(57)【要約】      （修正有）【課題】低い熱エネルギーで高い光量密度の遠赤外線を発生させ、且つ必要な面積に均一に拡散される遠赤外線放射体を提供する。【解決手段】第一遠赤外線ビームを生成させるために用いられる少なくとも１つの遠赤外線源１２と、前記第一遠赤外線ビームの経路中に設置され、前記第一遠赤外線ビームの波長範囲をフィルタリングすると共に第二遠赤外線ビームを形成させるフィルターユニット１４と、前記第二遠赤外線ビームを通過させると共に前記第二遠赤外線ビームを拡大させて第三遠赤外線ビームを形成させるビームエキスパンダユニット１６とを備えることを特徴とする遠赤外線放射体１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一遠赤外線ビームを生成させるために用いられる少なくとも１つの遠赤外線源と、
前記第一遠赤外線ビームの経路中に設置され、前記第一遠赤外線ビームの波長範囲をフィルタリングすると共に第二遠赤外線ビームを形成させるフィルターユニットと、
前記第二遠赤外線ビームを通過させると共に前記第二遠赤外線ビームを拡大させて第三遠赤外線ビームを形成させるビームエキスパンダユニットとを備えることを特徴とする遠赤外線放射体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの遠赤外線源は加熱方式で遠赤外線を発生させる材料で生成され、例えば、半導体チップ、セラミック基板、コイルまたはフィラメント、ＭＥＭＳチップ、炭素繊維が加熱されることで生成され、或いは遠赤外線発光ダイオードまたは遠赤外線レーザーであることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項３】
前記フィルターユニットは波長６マイクロメートル以下の遠赤外線ビームをフィルタリングするフィルターまたはフィルター片であることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項４】
前記ビームエキスパンダユニットは透過型レンズであり、前記第二遠赤外線ビームは前記凹レンズを透過させた後、照射領域が拡大されて前記第三遠赤外線ビームが形成されることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項５】
前記ビームエキスパンダユニットは反射構造であり、
光の入口及び光の出口を有する反射主体と、
前記反射主体に内設され、反射性質を有する反射部であって、前記第二遠赤外線ビームは前記光の入口から前記反射主体内に入射されると共に前記反射部に向けて反射された後、反射されて前記光の出口から前記反射主体に出射されると共に増幅されて前記第三遠赤外線ビームが形成されることとを備えることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項６】
前記反射部には反射性質を有する塗膜が設置されることを特徴とする請求項５に記載の遠赤外線放射体。
【請求項７】
前記ビームエキスパンダユニットは乱反射構造であり、
乱反射体と、
前記乱反射体に設置され、微細構造を有する乱反射部であって、前記第二遠赤外線ビームは前記乱反射部に向けて照射された後、乱反射されて増幅されることにより前記第三遠赤外線ビームが形成されることとを備えることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項８】
前記ビームエキスパンダユニットは多重反射構造であり、
全反射面を有する全反射対象物と、
部分反射面を有し、前記主反射面及び前記部分反射面は相対するように設置され、孔状微細構造を有する部分反射対象物であって、前記第二遠赤外線ビームは前記多重反射構造に向けて照射された後、一部分の前記第二遠赤外線ビームが前記部分反射対象物により前記全反射対象物に反射され、他の一部分の前記第二遠赤外線ビームが前記孔状微細構造を介して前記第三遠赤外線ビームとして出射されることとを備えることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項９】
前記第一遠赤外線ビームと前記部分反射面または前記全反射面との間には夾角を有し、前記夾角の角度は０乃至９０度の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の遠赤外線放射体。
【請求項１０】
前記孔状微細構造は第一方向に沿って並列されると共に前記部分反射対象物を貫通させる複数列のスルーホールで構成され、前記複数列のスルーホールの孔径は第二方向に沿って徐々に拡大し、前記第二方向及び前記第一方向は相互に垂直になることを特徴とする請求項８に記載の遠赤外線放射体。
