JP7013887B2

JP7013887B2 - 無影灯

Info

Publication number: JP7013887B2
Application number: JP2018011365A
Authority: JP
Inventors: 三幸畠中; 直人米山; 敬佐藤; 政彦柘植
Original assignee: iwasakidenki
Current assignee: iwasakidenki
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: JP2019129111A

Description

本発明は、無影灯に関する。

歯科用や手術用等の医療用の照明器具として、照射野に影を生じさせない、いわゆる無影灯が知られている（例えば、特許文献１参照）。近年では、無影灯において、光源に起因した色ムラを抑える技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３－２３５７６８号公報特開２０１７－１３９１５６号公報

しかしながら、特許文献２では、光源の側が色ムラを抑える構成を備えているため、他の光源に交換すると、色ムラ抑制効果が得られなくなる。

本発明は、任意の光源に対して色ムラ抑制効果が得られる無影灯を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、前記光源の光を反射し無影効果を得る反射鏡と、を備え、前記反射鏡は、光軸を中心に同心円状に形成され、前記光源に第１焦点が設定された複数の楕円反射面を有し、前記複数の楕円反射面のそれぞれの第２焦点は、前記光軸に沿った所定範囲の一端、及び他端と、前記所定範囲の間の互いに異なる位置に並んでおり、前記楕円反射面のそれぞれが形成する投射像には、前記光軸に沿った所定範囲のいずれの点においても、いずれかの前記楕円反射面によって形成される第１の投射像と、その他のいずれかの前記楕円反射面によって形成され、前記第１の投射像に対して前記光軸の周りに相対的に回転した第２の投射像とが含まれていることを特徴とする無影灯を提供する。

本発明は、上記無影灯において、前記光軸に最も近い前記楕円反射面の前記第２焦点が、前記光軸に沿った最遠方に設けられている、ことを特徴とする。

本発明は、上記無影灯において、前記光源は、複数の発光素子と、前記発光素子のそれぞれの光を混合する光混合部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、上記無影灯において、複数の前記発光素子は、色温度、又は、発光色が互いに異なる素子を含み、前記光源は、放射する光の色温度、又は、発光色が可変である、ことを特徴とする。

本発明では、反射鏡が複数の反射面を有し、反射面のそれぞれが形成する投射像には、反射鏡の光軸に沿った所定範囲のいずれの点においても、第１の投射像と、当該第１の投射像に対して光軸の周りに相対的に回転した第２の投射像とが含まれている。これにより、任意の光源に対して色ムラ抑制効果を得ることができる。

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。無影灯の構成を示す三面図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は前面図である、（Ｃ）は側面図である。図２（Ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ断面線における断面図である。図２（Ａ）のＩＶ－ＩＶ断面線における断面図である。光源ユニットの構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。ＬＥＤモジュールの構成を示す図である。主反射鏡の光学設計の説明図である。

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。
図１は本実施形態に係る無影灯１の構成を示す斜視図である。図２は無影灯１の構成を示す三面図であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は前面図である、図２（Ｃ）は側面図である。図３は図２（Ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ断面線における断面図であり、図４は図２（Ａ）のＩＶ－ＩＶ断面線における断面図である。また図３には矢印Ｘで示した箇所の拡大図を共に示し、図４には矢印Ｙで示した箇所の拡大図を共に示している。

無影灯１は、歯科用の照明器具であり、図１～図４に示すように、筐体２と、光源ユニット４と、主反射鏡６と、を備えている。
筐体２は、図１に示すように、正面が開口した横方向Ａに延びた略矩形の箱体であり、放熱性に優れた高熱伝導性材料（本実施形態ではアルミニウム）から形成されている。
光源ユニット４は、無影灯１の光源である。筐体２には、正面開口８の横方向Ａの略中央に光源固定フレーム１０が縦方向Ｂに架け渡されており、この光源固定フレーム１０に光源ユニット４が筐体２の内側に向けて光を放射する姿勢で固定されている。
主反射鏡６は、光源ユニット４に対面するように筐体２に収められ、光源ユニット４の光を反射し、当該主反射鏡６の光軸Ｋに沿った所定範囲Ｗ（図７）に亘って無影効果を得る部材である。筐体２の内側面２Ａは鏡面に成されて副反射板として機能し、内側面２Ａに入射する光が内側面２Ａによって反射されることで、無影灯１の光利用効率が高められている。

なお、筐体２には、歯科医等が医療行為中などに、無影灯１を照射箇所（診療部位など）に引き寄せ、或いは、離したりするための把持部や、当該筐体２をアームに支持するための支持部なども設けられている。

