(57)【要約】      （修正有）【課題】長寿命で、光の制御が容易な無影灯を提供する。【解決手段】光源に反射型ＬＥＤ１を複数個用いた平行光を出射する光源ユニット２を、被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に一対以上置き、光源ユニット２の入射角度θ一定で光源ユニット間の距離Ｂを変化させた場合、もしくは光源ユニット間距離Ｂ一定で入射角度θを変化させた場合、もしくは光源ユニット間距離Ｂと入射角度θを同時に変化させた場合に、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向が異なる光線が指向され、大きさ一定で輪郭が鮮明な照射野を得ることができる構成とする。【選択図】図２
2007089853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射対象物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θが常に一定の角度を保持するとともに、照射距離Ｌの変化に応じて光源ユニット間の距離ＢをＢ＝２Ｌ・ｔａｎθで変化させることにより、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向が異なる光線が指向され、照射野の大きさが一定となることを特徴とする無影灯照射器。
【請求項２】
被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射対象物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、照射距離Ｌの変化に応じて、被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θを変化させ、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向が異なる光線が指向され、照射野の大きさが一定となることを特徴とする無影灯照射器。
【請求項３】
被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射対象物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、照射距離Ｌの変化に応じて、光源ユニット間の距離Ｂと被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θを変化させても、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向の異なる光線が指向されており、照射野の大きさが一定であることを特徴とした無影灯照射器。
【請求項４】
被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、そのＬＥＤ光源ユニットから出射される光線が被照射対象物を指向するのに加え、被照射対象物上面より制御された平行光を被照射対象物に照射することにより被照射対象物からの距離Ｌが変化しても、照射野が一定で、光量を上げることを可能にした請求項１乃至３記載の無影灯照射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に医療分野、特に、手術灯及び、歯科治療に用いられる医療用無影灯照射器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の医療分野で用いられる手術灯、歯科治療などに用いられている医療用照明装置としては、光源として発光部端部に封止部を有する電球と別置きされた反射鏡の外部に配置されている。そして電球のフィラメントコイルの中心軸は反射鏡の光軸と直行するよう配置されていて、反射鏡にはファセットが形成されているため照射野に無影効果を生じさせることができる。また最近では光源にＬＥＤを用いた医療用無影灯照射器もある（特許文献１参照）。また、最近では複数の光源からの光で被照射対象物を照射する歯科治療用照明装置もある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０６５１２号公報
【特許文献２】特開２００５−０６５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の照明装置では電球や光の制御をされていないＬＥＤを用いている為、以下の３つの問題点があった。
