JPH10165524A - 生体用光線照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性及び保守性に優れ、可視領域で発光強
度が波長が短くなるのに伴って徐々に低下する黒体輻射
光に、治療に有効な波長の発光スペクトルを重畳した光
線を照射し得る生体用光線照射装置を提供する。 【解決手段】 ６００乃至３０００Ｋ内の色温度の光照
射を行う白熱発光源としてのハロゲンランプ２１と、可
視領域から近赤外領域に所望の治療目的に適合した波長
のスペクトルを放電発光する放電発光物質が封入され
て、近紫外領域に向けて発光強度が徐々に低下する白熱
発光源の白熱光を補償する放電発光源としての放電管２
２とが、前方が開口し、かつ内面にリフレクタ１１が設
けられたハウジング１０内に、ハロゲンランプ２１及び
放電管２２の照射光が混合するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体、畜産動物の
治療或は美容や保健、娯楽を目的として光線を照射する
ための生体用光線照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置としては、例えば特開平１
−２２１１７９号公報等によりカーボンのアーク放電を
発光源にした治療器が周知であり、広く家庭保健器具と
して使用されている。このカーボンアーク放電光は、赤
外線或は遠赤外線治療器及び紫外線治療器に対して、太
陽光に近い光スペクトル範囲を有することにより所謂総
合光線特性を呈する。これにより、赤外線〜遠赤外領域
における温熱作用や近紫外領域でのビタミンＤ合成作
用、皮膚への作用に加え、可視領域の優れた自然治癒力
の活性化効果が利用でき、これらの相乗作用によって種
々の疾患の治療或は健康の保持に適用可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなカーボンアーク放電式の生体用光線照射装置を使用
する場合、アーク放電を安定させるために放電間隙の調
整が頻繁に必要となり、また５〜６時間ごとにカーボン
の取り替えが必要であり、使用上の簡便さに欠ける問題
がある。さらに、カーボンの燃焼かすによる汚染のため
にフロントガラス等の光学系を使うことができず、した
がって赤熱したカーボンが折損、或は飛ぶことによる火
傷、火災等の事故につながったり、下方へ向けての照射
も不可能である。加えて、室内空気の汚染が長時間にな
ると、治療者の健康上或は呼吸器系疾患の患者にとって
問題となる可能性がある。

【０００４】そこで、本出願人は、特願平７−２７９８
３１号により、近紫外領域から遠赤外領域にわたるスペ
クトルを有する光線を発光源から生体の治療部位に照射
するために、発光源として、白熱発光源と、発光管中の
気体の放電発光により少なくとも近紫外領域から可視領
域にわたり連続するスペクトルを有する放電発光を行う
放電発光源とを、スタンドに位置調整可能に取付けたハ
ウジング内に白熱発光源及び放電発光源の照射光が混合
されるように設けた生体用光線照射装置を提案した。こ
れにより、カーボンの取り替えが不要になり、また空中
放電に起因する室内空気の汚染及び火傷、火災等の前述
の問題が一掃される。

【０００５】さらに、カーボンアーク光線治療において
は、あくまで太陽光に近付けるのに拘らず、カーボンに
種々の金属もしくは金属塩を混入させて用意しておき、
発生するスペクトルを疾患に応じて適宜選択させること
も行われ、豊富な治療ノウハウが蓄積されている。例え
ば、赤領域は鎮痛、消炎、解毒、循環改善等に、黄領域
は深部に対する作用が比較的強いために新陳代謝の促
進、消炎、硬結の吸収等に、青〜紫領域は麻痺性の疾患
や皮膚疾患等にそれぞれ有効であることが確認されてい
る。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みて、安全性
及び保守性に優れ、可視領域で発光強度が波長が短くな
るのに伴って徐々に低下する黒体輻射光に、治療に有効
な波長の発光スペクトルを重畳した光線を照射し得る生
体用光線照射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項１により、６００乃至３０００Ｋ
内の色温度の光照射を行う白熱発光源と、可視領域から
近赤外領域に所望の治療目的に適合した波長のスペクト
ルを放電発光する放電発光物質が封入されて、近紫外領
域に向けて発光強度が徐々に低下する白熱発光源の白熱
光を補償する放電発光源とが、前方が開口し、かつ内面
に反射面が形成されたハウジング内に、白熱発光源及び
放電発光源の照射光が混合するように配置されたことを
特徴とする。

