JP6610310B2

JP6610310B2 - 無影灯

Info

Publication number: JP6610310B2
Application number: JP2016019724A
Authority: JP
Inventors: 敬佐藤; 浩二内田; 彩花森田; 敬哲小宮
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: JP2017139156A

Description

本発明は、ＬＥＤ光源を用いた無影灯に関する。

従来、医療現場で用いられる照明器具として、照射野に影を生じさせない所謂無影灯が知られている。近年、ＬＥＤ光源を用いた医療用の無影灯が提案されおり、このような無影灯では、ＬＥＤ光源からの光を反射鏡で反射させて照射野を照明している。しかしながら、ＬＥＤ光源を用いた無影灯では、複数のＬＥＤ素子を用いてＬＥＤ光源を構成しているため、照射野で輝度または色のムラ（照明ムラ）が生じやすいという問題があった。そこで、照射野における照明ムラを防止するために、複数のＬＥＤ素子から成るＬＥＤ光源からの光を凹面反射面で混合してから反射板に入射させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１０３０８６号公報

しかしながら、ＬＥＤ光源からの出射光を凹面反射面を用いて混合した場合、部品点数が増え、光路が長くなるとい問題があった。また、ＬＥＤ光源、凹面反射面、及び、反射板を、反射板の光軸と同軸上に配置する必要があり、装置が大型化するという問題もあった。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で照射野における照明ムラを軽減した無影灯を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のＬＥＤ光源と、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を照射野に反射する反射鏡と、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を前記反射鏡に導く棒状の導光体と、を備え、前記導光体は、前記反射鏡の外から延び、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を内部で混合した混合光を、先端部の出射面から前記反射鏡に入射させ、前記導光体の先端部には、反射膜を有し、前記出射面に複数の前記ＬＥＤ光源からの光を集光する集光面が設けられており、前記導光体は断面矩形形状であり、前記出射面に対向する前記先端部の面を前記出射面に向かって傾斜させて前記集光面が構成されており、前記集光面が、前記出射面に対して複数段階の角度を有して構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記無影灯において、前記導光体は、前記反射鏡の外から、当該反射鏡の反射面上方に突き出されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記無影灯において、光色の異なる複数の前記ＬＥＤ光源を備え、前記導光体により、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を混色して、照射野を照明することを特徴とする。

本発明によれば、導光体を反射鏡の外縁から延ばして、当該導光体で複数のＬＥＤ光源からの光を混合して照射野を照明するため、簡単な構成で照射野における照明ムラを軽減した無影灯を提供することができる。

本発明の実施形態に係る無影灯の構成を示す斜視図である。照射ユニットを示す正面図である。図２のＹ−Ｙ線における断面視図である。ＬＥＤ光源の構成を示す正面図である。導光体の先端部を示す斜視図である。導光体の先端部を示す側面図である。本発明の変形例の照射ユニットを示す正面図である。本発明の別の変形例の照射ユニットを示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る無影灯１は、ＬＥＤを光源に用いた医療用の照明装置である。図１は、無影灯１を歯科治療用に用いる場合の構成を示した図である。歯科治療用の無影灯１では、患者の口内の処置部位を照射野として、当該照射野に照明光を照射するために用いられる。

図１に示すように、無影灯１は、照射ユニット１０を備えている。照射ユニット１０は、単体で照射野に無影効果を生じさせるように構成されている。照射ユニット１０は、フレーム３に照射方向変更可能に支持される。また、照射ユニット１０の両側には、照射ユニット１０の照射方向を手でもって変更するためのハンドル４，４が設けられている。フレーム３は、アーム２の先端に取りつけられている。アーム２は、照射ユニット１０の位置を変更可能にするべく、図示は省略するが、任意の角度で姿勢保持可能な複数の関節を有する構成であっても良い。

図２及び、図３は、照射ユニット１０の構成を示す図である。照射ユニット１０は、図２、図３に示すように、円形状の反射鏡１１と、この反射鏡１１の反射面１２の上方に配置された導光体２０と、を備えている。
反射鏡１１は、例えば、樹脂で成形され、反射面となる表面に反射被膜が設けられた構成とすることができる。また、反射鏡１１は、光軸Ｌを通り、導光体２０に略垂直なＸ軸の方向と、光軸Ｌを通り、導光体２０に略平行なＹ軸の方向とで、曲率方向が異なる曲面を有する所謂コーニック反射鏡である。反射鏡１１は、例えば、Ｘ軸方向を放物面反射鏡、Ｙ軸方向を楕円曲面反射鏡として構成されていても良い。なお、反射鏡１１は、反射面が多面体の所謂ファセット反射鏡であっても良い。