問題点１：経時変化での白熱電球のフィラメントの曲がりによる光軸のずれや、フィラメントの寿命による電球の交換による反射鏡に対する光学的位置ズレ、また、電球の光がフィラメントからあらゆる方向に放射されている為、反射鏡の設計精度を高めても、照射野の輪郭がはっきりしない、深い照射深度が得難い、照射距離が変化すると照射野の大きさが大きく変化してしまうといった問題点があった。
【０００４】
問題点２：従来の無影灯照射器は光線が交差するポイントを変更することができないため、使用できる範囲が決まっているという問題点があった。
【０００５】
問題点３：また、光源にＬＥＤを用いた医療用照明装置では、光源のＬＥＤの光線は一般的には拡散光であるため、光源から照射距離までの距離が離れるほど照射野が大きくなってしまう。
【０００６】
問題点４：またＬＥＤを光源として使用した場合、光量が不足する可能性があるが、既存のＬＥＤを用いた無影灯照射器では対応できないという問題があった。
本発明は、医療用特に、歯科治療に用いられる照明装置における上記問題点を解消する為になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決する為、請求項１記載の発明は、被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θが常に一定の角度を保持するとともに、照射距離Ｌの変化に応じて光源ユニット間の距離ＢをＢ＝２Ｌ・ｔａｎθで変化させることにより、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向が異なる光線が指向され、照射野の大きさが一定となることを特徴とする無影灯照射器である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射対象物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、照射距離Ｌの変化に応じて、被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θを変化させ、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向が異なる光線が指向され、照射野の大きさが一定となることを特徴とする無影灯照射器である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射対象物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、照射距離Ｌの変化に応じて、光源ユニット間の距離Ｂと被照射対象物に対する垂線と光源ユニットから出射される光線の入射角度θを変化させても、被照射対象物を中心とした一定領域に常に入射方向の異なる光線が指向されており、照射野の大きさが一定であることを特徴とした無影灯照射器である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、被照射対象物に対する垂線上にある、被照射対象物から距離Ｌにある任意の点Ａを含む対称空間に、常に被照射物に指向する一対以上の平行光を出射するＬＥＤ光源ユニットを置き、そのＬＥＤ光源ユニットから出射される光線が被照射対象物を指向するのに加え、被照射対象物上面より制御された平行光を被照射対象物に照射することにより被照射対象物からの距離Ｌが変化しても、照射野が一定で、光量を上げることを可能にした請求項１乃至３記載の無影灯照射である。
【発明の効果】
【００１１】
問題点１については光源に反射型ＬＥＤを用いることにより、電球使用時には必要であった光軸調整が不要となる。またＬＥＤは点光源の為、設計精度を高めることができ、照射野の形状や輪郭を鮮明にすることが出来る。
【００１２】
また、問題点２についても、請求項１乃至３を用いることにより、光線が交差するポイントを変更する事ができ、使用者の希望する位置で光線を交差させ無影効果を持たせることができる。
【００１３】
更に、問題点３についても、光源に平行光を出射する反射型ＬＥＤを用いることにより、照射距離Ｌが変化しても照射野が変化しなくなる。
【００１４】
また、問題点４についても、請求項４を用いることにより、無影灯として十分な光量を確保することができる。
以上説明したように、本発明によれば、光源に平行光を出射する反射型ＬＥＤを用いた光源ユニット２を用いることにより、長寿命で且つ、光軸調整などが不要で、被照射対象物に光線が立体的に指向されるため無影効果が得られ、かつ、照射距離Ｌが変動しても照射野の大きさが一定で輪郭が鮮明な、特に歯科治療用に適した無影灯照射器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に使用したＬＥＤ光源ユニット２の概略構成図であり、光源として平行光を出射する反射型ＬＥＤ１を密に実装している。
