光治療装置
【課題】本発明は、発光面を有する光治療装置において、発光面のうちの一部分だけの温度が上昇した場合に、その部分の温度は低下させつつ、治療装置による光治療自体は、適切に継続できる光治療装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備える光治療装置を提供する。ここで、前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する。そして、前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とする。
【解決手段】複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備える光治療装置を提供する。ここで、前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する。そして、前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患部に光を照射することによって、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、患部（例えば手、手首、足、足首およびひざ等）に接触しているかまたは近傍に配置された発光素子からの光を、患部に照射することで、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置が考案・実用化されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このような光治療装置は、発光素子として生体透過性に優れた近赤外の高出力ＬＥＤを用いている。また、多数のＬＥＤを直並列接続して面状に敷き詰めることで発光領域の大面積化を図り、治療効果の向上や治療時間の短縮を可能にしている。
【０００３】
但し、このような高出力の近赤外の発光素子を患部に近接させるかまたは接触させて光治療を行う場合、皮膚温度上昇によって患部の発赤、低温火傷を生じる可能性もある。そこで、ＬＥＤないしその発光面近傍の温度を監視する温度検出手段を設け、検出される温度が所定温度を超えると光照射を停止する構成も提案されている（例えば、特許文献３及び特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９２３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１８７１５９号公報
【特許文献３】特開平０２−２４６９８８号公報
【特許文献４】特開２００８−０２２８９４号公報
【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、従来の構成の光治療装置では、光照射中に温度検出手段が特定箇所のＬＥＤないしその発光面近傍で所定の温度を超えたことを検出した場合に、治療装置全体の光照射を停止してしまう。そのため、光治療を継続することができないという課題を有していた。
【０００６】
この所定温度以上の温度上昇は、ＬＥＤ自身の故障によって生じる場合よりも、発光面と被照射体との部分的な接触継続や放熱不良で生じる場合が多い。つまり、発光面のうちの一部分だけが、所定温度以上の温度に上昇していることが多い。具体的には、１）被照射体である皮膚表面凸部と発光面の一部とを密着させたまま、長時間にわたり光照射を継続した場合や、２）被照射体である皮膚の一部分に多くの毛髪、黒子、刺青、色素沈着部が存在して吸熱が進行した場合や、３）発光面の表面に光を遮る異物を付着させたまま長時間にわたり照射継続した場合や、４）指輪や腕時計等を装着している場合などに、発光面のうち一部分だけが、所定温度以上の温度に上昇しやすくなる。
【０００７】
このように発光面のうちの一部分だけが温度上昇した場合に、光治療装置の光源全体の点灯を停止することは、光治療の中断につながり好ましくない。そこで本発明は、発光面のうちの一部分だけの温度が上昇した場合に、その部分の温度は低下させつつ、治療装置による光治療自体は、適切に継続できる光治療装置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】
【０００８】
この目的を達成するために本発明の光治療装置は、複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備える。ここで、前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する。そして、前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とする。これにより所期の目的を達成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光治療装置は、面照射手段に含まれる複数の発光モジュールのうちの一部の発光モジュールが所定温度以上の温度になったとときに、当該発光モジュールからの光照射を中断させつつも、光治療装置の治療を適切に続行させることができる。すなわち、本発明の治療装置においては、個別電流素子が、発光モジュール毎に発光の継続／消灯を制御することができる。それにより、適切な光治療を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における光治療装置の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における光治療装置のＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタの温度と抵抗値との特性を示した図
【図３】本発明の実施の形態１における光治療装置の発光モジュールの構造を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における光治療装置の回路ブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における発光モジュールを多数個配置して面光源化した面照射手段の斜視図
【図６】本発明の実施の形態３における光治療装置の回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の光治療装置は、１）複数の発光モジュールを有する面照射手段と、２）電流供給手段とを備える。
【００１２】
面照射手段は発光面を有する部材であり、発光面からの光を患部に照射することで、光治療を行う。発光面からの光は、面照射手段が有する複数の発光モジュールが発する光である。電流供給手段は、面照射手段に電流を供給して、各発光モジュールからの発光に必要な電流を供給する。
【００１３】
面照射手段が有する複数の発光モジュールは、互いに直列に電気接続されている。面照射手段が有する全ての発光モジュールを、１本の列に直列に接続してもよいし（後述の実施の形態１および３）、面照射手段が有する複数の発光モジュールをいくつかの発光モジュール群に分けて、各発光モジュール群を１本の列に直列に接続してもよい（後述の実施の形態２）。１本の列に直列に接続した発光モジュール群を「発光モジュール体」と称する。このとき、発光モジュール体同士は、電気的に並列に接続されている（実施の形態２）。
【００１４】