【請求項１１】
前記第一遠赤外線ビームの進行方向が前記部分反射面または前記全反射面に投影されると前記第一方向に対してほぼ垂直になることを特徴とする請求項１０に記載の遠赤外線放射体。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの遠赤外線源と前記フィルターユニットとの間には断熱ユニットが設置され、前記少なくとも１つの遠赤外線源と前記フィルターユニットとの間の熱伝導を隔絶させるために用いられることを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【請求項１３】
前記ビームエキスパンダユニット及び前記フィルターユニットは１つのユニットに統合され、同時にビームの拡大及びフィルター機能を提供することを特徴とする請求項１に記載の遠赤外線放射体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠赤外線放射体（far-infrared （FIR） emitter）に関し、より詳しくは、フィルター及びビームの拡大が組み合わせられる設計により、低い熱エネルギーで高い光量密度の遠赤外線を発生させ、且つ必要な面積に均一に拡散される遠赤外線放射体に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線とは波長がマイクロ波から可視光の間の範囲の電磁波を指し、その波長の周波帯は７６０ナノメートル（nm）乃至１ミリメートル（mm）の間の範囲であり、波長が赤色光より長い不可視光である。室温下では、物体が発する熱放射の多くはこの周波帯の範囲内にあり、工業、軍事、科学、医学等に応用されている。例えば、サーモグラフィーは熱を発する物体の温度分布を計測し、赤外線の強さを分析して熱画像を表示させる。
【０００３】
近年環境保護意識の高まりを受けて、例えば、ガスの測定や水質汚染等の環境の検査にも赤外線分光計が使用され、汚染物質の吸収量の計測等が行われている。波長の範囲に基づく区分は、近赤外線の波長は約０．７〜２マイクロメートル（μm）の範囲であり、中赤外線の波長は約３〜５マイクロメートルの範囲であり、遠赤外線の波長は主に６〜８マイクロメートル以上の周波帯の範囲である。現在までに多くの文献で指摘されているように、遠赤外線を利用した医療機器から放出される遠赤外線が生物体に与える効果として、血液循環の促進、新陳代謝の改善、組織の生長及び再生等の作用がある。
【０００４】
また、医療用の従来の遠赤外線放射体に関しては、使用後に身体の疲労が消え、血液循環が改善され、筋肉痛が緩和される等の効果が達成される。その赤外線の多くは近赤外線から遠赤外線の波長を利用するように製造され、高温及び高いエネルギー消耗率という問題が存在する。遠赤外線の照射による加熱効果は主に光源び近赤外線及び中赤外線によるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の遠赤外線放射体技術では、すなわち、遠赤外線放射体を医療用に使用する場合、理想的な医療用光源は純遠赤外線であるが、一般的な黒体放射で発生する赤外線は全て純遠赤外線ではないため、フィルターにより短い波長の赤外線を除去する必要がある。
【０００６】
また、従来の遠赤外線放射体を使用すれば大きな照射範囲が得られるが、体積も大きく、エネルギーを大量に消費し、且つ使用者が自由に移動させることができなかった。また、従来の遠赤外線照射器には通常大きな体積のセラミック板または炭素繊維材料を加熱する方式が採用されているため、エネルギー消費量が多く、高温を発生させてしまい、長時間照射すると火傷する危険性があった。局部にのみ作用させる場合でも照射領域が無駄に大きくなった。また、部分的な遠赤外線波長をフィルタリングする遠赤外線のフィルター片は高価であり、コストを節約するために、小さい面積の遠赤外線源を使用して遠赤外線光フィルターを通し、出力されるビームを拡大させて大面積に照射させることが望まれた。小さい面積の遠赤外線源を採用すればエネルギーの消耗も抑えられる。
【０００７】
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、すなわち、エネルギー消費量が少なく、高光量密度の遠赤外線を必要な面積に均一に拡散させる『遠赤外線放射体』をどのように提供するかが、関連する技術分野に習熟する者にとって解決が待たれる課題であった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、遠赤外線放射体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の遠赤外線放射体は、