図５は、光源ユニット４の構成を示す図であり、図５（Ａ）は正面図、図５（Ｂ）は側面図である。
光源ユニット４は、図４に示すように、熱伝導性に優れた熱伝導性材料（本実施形態ではアルミニウム）から成る矩形状のベース板１２を備えている。このベース板１２の略中央部には、ＬＥＤモジュール１３、及び、このＬＥＤモジュール１３を覆うケース１４が設けられている。
ケース１４には、略矩形状のスリット開口１６が形成されており、このスリット開口１６によってＬＥＤモジュール１３の光が略矩形状に整形されて主反射鏡６に照射される。この整形後の光が主反射鏡６によって照射箇所に投射される。したがって、スリット開口１６の形状や寸法を可変することで、同一箇所を照射したときの照射野の形状や寸法を可変できる。
ベース板１２には、ＬＥＤモジュール１３及びケース１４を挟んだ両側に、複数の放熱フィン１８が設けられており、ＬＥＤモジュール１３の発熱が、これらの放熱フィン１８から効率良く放熱される。

図６は、ＬＥＤモジュール１３の構成を示す図である。
ＬＥＤモジュール１３は、略矩形の実装基板２０を備え、その略中央には、発光部２２が設けられている。
発光部２２は、発光素子の一例である多数（本実施形態では２４個）のＬＥＤ（light emitting diode）２４を備え、これらが格子状に隣接配置されることで、全体として略矩形の発光面を形成している。また、これらのＬＥＤ２４は、色温度が互いに異なる２種類の第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂを含んでいる。無影灯１には、医者等のユーザ操作に応じて、第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂに供給する駆動電流値を制御することで、これら第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂの明るさを可変する制御ユニットが設けられている。制御ユニットが、第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂの明るさの比率を可変することで、発光部２２が放射する光の色温度が可変される。
本実施形態のＬＥＤモジュール１３では、第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂの色温度は、それぞれ４５００Ｋ、及び５０００Ｋであり、発光部２２は４５００Ｋ～５０００Ｋの範囲で色温度が無段階に可変される。

発光部２２は、上述のように、色温度が互いに異なる第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂをそれぞれ複数個ずつ備えているが、図６に示すように、これらが互い違いに配置（いわゆる千鳥配置）されている。これにより、第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂごとに分けて配置する構成に比べ、発光部２２の色ムラが抑えられている。

図３、及び図４に示すように、ＬＥＤモジュール１３は、全体が箱型のケース１４に覆われ、ケース１４のスリット開口１６の直下に、ＬＥＤモジュール１３の発光部２２が配置されている。さらに、このケース１４の内部には、発光部２２とスリット開口１６との間に光混合部４０が設けられている。光混合部４０は、発光部２２の各ＬＥＤ２４から放射された光をスリット開口１６に至るまでの間に混合する光混合部材である。

光混合部４０は、発光部２２とスリット開口１６との間に延び、内壁面４２が反射面である筒状部材であり、光混合部４０の中では、発光部２２の各ＬＥＤ２４の光が内壁面４２で反射されることで混合しスリット開口１６に導かれる。
これにより、発光部２２の発光面の大きさに対して、個々のＬＥＤ２４（第１のＬＥＤ２４Ａ、及び第２のＬＥＤ２４Ｂ）の素子（チップ）の大きさ、或いは、その発光面積が比較的大きい場合であっても、個々のＬＥＤ２４の光が光混合部４０で混合されることで、色ムラが抑えられる。
この光混合部４０の両端４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ発光部２２、及びスリット開口１６に、ほぼ隙間なく近接配置され、光混合部４０の断面寸法形状が発光部２２の発光面の寸法形状と略等しい筒状に形成されることで、ケース１４の内部での漏れ光の発生が抑えられている。

図７は、主反射鏡６の光学設計の説明図である。
主反射鏡６は、図１及び図２（Ａ）に示すように、無影灯１の光軸Ｋを中心に同心円状に形成された５つの楕円反射面Ｒ１～Ｒ５を備えている。これら楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれは、図７に示すように、光源ユニット４の発光部２２の位置に第１焦点ｆ１が設定され、また、光軸Ｋに沿った互いに異なる位置に第２焦点ｆ２－１～ｆ２－５が設定された集光型光学部材である。
この構成においては、第１焦点ｆ１から最も遠い第２焦点ｆ２－１と、第１焦点ｆ１に最も近い第２焦点ｆ２－５とが一端Ｗ１、及び他端Ｗ２となる所定範囲Ｗにおいて、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５による反射光が異なる位置に集光されるため、当該反射光の光線の軌跡にズレが生じ、無影効果が得られる。

また主反射鏡６では、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５がこの順番で、光軸Ｋから離れる位置に順に配置され、第２焦点ｆ２－１～ｆ２－５がこの順番で、光軸Ｋの遠方から第１焦点ｆ１の側にかけて、光軸Ｋの上に順に配置されている。
これにより、発光部２２に最も近いことで強い反射光が得られる楕円反射面Ｒ１が、光軸Ｋに沿った最遠方を照射するので、所定範囲Ｗの最遠方でも十分な照度が得られ、また所定範囲Ｗの照度も平準化される。