面照射手段が有する複数の発光モジュール体は、それに含まれる発光モジュールと直列に接続された電流制限素子を有していてもよい（実施の形態２）。電流制限素子とは、定格電流を超えた過剰な電流が流れないようにする過電流保護素子である。電流制限素子として、電源ＩＣを用いた素子や、いわゆるリセッタブルヒューズのような非線形抵抗素子を用いた素子などが用いられうるが、特に限定されない。
【００１５】
面照射手段が有する発光モジュールはそれぞれ、発光素子と個別電流制御素子とを有し、発光素子と個別電流制御素子とは並列に電気接続されている。発光素子とは、特に限定されないが、ＬＥＤ発光素子であることが好ましく、近赤外発光ダイオードであることがより好ましい。個別電流制御素子とは、具体的には温度変化に応じて電気抵抗が変化する抵抗体であり、サーミスタと称されることもある。
【００１６】
前記の通り、各発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有するが；各発光モジュールは、１個の発光素子と１個の個別電流制御素子とを有していてもよいし（後述の実施の形態１および２）、複数の発光素子と１個の個別電流制御素子とを有していてもよい（後述の実施の形態３）。
【００１７】
前記の通り、個別電流制御素子とは典型的にはサーミスタである。個別電流制御素子とは、所定温度以下では、個別電流制御素子と並列に接続された発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を有する。一方で、個別電流制御素子は、所定温度を超えると、個別電流制御素子と並列に接続された発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を有する。
【００１８】
サーミスタは、一般的に、温度上昇に伴い抵抗値が減少するもの（ＣＴＲサーミスタやＮＴＣサーミスタ）と、温度上昇に伴い抵抗値が増大するもの（ＰＴＣサーミスタ）とに大別されうる。本願発明の光治療装置の個別電流制御手段は、温度上昇に伴い抵抗値が減少するサーミスタである。
【００１９】
さらに、個別電流制御素子としてのサーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタであることが好ましい。ＣＴＲサーミスタは、一般的に酸化バナジウム系材料で構成され、急変サーミスタとも呼ばれる。ＣＴＲサーミスタは、結晶の構造変化が生じる所定の相転移点であるキュリー温度を有し；キュリー温度を超えると、急激に抵抗が減少する特性を有する。例えば、１００Ωから０．１Ωオーダーにまで急激に抵抗が減少する。そのため、発熱を短時間で検出する熱スイッチ等として利用されている。
【００２０】
図２には、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値（Ｙ軸）と温度（Ｘ軸）との関係を示すグラフである。温度Ｔ１を超えると、抵抗値が急激に減少していることがわかる。温度Ｔ１を、キュリー温度という。
【００２１】
また、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔ１は、ＶＯ２−ＢａＯ−Ｐ２Ｏ５系複合酸化物焼結体であるＣＴＲに、タングステン、ゲルマニウム、鉄等の酸化物を添加することで調整されうる。
【００２２】
本発明の光治療装置において、個別電流制御素子は、並列接続された発光素子の照射対象面の近傍にあることが好ましい（図３参照）。発光素子の照射対象面とは、光治療される患部が接触可能な面（発光面）である。個別電流制御素子を、発光素子の照射対称面の近傍に配置することで、個別電流制御素子の温度と患部の温度とを近似させることができる。
【００２３】
さらに、個別電流制御素子は、発光素子からの光が直接照射されない位置に配置されることが好ましい（図３参照）。発光素子からの光が照射されると温度が上昇するため、個別電流制御素子の温度と患部の温度との差異が大きくなるためである。
【００２４】
より具体的には、個別電流制御素子は、発光素子からの光照射領域の外周部に配置されうる。発光素子からの光照射領域は光反射ミラーなどで規定することができるので（図３参照）、そのように規定された光照射領域の外周部に個別電流制御素子を配置すればよい。
【００２５】
また、個別電流制御素子と発光素子との間には、断熱材を介在させてもよい（図３参照）。断熱材を介在させることで、個別電流制御素子が発光素子からの光で加熱されることがより効果的に抑制され、個別電流制御素子の温度と患部の温度とを近似させやすくする。
【００２６】
本発明の光治療装置による光治療は通常、面照射手段の発光面（または発光素子の照射対称面）に患部を接触させて光治療を行う。治療中に、患部と発光面との接触部位が「所定温度」を超えると、患部に発赤や低温火傷が発生する恐れがある。
【００２７】
「所定温度」とは、特に限定されるものではないが、一般的に４４℃で約３６０分間、人体の皮膚表面を加熱し続けると低温火傷になるリスクがあるといわれている。そして、温度が１℃上昇するごとに半分の加熱時間で低温火傷になるリスクがあるといわれている（すなわち、４５℃では約１８０分、４６℃では約９０分、５０℃では約６分）。従って、本発明の光治療装置における「所定温度」は、光治療の治療時間や光出力などの実施状況に応じて適宜設定すべきものであるものの、安全性の観点から５０℃以下であることが好ましい。
【００２８】
患部との発光面の接触部位が「所定温度」を超える原因には、被照射体である患部（例えば皮膚表面）の一部分に多くの毛髪、黒子、刺青または色素沈着部などが存在し、患部が発光面からの光を過剰に吸熱した結果、温度が上昇することなどが考えられる。このような原因で患部と発光面との接触部位が「所定温度」を超える場合には、患部との発光面の接触部位のうちの一部分だけが選択的に「所定温度」を超え、他の部分では所定温度以下に維持されている。
【００２９】
本発明の光治療装置は、光治療中に患部との発光面の接触部位が「所定温度」を超えた場合には、選択的に当該接触部位への光を抑制して温度を低下させることができる。つまり、面照射手段が有する複数の発光モジュールのうちの一部だけの発光モジュールからの発光を抑制することができる。
【００３０】
前述の通り、本発明の光治療装置における面照射手段は、互いに並列に接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する発光モジュールを有する。そして、所定温度における個別電流制御素子の抵抗値が調整されている。そのため、患部が所定温度以下である場合には発光素子に電流が流れて発光が生じ；患部が所定温度以下である場合には個別電流制御素子に電流が流れて発光が生じない。
【００３１】
さらに、本発明の光治療装置における面照射手段は、互いに直列に接続された複数の発光モジュールを有する。従って、いずれかの発光モジュールにおいて、電流が発光素子ではなく個別電流制御素子に流れて発光が生じなくても；他の発光モジュールには電流が供給されるので、他の発光モジュールにおける発光は継続できる。
【００３２】
このようにして、本発明の光治療装置では、患部との発光面の接触部位のうちの「所定温度を超えた部分」への光照射を選択的に抑制し、「所定温度以下に維持されている部分」への光照射は継続する。患部との発光面の接触部位のうちの「所定温度以下に維持されている部分」への照射を継続することができれば、光治療装置による光治療自体は続行することができる。よって、本発明の光理療装置は利便性がよい。
【００３３】
以下に、本発明の光治療装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光治療装置１の回路ブロック図である。図１に示される光治療装置１は、面照射手段２と、電源部３と、定電流制御手段４と、放熱手段５と、表示操作手段６とを具備する。