【００１６】
図２は光源ユニット２を２点配置したときの光線追跡図である。異なった方向にある光源からの平行光を被照射対象物に照射することにより、無影効果を得ることが出来る。またこれ以降、被照射対象物に対する垂線上にある任意の点Ａまでの距離をＬとし、光源ユニット２間距離をＢとし、∠ＡＸＹを入射角度θとする。
【００１７】
図３は照射距離ＬがＬ’に変化したときに光源ユニット２間の距離Ｂを照射距離Ｌの変化に応じてＢ’まで変化させたときの光線追跡図である。光源ユニット２間距離Ｂを変化させることにより、照射野が一定の大きさで輪郭が鮮明な状態で照射距離Ｌの変化に対応できるようになっていることを示している。光源ユニット２間距離Ｂは近いほど照射距離Ｌは短くなり、逆に光源ユニット２間距離Ｂが遠いほど照射距離Ｌは長くなる。
この関係を式で表すとＢ＝２Ｌ・ｔａｎθとなる。
この式により、照射距離Ｌが変化した場合の光源ユニット２間距離Ｂが求められる。
【００１８】
図４では照射距離ＬがＬ’に変化した時に光源ユニット２からの入射角度θを変えることにより、照射野を一定の大きさ、輪郭が鮮明な状態で照射距離Ｌの変化に対応できるようになっていることを示している。光源ユニット２からの入射角度θは大きくなるほど照射距離Ｌは短くなる。この関係を式で表すとθ＝ｔａｎ−１（Ｂ／２Ｌ）となる。
【００１９】
この式により照射距離Ｌが変化した場合に光線の交差ポイントを照射距離Ｌの地点に合わせるための入射角度θを求めることができる。
【００２０】
図５は照射距離ＬがＬ’に変化した時に、光源ユニット２間距離Ｂと、光源ユニット２からの入射角度θを変える事により、照射野は一定の大きさで輪郭が鮮明な状態で照射距離Ｌを変えることができることを示している。この関係はＢ＝２Ｌ・ｔａｎθおよびθ＝ｔａｎ−１（Ｂ／２Ｌ）を用いることにより表すことができる。
【００２１】
図６は図２に加えて被照射対象物に上面から光線を照射するために平行光を出射する光源ユニット２を照射器中心部にも取り付けたものである。請求項１〜３で用いた照射器の中心部に平行を出射する光源を追加したことにより、図６の４のような光線も得られ、照射野の大きさを一定のままで、被照射対象物への光量を増やす事ができる。
【００２２】
次に今回の発明で使用した反射型ＬＥＤチップについて記載する。
図７は反射型ＬＥＤチップ５の縦断面図、図８は同反射型ＬＥＤチップ１０の底面図、図９は同反射型ＬＥＤチップ５の右側面図である。これらの図に示すように、反射型ＬＥＤチップ５は、略直方形に形成され、ＬＥＤ素子６及び反射鏡７を収容するチップケース８と、このチップケース８の底面８Ａの略中央部からチップケース８の左右に向けて延び、チップケース８の左右側面８Ｂ、８Ｃのそれぞれに沿って上方に延出する２つのリード９Ａ、９Ｂとを備えている。
【００２３】
上記ＬＥＤ素子６は、チップケース８の底面８Ａ略中央部の面状に、光出射面６Ａを上方に向けて配置され、上記リード９Ａ、９Ｂのそれぞれと、金属ワイヤ１０により電気的に接続されるとともに、リード９Ａ、９Ｂのそれぞれの上端部１１がソケットとして機能している。
【００２４】
上記リード９Ａ、９Ｂは、高熱伝導性を有する金属板から形成され、２つのリード９Ａ、９Ｂのうち、一方のリード９Ｂの下端部１２がＬＥＤ素子６の下面に面して配置されており、ＬＥＤ素子６の発熱がリード９Ｂを介して効果的に放熱されるようになっている。
【００２５】
さて、上記反射鏡７は、方物面形状に形成された反射鏡７を有し、この反射面７Ａが上記反射型ＬＥＤチップ５の上面（光出射面）を覆うように配置されている。また、反射面７Ａには、高い光反射率を有する例えばアルミニウムなどの金属膜、或いは、コールドミラーなどの光学薄膜が形成されている。
【００２６】
すなわち、ＬＥＤ素子６の光出射面６Ａから上方に向けて出射された光は反射鏡７の反射面７Ａでチップケース８の底面８Ａ側に向けて反射され、図７中破線矢印Ｃ、Ｃ’で示すように、チップケース８の底面８Ａを放射面として光が照射される。反射型ＬＥＤチップ５と反射鏡７との間の空間７Ｂには、反射型ＬＥＤチップ５の保護を図るべく、エポキシ樹脂などの樹脂剤が充填されている。
【実施例１】
【００２７】