また、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれの発光部２２の入射角度範囲φ１～φ５を調整することで、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれの反射光量も適宜に設定されている。

ここで、光軸Ｋのある点Ｄでは、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれの投射像が重なって照射野が形成されている。所定範囲Ｗに点Ｄが位置する場合、第１焦点ｆ１からみて点Ｄよりも遠い位置で焦点を結ぶ投射像は、点Ｄにおいて正立像となる。これに対し、第１焦点ｆ１からみて点Ｄよりも近い位置で焦点を結ぶ投射像は、倒立像（正立像が光軸Ｋの周りに１８０度回転した反転像）となる。
すなわち、この所定範囲Ｗのいずれの点Ｄにおいても、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれが形成する投射像には、正立像と倒立像との両方が含まれることとなる。これにより、点Ｄでは、互いに反転した正立像と倒立像とが重なって照射野が形成されるので、正立像と倒立像との各々に色ムラが含まれていても、それらの重なりによって色ムラが打ち消され、点Ｄにおいて色ムラ抑制効果が得られる。

したがって、例えば発光部２２から放射される光束面内に色ムラが含まれていた場合や、色ムラ抑制機能を有しない光源ユニット４が取り付けられた場合であっても、無影効果が得られる所定範囲Ｗのいずれの点Ｄにおいても色ムラを抑えることができる。

本実施形態においては、楕円反射面Ｒ１は、焦点間距離Ｌ１が約７２０ｍｍ、長軸の長さＭ１が約８２０ｍｍ、発光部２２の光の入射角度範囲φ１が３０度である。また楕円反射面Ｒ２は、焦点間距離Ｌ２が約６７０ｍｍ、長軸の長さＭ２が約８００ｍｍ、入射角度範囲φ２が１０度であり、楕円反射面Ｒ３は、焦点間距離Ｌ３が約６２０ｍｍ、長軸の長さＭ３が約７６０ｍｍ、入射角度範囲φ３が１０度であり、楕円反射面Ｒ４は、焦点間距離Ｌ４が約５６０ｍｍ、長軸の長さＭ４が約７３０ｍｍ、入射角度範囲φ４が１０度であり、楕円反射面Ｒ５は、焦点間距離Ｌ５が約５１０ｍｍ、長軸の長さＭ５が約７００ｍｍ、入射角度範囲φ５が１０度である。

そして、この無影灯１では、上記所定範囲Ｗ（第２焦点ｆ２―１からｆ２－５までの範囲）が５１０ｍｍ～７２０ｍｍとなり、この範囲で無影効果、及び色ムラ抑制効果が得られている。

一般的に、この所定範囲Ｗは、医者等が医療行為中に無影灯に操作し易い範囲、すなわち医療行為中に医者の手が届きやすい範囲に設定されている。一般的な歯科用の無影灯では、６５０ｍｍから７００ｍｍまでの範囲が所定範囲Ｗに用いられており、医者等のユーザは、照射箇所（診療箇所）から所定範囲Ｗだけ離れた位置に無影灯１を配置した状態で診療している。

一方、本実施形態の無影灯１の所定範囲Ｗは、一般的な範囲よりも広く、特に、無影灯１から約５００ｍｍの位置から無影効果、及び色ムラ抑制効果が得られるようになっている。
したがって、身体が比較的小さく、照射箇所から６５０ｍｍ～７００ｍｍの距離に配置された無影灯１に手が届かないユーザであっても、無影灯１を照射箇所から５００ｍｍ程度の距離まで近付けて配置することができ、身体が小さなユーザにとって使い勝手が良いものとなっている。

また、この主反射鏡６では、楕円反射面Ｒ１の焦点間距離Ｌ１と、楕円反射面Ｒ５の焦点間距離Ｌ５とを適宜に可変するだけで、所定範囲Ｗを簡単に変更することができる。

上述した実施形態によれば、次の効果を奏する。

本実施形態の無影灯１では、主反射鏡６は、複数の楕円反射面Ｒ１～Ｒ５を有し、これらの楕円反射面Ｒ１～Ｒ５のそれぞれが形成する投射像には、光軸Ｋに沿った所定範囲Ｗのいずれの点Ｄにおいても、正立像と、当該正立像に対して前記光軸Ｋの周りに相対的に１８０度回転した倒立像とが含まれる構成とした。
これにより、点Ｄでは、正立像と倒立像との各々に色ムラが含まれていても、それらの重なりによって色ムラが打ち消され、点Ｄにおいて色ムラ抑制効果が得られる。
したがって、例えば光源ユニット４が放射する光に色ムラが含まれていた場合や、色ムラ抑制機能を有しない光源ユニット４が取り付けられた場合であっても、所定範囲Ｗのいずれの点Ｄにおいても、色ムラ抑制効果を得ることができる。