第一遠赤外線ビームを生成させるために用いられる少なくとも１つの遠赤外線源と、
前記第一遠赤外線ビームの経路中に設置され、前記第一遠赤外線ビームの波長範囲をフィルタリングすると共に第二遠赤外線ビームを形成させるフィルターユニットと、
前記第二遠赤外線ビームを通過させると共に前記第二遠赤外線ビームを拡大させて第三遠赤外線ビームを形成させるビームエキスパンダユニットとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る遠赤外線放射体を説明する構成概略図である。
【図２】図１の実施形態を示す構成概略図である。
【図３】図１の他の実施形態を示す構成概略図である。
【図４】図１のさらなる他の実施形態を示す構成概略図である。
【図５】図１の又別の実施形態を示す構成概略図である。
【図６】図５の実施形態の孔状微細構造を示す実施形態概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る遠赤外線放射体の実施形態について説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例】
【００１２】
以下、図１〜６を参照しながら、本実施例の発明をさらに詳しく説明する。まず、本発明の遠赤外線放射体１０は、遠赤外線源１２と、フィルターユニット１４と、ビームエキスパンダユニット１６とを備える（図１参照）。
【００１３】
遠赤外線源１２は第一遠赤外線ビームＬ１を生成させるために用いられる。遠赤外線源１２は加熱方式で遠赤外線を効率的に発生させる光源であり、例えば、半導体チップ、セラミック基板、コイルまたはフィラメント、ＭＥＭＳチップ、炭素繊維、或いは他の材料が加熱されることで発生させ、或いは遠赤外線発光ダイオードや遠赤外線レーザーでもよい。遠赤外線源１２の種類に制限はなく、需要に応じて適合する光源を任意で選択可能である。
【００１４】
フィルターユニット１４は第一遠赤外線ビームＬ１の経路中に設置され、第一遠赤外線ビームＬ１の波長範囲のフィルタリングを行うと共に第二遠赤外線ビームＬ２を形成させるために用いられる。フィルターユニット１４の種類に制限はなく、フィルタリングされる波長範囲も制限されず、実際の需要に応じて設計可能である。フィルターユニット１４により高温を発生させる周波帯がフィルタリングされ、任意で特定の周波帯の波長や短い波長をフィルタリングすることもでき、例えば、６マイクロメートル以下の波長の遠赤外線ビームをフィルタリングするフィルターまたはフィルター片が採用されてもよい。ちなみに、本実施形態では１つの遠赤外線源１２が設置されるが、これ以外にも複数の遠赤外線源１２が設置されてもよく、各遠赤外線源１２が遠赤外線ビームを発生させ、これを集光させて第一遠赤外線ビームＬ１とし、その後にフィルターユニット１４を通過させてもよい。
【００１５】
第二遠赤外線ビームＬ２がビームエキスパンダユニット１６を通過させると、第二遠赤外線ビームＬ２が拡大されて第三遠赤外線ビームＬ３が形成される。第三遠赤外線ビームＬ３の照射領域Ａ３は第二遠赤外線ビームＬ２の照射領域Ａ２より大きく、ビームエキスパンダユニット１６と照射する標的物（図示省略）との距離の違いに応じて照射領域Ａ３を変える。例えば、標的物からビームエキスパンダユニット１６までの距離が遠い場合、照射領域Ａ３より大きな照射領域Ａ３１が形成され、反対に、標的物からビームエキスパンダユニット１６までの距離が近い場合、照射領域Ａ３より小さな照射領域が形成される。
【００１６】
また、図１に示されるように、遠赤外線源１２とフィルターユニット１４との間に断熱ユニット１８が設置され、遠赤外線源１２と照射標的物との間の熱伝導が隔絶される。然しながら、これは遠赤外線源１２自体の封入及び電気的特性により引き起こされる熱エネルギーにより決められ、断熱ユニット１８は必須部材ではない。
【００１７】
本発明の遠赤外線放射体２０は、遠赤外線源２２と、フィルターユニット２４と、ビームエキスパンダユニット２６とを備える（図２参照）。遠赤外線源２２は第一遠赤外線ビームＬ１を発生させる。フィルターユニット２４は第一遠赤外線ビームＬ１の波長範囲のフィルタリングを行うと共に第二遠赤外線ビームＬ２を形成させるために用いられる。本実施形態では、ビームエキスパンダユニット２６は透過型レンズであり、第二遠赤外線ビームＬ２が透過型レンズ形態のビームエキスパンダユニット２６に照射された後、照射領域が拡大されて第三遠赤外線ビームＬ３が形成される。第三遠赤外線ビームＬ３の照射領域Ａ３は第二遠赤外線ビームＬ２の照射領域Ａ２よりも大きい。必要な照射範囲に応じて透過型レンズ形態のビームエキスパンダユニット２６の規格を交換させて調整可能である。
