性評価数Ｒａが９８以上であることが好ましく、特に特殊演色性Ｒ９が９０以上であることが好ましい。

本発明によれば、上述の空気層の断熱効果により、発光素子の発する熱が照明ユニットの表面に伝わりにくいため、照明ユニットが人体と接触した際、熱傷を負わせてしまう等の危険がなくなる。また、放熱効果により、発光素子および周辺部品に破損等の恐れがない。これら効果により、本発明の照明装置においては、発光素子により大きな電力をかけることが可能となり、かつレンズを２重構造にして集光度が高められているため、照射面で１０，０００ルクス以上の照度を確保することが可能になる等の利点がある。また、発光素子が副レンズに当接して配置されるため、発光素子を所定位置に位置決めする際の精度を向上させることができる等の利点がある。この位置決めの精度は、副レンズが平凸レンズであるときにより向上し、発光素子が表面実装型の発光ダイオードであるときにさらに向上する。また、外殻部材と内殻部材のそれぞれにレンズを配した２重管構造と成した筐体であるため、上記の優れた断熱効果および集光精度を得られるにも関わらず、その組立が極めて容易で、しかも内殻部材が外殻部材に内接して同心に保持されているため主レンズと副レンズを平行かつ同心上に配設しやすい等の利点がある。

また、支持ユニットと制御ユニットが着脱可能に構成されているため、術部付近に設置されている支持ユニットおよび照明ユニットのみを滅菌処理または手術後に破棄でき、術部付近を清潔に保つ一方で、制御ユニットを再使用することが可能である等の利点がある。さらに、照明ユニットを支持する支持ユニットは、可撓性および形態維持機能を有するため、最適な姿勢で照明することが可能となり、照明位置を正確に照らすことが可能となる等の利点がある。また、照明装置の光源に使用されている発光素子は、太陽光に近い光を発する白色ＬＥＤであるため、術部周辺の色を鮮明に再現することが可能であり、赤色の再現率が高いため血液・臓器の識別がしやすく、手術現場に好適な照明を得ることができる等利点がある。

本発明に係る照明装置の概略説明図本発明に係る照明ユニットの構造を示す要部拡大一部切欠断面図本発明に係る照明ユニットの放熱体の構造を示す要部拡大一部切欠断面図本発明に係る照明ユニットの一端側から見た要部拡大図本発明に係る照明ユニットの外殻部材の内周面に凹部が形成された実施形態を一端側から見た要部拡大図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１ないし図４において１は照明装置であり、この照明装置１は、所定の箇所を照明可能な照明ユニット３と、この照明ユニット３を一端に支持する支持ユニット２と、この支持ユニット２の他端が接続された制御ユニット４とを備える。

前記支持ユニット２は、長手方向に延びる中空部材２１と、この中空部材２１に挿通されている配線２２，２２とから成り、前記中空部材２１の端部には、配線２２，２２が接続された受電コネクタ２３が設けられている。また、中空部材２１は、金属製の蛇腹体に樹脂製の被覆を施して構成されており、外力により変形する可撓性と、外力を除いても任意の形態を維持する形態維持機能を有する。さらに、配線２２，２２は、その一端が後記する照明ユニット３の放熱体３２に接続されており、この放熱体３２を介して後記する照明ユニット３の発光素子３３と後述する電源とを電気的に接続する。

前記照明ユニット３は、前記支持ユニット２の中空部材２１が挿入可能な径の貫通孔３１５が軸方向に貫通形成された中空円筒状の内殻部材３１４と、この内殻部材３１４の外径と同径の貫通孔３１２が軸方向に貫通形成された中空円筒状の外殻部材３１１とから成る筐体３１を有する。この筐体３１は、外殻部材３１１の貫通穴３１２に前記内殻部材３１４を内接させて挿入することで、これらを同心に保持した２重管構造を成しており、外殻部材３１１と内殻部材３１４の一端には、それぞれの開口端を封鎖するよう、主レンズ３１３、副レンズ３１６が接着剤等で気密に接着されている。この主レンズ３１３と副レンズ３１６は、いずれも平凸レンズであり、それぞれ凸面が外方に向くように外殻部材３１１と内殻部材３１４に配されており、これらレンズ３１３，３１６の間には空隙が設けられ、レンズ３１３，３１６間に空気層が形成されている。このレンズ３１３，３１６間の距離は、後述の発光素子３３が発する光の照度が有効照射面（少なくとも１０，０００ルクスの照度を確保できる面）において均一になり、かつ当該有効照射面が可能な限り広くなるよう設定してあり、同距離は、各レンズ３１３，３１６の屈折率に基づいて決定されている。