導光体２０は、棒状のライトパイプから構成され、入射面２１に対向配置された光源ユニット３０からの光を、内部で反射させ、出射面２２に伝送させる光学部材である。本実施形態の導光体２０は、断面矩形の四角柱状であり、一般的なアクリル樹脂製のライトパイプを用いることができる。導光体２０は、長手方向の一端の入射面２１から入射した光源ユニット３０の光を、他端の先端部２３に形成された出射面２２に伝送する。
導光体２０は、図３に示すように、反射鏡１１の外輪郭１３から、反射鏡１１の外に延びる保持具１５に保持されている。保持具１５は、反射鏡１１と別体に形成されて、反射鏡１１の外から導光体２０を保持するように取り付けられている構成であっても良いし、反射鏡１１と一体に形成されている構成であっても良い。また、導光体２０及び光源部３０は、保持具１５に保持されたケース体２７に収容されて、保持されている構成であっても良い。そして、導光体２０の出射面２２は、ケース体２７の先端部に形成された不図示の開口部に臨んでいる構成であっても良い。

導光体２０は、反射鏡１１の外輪郭（外縁）の外から、反射面１２の上方に突き出るように、反射鏡１１の光軸Ｌに対して略垂直に設けられる。このように、本実施形態では、反射鏡１１の外輪郭の外から、反射面１２の上方に突き出るように導光体２０を設けることで、照射ユニット１０が光軸方向に大型化するのを防ぐことができ、無影灯１の薄型化を図ることができる。

また、棒状の導光体２０は、一方の端面が、入射面２１を構成している。入射面２１は、反射鏡１１の外輪郭１３近傍に配置され、この入射面２１に対向させて、光源ユニット３０が設けられる。光源ユニット３０は、導光体２０と共に保持具１５に保持されて、反射鏡１１の反射面１２の外に配置されている。

図４は、本実施形態の光源ユニット３０の構成を示す図である。光源ユニット３０は、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂを備える。医療用の無影灯では、患者の処置部位に応じて、異なる光色の照明光を用いることが好ましい。そこで無影灯１では、光色の異なるＬＥＤ光源３１Ａと、ＬＥＤ光源３１Ｂとを、それぞれ複数個組み合わせて光源ユニット３０を構成している。

ＬＥＤ光源３１Ａと、ＬＥＤ光源３１Ｂとは、互いに光色の異なる２種類のＬＥＤ光源であり、本実施形態では、６つのＬＥＤ光源３１Ａと、６つのＬＥＤ光源３１Ｂとを縦３列横４列のマトリクス状に交互に並べて、光源ユニット３０を構成している。なお、本実施形態では、互いに光色が異なる２種類のＬＥＤ光源を用いる構成としているが、これに限らず、単色のＬＥＤ光源を用いる構成であっても良いし、それぞれ光色の異なる３種類以上のＬＥＤ光源を用いる構成であっても良い。また、光源ユニット３０が備えるＬＥＤ光源の数は１２個に限らず、照射対象に応じて適宜の数とすることができ、１２個より多くても、少なくても良い。なお、導光体２０の入射面２１の大きさは、光源ユニット３０の発光面に大きさに応じて適宜の大きさとすることができる。また、導光体２０は、入射面２１を構成する一方の端面から、他方の端面に向かって縮小するテーパー状のライトパイプによって構成されていても良い。

図５及び図６は、導光体２０の構成を示す図である。図５に示すように、導光体２０には、入射面２１を有する一方の端部とは反対側の他方の端部である先端部２３に出射面２２が形成されている。出射面２２は、先端部２３において、反射鏡１１の反射面１２に対向する面に形成されている（図３参照）。入射面２１から導光体２０に入射した光源ユニット３０からの光は、導光体２０の内部で混合される。そして、導光体２０の内部で混合された混合光は、出射面２２から反射鏡１１の反射面１２に照射される。

