JPH11319122A

JPH11319122A - 光刺激装置

Info

Publication number: JPH11319122A
Application number: JP10128364A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Otsuki; 大槻博之
Original assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Current assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-11-24

Abstract

(57)【要約】【目的】可視光領域から赤外領域までの光を直線偏光
し，しかも，可視領域の光強度をゼロまで任意に減衰さ
せることができるようにして，さらに，効率的な直線偏
光刺激が可能な光刺激装置を提供することを目的とす
る。【構成】請求項１記載の発明では，光の進行方向に直列
に配置した可視光線用直線偏光素子と赤外線用直線偏光
素子で光を直線偏光し，生体に照射できるようにした。
請求項２記載の発明では，コアとクラッドから構成され
るライトガイドにテーパをつけたガラスロッドを集光部
に用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，可視領域から赤外線領
域までの光を直線偏光し，効率よく生体に照射できるよ
うにした，理学診療用の光刺激装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在，理学診療用の光刺激装置として，
赤外線治療器，レーザ治療器，可視光線領域の直線偏光
刺激装置，直線偏光赤外線治療器などが使用されてい
る。赤外線治療器は，赤外線を発生させて生体に照射
し，その温熱効果により，こりや痛み等を治療する温熱
治療器である。

【０００３】レーザ治療器は，レーザ光を患部に照射
し，痛みやこりの治療，創傷治癒促進等をおこなうもの
で，従来の理学診療法に比してその治療効果は高い。レ
ーザ治療器は，安全性の面から，生体の温度上昇が無い
非熱的な領域で使用しなければならないとされている。
一方，光強度はある程度強いほど治療効果は高いとされ
ている。これらを勘案し，光の吸収が少ない近赤外領域
のレーザを用い，できるだけ出力を高くしようという動
向がある。最近は，光強度が１００〜２００ｍＷで，波
長が８００ｎｍ前後の，半導体レーザが多く用いられて
いる。

【０００４】レーザの医療への応用研究が進む中で，通
常の非コヒ−レントな光も，直線偏光すると，レーザと
同様な効果があることが，医学的に確認されている。図
３の光刺激装置は，この結果を応用して創傷治癒促進用
として開発されたもので，特公昭６２−４１７４４で開
示されている。この装置は，ハロゲンランプ等の光源３
１で光を発生し，可視光線用フィルタ３２で可視領域の
光のみを取り出し，レンズ３３で光路を調整し，直線偏
光素子３４で直線偏光して，生体に照射するものであ
る。照射光の波長は３００〜７００ｎｍ，光強度は１５
０ｍＷ／ｃｍ²以下で，創傷を刺激できるように，照射
面積を広くしている。しかし，この装置は刺激強度が少
ないので，疼痛緩和の効果はあまり期待できない。

【０００５】図４の直線偏光赤外線治療器は，生体の吸
収が少ない赤外線を取り出して直線偏光し，小さなスポ
ットに集光して光強度を強くして，レーザ治療器と類似
の効果を得ることを目的に開発されたもので，実公平６
−２７１７２に開示されている。ハロゲンランプ４１で
光を発生し，カラーガラスフィルタ４４で６００ｎｍ以
下の波長の可視光線をカットし，得られた赤外線を光フ
ァイバライトガイド４５で照射部４６に導き，光学レン
ズ系４７で集光し，これを直線偏光板４８で直線偏光し
て，スポット状の狭い面を刺激するものである。４２は
光源４１の光を反射する反射鏡，４３は光源４１の発生
する熱を遮断する耐熱ガラス板，４９は光源の電源であ
る。使用している光ファイバライトガイド４５は，２．
５μｍよりも長い波長の光を通さないため，６００ｎｍ
〜２．５μｍの赤外線を使用していることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常の赤外線治療器は
温熱効果しか期待できない。レーザ治療器は疼痛緩和や
創傷治癒にも高い治療効果を示すが，非熱的領域で使用
しているため温感や刺激感がなく，患者の満足感が得ら
れ難い。また，光を直径１ｍｍ以下の小さなスポットに
集光させて刺激するため，微小な部位を正確に刺激する
ことは難しく，逆に広い面を刺激するためには全体をス
キャンするのに長い時間がかかり，治療は面倒である。
さらに，エネルギ密度は高いが，総エネルギは小さく，
しかも単一波長のため，治療効果を制限していることも
考えられる。レーザの治療効果には波長依存性があると
いう文献もある。図３の光刺激装置は，創傷治癒に用い
ることはできるが，刺激強度が弱く，痛みやこり等の治
療には効果が少ない。