【００３５】
面照射手段２は、面光源として用いられる。面照射手段２は、１枚の大面積反射基板（例えばアルミ基板）と、前記基板上に取付けられた２０個の発光モジュール７と、を具備する。２０個の発光モジュール７は、互いに直列に接続されている。
【００３６】
各発光モジュール７は、発光素子としての近赤外の高出力のＬＥＤ８と、個別電流制御素子としてのＣＴＲサーミスタ９とを有し、両者は一体化されている。ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９とは、電気的に並列に接続されている。
【００３７】
各ＬＥＤ８の光波長は８３０ｎｍ、光束は５Ｗであり；面照射手段２の発光面積は２００ｃｍ２程度であり；面照射手段２の発光面の平均光パワー密度は０．５Ｗ／ｃｍ２となるように配設されている。
【００３８】
前述の通り、ＣＴＲサーミスタ９は、キュリー温度Ｔ１を超えると急激に抵抗が減少する特性を有する（図２参照）。
【００３９】
電源部３は、定電流制御手段４を介して、面照射手段２の全ての発光モジュール７に一定電流を供給する。この定電流制御手段４と電源部３は一体構造の電流供給手段とする構成であってもよい。
【００４０】
放熱手段５は、電源部３からの電圧供給によって面照射手段２を冷却するものである。放熱手段５は、具体的には冷却ファン及び放熱フィンを備え、通電時は常時駆動する。放熱手段５は、ＬＥＤ８の点灯に伴う発熱を抑制する内部冷却系と、ＣＴＲサーミスタ９の通過電流の影響で照射口が自己発熱しないよう発光面全体に対し外側の側面から冷却風をあてる外部冷却系と、を独立して備えた構造とすることが好適である（図示せず）。
【００４１】
表示操作手段６は、操作者の指示に従って、定電流制御手段４を介して面照射手段２への光照射の入／切の光照射制御がなされる。
【００４２】
図１のように構成された光治療装置は、定電流制御手段４によって、発光モジュール７に一定電流が継続的に供給され、面照射手段２から発光面を介して患部に光を照射することができる。
【００４３】
面照射手段２から患部へ向けて光を照射している間に、一部の発光モジュール７のみが過剰に発熱して所定温度を超えることがある。この所定温度を超えて過剰に発熱した発光モジュール７を「特定の発光モジュール７’」と称する。特定の発光モジュール７’が所定温度を超える原因には、前述の通り、被照射体（例えば患者の皮膚）の一部に過剰な吸熱が進行することなどが考えられる。
【００４４】
特定の発光モジュール７’が所定温度を超えると、その特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９に電流が流れて、ＬＥＤ８に電流が流れずに点灯を中止することができる。このように、ＣＴＲサーミスタ９に電流が流れて、ＬＥＤ８に電流が流れない状態を「擬似ショート状態」という。特定の発光モジュール７’が擬似ショート状態となった場合であっても、直列接続されている他の発光モジュール７には一定電流が供給されるので、ＬＥＤ８の発光を継続することができる。
【００４５】
特定の発光モジュール７のＬＥＤ８の点灯が中止される理由、および他の発光モジュール７の発光が継続される理由を説明する。
【００４６】
上述の通り、発光モジュール７は、発光素子としてのＬＥＤ８と個別電流制御素子としてのＣＴＲサーミスタ９とを有し、両者は電気的に並列に接続されて一体化されている。ＣＴＲサーミスタ９の温度がキュリー温度Ｔ１（図２参照）以下である場合には、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値よりもＬＥＤ８の負荷インピーダンス（順方向電圧／電流比）の方が格段に低いため、大半の電流がＬＥＤ８を流れ、ＬＥＤが発光する。
【００４７】
一方で、特定の発光モジュール７’の温度が上昇して、キュリー温度Ｔ１を超えると、特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９の抵抗値が急激に低下する。その結果、電流のバイパスが形成されて、特定の発光モジュール７’のＬＥＤ８には電流が流れなくなり、ＬＥＤは消灯する。この状態が擬似ショート状態である。
【００４８】
特定の発光モジュール７’が擬似ショート状態となっても、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７には電流が供給されるので、発光モジュール７のＬＥＤ８は発光し続ける。そのため、光照射を中断することなく、継続して照射することができる。
【００４９】
従って、ＣＴＲサーミスタ９のキュリー温度（Ｔ１）を、ＬＥＤ８の発光を中断して消灯するべき温度（所定温度）に設定すれば、ＬＥＤ８の発光／消灯を確実に制御することができる。
【００５０】
前述の通り、所定温度（ＣＴＲサーミスタおキュリー温度）は、光治療装置による治療時間、光の出力等の実施状況に応じて設定されるが、安全性の観点から５０℃以下であることが好ましい。
【００５１】
ＣＴＲサーミスタ９は、キュリー温度以上になると急激に抵抗値が減少することから、キュリー温度以上の温度上昇が認められると、感度良くＬＥＤ８の消灯を行うことができる。そのため、患者の安全性の観点から、光治療装置の個別電流制御素子として好ましいサーミスタである。
【００５２】
また、ＣＴＲサーミスタ９は、所定のキュリー温度Ｔ１以上になると急激に抵抗値が減少するので、ＣＴＲサーミスタに電流が流れている間に発熱もしにくい。よって、光治療装置の個別電流制御素子をＣＴＲサーミスタとすることで、消費電流を抑制することができる。
【００５３】
次に、発光モジュール７の構造について、図３を用いて説明する。図３に示す発光モジュール７は、アルミ製の個別放熱基板１０と、アルミ製の個別放熱基板１０の表面上に実装されたＬＥＤ８を具備する。
【００５４】
個別放熱基板１０は、面照射手段２（図１参照）の大面積反射基板（例えばアルミ基板）に密着して取り付けることが好ましい。発光モジュール７から生じる熱を大面積アルミ基板に熱伝導させて、放熱を促すことができるからである。
【００５５】
個別放熱基板１０上には、内壁面をアルミ蒸着した逆円錐筒状容器からなる反射ミラー１１を設けている。逆円錐筒状容器は、樹脂製でありうる。ＬＥＤ８からの光は上方に放射されて照射されるが、その光照射域は反射ミラー１１によって規定される。反射ミラー１１の上面開口部の直径Ｌは、特に限定されないが、約１２ｍｍとすることができる。
【００５６】
反射ミラー１１の上面開口部には、透明円板１２が配置されている。透明円板１２は、ＬＥＤ８の光の照射対称面であり；透明円板１２は、ＬＥＤ８からの照射光を損失無く透過させつつ、ＬＥＤ８への汚れの付着や、水分等の浸入等を防ぐ。透明円板１２の形状は平板に限らず、光線をコリメートさせる非球面レンズであってもよく、光強度分布を均一化させる光拡散材料を組合せることも可能である。
【００５７】
透明円板１２の外周縁内方上には、リング状スポンジからなる断熱クッション１３を介してリング状のＣＴＲサーミスタ９が設けられている。断熱クッション１３は、ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９とを熱的に分離する。そこで、断熱クッション１３のＣＴＲサーミスタ９が配置される面に対する裏面（図３の下側の面）は、白色系シートが裏打ちされ、反射ミラー１１外周からの輻射熱の影響を受け難くしている。