前記内殻部材３１４の貫通孔３１５には、その同心上に円柱状の放熱体３２が内包されている。貫通孔３１５の径は、放熱体３２よりも十分に大きい径に構成されており、これにより、貫通孔３１５と放熱体３２との間に空隙を設け、空気層を形成するよう構成されている。また、放熱体３２は、その一端面の同心上に発光素子３３を接続し、この発光素子３３の発光面が前記内殻部材３１４の副レンズ３１６に対向し、かつ当接するよう配されている。このような構成により、副レンズ３１６が主レンズ３１３と発光素子３３の間に配置される構造となっており、発光素子３３の発光面は主レンズ３１３に対向して配置されるとともに、発光素子３３と外殻部材３１５および主レンズ３１３との間に空隙が設けられる構造となっている。さらに、内殻部材３１４の軸方向の寸法は、この放熱体３２より長く、外殻部材３１５より十分に短い寸法で構成されており、内殻部材３１４が放熱体３２と支持ユニット２との接合部を内部に収容可能、かつ内殻部材３１４が外殻部材３１１内に内蔵可能となるように構成されている。これにより、放熱体３２等の部品を内蔵して支持ユニット２に接続した内殻部材３１４を外殻部材３１１に挿入した後、外殻部材３１１の他端側から樹脂３４等を流し込むことが可能となり、この樹脂３４が硬化することにより、支持ユニット２の一端に照明ユニット３が固定されている。

前記放熱体３２は、それぞれが半円柱状に形成されたアルミニウム合金製の主体部３２１，３２１を組み合わせて構成されており、これらの平面部３２２を突き合わせることで円柱状に構成されている。各主体部３２１の一端面から平面部３２２を通って他端面に至る面には、銅等で構成された導電性テープ３２３が貼り付けられており、この導電性テープ３２３の一端面に前記発光素子３３が、他端面に前記支持ユニット２の電線２２が、それぞれはんだ付けにより接続されている。この主体部３２１，３２１の少なくとも一方は、その平坦面３２２および外周面が樹脂等からなる絶縁フィルムテープ３２４で被覆されており、その平坦面３２２を他方の主体部３２１の平坦面３２２と突き合わせた際、主体部３２１，３２１および導電性テープ３２３，３２３同士の接触を防止するように構成されている。また、放熱体３２は、その体積が前記発光素子３３よりも遙かに大きく構成されており、これにより放熱体３２は、発光素子３３の発熱量に対して十分な熱容量を得るように構成されている。さらに、放熱体３２は、その外周を絶縁フィルムテープ３２５で被覆されており、この絶縁フィルムテープ３２５によって主体部３２１の分離を防止するとともに、万一、前記筐体３１と接触しても筐体３１への漏電を防止できるように構成されている。

なお、前記発光素子３３は、表面実装型のＬＥＤ（発光ダイオード）であり、太陽光に近い光を発する白色発光ＬＥＤである。具体的には、光の色を表す色温度が５０００〜６５００Ｋの範囲内で、太陽光の再現率を表す平均演色性評価数Ｒａが９８以上のものが好ましく、特に赤色の再現率を表す特殊演色性Ｒ９が９０以上のものが好ましい。

前記制御ユニット４は、直接外部の商用電源（以下、電源という）の電源コンセント（図示せず，以下、コンセントという）に接続可能な電源プラグ（図示せず）を有する電源配線部４１を有し、この電源配線部４１は、電気回路４２に接続されている。この電気回路４２は、前記電源配線部４１から送られてきた交流を直流に変換する整流回路４２ａと、この整流回路４２ａで整流された直流電圧を所定の値に変換する定圧回路４２ｂと、この定圧回路４２ｂを出た電流を所定の値に調節する調光回路４２ｃとを備えており、この電気回路４２は、前記支持ユニット２の受電コネクタ２３に接続可能な給電コネクタ４４に接続されている。この給電コネクタ４４は、受電コネクタ２３と着脱可能に構成されており、これらコネクタ４４，２３の接続により、制御ユニット４と支持ユニット２とが電気的に接続される。また、前記調光回路４２ｃは、回転することで無段階に自身の抵抗値を変更する可変抵抗器や、押すことで段階的に自身の抵抗値を変更する押しボタンスイッチ等で構成されている調節手段４３に接続されている。