【０００７】図４の直線偏光赤外線治療器は，直線偏光
した近赤外光を集光して刺激するため，総エネルギは大
きく，熱刺激効果もある。また，光線のスポット径は出
力端で数ｍｍとレーザ治療器よりも大きいため，治療の
効率も向上している。しかし実際には，カラーガラスフ
ィルタ４４は所定の波長でクリアにカットすることはで
きないため，強い可視光線が含まれており，生体にダメ
ージを与える可能性がある。また，この装置では６００
ｎｍ〜２．５μｍの赤外線を使用しているが，直線偏光
板４８は波長が８５０ｎｍ以下の光しか偏光できないた
め，波長が６００〜８５０ｎｍの狭い帯域の光しか直線
偏光されず，大部分の赤外線は偏光されていない通常の
非コヒーレントな赤外光であるため，直線偏光の効果は
殆ど期待できない。さらに，照射部に内蔵した集光部は
複数枚の凸レンズ４７を組み合わせて使用しているの
で，光学系特有の問題がある。すなわち，光学系の設計
と組立は複雑で，微調整も必要であり，部品点数も多く
なり，機械的衝撃に弱い，レンズ自体の端面反射や球面
収差等により透過効率が低下する，等の問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために，請求項１の発明では，可視光線用直線偏光素
子６と赤外線用直線偏光素子７を，光の進行方向に直列
に配置して，照射光を直線偏光するようにした。また，
請求項２の発明では，テーパをつけたガラスロッドを集
光部として用い，ライトガイドに接続するだけの簡単な
構成にした。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明により，可視領域から赤外
領域までの広い範囲の光を直線偏光することができる。
しかも，２つの直線偏光素子の偏光方向のなす角度を変
化させると，可視領域の光強度を変化させることができ
る。つまり，２つの偏光素子の偏光方向を一致させる
と，可視光領域から赤外線領域までの光を一様に直線偏
光することができ，また，２つの直線偏光素子の偏光方
向を直交させると，可視領域の光をクリアに遮断し，赤
外線のみを直線偏光してとりだすことができる。さら
に，２つの偏光素子の偏光方向のなす角度を平行から直
交するまで変化させると，出力光は全域で直線偏光さ
れ，かつ，可視領域の光強度のみを連続的に減衰させる
ことができる。

【００１０】また，請求項２記載の発明により，ライト
ガイド３に単一のガラスロッド５を接続するだけで集光
することができ，複数のレンズ系を使用する場合の問題
を解決することができる。すなわち，光学的な設計，組
立て，調整の作業を大幅に省力化でき，機械的強度は強
く，集光部の光透過効率を高くすることができる。照射
光のスポット径はレーザー治療器よりも大きく，広い面
積を刺激できるので，治療の効率が高くなり，また総エ
ネルギもレーザよりも大きいので，刺激感も得られ，治
療の満足感も得られる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。図１の１は赤
外線を含む光を発生する光源，２は反射鏡，３はライト
ガイド，４は照射部であり，照射部４には集光部と偏光
部を収納している。偏光部は，請求項１の発明により，
可視光線用直線偏光素子６と赤外線用直線偏光素子７
を，光の進行方向に直列に配置して構成している。集光
部は，請求項２の発明により，テーパをつけたガラスロ
ッド５をライトガイド３に接続して構成している。

【００１２】電源８を入れると，光源１から赤外線を含
む光が発生する。この光強度は電源８で制御できる。発
生した光は，直接，または反射鏡２で反射して，ライト
ガイド３に導入され，照射部の集光部で集光され，偏光
部で直線偏光されて，生体に照射される。光源１は，所
定の波長帯で必要な光量が得られるものであれば何を用
いてもよい。図１の構成で，出力光が１Ｗ程度で照射ス
ポット径が数ｍｍであれば十分に温感が得られるので，
数十Ｗのハロゲンランプやキセノンランプを使用すれば
よい。反射鏡２は光源が発生した光のうち，後方または
側方に放出された光を反射してライトガイド３に導入す
るものである。