【００５８】
更に、ＣＴＲサーミスタ９上には、金属などの熱伝導率の良い材料で構成された押さえリング１４が設けられる。押さえリング１４は、ＣＴＲサーミスタ９と熱結合されている。押さえリング１４は、機械的強度の維持に加え、人体皮膚表面等と接触する対象物の温度をＣＴＲサーミスタ９に伝える役目を有する。
【００５９】
このように、図３の発光モジュール７における断熱クッション１３、ＣＴＲサーミスタ９および押さえリング１４は、反射ミラー１１の内壁面よりも外側に配置されており、つまりＬＥＤ８からの光の光照射域の外周部にある。そのため、断熱クッション１３、ＣＴＲサーミスタ９および押さえリング１４には、ＬＥＤ８からの光が照射されず、光によって直接加熱されることはない。
【００６０】
一方で、ＣＴＲサーミスタ９は、ＬＥＤの照射対称面の近傍に配置され、しかも押さえリング１４と接しているため、ＣＴＲサーミスタ９の温度は押さえリング１４の温度と近似しやすい。また、押さえリング１４は患部との接触部位であるため、押さえリング１４の温度は患部の温度と近似しやすい。従って、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値は、患部の温度に応じて変化しやすい。そのため、発光モジュール７の発光／消灯は、光が照射される患部の表面温度に基づいて制御される。
【００６１】
電極１５は、ＬＥＤ８のアノードとカソードとの各々から引き出される。電極１５とＣＴＲサーミスタ９とは、リード線１６を介して電気的に並列に接続されている。このように、発光モジュール７の１個の電気的等価回路は、ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９が並列接続されただけのものである。
【００６２】
図３の発光モジュール７において、リード線１６に外部からの静電気ノイズが印加されてＬＥＤ８が破壊されないよう、ＣＴＲサーミスタ９との電気接続部１７はモールドされている。さらに、リード線１６を介してＬＥＤ８に定格値を超える突発的な大電流が流れないよう、インダクタ素子を挿入したり、その他の過電流ないし過電圧／逆電圧保護素子を備えたりすることも可能である。
【００６３】
一つの発光モジュール７のアノード電極（電極１５）と、それに隣接する発光モジュールのカソード電極（電極１５）とを直列にカスケード接続する。それにより、面照射手段２（図１参照）の大面積反射基板上に多数個の発光モジュール７をしきつめることができる。
【００６４】
以上の構成を有する光治療装置における特定の発光モジュール７’において、光を照射される患部の温度に近似するＣＴＲサーミスタ９の温度がキュリー温度（Ｔ１）を超えると、特定の発光モジュール７’は擬似ショート状態となる。擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’のＬＥＤ８には電流が流れず発光が中止される。その一方で、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７のＬＥＤ８の発光は継続され、光治療装置は治療を継続することができる。
【００６５】
また、擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’において、ＣＴＲサーミスタ９の温度（患部の表面温度）が適切な温度にまで低下した場合には、擬似ショート状態が解消され、ＬＥＤ８の発光抑制も自動解除され、通常の点灯に自動復帰する。
【００６６】
このように、本実施形態の光治療装置は、照射口に密着ないし近接照射されている対象患部に対する安全性確保と治療効果を両立させることが可能となる。しかも、複雑な制御回路などを設けなくとも、発光面各部分ごとに安全かつ効率的な温度管理を備えた光治療装置を提供することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
図４は本発明の光治療装置１における実施の形態２における回路ブロック図である。実施の形態２において、前記実施の形態１の図１で説明した構成要素と同一のものには同一番号を付与し、説明を簡略化する。
【００６８】
実施の形態２における回路ブロックで特徴的な点は、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体１８を、複数個並列に接続したことである。
【００６９】
面照射手段の発光面を大面積化するためには、多数の発光モジュール７が必要となる。実施の形態１の図１の回路ブロック図に示されるように、全ての発光モジュール７を直列接続すると、高電圧供給が必要となる。実施の形態２では、この高電圧供給を避けるために、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体１８を、複数個並列に接続した。
【００７０】
ただし、発光モジュール体１８を複数個並列接続した場合には、ＬＥＤ８ごとの順方向電圧特性ばらつきによって、各発光モジュール体１８の通過電流が大きく異なってしまうことがある。それにより、特定の発光モジュール体１８に含まれるＬＥＤ８に、その定格電流を超える電流が供給されてしまう可能性がある。そこで、発光モジュール体１８ごとに、電源ＩＣを用いた電流制限素子１９を直列接続することで電流制限をかけることが好ましい。このように電流制限素子１９を設けることで、発光モジュール体１８ごとに定電流制御を行わなくても、容易に発光モジュール７の大面積化を達成することができ、光治療装置の拡張性が増す。
【００７１】
図５は、多数個の発光モジュール７を配置して面光源化した面照射手段２の斜視図である。配置された発光モジュール７の個数は２０個ではなく、１００個以上にであっても構わない。
【００７２】
（実施の形態３）
図６は本発明の光治療装置１における実施の形態３における回路ブロック図である。実施の形態３において、実施の形態１および２で説明した構成要素と同一のものには同一番号を付与し、説明を簡略化する。
【００７３】
実施の形態１および２における構成では、発光モジュール７は、１つのＬＥＤに対して、それに並列に接続した１つの個別電流制御素子を有している。これに対して、実施の形態３における構成では、発光モジュール７は、直列接続された複数のＬＥＤに対して、それに並列に接続した１つの個別電流制御素子（ＣＴＲサーミスタ９）を有する。実施の形態３の構成は、その点において実施の形態１と異なるが、その他の点は、実施の形態１と同一である。
【００７４】
図６に示された回路ブロック図には、１２個の発光モジュール７が直列に接続されている。そして、各発光モジュール７は、互いに直列接続された３つのＬＥＤ８に対して、並列に接続された１つのＣＴＲサーミスタ９を有する。
【００７５】
図６に示された回路ブロック図の光治療装置１において、発光モジュール７のうちの特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９が所定温度以上になると、特定の発光モジュール７’は擬似ショート状態となる。擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’の３個のＬＥＤ８は点灯を中止する。一方で、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７には一定電流が供給されるので、他の発光モジュール７のＬＥＤ８は継続して発光する。
【００７６】