次に、上記のように構成された照明装置１の作用を説明する。
電源に接続された前記制御ユニット４を被施術患者の近傍に設置し、この制御ユニット４の給電コネクタ４４に、支持ユニット２の受電コネクタ２３を接続する。この時、制御ユニット４の電気回路４２の整流回路４２aと定圧回路４２ｂとにより、電源配線部４１から伝えられる電気が発光素子３３に適した直流かつ所定の電圧に変換され、支持ユニット２に供給される。この発光素子３３に適するように変換された電気は、支持ユニット２の配線２２、この配線２２と接続されている放熱体３２の導電性テープ３２３を通じて、発光素子３３に供給され、これにより発光素子３３が発光する。この時、放熱体３２の主体部３２１および放熱体３２の外周は絶縁フィルムテープ３２４，３２５で被覆されているため、主体部３２１，３２１間の短絡・漏電が防止されている。また、万一、放熱体３２と筐体３１が接触するようなことがあっても、これによる短絡や漏電も防止することができる。この発光素子３３の発光後において、制御ユニット４の調光回路４２ｃに接続される調節手段４３の可変抵抗の抵抗値を変化させることで、発光素子３３に供給される電気量を調節することが可能となり、発光素子３３の照度を任意に変化させることが可能となる。

発光素子３３が発した光は、照明ユニット３のレンズ３１３，３１６を介して所定範囲の照射面を形成する。この時、放熱体３２および発光素子３３は、発光素子３３が副レンズ３１６に当接した状態で他端部を樹脂３４によって内殻部材３１４に固定されていることから、放熱体３２および発光素子３３を常時所定の位置に位置決めしておくことができ、使用時の振動等による発光素子３３の振動や位置ずれを防止することができる。特に、副レンズ３１６が平凸レンズで構成されているため、発光素子３３を副レンズ３１６の中心位置に配置し保持しやすい。しかも、発光素子３３が表面実装型のＬＥＤで構成されているため、副レンズ３１６の平面に発光素子３３の発光面を当接させることで、発光素子３３ないし放熱体３２が極めて位置ずれを起こしにくい構造を得られる。この結果、本照明装置１においては、光の有効照射面、照射範囲およびレンズ３１３，３１６による集光精度をいずれも均一に保ち、所望の照明位置を的確に照らすことが可能となっている。

照明ユニット３で術部を照明する場合には、支持ユニット２を湾曲・屈曲させることにより、任意の位置に照明ユニット３を配置することが可能である。よって、照明すべき術部が転々と変わる場合や、患者の体勢が変更された際などにおいても、その都度術者にとって都合の良い最適な位置、向きに照明ユニット３を自在に配置し、照明位置を正確に照らすことが可能となる。また、照明ユニット３の主体部３２１がアルミニウム合金等で構成され、これらに導電性テープ３２３を貼るよう構成されているため、主体部３２１が銅等で構成する場合に比して照明ユニット３を軽量化できる。よって、照明ユニット３の重さで、支持ユニット２が照明中に湾曲してしまい、照射範囲が変更されることを防止することができるとともに、照明ユニット３を支える支持ユニット２を極力小型化することが可能となる。

術部の照明時、照射面の照度が１０，０００ルクスになる光が必要なことから、発光素子３３には従来よりも大きな電流がかけられる。これにより、患部・術部を良好に照明することができる。この術部の照明時において、発光素子３３は太陽光に近い光を放つ白色発光ＬＥＤであるため、術部周辺の色を鮮明に再現でき、臓器、血液等の色をより正確に再現することが可能であり、患部の識別等を補助することが可能である。

発光素子３３は、上述のように大きな電流が通電されることにより、その特性上従来よりも大きな熱を帯びることとなるが、この熱は発光素子３３に接続されている放熱体３２に吸収されるため、発光素子３３の過度の発熱が防止される。この放熱時、放熱体３２が発光素子３３に対して大容量に構成されているため、長時間の使用においても、発光素子３３は、放熱体３２に放熱し続けることが可能となる。また、放熱体３２と内殻部材３１４との間、および主レンズ３１３と副レンズ３１６との間にそれぞれ空気層が形成されているため、この空気層の断熱効果により発光素子３３の発する熱が照明ユニット３の表面に伝わりにくい。そのため、万一、照明ユニット３が人体と接触した場合にも、熱傷を負わせてしまう等の危険がなくなる。以上のような放熱効果と断熱効果とを有するため、本発明の照明装置１においては、発光素子３３に上記のようにより大きな電流をかけることが可能となり、高照度の照明が可能となる。