【０００８】白熱発光源は、カーボンアーク放電のバッ
クグラウンド発光成分に対応し得る１６００乃至３００
０Ｋ内の色温度の光照射を行って、その赤乃至遠赤外領
域により生体を加温して交感神経の緊張を緩和させた状
態で、放電発光源の放電発光スペクトルによりその波長
に対応した特有の治療が行われる。白熱発光源の可視領
域での種々の治療効果も得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１乃至図５を基に本発明の実施
の形態の一例による生体用光線照射装置について説明す
る。スタンド１には、フレキシブルパイプ４により回転
放物面状のハウジング１０が取付けられ、その内側には
対応して回転放物面状のリフレクタ１１が配置されてい
る。ハウジング１０の頂部には、白熱発光源としてのハ
ロゲンランプ２１及び放電発光源としての放電管２２が
共通の円筒状外管２３に収納されたランプ２０を回転放
物面の回転対称軸に沿って装着させるソケット１５が設
けられている。

【００１０】リフレクタ１１の内面全域には、放物面の
平行照射特性を大幅に損なうことなく、双方の照射光を
均一に混合させ、かつその放物面特有の集中を緩和させ
て所期のリフレクタ１１の開口部よりも広い範囲に適度
な強度分布で広げるように、拡散反射させる球状凸面１
１ａが前後及び周囲方向へ多数形成されている。この凸
面は、図３Ａに示すように、通常のディンプルよりも深
く、例えば基部半径ｄが約３．５ｍｍ、曲率半径Ｒが約
９．６ｍｍである。この場合、拡散角θ＝ｔａｎ^-1ｄ／
Ｒにより、約２０°になる。したがって、入射した光に
対して±２０°の角度で平行状態よりも拡散し、回転放
物面からの照射角も同図Ｂに示すように対応して２０°
程度になる。

【００１１】ハウジング１０の前面開口部には、周囲に
リング状のフード１２ａが取付けられ、かつ有害な紫外
線をカットするフロントガラス１２が、その上下の把手
１３の裏面をハウジング１０の上下の受具１４に凹凸係
合させることにより着脱自在に取付けられている。リフ
レクタ１１の焦点Ｆに対する頂部からの距離、即ち焦点
距離は３２．５ｍｍ、その前面開口部の開口径２３ｃｍ
である。

【００１２】ランプ２０の基部２９がソケット１５に装
着された状態で、外管２３の中間位置が焦点Ｆの位置を
占めると共に、その１５ｍｍ前方位置を放電管２２の発
光中心点が占め、後方１５ｍｍをハロゲンランプ２１の
発光中心点が占める。スタンド１の電圧可変電源が収納
された基部１ａには、ソケット１５を通して給電される
ハロゲンランプ２１の入力電力を調整するつまみ３及び
電源スイッチ２が設けられている。放電管２２は、リフ
レクタ１１に設けられたソケット１６に着脱自在に装着
されるコネクタ２５を通して給電される。

【００１３】双方の光源２１、２２は、共に回転対称軸
上でずれていることにより、照射面での強度分布を回転
対称軸を中心とする回転位置で均一にすると共に、さら
にそのずれが前後に互いに同一距離であることにより、
次に図４を基に原理的に説明するように、拡散用凹凸面
の配列と相俟って照射範囲にわたりほぼ均一な混合比率
の良好な強度分布特性が容易に得られる。即ち、焦点Ｆ
に対して後方へずれた光源の光束は拡散傾向となり、直
径方向の発光強度の分布特性は図示のように双峰特性に
なる。前方へずれた光源の光束は収束傾向となり、先鋭
状の単峰特性になる。それぞれに反射面全域の凹凸面の
拡散特性が加わることにより、それぞれが点線で示す互
いにほぼ同一のガウス分布特性になり、したがって双方
が重畳されて照射面において均一な混合比率のガウス分
布の強度特性が得られる。

【００１４】ランプ２０は、図２に示す（株）黒田製作
所製の主に鎮痛目的の＃５００３カーボンに対応した発
光スペクトルが得られるように構成されている。このカ
ーボンの発光スペクトルは、可視領域で発光強度が波長
が短くなるのに伴って徐々に低下する実線で示す色温度
約１８００Ｋの黒体輻射のバックグランド発光成分に、
赤から遠赤色の領域にわたる主に鎮痛目的のＳｒ、Ｎａ
及びＫの原子発光の線もしくは帯状スペクトルが準連続
的に重畳されている。その他、緑領域用にＶ及びＴｉの
原子発光が重畳されている。３８０〜３９０ｎｍ及び４
１０〜４２０ｎｍには、カーボン自体の原子発光スペク
トルが重畳されている。