また、擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７において、ＣＴＲサーミスタ９の温度（患部の表面温度）が適切な温度にまで低下した場合には、擬似ショート状態も解消され、３個のＬＥＤ８の発光抑制も自動解除され、通常の点灯に自動復帰する。
【００７７】
このように、実施の形態３の構成は、実施の形態１および２のように、１つのＬＥＤごとに発光／消灯を制御するではなく、複数のＬＥＤを１ブロックとして、１ブロックごとに発光／消灯を制御する。実施の形態３の構成によれば、ＣＴＲサーミスタ９の部品点数を削減することができる。よって、実施の形態３の構成は、多数の発光モジュール７を有する光治療装置に適用すると特に有効である。
【００７８】
また、実施の形態３においては、実施の形態１と同様に、面照射手段に含まれる全ての発光モジュール７を直列に接続したが；実施の形態２と同様に、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体を、複数個並列に接続してもよいことはいうまでもない。
【００７９】
以上、実施の形態１〜３の構成よる光治療装置によれば、面照射手段２の発光面を患部（例えば膝関節など）に長時間密着させた場合に、発光面の一部分の温度が選択的に所定温度以上に上昇しても、その部分に光を照射するＬＥＤ８だけを消灯して当該部分の温度を低下させ、他のＬＥＤ８を点灯し続けることができる。そのため、これらの光治療装置によれば、患者の安全性を確保しつつも、効率の良い治療を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の光治療装置は、複数の発光モジュールを有する面照射手段を具備するが、光治療中に所定温度を超えた発光モジュールの発光素子だけを選択的に消灯し、所定温度を超えていない他の発光モジュールの発光素子の点灯は継続する。このため本発明の光治療装置は、適切に光治療を継続することができる。このため、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置として広く活用が期待される。
【符号の説明】
【００８１】
１ 光治療装置
２ 面照射手段
３ 電源部
４ 定電流制御手段
５ 放熱手段
６ 表示操作手段
７ 発光モジュール
８ ＬＥＤ
９ ＣＴＲサーミスタ
１０ 個別放熱基板
１１ 反射ミラー
１２ 透明円板
１３ 断熱クッション
１４ 押さえリング
１５ 電極
１６ リード線
１７ 電気接続部
１８ 発光モジュール体
１９ 電流制限素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患部に光を照射することによって、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、患部（例えば手、手首、足、足首およびひざ等）に接触しているかまたは近傍に配置された発光素子からの光を、患部に照射することで、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置が考案・実用化されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このような光治療装置は、発光素子として生体透過性に優れた近赤外の高出力ＬＥＤを用いている。また、多数のＬＥＤを直並列接続して面状に敷き詰めることで発光領域の大面積化を図り、治療効果の向上や治療時間の短縮を可能にしている。
【０００３】
但し、このような高出力の近赤外の発光素子を患部に近接させるかまたは接触させて光治療を行う場合、皮膚温度上昇によって患部の発赤、低温火傷を生じる可能性もある。そこで、ＬＥＤないしその発光面近傍の温度を監視する温度検出手段を設け、検出される温度が所定温度を超えると光照射を停止する構成も提案されている（例えば、特許文献３及び特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９２３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１８７１５９号公報
【特許文献３】特開平０２−２４６９８８号公報
【特許文献４】特開２００８−０２２８９４号公報
【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、従来の構成の光治療装置では、光照射中に温度検出手段が特定箇所のＬＥＤないしその発光面近傍で所定の温度を超えたことを検出した場合に、治療装置全体の光照射を停止してしまう。そのため、光治療を継続することができないという課題を有していた。
【０００６】
この所定温度以上の温度上昇は、ＬＥＤ自身の故障によって生じる場合よりも、発光面と被照射体との部分的な接触継続や放熱不良で生じる場合が多い。つまり、発光面のうちの一部分だけが、所定温度以上の温度に上昇していることが多い。具体的には、１）被照射体である皮膚表面凸部と発光面の一部とを密着させたまま、長時間にわたり光照射を継続した場合や、２）被照射体である皮膚の一部分に多くの毛髪、黒子、刺青、色素沈着部が存在して吸熱が進行した場合や、３）発光面の表面に光を遮る異物を付着させたまま長時間にわたり照射継続した場合や、４）指輪や腕時計等を装着している場合などに、発光面のうち一部分だけが、所定温度以上の温度に上昇しやすくなる。
【０００７】
このように発光面のうちの一部分だけが温度上昇した場合に、光治療装置の光源全体の点灯を停止することは、光治療の中断につながり好ましくない。そこで本発明は、発光面のうちの一部分だけの温度が上昇した場合に、その部分の温度は低下させつつ、治療装置による光治療自体は、適切に継続できる光治療装置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】
【０００８】
この目的を達成するために本発明の光治療装置は、複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備える。ここで、前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する。そして、前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とする。これにより所期の目的を達成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光治療装置は、面照射手段に含まれる複数の発光モジュールのうちの一部の発光モジュールが所定温度以上の温度になったとときに、当該発光モジュールからの光照射を中断させつつも、光治療装置の治療を適切に続行させることができる。すなわち、本発明の治療装置においては、個別電流素子が、発光モジュール毎に発光の継続／消灯を制御することができる。それにより、適切な光治療を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における光治療装置の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における光治療装置のＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタの温度と抵抗値との特性を示した図
【図３】本発明の実施の形態１における光治療装置の発光モジュールの構造を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における光治療装置の回路ブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における発光モジュールを多数個配置して面光源化した面照射手段の斜視図