次に本発明の実施例を示す。この無影灯には、光源に複数個の反射型ＬＥＤを用いて平行光を出射するユニットを構成している。このユニットを例えば２つ用いた場合について検討する。一般的に歯科治療用で用いられる無影灯の照射距離Ｌはおよそ６５０ｍｍであるが、この照射距離Ｌが変化した場合の光源ユニット２間距離ＢをＢ＝２Ｌ・ｔａｎθより求める。本実施例では無影灯としての適切な照射野を得るために入射角度をθ＝４．５°とした。入射角度θ＝４．５°とすると図１０〜１２のようになる。図１０より照射距離Ｌ＝４００ｍｍ、入射角度θ＝４．５°時に光源ユニット２間距離Ｂが６３ｍｍになることがわかる。図１１より照射距離Ｌ＝６５０ｍｍ、入射角度θ＝４．５°時に光源ユニット２間距離Ｂが１０２ｍｍになることがわかる。図１２より照射距離Ｌ＝１０００ｍｍ、入射角度θ＝４．５°時に光源ユニット２間距離Ｂが１５７ｍｍになることがわかる。
【００２８】
表１はこの結果をまとめたものである。これにより、入射角度θ＝４．５°時は光源ユニット２間の距離Ｂは６３ｍｍ〜１５７ｍｍ動かすことにより、歯科用の無影灯では一般的に利用される照射距離４００ｍｍ〜１０００ｍｍまでの間で、照射野の大きさ一定で輪郭が鮮明な無影効果を得ることが可能となる。
【００２９】
【表１】
2007089853.tif 000003
【実施例２】
【００３０】
次に本発明の別の実施例を図１３〜１５によって示す。光源ユニット２は実施例１と同様の構成としている。前記の通り一般的に歯科治療用で用いられる無影灯の照射距離Ｌはおよそ６５０ｍｍであるがこの照射距離Ｌが変化した場合に光源ユニット２間の距離を固定した状態で、光源ユニット２からの入射角度θを変えた場合の、入射角度θと照射距離Ｌとの関係をθ＝ｔａｎ−１（Ｂ／２Ｌ）を用いて検討する。
光源ユニット２間を１００ｍｍとした場合、照射距離Ｌと入射角度θは表２のようになる。
【００３１】
【表２】
2007089853.tif 000004
これにより光源ユニット間距離が１００ｍｍの場合、入射角度θは図１３〜１５に示すように２．９°〜７．１°動かすことにより、歯科用の無影灯で一般的に利用される照射距離４００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲で照射野の大きさ一定で輪郭が鮮明な無影効果を得られる。
【実施例３】
【００３２】
次に本発明の別の実施例を示す。光源ユニット２の実施例１、２と同様の構成としている。光源ユニット２間距離Ｂと入射角度θを同時に変化させた時の照射距離Ｌの変化をＬ＝Ｂ／（２ｔａｎθ）を用いて求める。
この式を用いて、光源間距離Ｂを１００、２００、３００ｍｍと変化させた時に、それぞれ入射角度θを１０°、２０°、３０°と変化させた時の結果を示したものが表３である。
【００３３】
【表３】
2007089853.tif 000005
【００３４】
このように、光源ユニット間距離Ｂと入射角度θを選択することにより、どの照射距離で光線をクロスさせるか計算から求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る無影灯の正面図である
【図２】光源ユニットの光線追跡図である
【図３】照射距離Ｌと光源ユニット間距離Ｂが変化した時の光線追跡図である
【図４】照射距離Ｌと光源ユニットの入射角度θが変化した時の光線追跡図である
【図５】光源ユニット間距離Ｂと入射角度θが変化した時の光線追跡図である
【図６】図２の光源ユニットのさらに中心部に光源ユニットを追加した時の光線追跡図である
【図７】反射型ＬＥＤチップの縦断面図である
【図８】反射型ＬＥＤチップの底面図である
【図９】反射型ＬＥＤチップの右側面図である
【図１０】入射角度θ一定で照射距離Ｌが変化した時の光源ユニット間距離Ｂの変化を表す図である
【図１１】図１０と同様の図である
【図１２】図１０、図１１と同様の図である
【図１３】光源ユニット間距離Ｂ一定で照射距離Ｌを変化させた時の入射角度θの変化を表す図である
【図１４】図１３と同様の図である
【図１５】図１３、図１４と同様の図である
【符号の説明】
【００３６】
１  反射型ＬＥＤ
２  光源ユニット
３  ボリューム
４  光線
５  反射型ＬＥＤチップ
６  ＬＥＤ素子
６Ａ  ＬＥＤ素子光出射面
７  反射プリズム（反射体）
７Ａ  反射面
８  チップケース
９Ａ、９Ｂ  リード
１０  金属ワイヤ
１１  ソケット
Ｌ  被照射対象物から任意の点Ａまでの距離（照射距離としている）
θ  被照射対象物に対する垂線と光源からの出射される光線の入射角
Ａ  被照射対象物からの任意の距離にある点
Ｂ  光源ユニット間距離
Ｃ、Ｃ’  ＬＥＤ素子からの光線
Ｘ  被照射対象物の位置
Ｙ  光源ユニットの位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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