【００１３】ライトガイド３は，光源１で発生した光を
照射部４に導入するもので，治療時の操作性を考慮する
と，可撓性を有するものが便利であり，所定の波長領域
の光を伝送できるものであれば何を用いてもよい。ここ
では，入手し易く，かつ使用する偏光素子の特性を考慮
して，光ファイバを用いている。光ファイバには各種の
ものがあるが，直線偏光素子の特性を勘案し，ここでは
２．５μｍ以下の波長の光を通すものを用いている。た
だし本発明では波長の制限はしない。照射部４は，刺激
光を生体に照射するために手で持って操作するもので，
内部に，集光部であるガラスロッド５と，偏光部である
可視光線用直線偏光素子６と赤外線用直線偏光素子７を
内蔵している。

【００１４】集光部はライトガイド３から出てくる光を
所望の径に集光するもので，本発明ではテーパをつけた
ガラスロッド５を用いている。ガラスロッド５は，コア
層とクラッド層から構成される。光はこの中を反射しな
がら伝播し，そのテーパに沿って集光される。テーパを
逆につけると，光を大きな面積に拡開することもでき
る。ガラスロッド５のサイズは，ライトガイド側の断面
積はライトガイド３のサイズに合わせて，他端の断面積
は所望の照射光のスポット径から，それぞれ決定され
る。テーパの角度が大きくなると光の反射回数が増え，
光が減衰する。長さが長くなっても同様である。光の減
衰を許容範囲内にするように，テーパの角度と長さを設
計する。

【００１５】偏光部は，可視光線用直線偏光素子６と赤
外線用直線偏光素子７を，光の進行方向に直列に配置し
て構成している。この例では，可視光線用直線偏光素子
６は波長が０．３５〜０．７μｍの可視光を直線偏光
し，赤外線用直線偏光素子７は０．３５〜２．５μｍの
光を直線偏光するものを用いている。ただし，本発明は
この特性の偏光素子に限定するものではない。ガラスロ
ッド５から出てきた光は２．５μｍ以下の波長の光であ
る。この光はまず，可視光線用直線偏光素子６で直線偏
光され，続いて赤外線用直線偏光素子７で直線偏光され
る。以下，偏光について説明する。説明を簡単にするた
めに，図２のような座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを考える。可視光
線用直線偏光素子６と赤外線用直線偏光素子７をＸ−Ｙ
平面に平行な面に置き，可視光線用直線偏光素子６の偏
光方向と赤外線用直線偏光素子７の偏光方向を角度θだ
け傾けて配置する場合を考える。光の進行方向はＺ軸方
向である。

【００１６】ガラスロッド５から出てきた光は，可視光
線用直線偏光素子６で可視光線のみが，図２ではＸ軸方
向に直線偏光され，赤外線は偏光されないで透過する。
この光が赤外線用直線偏光素子７を通過するとき，可視
光線の一部は遮断され，残りの可視光線と赤外線全部が
直線偏光されて，透過する。照射光の偏光方向は赤外線
直線偏光素子７の偏光方向になる。つまり図２のよう
に，両直線偏光素子の偏光方向をθだけ傾けて配置する
と，可視光線のみが減衰した全波長成分を含む光を，偏
光素子７の偏光方向に直線偏光して取り出すことができ
る。この減衰の程度は，２つの直線偏光素子の偏光方向
のなす角度θによって変化させることができる。

【００１７】ここで，θをゼロに，つまり直線偏光素子
６と７の偏光方向を一致させると，可視光線の減衰はな
く，０．３５〜２．５μｍの波長帯の全ての光が直線偏
光されて出力される。偏光方向はＸ軸方向である。も
し，θを９０度に，つまり直線偏光素子６と７の偏光方
向を直交させると，可視光線用直線偏光素子６で直線偏
光した可視光線は，赤外線用直線偏光素子７を透過でき
ないので，波長０．７μｍ以上の赤外線のみを直線偏光
して取り出すことができる。従来のガラスフィルタ等に
比して，優れた遮断特性を示す。偏光方向はＹ軸方向で
ある。

【００１８】２つの偏光素子の偏光方向のなす角度θを
固定にして実施してもよいし，可変にしてもよい。全体
の光量は，電源８で調節できる。以上の例では，現在入
手し易い部品を選択したために，遮断波長が２．５μｍ
の光ファイバと，０．３５〜７μｍと０．３５〜２．５
μｍの光を直線偏光する素子を選択したが，本発明では
これらの波長領域の制限はしない。例えば可視光線用直
線偏光素子の特性が０．３５〜１μｍであれば，１μｍ
以下の波長の光を減衰又は遮断できる。また，光ファイ
バの遮断波長と，赤外線用直線偏光素子の偏光特性が，
例えば１０μｍまで可能なら，この範囲まで使用しても
よい。この例では，光はまず可視光線用直線偏光素子６
で，続いて赤外線用直線偏光素子７で直線偏光されると
したが，可視光線用直線偏光素子６と赤外線用直線偏光
素子７の位置は逆にしてもよいし，直線偏光素子は最終
段に置く必要はない。ただし偏光した後に集光すると偏
光面が乱れる可能性もあるので，図１のように配置した
方が望ましい。