【図６】本発明の実施の形態３における光治療装置の回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の光治療装置は、１）複数の発光モジュールを有する面照射手段と、２）電流供給手段とを備える。
【００１２】
面照射手段は発光面を有する部材であり、発光面からの光を患部に照射することで、光治療を行う。発光面からの光は、面照射手段が有する複数の発光モジュールが発する光である。電流供給手段は、面照射手段に電流を供給して、各発光モジュールからの発光に必要な電流を供給する。
【００１３】
面照射手段が有する複数の発光モジュールは、互いに直列に電気接続されている。面照射手段が有する全ての発光モジュールを、１本の列に直列に接続してもよいし（後述の実施の形態１および３）、面照射手段が有する複数の発光モジュールをいくつかの発光モジュール群に分けて、各発光モジュール群を１本の列に直列に接続してもよい（後述の実施の形態２）。１本の列に直列に接続した発光モジュール群を「発光モジュール体」と称する。このとき、発光モジュール体同士は、電気的に並列に接続されている（実施の形態２）。
【００１４】
面照射手段が有する複数の発光モジュール体は、それに含まれる発光モジュールと直列に接続された電流制限素子を有していてもよい（実施の形態２）。電流制限素子とは、定格電流を超えた過剰な電流が流れないようにする過電流保護素子である。電流制限素子として、電源ＩＣを用いた素子や、いわゆるリセッタブルヒューズのような非線形抵抗素子を用いた素子などが用いられうるが、特に限定されない。
【００１５】
面照射手段が有する発光モジュールはそれぞれ、発光素子と個別電流制御素子とを有し、発光素子と個別電流制御素子とは並列に電気接続されている。発光素子とは、特に限定されないが、ＬＥＤ発光素子であることが好ましく、近赤外発光ダイオードであることがより好ましい。個別電流制御素子とは、具体的には温度変化に応じて電気抵抗が変化する抵抗体であり、サーミスタと称されることもある。
【００１６】
前記の通り、各発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有するが；各発光モジュールは、１個の発光素子と１個の個別電流制御素子とを有していてもよいし（後述の実施の形態１および２）、複数の発光素子と１個の個別電流制御素子とを有していてもよい（後述の実施の形態３）。
【００１７】
前記の通り、個別電流制御素子とは典型的にはサーミスタである。個別電流制御素子とは、所定温度以下では、個別電流制御素子と並列に接続された発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を有する。一方で、個別電流制御素子は、所定温度を超えると、個別電流制御素子と並列に接続された発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を有する。
【００１８】
サーミスタは、一般的に、温度上昇に伴い抵抗値が減少するもの（ＣＴＲサーミスタやＮＴＣサーミスタ）と、温度上昇に伴い抵抗値が増大するもの（ＰＴＣサーミスタ）とに大別されうる。本願発明の光治療装置の個別電流制御手段は、温度上昇に伴い抵抗値が減少するサーミスタである。
【００１９】
さらに、個別電流制御素子としてのサーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタであることが好ましい。ＣＴＲサーミスタは、一般的に酸化バナジウム系材料で構成され、急変サーミスタとも呼ばれる。ＣＴＲサーミスタは、結晶の構造変化が生じる所定の相転移点であるキュリー温度を有し；キュリー温度を超えると、急激に抵抗が減少する特性を有する。例えば、１００Ωから０．１Ωオーダーにまで急激に抵抗が減少する。そのため、発熱を短時間で検出する熱スイッチ等として利用されている。
【００２０】
図２には、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値（Ｙ軸）と温度（Ｘ軸）との関係を示すグラフである。温度Ｔ１を超えると、抵抗値が急激に減少していることがわかる。温度Ｔ１を、キュリー温度という。
【００２１】
また、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔ１は、ＶＯ２−ＢａＯ−Ｐ２Ｏ５系複合酸化物焼結体であるＣＴＲに、タングステン、ゲルマニウム、鉄等の酸化物を添加することで調整されうる。
【００２２】
本発明の光治療装置において、個別電流制御素子は、並列接続された発光素子の照射対象面の近傍にあることが好ましい（図３参照）。発光素子の照射対象面とは、光治療される患部が接触可能な面（発光面）である。個別電流制御素子を、発光素子の照射対称面の近傍に配置することで、個別電流制御素子の温度と患部の温度とを近似させることができる。
【００２３】
さらに、個別電流制御素子は、発光素子からの光が直接照射されない位置に配置されることが好ましい（図３参照）。発光素子からの光が照射されると温度が上昇するため、個別電流制御素子の温度と患部の温度との差異が大きくなるためである。
【００２４】
より具体的には、個別電流制御素子は、発光素子からの光照射領域の外周部に配置されうる。発光素子からの光照射領域は光反射ミラーなどで規定することができるので（図３参照）、そのように規定された光照射領域の外周部に個別電流制御素子を配置すればよい。
【００２５】
また、個別電流制御素子と発光素子との間には、断熱材を介在させてもよい（図３参照）。断熱材を介在させることで、個別電流制御素子が発光素子からの光で加熱されることがより効果的に抑制され、個別電流制御素子の温度と患部の温度とを近似させやすくする。
【００２６】
本発明の光治療装置による光治療は通常、面照射手段の発光面（または発光素子の照射対称面）に患部を接触させて光治療を行う。治療中に、患部と発光面との接触部位が「所定温度」を超えると、患部に発赤や低温火傷が発生する恐れがある。
【００２７】
「所定温度」とは、特に限定されるものではないが、一般的に４４℃で約３６０分間、人体の皮膚表面を加熱し続けると低温火傷になるリスクがあるといわれている。そして、温度が１℃上昇するごとに半分の加熱時間で低温火傷になるリスクがあるといわれている（すなわち、４５℃では約１８０分、４６℃では約９０分、５０℃では約６分）。従って、本発明の光治療装置における「所定温度」は、光治療の治療時間や光出力などの実施状況に応じて適宜設定すべきものであるものの、安全性の観点から５０℃以下であることが好ましい。
【００２８】
患部との発光面の接触部位が「所定温度」を超える原因には、被照射体である患部（例えば皮膚表面）の一部分に多くの毛髪、黒子、刺青または色素沈着部などが存在し、患部が発光面からの光を過剰に吸熱した結果、温度が上昇することなどが考えられる。このような原因で患部と発光面との接触部位が「所定温度」を超える場合には、患部との発光面の接触部位のうちの一部分だけが選択的に「所定温度」を超え、他の部分では所定温度以下に維持されている。
【００２９】
本発明の光治療装置は、光治療中に患部との発光面の接触部位が「所定温度」を超えた場合には、選択的に当該接触部位への光を抑制して温度を低下させることができる。つまり、面照射手段が有する複数の発光モジュールのうちの一部だけの発光モジュールからの発光を抑制することができる。