【００１８】
本発明の遠赤外線放射体３０は、遠赤外線源３２と、フィルターユニット３４と、ビームエキスパンダユニット３６とを備える（図３参照）。遠赤外線源３２は第一遠赤外線ビームＬ１を発生させる。フィルターユニット３４は第一遠赤外線ビームＬ１の波長範囲のフィルタリングを行うと共に第二遠赤外線ビームＬ２を形成させるために用いられる。ビームエキスパンダユニット３６は第二遠赤外線ビームＬ２を拡大させて第三遠赤外線ビームＬ３を形成させるために用いられる。
【００１９】
本実施形態では、ビームエキスパンダユニット３６は反射構造であり、反射主体３６１及び反射部３６２を備える。反射主体３６１は光の入口３６１１及び光の出口３６１２を有し、反射部３６２は反射主体３６１に内設される。本実施形態では、反射部３６２は反射主体３６１の内壁であり、反射部３６２は反射性質を有する。第二遠赤外線ビームＬ２は光の入口３６１１から反射主体３６１内に入射されると共に反射部３６２に照射された後、反射されて光の出口３６１２から反射主体３６１に出射されると共に拡大されて第三遠赤外線ビームＬ３が形成される。第三遠赤外線ビームＬ３の照射領域Ａ３は第二遠赤外線ビームＬ２の照射領域Ａ２より大きい。反射部３６２には反射性質を有する塗膜が設置され、第二遠赤外線ビームＬ２の反射性が強化される。また、光学設計により模擬計算される角度により必要な均一な照射範囲が生成され、必要な照射範囲に応じてビームエキスパンダユニット３６の大きさが調整される。
【００２０】
本発明の遠赤外線放射体４０は、遠赤外線源４２と、フィルターユニット４４と、ビームエキスパンダユニット４６とを備える（図４参照）。遠赤外線源４２は第一遠赤外線ビームＬ１を発生させる。フィルターユニット４４は第一遠赤外線ビームＬ１の波長範囲のフィルタリングを行うと共に第二遠赤外線ビームＬ２を形成させるために用いられる。ビームエキスパンダユニット４６は第二遠赤外線ビームＬ２を拡大させて第三遠赤外線ビームＬ３を形成させるために用いられる。
【００２１】
本実施形態では、ビームエキスパンダユニット４６は反射構造であり、乱反射体４６１及び乱反射部４６２を備える。乱反射部４６２は乱反射体４６１に設置され、乱反射部４６２は微細構造を有する。本実施形態では、乱反射部４６２は乱反射体４６１の一面に設置される。第二遠赤外線ビームＬ２が乱反射部４６２に照射された後、微細構造により第二遠赤外線ビームＬ２が乱反射されると共に拡大されて第三遠赤外線ビームＬ３が形成される。第三遠赤外線ビームＬ３の照射領域Ａ３は第二遠赤外線ビームＬ２の照射領域Ａ２より大きい。また、光学模擬設計が組み合わせられて遠赤外線源４２、フィルターユニット４４、またはビームエキスパンダユニット４６の乱反射光路の角度が調整され、必要な照射範囲に均一に乱反射される。
【００２２】
本発明の遠赤外線放射体５０は、複数の遠赤外線源５２と、フィルターユニット５４と、ビームエキスパンダユニット５６とを備える（図５及び図６参照）。遠赤外線源５２は第一遠赤外線ビームＬ１を発生させる。フィルターユニット５４は第一遠赤外線ビームＬ１の波長範囲のフィルタリングを行うと共に第二遠赤外線ビームＬ２を形成させるために用いられる。ビームエキスパンダユニット５６は第二遠赤外線ビームＬ２を拡大させて第三遠赤外線ビームＬ３を形成させるために用いられる。
【００２３】
遠赤外線源５２の数量は図５に示される３つに限定されず、１つ、２つ、或いは３つ以上でもよい。本実施形態において、ビームエキスパンダユニット５６は多重反射構造であり、全反射対象物５６１及び部分反射対象物５６２で構成される。全反射対象物５６１は全反射面５６１１を有する。部分反射対象物５６２は部分反射面５６２１を有し、全反射面５６１１及び前記部分反射面５６２１は相対するように設置される。前記部分反射対象物５６２は孔状微細構造５６３を有し、孔状微細構造５６３は第一方向Ｆ１に沿って並列されると共に前記部分反射対象物５６２を貫通させる複数列のスルーホール５６３Ａ〜５６３Ｆで構成される。各列スルーホール５６３Ａ〜５６３Ｆの孔径は第二方向Ｆ２に沿って徐々に拡大され、第二方向Ｆ２及び第一方向Ｆ１は相互に垂直になる。スルーホール５６３Ａ〜５６３Ｆの形状は図示される円形に限られず、円形、楕円形、多辺形、不規則形状の任意の組み合わせでもよい。
【００２４】
遠赤外線源５２の数量は図５に示される３つに限定されず、１つ、２つ、或いは３つ以上でもよく、設置方式も図示されるような第一方向Ｆ１に沿って並列される方式に限られない。第一遠赤外線ビームＬ１（または第二遠赤外線ビームＬ２）と前記部分反射面５６２１との間には夾角θを有し、夾角θの角度に制限はなく、例えば、０〜９０度の範囲の範囲でもよい。反対に、遠赤外線源５２が全反射面５６１１に向けて設置され、第一遠赤外線ビームＬ１及び全反射面５６１１が夾角θを有するようにしてもよい。第一遠赤外線ビームＬ１の進行方向が前記部分反射面５６２１（または前記全反射面５６１１）に投影されると前記第一方向Ｆ１に対してほぼ垂直になる。