【００１５】対応して、ランプ２０のハロゲンランプ２
１は、定格色温度３０５０Ｋ、定格電圧１００Ｖ、定格
電力３００Ｗである。また、放電管２２は、Ｓｒ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｖ及びＴｉのヨウ化物が放電発光物質として用
いられ、図２のスペクトルが同程度の発光強度で得られ
るように、成分比及び成分量が設定されている。カーボ
ンの代りに、３９４ｎｍ〜３９７ｎｍにスペクトルを有
するＡＩのヨウ化物と、３９３ｎｍ〜３９７ｎｍ及び４
２３ｎｍにスペクトルを有するＣａのヨウ化物が用いら
れている。敢えてカーボン特性に一致させない場合、こ
れらのヨウ化物は封入しなくても良い。さらに、放電始
動特性の確保と放電動作の安定化のために、Ｈｇ及びＡ
ｒと共に石英ガラスが封入され、安定器を通して放電開
始トリガの印加で放電する市販のメタルハライドランプ
と同様に構成されている。

【００１６】これにより、ハロゲンランプ２１及び放電
管２２の発光が、リフレクタ１１の内面の球状凸面１１
ａで拡散反射され、フロントガラス１２を通して前方へ
混合されて光照射される。つまみ３の操作によりハロゲ
ンランプ２１の入力電力を定格電力より下げる範囲で調
整することにより、温感効果を伴う波長領域の発光強度
を被照射者に心地良さを与えるように調整して、交感神
経の緊張を緩和させて副交感神経を優位にした状態で、
重畳スペクトルによる鎮痛等の治療効果を高めることが
できる。入力電力を減少させることにより、カーボン＃
５００３と同様に１８００Ｋ程度のバックグラウンド発
光成分を得ることができる。ランプ２０を交換する場合
には、把手１３を握ってフロントガラス１２を取り外
し、コネクタ２５を離脱させてソケット１５から抜く。

【００１７】図５は図１及び２による前述した生体用光
線照射装置の２種類の光線の混合度合及び照射範囲を確
認するための試験結果を示す。同図Ａはフロントガラス
１２から２０ｃｍ、同図Ｂは２５ｃｍ、同図Ｃは３０ｃ
ｍ離れた位置での回転対称軸の延長線を中心にした直径
４０ｃｍの範囲の光強度分布を示す。この結果から明ら
かなように、混合比は照射面にわたってほぼ１であり、
中心部の照射強度が相対的に強くなるが、ガウス分布に
近く、強度分布の半値距離は離れる程約２０ｃｍから３
０ｃｍ近くまで増加する。さらに距離が離れても拡散角
約±２０°でほぼ直線的に広がった。光線治療に利用す
る場合には、フロントガラス１２から生体の照射部位ま
での距離は通常１５ｃｍ〜４０ｃｍ程度であり、照射面
積は通常最大直径で４０ｃｍ程度であり、したがって効
率良く、治療に必要な照射範囲が距離調整で得られるこ
とが確認される。

【００１８】つまり、このような照射動作に際して、前
述の基部半径ｄが約３．５ｍｍ、曲率半径Ｒが約９．６
ｍｍの凸面１１ａは、図３Ｃに示すように、前方から入
射した平行光線を本来の焦点Ｆを挟んだ仮想の焦点
Ｆ_F、Ｆ_Rの範囲内に反射することになる。換言すれば、
凸面１１ａにとっては焦点がＦ_F、Ｆ_Rの範囲にぼけたこ
とになり、リフレクタ全面の凸面１１ａの作用を重ね合
わせた場合、本来の焦点Ｆの前後範囲に一定幅で焦点を
同様にぼかす効果が生じ、この幅は試験的には拡散角２
０°に対して本来の焦点の前後２０ｍｍ程度であった。
したがって、本来の焦点Ｆに対して拡散角２０°に対応
して前後に約２０ｍｍずれた範囲からの入射光に対して
平行で反射させる。これにより、回転放物面の焦点はこ
れらの範囲内で見掛け上ぼけた状態となり、１５ｍｍだ
けずれた両光源２１、２２は、それぞれ平行反射光に対
して拡散角±２０°で拡散反射し、結果として焦点Ｆか
らの入射光に対する平行反射光に対して拡散角±２０°
で拡散反射したのと大約等価状態となる。因に、通常の
回転放物面のリフレクタはスポットライトに用いられて
おり、その内面に浅い凸面を形成することも行われてい
るが、あくまで平行光線が放物面特性で中心部に集中す
るのを緩和するためで、その基底部半径と曲率半径の比
で決まる拡散角は小さく設定されている。より広い光束
にする場合、通常放物面鏡ではなく、楕円鏡を使うこと
により、一旦開口近辺で収束させてから再び広がるよう
にしている。このような方式は、開口に近いところに照
射面が位置するのを前提にした生体照射には適用できな
い。