【００３０】
前述の通り、本発明の光治療装置における面照射手段は、互いに並列に接続された発光素子と個別電流制御素子とを有する発光モジュールを有する。そして、所定温度における個別電流制御素子の抵抗値が調整されている。そのため、患部が所定温度以下である場合には発光素子に電流が流れて発光が生じ；患部が所定温度以下である場合には個別電流制御素子に電流が流れて発光が生じない。
【００３１】
さらに、本発明の光治療装置における面照射手段は、互いに直列に接続された複数の発光モジュールを有する。従って、いずれかの発光モジュールにおいて、電流が発光素子ではなく個別電流制御素子に流れて発光が生じなくても；他の発光モジュールには電流が供給されるので、他の発光モジュールにおける発光は継続できる。
【００３２】
このようにして、本発明の光治療装置では、患部との発光面の接触部位のうちの「所定温度を超えた部分」への光照射を選択的に抑制し、「所定温度以下に維持されている部分」への光照射は継続する。患部との発光面の接触部位のうちの「所定温度以下に維持されている部分」への照射を継続することができれば、光治療装置による光治療自体は続行することができる。よって、本発明の光理療装置は利便性がよい。
【００３３】
以下に、本発明の光治療装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光治療装置１の回路ブロック図である。図１に示される光治療装置１は、面照射手段２と、電源部３と、定電流制御手段４と、放熱手段５と、表示操作手段６とを具備する。
【００３５】
面照射手段２は、面光源として用いられる。面照射手段２は、１枚の大面積反射基板（例えばアルミ基板）と、前記基板上に取付けられた２０個の発光モジュール７と、を具備する。２０個の発光モジュール７は、互いに直列に接続されている。
【００３６】
各発光モジュール７は、発光素子としての近赤外の高出力のＬＥＤ８と、個別電流制御素子としてのＣＴＲサーミスタ９とを有し、両者は一体化されている。ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９とは、電気的に並列に接続されている。
【００３７】
各ＬＥＤ８の光波長は８３０ｎｍ、光束は５Ｗであり；面照射手段２の発光面積は２００ｃｍ２程度であり；面照射手段２の発光面の平均光パワー密度は０．５Ｗ／ｃｍ２となるように配設されている。
【００３８】
前述の通り、ＣＴＲサーミスタ９は、キュリー温度Ｔ１を超えると急激に抵抗が減少する特性を有する（図２参照）。
【００３９】
電源部３は、定電流制御手段４を介して、面照射手段２の全ての発光モジュール７に一定電流を供給する。この定電流制御手段４と電源部３は一体構造の電流供給手段とする構成であってもよい。
【００４０】
放熱手段５は、電源部３からの電圧供給によって面照射手段２を冷却するものである。放熱手段５は、具体的には冷却ファン及び放熱フィンを備え、通電時は常時駆動する。放熱手段５は、ＬＥＤ８の点灯に伴う発熱を抑制する内部冷却系と、ＣＴＲサーミスタ９の通過電流の影響で照射口が自己発熱しないよう発光面全体に対し外側の側面から冷却風をあてる外部冷却系と、を独立して備えた構造とすることが好適である（図示せず）。
【００４１】
表示操作手段６は、操作者の指示に従って、定電流制御手段４を介して面照射手段２への光照射の入／切の光照射制御がなされる。
【００４２】
図１のように構成された光治療装置は、定電流制御手段４によって、発光モジュール７に一定電流が継続的に供給され、面照射手段２から発光面を介して患部に光を照射することができる。
【００４３】
面照射手段２から患部へ向けて光を照射している間に、一部の発光モジュール７のみが過剰に発熱して所定温度を超えることがある。この所定温度を超えて過剰に発熱した発光モジュール７を「特定の発光モジュール７’」と称する。特定の発光モジュール７’が所定温度を超える原因には、前述の通り、被照射体（例えば患者の皮膚）の一部に過剰な吸熱が進行することなどが考えられる。
【００４４】
特定の発光モジュール７’が所定温度を超えると、その特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９に電流が流れて、ＬＥＤ８に電流が流れずに点灯を中止することができる。このように、ＣＴＲサーミスタ９に電流が流れて、ＬＥＤ８に電流が流れない状態を「擬似ショート状態」という。特定の発光モジュール７’が擬似ショート状態となった場合であっても、直列接続されている他の発光モジュール７には一定電流が供給されるので、ＬＥＤ８の発光を継続することができる。
【００４５】
特定の発光モジュール７のＬＥＤ８の点灯が中止される理由、および他の発光モジュール７の発光が継続される理由を説明する。
【００４６】
上述の通り、発光モジュール７は、発光素子としてのＬＥＤ８と個別電流制御素子としてのＣＴＲサーミスタ９とを有し、両者は電気的に並列に接続されて一体化されている。ＣＴＲサーミスタ９の温度がキュリー温度Ｔ１（図２参照）以下である場合には、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値よりもＬＥＤ８の負荷インピーダンス（順方向電圧／電流比）の方が格段に低いため、大半の電流がＬＥＤ８を流れ、ＬＥＤが発光する。
【００４７】
一方で、特定の発光モジュール７’の温度が上昇して、キュリー温度Ｔ１を超えると、特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９の抵抗値が急激に低下する。その結果、電流のバイパスが形成されて、特定の発光モジュール７’のＬＥＤ８には電流が流れなくなり、ＬＥＤは消灯する。この状態が擬似ショート状態である。
【００４８】
特定の発光モジュール７’が擬似ショート状態となっても、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７には電流が供給されるので、発光モジュール７のＬＥＤ８は発光し続ける。そのため、光照射を中断することなく、継続して照射することができる。
【００４９】
従って、ＣＴＲサーミスタ９のキュリー温度（Ｔ１）を、ＬＥＤ８の発光を中断して消灯するべき温度（所定温度）に設定すれば、ＬＥＤ８の発光／消灯を確実に制御することができる。
【００５０】
前述の通り、所定温度（ＣＴＲサーミスタおキュリー温度）は、光治療装置による治療時間、光の出力等の実施状況に応じて設定されるが、安全性の観点から５０℃以下であることが好ましい。
【００５１】
ＣＴＲサーミスタ９は、キュリー温度以上になると急激に抵抗値が減少することから、キュリー温度以上の温度上昇が認められると、感度良くＬＥＤ８の消灯を行うことができる。そのため、患者の安全性の観点から、光治療装置の個別電流制御素子として好ましいサーミスタである。
【００５２】
また、ＣＴＲサーミスタ９は、所定のキュリー温度Ｔ１以上になると急激に抵抗値が減少するので、ＣＴＲサーミスタに電流が流れている間に発熱もしにくい。よって、光治療装置の個別電流制御素子をＣＴＲサーミスタとすることで、消費電流を抑制することができる。
【００５３】
次に、発光モジュール７の構造について、図３を用いて説明する。図３に示す発光モジュール７は、アルミ製の個別放熱基板１０と、アルミ製の個別放熱基板１０の表面上に実装されたＬＥＤ８を具備する。
【００５４】
個別放熱基板１０は、面照射手段２（図１参照）の大面積反射基板（例えばアルミ基板）に密着して取り付けることが好ましい。発光モジュール７から生じる熱を大面積アルミ基板に熱伝導させて、放熱を促すことができるからである。