本実施形態では、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５の第２焦点ｆ２－１～ｆ２－５のそれぞれは、所定範囲Ｗの一端、及び他端と、当該所定範囲Ｗの間の互いに異なる位置に設定されている。
これにより、少なくとも所定範囲Ｗにおいて、上記色ムラ抑制効果に加えて、無影効果を得ることができる。
さらに、所定範囲Ｗの一端、及び他端に設定される第２焦点ｆ２－１～ｆ２－５の位置を可変することで、当該所定範囲Ｗを簡単に変更することができる。

本実施形態では、光軸Ｋに近い楕円反射面Ｒ１～Ｒ５の第２焦点ｆ２－１～ｆ２－５ほど光軸Ｋに沿った遠方に設けられている。
これにより、発光部２２に近いことで強い反射光が得られる楕円反射面Ｒ１～Ｒ５ほど、光軸Ｋに沿った遠方を照射するので、所定範囲Ｗの最遠方でも十分な照度が得られ、また所定範囲Ｗにおける照度も平準化される。

本実施形態では、光源ユニット４が、複数のＬＥＤ２４のそれぞれの光を混合する光混合部４０を備えるので、光源ユニット４が放射する光の色ムラが抑えられ、色ムラを十分に抑えた無影灯１を実現できる。

本実施形態において、光源ユニット４のＬＥＤ２４は、色温度が互いに異なる素子を含み、光源ユニット４は、光の色温度を可変に構成されている。
これにより、診療内容等に応じて、適切な色温度で診療箇所を、色ムラを抑えて照明できる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、光源ユニット４は、発光色が互いに異なる複数のＬＥＤ２４を備え、放射する光の色を可変可能にしてもよい。この場合においても、無影灯１によれば、所定範囲Ｗにおいて色のムラを抑えることができる。

また例えば、光混合部４０には、ライトパイプ等の導光体（透過型の光学部材）を用いてもよい。

また例えば、楕円反射面Ｒ１～Ｒ５に代えて、光軸Ｋに沿った異なる位置に焦点を設定可能な任意の集光反射面を用いてもよい。

また例えば、無影灯１は、無影効果及び色ムラ抑制効果の点で主反射鏡６と等価な機能を有した透過型の集光光学部材（例えばフレネルレンズ）を、主反射鏡６の代わりに備えてもよい。
すなわち、この場合において、透過型の集光光学部材は、光を透過する複数の光透過部を有し、前記光透過部のそれぞれが形成する投射像には、前記透過型の集光光学部材の光軸に沿った所定範囲のいずれの点においても、第１の投射像と、当該第１の投射像に対して前記光軸の周りに相対的に回転した第２の投射像とが含まれる、構成となる。
また、所定範囲において無影効果を得る場合、光透過部のそれぞれが、焦点を有する集光レンズ部に構成される。

本発明は、歯科用の照明器具に限らず、その他の医療用の照明器具、及び、無影効果を要する任意の照明器具に適用できる。

１無影灯
４光源ユニット（光源）
６主反射鏡（反射鏡）
１３ＬＥＤモジュール
２２発光部
２４ＬＥＤ（発光素子）
４０光混合部
Ｋ光軸
Ｌ１～Ｌ５焦点間距離
Ｍ１～Ｍ５長軸の長さ
Ｒ１～Ｒ５楕円反射面（反射面）
Ｗ所定範囲
ｆ１第１焦点
ｆ２－１～ｆ２－５第２焦点（焦点）
φ１～φ５入射角度範囲

Claims

光源と、
前記光源の光を反射し無影効果を得る反射鏡と、を備え、
前記反射鏡は、
光軸を中心に同心円状に形成され、前記光源に第１焦点が設定された複数の楕円反射面を有し、
前記複数の楕円反射面のそれぞれの第２焦点は、
前記光軸に沿った所定範囲の一端、及び他端と、前記所定範囲の間の互いに異なる位置に並んでおり、
前記楕円反射面のそれぞれが形成する投射像には、
前記光軸に沿った所定範囲のいずれの点においても、いずれかの前記楕円反射面によって形成される第１の投射像と、その他のいずれかの前記楕円反射面によって形成され、前記第１の投射像に対して前記光軸の周りに相対的に回転した第２の投射像とが含まれている
ことを特徴とする無影灯。
前記光軸に最も近い前記楕円反射面の前記第２焦点が、前記光軸に沿った最遠方に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無影灯。
前記光源は、
複数の発光素子と、
前記発光素子のそれぞれの光を混合する光混合部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無影灯。
複数の前記発光素子は、色温度、又は、発光色が互いに異なる素子を含み、
前記光源は、放射する光の色温度、又は、発光色が可変である、
ことを特徴とする請求項３に記載の無影灯。