また、筐体３１は、外殻部材３１１に副レンズ３１６を備えた内殻部材３１４を内包した２重管構造に構成されているため、例えば外殻部材３１１だけの単管構造に構成された筐体３１に主レンズ３１３，副レンズ３１６を組み付ける場合に比して組立が容易となり、かつ組立時に副レンズ３１６が傾きにくい。しかも、内殻部材３１４が外殻部材３１１の貫通孔３１２と同径で、内殻部材３１４が外殻部材３１１と同心上に保持されるため、組立時にレンズ３１３，３１６を平行かつ同心上に配設しやすく、さらに使用時の振動等による内殻部材３１４の振動や位置ずれを防止することができる。

この照明装置１は、使用後および保管時において、前述のように支持ユニット２と制御ユニット４とが、給電コネクタ４４と受電コネクタ２３とによって着脱可能に構成されているため、術部付近に設置される支持ユニット２および照明ユニット３のみを、手術後に破棄または滅菌処理すること等ができる。これにより、術部付近を常に清潔に保ちつつ、比較的構成が複雑で高価な制御ユニット４の再使用を可能とする。また、照明時に術部付近に設置される照明ユニット３の筐体３１は、一端側ではレンズ３１３，３１６が気密に接着され、他端側では樹脂３４が流しこまれることによって気密性が確保されているため、血液等が支持ユニット２や照明ユニット３の内部に侵入せず、これらによる汚染、短絡等を防止する。

なお、本発明に係る照明装置１は、前述したものに限定するものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、筐体３１は、図５に示すように、外殻部材３１１の貫通孔３１２の内周面に凹部３１７を設けてもよい。これにより、外殻部材３１１と内殻部材３１４との間に空気層が形成され、この空気層によって断熱効果をさらに高め、発光素子３３の熱による照明ユニット３の表面温度上昇をより一層抑制することができる。

また、照明装置１は、電源を外部の商用電源から電池等に変更してもよい。このようにすると、電源のコンセントの位置に関係なく、制御ユニット４の設置場所の自由度を高めることができる。また、発光素子３３等を導電性テープ３２３にはんだ付けにより接続しているが、これを例えば導電性を有する接着剤等で接続する等、用途に合わせ接続方法等を適宜変更してもよい。さらに、制御ユニット４に備えられる給電コネクタ４４は、複数個あっても良い。この際、これら給電コネクタ４４が接続されている電気回路４２は、給電コネクタ４４ごとに備えられていても良く、一つの電気回路４２に複数個の給電コネクタ４４が接続されるよう構成されていても良い。これにより、制御ユニット４一つで、複数個所を同時に照射可能になる。

１照明装置
２支持ユニット
２１中空部材
２２配線
３照明ユニット
３１筐体
３１１外殻部材
３１３主レンズ
３１４内殻部材
３１６副レンズ
３２放熱体
３３発光素子
４制御ユニット
４１電源配線部
４２電気回路
４３調節手段

Claims

所定の箇所を照らす照明ユニットと、この照明ユニットを一端に備える支持ユニットと、この支持ユニットの他端を接続し、前記照明ユニットへ電力を供給する制御ユニットとを具備した照明装置において、
前記照明ユニットは、少なくとも一方が開口した中空の外殻部材と、この外殻部材内に配置され前記制御ユニットに電気的に接続された発光素子と、前記外殻部材の開口端を封鎖して設けられた主レンズとを有して成り、
前記発光素子は、その発光面を前記主レンズに対向して配置されるとともに、前記外殻部材および主レンズとの間に空隙を持って配置されていることを特徴とする照明装置。
発光素子は、前記外殻部材内にこれと空隙を持って配置された放熱体に支持して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
外殻部材の内部には、主レンズと発光素子の間に副レンズが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
発光素子は、副レンズに当接して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
副レンズは、平面部が発光素子に対向するように配された平凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
発光素子は、表面実装型の発光ダイオードであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の照明装置。
外殻部材には、少なくとも一端が開口した中空の内殻部材が内蔵されており、発光素子および放熱体は、この内殻部材内に配置されるとともに、副レンズは、当該内殻部材の開口を封鎖して設けられていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の照明装置。
内殻部材は、外殻部材に内接して同心に保持されることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
制御ユニットは、電源と電気的に接続される給電コネクタを備え、
支持ユニットは、前記発光素子と前記電源とを電気的に接続可能な配線と、この配線に直結される受電コネクタとを有し、
前記受電コネクタと前記給電コネクタとは着脱可能に構成されることを特徴とする請求項１ないしは請求項８のいずれかに記載の照明装置。
支持ユニットは、形態維持機能を有することを特徴とする請求項１ないしは請求項９のいずれかに記載の照明装置。
発光素子は、色温度が５０００〜６５００Ｋの範囲内にあり、かつ平均演色性評価数Ｒａが９８以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の照明装置。
発光素子は、特殊演色性Ｒ９が９０以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の照明装置。