【００１９】

【発明の効果】請求項１記載の発明により，従来は不可
能であった，可視領域から赤外領域まですべてを直線偏
光できる。しかも，２つの直線偏光素子の偏光方向のな
す角度を変化させると，可視領域の光強度を任意に減衰
させて，可視領域から赤外領域までの光を直線偏光して
照射することが出きる。このため，可視光線を適切な値
に減衰させ，赤外線のバランスを考えて適応すると，可
視光線領域の生体光刺激作用と，赤外線領域の温熱作用
による血流増加の相乗効果により，より効果的な創傷治
癒促進が期待できる。また，生体へのダメージが少ない
より安全な生体刺激が可能である。

【００２０】また，生体の吸収の少ない赤外線のみを取
り出して照射すると，生体吸収の強い可視光線はクリア
にカットされているので，従来よりも多くのエネルギー
を生体に与えることができ，しかも従来以上に広い範囲
で直線偏光されているので，疼痛緩和等に高い効果が期
待できる。

【００２１】請求項２記載の発明によると，ガラスロッ
ドを一度設計すると，組立工程ではライトガイドにワン
タッチで接続でき，調整は必要なく，生産工程が簡略化
できるので，コストダウンと信頼性の向上を計ることが
できる。また，複数レンズを用いる光学系では，レンズ
端面反射や面収差による光の損失も問題となるが，本発
明によると，光損失を最小に押さえることができ，光の
利用効率も向上する。

【００２２】このため，本発明の装置はレーザ治療器の
欠点を解決し，それと同等またはそれ以上の治療効果が
期待できる。つまり，連続波長帯の刺激が可能になり，
治療効果に波長依存性があっても対応が可能になる。ま
た，レーザ治療よりも広い面積を一度に刺激できるの
で，シビアな刺激点の位置決めの必要もなくなり，広い
面をスキャンする手間も省くことができ，治療が容易に
なり，面倒な手間も省くことができ，治療の効率と効果
を向上させることができる。さらに，総エネルギも多い
ので，刺激感があり，治療の満足感も得られる。

【００２３】図３の光刺激装置と比較すると，赤外線も
併用した可視光線による刺激が可能になり，温感がある
ため治療の満足感も得られ，創傷治癒促進効果が高くな
る。また，図３の装置で期待できなかった，赤外線領域
の作用も期待できる，例えば疼痛緩和をおこないながら
創傷治癒促進を計ることも可能になる。

【００２４】図４の直線偏光赤外線治療器と比較する
と，赤外線のみを取り出して本装置で刺激すると，より
クリアに可視光線を遮断できるので，生体へのダメージ
の少ない，より安全な治療が可能になる。また可視光線
が少ない分だけ多くのエネルギを供給でき，さらに，全
波長領域で直線偏光されているので，より高い疼痛緩和
等の効果が期待できる。赤外線と，多少の可視光線を併
せて照射すると，疼痛緩和の他にも，生体の活性化等の
効果も期待できる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であある。

【図２】請求項１記載の偏光部の構成を示す図である。

【図３】従来の可視領域の直線偏光生体刺激装置の例で
ある。

【００２６】

【図４】従来の直線偏光赤外線治療器の例である。

【符号の説明】

１・・・光源２・・・
反射鏡３・・・ライトガイド４・・・
照射部５・・・ガラスロッド６・・・
可視光線用直線偏光素子７・・・赤外線用直線偏光素子８・・・
電源３１・・・光源３２・・・
可視光線用フィルタ３３・・・直線偏光素子４１・・・ハロゲンランプ４２・・・
反射鏡４３・・・耐熱ガラス板４４・・・
カラーガラスフィルタ４５・・・光ファイバライトガイド４６・・・
照射部４７・・・集光レンズ４８・・・
直線偏光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の進行方向に直列に配置した可視光線用
直線偏光素子と赤外線用直線偏光素子で光を直線偏光
し，生体に照射するようにしたことを特長とする光刺激
装置。
【請求項２】屈折率の異なるコアとクラッドからなるラ
イトガイドをテーパ状に加工したロッド５を集光部とす
る光刺激装置。