また、導光体２０の先端部２３には、光源ユニット３０からの光を出射面２２に集光させる集光面２４が設けられている。導光体２０の先端部２３は、出射面２２に対向する面が出射面２２の先端２２Ｐに向かって傾斜し、この傾斜面により集光面２４が構成されている。出射面２２は、集光面２４に対して小さく形成されている、つまり、出射面２２側から見て、集光面２４を構成する傾斜面全体の長さよりも短く形成されているのが望ましい。この構成によれば、出射面２２を、集光面２４に対して小さく形成することで、散乱光を取り込んで、均一に光を出射することができる。
このように、本実施形態では、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を導光体２０で混合して反射鏡１１に入射させる。これにより、光源ユニット３０におけるＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂの配置や、各ＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂの光色の違いなどに影響される事なく、照射野における照明ムラを低減することができる。

集光面２４には、表面にアルミの反射膜が形成され、当該反射膜により集光面２４で光源ユニット３０からの光を出射面２２へ向けて全反射するように構成されている。また、集光面２４の傾斜は、図６に示すように、先端２２Ｐに向かって、出射面２２に対する角度が大きくなるように、段階的に異なる角度で形成されている。本実施形態では、集光面２４の傾斜は、先端２２Ｐに向かって順に、２２．５°、３３．７°、４５°の３段階の角度で構成されている。このように、集光面２４の傾斜を複数段階の角度で構成することで、照射ユニット１０から照射野までの距離を、例えば４５０ｍｍから７５０ｍｍの間で、変動させた際の照射野における照度のピーク強度の変動が抑えられる。また、照度の上下方向への広がりを小さくすることができ、ねらった照射野を効率よく照明することができる。なお、集光面２４の傾斜の角度は、出射面２２と、反射鏡１１の反射面１２との距離や、反射鏡１１の曲率半径、及び、非球面係数などの条件に応じて適宜に設定可能である。また、集光面２４は、傾斜面の他に、曲面で形成されている構成であっても良い。

また、本実施形態の照射ユニット１０は、光源ユニット３０に印可する電流値を変えて、各ＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂの明るさを調整することで、照射光の色温度を、例えば３５００ケルビンから５７００ケルビンの間で、無段階的に変更可能に構成されている。本実施形態によれば、導光体２０でミキシングした光を反射鏡１１に照射して照射野を照明しているため、色温度を任意に変更した際にも、照射野における照明ムラを軽減することができる。

図７は、本発明の変形例の照射ユニット１１０Ａを示す図である。上述の実施形態の照射ユニット１０では、導光体２０が、反射鏡１１に対して片持ち支持された状態で設けられている。また、上述の実施形態では、光源ユニット３０は、導光体２０の一方の端部の入射面２１に対向配置されている構成であった。しかしながら、本発明は、これに限らず、図７の変形例に示すように、反射鏡１１の直径に亘る長さの導光体１２０を、反射面１２の上方に架け渡して支持する構成であっても良い。

そして、この変形例の照射ユニット１１０Ａでは、導光体１２０の両端が入射面１２１，１２１を構成し、入射面１２１，１２１のそれぞれに複数のＬＥＤ光源からなる光源ユニット１３０が対向配置されている構成であっても良い。そして、この変形例の照射ユニット１１０Ａでは、入射面１２１，１２１のそれぞれに対向配置された光源ユニット１３０からの光は、導光体１２０の略中央部に設けられた出射面１２２から反射鏡１１の反射面１２に照射される。

この、変形例の照射ユニット１１０Ａの構成によれば、上述の実施形態の効果に加えて、光源ユニット１３０を分割配置することができるため、各光源ユニット１３０からの放熱効率を改善することができる。また光源ユニット１３０を、導光体１２０の両端に設けることができるため、より多くのＬＥＤ光源を有する無影灯１を構成することができる。

図８は、本発明の別の変形例の照射ユニット１１０Ｂを示す図である。例えば、本発明の無影灯１では、導光体２０の集光面２４の形状を適宜に設定することで、矩形の照射野を照明することができる。そして、矩形の照射野を照明する場合、図３に示した反射鏡１１では、Ｙ軸方向の両端部に出射面２２からの光が照射されない部分が生じる。そこで、図８に示すように、照射野の形状に応じて、円形状の反射鏡１１から、Ｙ軸方向の両端部を取り除いた形状の反射鏡１１１を用いる構成としても良い。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、無影灯１において、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂと、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を照射野に反射する反射鏡１１と、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を反射鏡１１に導く棒状の導光体２０と、を備え、導光体２０は、反射鏡１１の外から延び、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を内部で混合した混合光を、先端部２３の出射面２２から反射鏡１１に入射させる。