【００２５】
第二遠赤外線ビームＬ２が前記部分反射面５６２１に照射された後、一部分の第二遠赤外線ビームＬ２が全反射面５６１１と前記部分反射面５６２１との間で複数回反射され、反射過程では、他の一部分の第二遠赤外線ビームＬ２が前記部分反射対象物５６２の孔状微細構造５６３のスルーホール５６３Ａ〜５６３Ｆを通過させて出射されて第三遠赤外線ビームＬ３となる。第二遠赤外線ビームＬ２が全反射面５６１１と前記部分反射面５６２１との間で複数回反射される過程で徐々に減衰し、但し、スルーホール５６３Ａ〜５６３Ｆの孔径が徐々に拡大されるという特性のため、照射領域Ａ３が大きくなり、且つ均一に分布される第三遠赤外線ビームＬ３が形成される。
【００２６】
また、図２至図５に示される実施形態は本案のビームエキスパンダユニットが異なる設計態様を有することを示すが、但し、その目的は同じであり、共に第二遠赤外線ビームの照射領域を拡大させる。例えば、体積が小さくて軽く、携帯しやすくする目的を達成させるため、チップ形態の遠赤外線源が使用される場合、発生する赤外線ビームの照射領域は一般的には５平方ミリメートル（mm2） 以下になる。このため、ビームエキスパンダユニットにより赤外線ビームが必要な面積まで拡大され、例えば、３センチメートルｘ５センチメートルになり、同時に均一性の高い光照射野が生成される。本案のビームエキスパンダユニット（例えば図１乃至図５のビームエキスパンダユニット１６、２６、３６、４６、５６）及びフィルターユニット（例えば、図１乃至図５のフィルターユニット１４、２４、３４、４４、５４）が１つのユニットとして統合され、ビームの拡大及びフィルター機能を同時に提供する。また、図５の実施形態において、フィルターユニット５４がフィルター片として設置され、且つフィルター片が前記部分反射対象物５６２に結合され、前記部分反射対象物５６２がフィルター作用を有する。
【００２７】
以上を総合すると、本発明の遠赤外線放射体は、フィルターレンズ及びビームの拡大光路が組み合わせられる設計により、低い熱エネルギーの高光量密度の遠赤外線が生成され、電力の消耗が抑えられ、特定の波長を有し、体積が小さく、遠赤外線が必要な面積（例えば、３センチメートルｘ５センチメートル）に均一に拡散される等の長所を有する。また、近距離照射（１０センチメートル以下）する装置に応用されて皮膚を傷つけないようにし、各産業の技術分野において低パワーの低温光源の装着型または携帯型装置の応用や発展に寄与する。例えば、遠赤外線及びマイクロ波センサーを有するウェアラブル医療モジュールが透析用カテーテルのケアに応用される。
【００２８】
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１０  遠赤外線放射体
２０  遠赤外線放射体
３０  遠赤外線放射体
４０  遠赤外線放射体
５０  遠赤外線放射体
１２  遠赤外線源
２２  遠赤外線源
３２  遠赤外線源
４２  遠赤外線源
５２  遠赤外線源
１４  フィルターユニット
２４  フィルターユニット
３４  フィルターユニット
４４  フィルターユニット
５４  フィルターユニット
１６  ビームエキスパンダユニット
２６  ビームエキスパンダユニット
３６  ビームエキスパンダユニット
４６  ビームエキスパンダユニット
５６  ビームエキスパンダユニット
１８  断熱ユニット
３６１  反射主体
３６１１  光の入口
３６１２  光の出口
３６２  反射部
４６１  乱反射体
４６２  乱反射部
５６１  全反射対象物
５６１１  全反射面
５６２  部分反射対象物
５６２１  部分反射面
５６３  孔状微細構造
５６３Ａ  スルーホール
５６３Ｂ  スルーホール
５６３Ｃ  スルーホール
５６３Ｄ  スルーホール
５６３Ｅ  スルーホール
５６３Ｆ  スルーホール
Ａ２  照射領域
Ａ３  照射領域
Ａ３１  照射領域
Ｆ１  第一方向
Ｌ１  第一遠赤外線ビーム
Ｌ２  第二遠赤外線ビーム
Ｌ３  第三遠赤外線ビーム
θ  夾角
【図１】
2020011022.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020011022.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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