【００１９】尚、拡散角は、試験的に通常の凸面よりも
広い１５°〜３５°の範囲において混合比率及び照射強
度分布に関して好ましい結果が得られることが確認され
た。１１５°程度より小さくなると、前述した単峰特性
又は双峰特性が残り、照射面で強度分布及び混合比率が
大きく変わり、生体治療用として適合しなくなる。逆
に、３５°より大きくなると、距離変化に対する照射面
積の範囲の変化が大きくなるために使用しにくくなり、
型抜が困難になる製造上の問題も生じる。凹凸面として
は凹面或はしわにしたり、拡散角度を大きくするために
は１個の凸面に複数個の凸面を重ねた二重凸面にするこ
ともできる。各形状が均一に形成されなかったり、非球
形にした場合でも平均値として前述の範囲の拡散角度が
得られれば良い。尚、反射面は、ハウジングの内面に直
接形成することも可能である。

【００２０】一般に治療に有効な光線のスペクトル幅
は、原子発光線の線幅よりもかなり広いと想定される。
しかしながら、カーボンアーク放電は空気中で行われる
ので発光プラズマ中の原子密度がそれほど高くなく、発
光線の幅は余り広がらない。したがって、カーボンアー
ク放電式の光源では生体治療に有効なスペクトル分布を
十分に活用し得るとは云えない。一方、放電管ではその
管内圧力を高くすることにより、敢えてカーボン特性に
一致させることなく、原子スペクトルの線幅を広げるこ
とができる。放電発光物質としては、金属ハロゲン化物
に限らず、水銀或は金属のアマルガムを用いることも考
えられる。

【００２１】２つの発光源を前述の実施の形態では焦点
に対して等距離としたが、一方を焦点に近づけ、他方を
遠ざけるように配置すると、治療に必要な照射範囲内で
近づけた方の発光源の光強度が増加し、したがって相対
的な位置を調節することによって混合比を調整すること
ができる。但し、この場合、混合比率の変動に配慮する
必要がある。回転放物面の開口径を小さくしても拡散反
射用凹凸で照射範囲を広げることができるが、逆に広げ
過ぎると混合を制御しにくくなり、また凹凸面の加工技
術上でも上限がある。実際には、治療に適合した照射範
囲、即ち発光強度半値幅を開口部から３０乃至４０ｃｍ
離れた位置で４０ｃｍ程度と想定すると、開口径は最小
で照射範囲の直径の１／３の１３ｃｍ程度に設定するの
が好ましいことが確認されている。最大は同程度にして
も良いが、３０ｃｍ程度で充分な混合及び強度分布特性
が得られる。

【００２２】図６は別の実施の形態を概略構成で示すも
ので、反射面の回転放物面３０が、放物線３２、３２ａ
の主軸３３、３３ａをその共通の焦点Ｆを通る回転対称
軸３４に対してそれぞれ１０°〜１５°、例えば１０°
外方へずらして回転対称軸３４を中心に回転させたとき
に得られる両側一対の傾き回転放物面部分３１、３１ａ
より形成されている。焦点距離は３２．５ｍｍ、その開
口部の開口径は１８０ｍｍであり、ランプ４０の装着状
態でその外管４３の中間位置が焦点Ｆを占めると共に、
その前方位置を放電管４２の発光中心点が占め、後方位
置をハロゲンランプ４１の発光中心点が占める。

【００２３】ランプ４０は、図７に示す黒田製作所製の
血流促進目的の＃５０００カーボンの発光スペクトルが
得られるように構成されている。このカーボンの発光ス
ペクトルは、実線で示す１７７５Ｋの黒体輻射のバック
グラウンド発光成分に、血液循環の促進用としてＮａ及
びＫの原子発光が重畳されている。その他、近紫外領域
のカーボン自体のスペクトルが重畳されている。対応し
て、ハロゲンランプ４１は同様に定格色温度３０５０
Ｋ、定格電圧１００Ｖ、定格電力３００Ｗであり、放電
管４２にはＮａ及びＫのヨウ化物が封入されている。

【００２４】血流促進には近紫外域の発光スペクトルを
必要としないことが臨床上確認されており、むしろ皮膚
の紅斑形成、皮膚ガン発生等の可能性が指摘されている
ために開口前面、カーボンの発光スペクトルを含めて４
２０ｎｍより短波長の紫外線を全てカットオフするよう
にコーティングされたパイレックスガラス製フロントガ
ラス３７が着脱自在に取付けられている。これにより、
前述のものと同一焦点距離及び同一球状凸面の配列を基
に開口径を小さくして同程度の照射面積が得られる。