この構成によれば、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を反射鏡１１に導く導光体２０を反射鏡１１の外から延ばしているため、光源ユニット３０を反射鏡１１の外に設けることができる。これにより、光源のサイズを気にすることなく、任意の照度を得るために必要な数のＬＥＤ光源を備えた無影灯１を構成することができる。また、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を導光体２０の内部で混合して、混合光を反射鏡に入射させることができるため、導光体２０を反射鏡１１の外から延ばして設けるという簡単な構成で、照射野における照度ムラを軽減することができる。よって、少ない部品点数で、光路長の増大を抑えて、効率よく、且つ、照度ムラなく、照射野を照明することができる。また、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂ、及び、導光体２０を反射鏡１１の光軸と同軸上に配置する必要がなく、無影灯１の薄型化を図ることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、導光体２０は、反射鏡１１の外から、反射鏡１１の反射面１２上方に突き出されているため、導光体２０を反射鏡１１の光軸と同軸上に配置する必要がなく、無影灯１の薄型化を図ることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、光色の異なる複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂを備え、導光体２０により、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を混色して、照射野を照明する。この構成によれば、光色の異なる複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を、導光体２０で伝送する際に混色しているため、光源ユニット３０に光色の異なる複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂを設けても、照射野における色ムラの発生を抑えることができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、導光体２０の先端部２３には、反射膜を有し、複数のＬＥＤ光源３１Ａ，３１Ｂからの光を出射面２２に集光させる集光面２４が設けられている。この構成によれば、反射鏡１１の光軸方向に対して略垂直な方向から導光体２０の入射面２１に入射する光を、反射鏡１１の反射面１２に対向する出射面２２に向けて伝送することができる。これにより、光源ユニット３０からの光を効率良く用いて、照射野を照明することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、導光体２０は断面矩形形状であり、出射面２２に対向する先端部２３の面を出射面２２に向かって傾斜させて集光面２４が構成されている。この構成によれば、断面形状が矩形の棒状の導光体２０の先端部２３を斜めにするという簡単な構成で導光体２０を形成することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、集光面２４が、出射面２２に対して複数段階の角度を有して構成されている。この構成によれば、照射ユニット１０から照射野までの距離を、変動させた際の照射野における照度のピーク強度の変動が抑えられる。また、照度の上下方向への広がりを小さくすることができ、ねらった照射野を効率よく照明することができる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の要旨の範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、上述した実施形態において、１つの筐体内に１つの照射ユニット１０を配置して無影灯１を構成しているが、これに限らず、１つの筐体内に複数の照射ユニット１０を配置して無影灯１を構成していても良い。また、無影灯１は、筐体内に１つまたは複数の照射ユニット１０を備える照射器具を複数組み合わせて構成されていても良い。

１無影灯
１０、１１０Ａ、１１０Ｂ照射ユニット
１１、１１１反射鏡
１２、１２０反射面
２０導光体
２１、１２１、１２２入射面
２２出射面
２３先端部
２４集光面
３０、１３０光源ユニット
３１Ａ、３１ＢＬＥＤ光源

Claims

複数のＬＥＤ光源と、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を照射野に反射する反射鏡と、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を前記反射鏡に導く棒状の導光体と、を備え、
前記導光体は、前記反射鏡の外から延び、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を内部で混合した混合光を、先端部の出射面から前記反射鏡に入射させ、
前記導光体の先端部には、反射膜を有し、前記出射面に複数の前記ＬＥＤ光源からの光を集光する集光面が設けられており、
前記導光体は断面矩形形状であり、前記出射面に対向する前記先端部の面を前記出射面に向かって傾斜させて前記集光面が構成されており、
前記集光面が、前記出射面に対して複数段階の角度を有して構成されている
ことを特徴とする無影灯。
前記導光体は、前記反射鏡の外縁から、当該反射鏡の反射面上方に突き出されていることを特徴とする請求項１に記載の無影灯。
光色の異なる複数の前記ＬＥＤ光源を備え、前記導光体により、複数の前記ＬＥＤ光源からの光を混色して、照射野を照明することを特徴とする請求項１または２に記載の無影灯。