【００２５】前述の両実施の形態に代えて、白熱発光源
及び放電発光源は互いに別体に構成しても良く、また逆
に外管に白熱発光用フィラメントを放電発光管と共に収
納したり、放電発光管に白熱発光用フィラメントを収納
する構成も考えられる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、白熱発光に治
療目的に適合した波長の線状もしくは帯状の１個もしく
は複数個のスペクトルが重畳した安全性及び保守性に優
れた生体用光線照射装置が実現される。光源の頻繁な交
換作業、室内空気の汚染及び火傷、火災等の問題を伴う
カーボンのアーク放電式光線照射装置に対する代替が可
能となる。過度の加温による不快感を伴わないように、
放電発光に対する白熱発光の光量比が独立に調整可能と
なる。放電原子の封入圧力の調整により、治療に有効な
スペクトル幅を広げることも可能となる。

【００２７】請求項２の発明によれば、回転放物面の反
射面の焦点近辺に２種類の発光源が配置されることによ
り、２種類の発光の混合された光束が前方の治療部位に
照射される。さらに、拡散反射用凹凸面により、照射光
が均一に混合され、回転放物面の開口部よりも広い照射
範囲を大巾に偏らない強度分布で拡散される。

【００２８】請求項３の発明によれば、２種類の光源が
１個のランプとして構成されることにより、光源の取扱
が簡単になり、装置構成も簡単になる。請求項４の発明
によれば、回転放物面の開口径を大きくしなくても照射
範囲を広げることが可能となり、装置の小型化が可能に
なる。請求項５の発明によれば、回転放物面の拡散反射
用凹凸面の拡散角をある程度大きく設定することによ
り、焦点位置からずれた２種類の光源発光を通常の治療
距離において通常の光照射範囲で大幅に偏らない強度分
布で均一な混合比率の光線がえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による生体用光線照射装置
の断面図である。

【図２】同生体用光線照射装置に対応するカーボンアー
ク式の光照射特性を示す図である。

【図３】同回転放物面の拡散反射用凹凸面の作用を説明
する図である。

【図４】同生体用光線照射装置の回転放物面の反射特性
を説明する図である。

【図５】同生体用光線照射装置の光照射特性の試験結果
を示す図である。

【図６】別の実施の形態による生体用光線照射装置の要
部の構成を原理的に示す図である。

【図７】図６の生体用光線照射装置に対応するカーボン
アーク式の光照射特性を示す図である。

【符号の説明】

１１ リフレクタ １１ａ 拡散反射用凸面 ２０、４０ ランプ ２１、４１ ハロゲンランプ ２２、４２ 放電管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １６００乃至３０００Ｋ内の色温度の光
   照射を行う白熱発光源と、可視領域から近赤外領域に所
   望の治療目的に適合した波長のスペクトルを放電発光す
   る放電発光物質が封入されて、近紫外領域に向けて発光
   強度が徐々に低下する前記白熱発光源の白熱光を補償す
   る放電発光源とが、前方が開口し、かつ内面に反射面が
   形成されたハウジング内に、前記白熱発光源及び前記放
   電発光源の照射光が混合するように配置されたことを特
   徴とする生体用光線照射装置。
2. 【請求項２】 反射面が回転放物面として形成されると
   共に、白熱発光源と放電発光源とが回転放物面の焦点近
   辺に位置付けされ、 前記回転放物面に、前記白熱発光源と前記放電発光源と
   の発光を均一に混合させ、かつ前記回転放物面の開口部
   から拡散照射させるように、拡散反射用凹凸面が奥行方
   向及び周囲方向へ配列されていることを特徴とする請求
   項１の生体用光線照射装置。
3. 【請求項３】 白熱発光源と、放電発光源とが、ハウジ
   ングの頂部に取付けられた共通の外管内に収納された１
   個のランプとして構成されていることを特徴とする請求
   項１の生体用光線照射装置。
4. 【請求項４】 回転放物面が、回転対称軸に対してそれ
   ぞれ放物線の主軸を外方へずらした同一焦点距離の両側
   一対の傾き回転放物面部分より形成されていることを特
   徴とする請求項２の生体用光線照射装置。
5. 【請求項５】 拡散反射用凹凸面が、その全部の平均値
   として拡散角を１５°〜３５°にするように形成されて
   いることを特徴とする請求項２の生体用光線照射装置。