【００５５】
個別放熱基板１０上には、内壁面をアルミ蒸着した逆円錐筒状容器からなる反射ミラー１１を設けている。逆円錐筒状容器は、樹脂製でありうる。ＬＥＤ８からの光は上方に放射されて照射されるが、その光照射域は反射ミラー１１によって規定される。反射ミラー１１の上面開口部の直径Ｌは、特に限定されないが、約１２ｍｍとすることができる。
【００５６】
反射ミラー１１の上面開口部には、透明円板１２が配置されている。透明円板１２は、ＬＥＤ８の光の照射対称面であり；透明円板１２は、ＬＥＤ８からの照射光を損失無く透過させつつ、ＬＥＤ８への汚れの付着や、水分等の浸入等を防ぐ。透明円板１２の形状は平板に限らず、光線をコリメートさせる非球面レンズであってもよく、光強度分布を均一化させる光拡散材料を組合せることも可能である。
【００５７】
透明円板１２の外周縁内方上には、リング状スポンジからなる断熱クッション１３を介してリング状のＣＴＲサーミスタ９が設けられている。断熱クッション１３は、ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９とを熱的に分離する。そこで、断熱クッション１３のＣＴＲサーミスタ９が配置される面に対する裏面（図３の下側の面）は、白色系シートが裏打ちされ、反射ミラー１１外周からの輻射熱の影響を受け難くしている。
【００５８】
更に、ＣＴＲサーミスタ９上には、金属などの熱伝導率の良い材料で構成された押さえリング１４が設けられる。押さえリング１４は、ＣＴＲサーミスタ９と熱結合されている。押さえリング１４は、機械的強度の維持に加え、人体皮膚表面等と接触する対象物の温度をＣＴＲサーミスタ９に伝える役目を有する。
【００５９】
このように、図３の発光モジュール７における断熱クッション１３、ＣＴＲサーミスタ９および押さえリング１４は、反射ミラー１１の内壁面よりも外側に配置されており、つまりＬＥＤ８からの光の光照射域の外周部にある。そのため、断熱クッション１３、ＣＴＲサーミスタ９および押さえリング１４には、ＬＥＤ８からの光が照射されず、光によって直接加熱されることはない。
【００６０】
一方で、ＣＴＲサーミスタ９は、ＬＥＤの照射対称面の近傍に配置され、しかも押さえリング１４と接しているため、ＣＴＲサーミスタ９の温度は押さえリング１４の温度と近似しやすい。また、押さえリング１４は患部との接触部位であるため、押さえリング１４の温度は患部の温度と近似しやすい。従って、ＣＴＲサーミスタ９の抵抗値は、患部の温度に応じて変化しやすい。そのため、発光モジュール７の発光／消灯は、光が照射される患部の表面温度に基づいて制御される。
【００６１】
電極１５は、ＬＥＤ８のアノードとカソードとの各々から引き出される。電極１５とＣＴＲサーミスタ９とは、リード線１６を介して電気的に並列に接続されている。このように、発光モジュール７の１個の電気的等価回路は、ＬＥＤ８とＣＴＲサーミスタ９が並列接続されただけのものである。
【００６２】
図３の発光モジュール７において、リード線１６に外部からの静電気ノイズが印加されてＬＥＤ８が破壊されないよう、ＣＴＲサーミスタ９との電気接続部１７はモールドされている。さらに、リード線１６を介してＬＥＤ８に定格値を超える突発的な大電流が流れないよう、インダクタ素子を挿入したり、その他の過電流ないし過電圧／逆電圧保護素子を備えたりすることも可能である。
【００６３】
一つの発光モジュール７のアノード電極（電極１５）と、それに隣接する発光モジュールのカソード電極（電極１５）とを直列にカスケード接続する。それにより、面照射手段２（図１参照）の大面積反射基板上に多数個の発光モジュール７をしきつめることができる。
【００６４】
以上の構成を有する光治療装置における特定の発光モジュール７’において、光を照射される患部の温度に近似するＣＴＲサーミスタ９の温度がキュリー温度（Ｔ１）を超えると、特定の発光モジュール７’は擬似ショート状態となる。擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’のＬＥＤ８には電流が流れず発光が中止される。その一方で、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７のＬＥＤ８の発光は継続され、光治療装置は治療を継続することができる。
【００６５】
また、擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’において、ＣＴＲサーミスタ９の温度（患部の表面温度）が適切な温度にまで低下した場合には、擬似ショート状態が解消され、ＬＥＤ８の発光抑制も自動解除され、通常の点灯に自動復帰する。
【００６６】
このように、本実施形態の光治療装置は、照射口に密着ないし近接照射されている対象患部に対する安全性確保と治療効果を両立させることが可能となる。しかも、複雑な制御回路などを設けなくとも、発光面各部分ごとに安全かつ効率的な温度管理を備えた光治療装置を提供することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
図４は本発明の光治療装置１における実施の形態２における回路ブロック図である。実施の形態２において、前記実施の形態１の図１で説明した構成要素と同一のものには同一番号を付与し、説明を簡略化する。
【００６８】
実施の形態２における回路ブロックで特徴的な点は、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体１８を、複数個並列に接続したことである。
【００６９】
面照射手段の発光面を大面積化するためには、多数の発光モジュール７が必要となる。実施の形態１の図１の回路ブロック図に示されるように、全ての発光モジュール７を直列接続すると、高電圧供給が必要となる。実施の形態２では、この高電圧供給を避けるために、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体１８を、複数個並列に接続した。
【００７０】
ただし、発光モジュール体１８を複数個並列接続した場合には、ＬＥＤ８ごとの順方向電圧特性ばらつきによって、各発光モジュール体１８の通過電流が大きく異なってしまうことがある。それにより、特定の発光モジュール体１８に含まれるＬＥＤ８に、その定格電流を超える電流が供給されてしまう可能性がある。そこで、発光モジュール体１８ごとに、電源ＩＣを用いた電流制限素子１９を直列接続することで電流制限をかけることが好ましい。このように電流制限素子１９を設けることで、発光モジュール体１８ごとに定電流制御を行わなくても、容易に発光モジュール７の大面積化を達成することができ、光治療装置の拡張性が増す。
【００７１】
図５は、多数個の発光モジュール７を配置して面光源化した面照射手段２の斜視図である。配置された発光モジュール７の個数は２０個ではなく、１００個以上にであっても構わない。
【００７２】
（実施の形態３）
図６は本発明の光治療装置１における実施の形態３における回路ブロック図である。実施の形態３において、実施の形態１および２で説明した構成要素と同一のものには同一番号を付与し、説明を簡略化する。
【００７３】
実施の形態１および２における構成では、発光モジュール７は、１つのＬＥＤに対して、それに並列に接続した１つの個別電流制御素子を有している。これに対して、実施の形態３における構成では、発光モジュール７は、直列接続された複数のＬＥＤに対して、それに並列に接続した１つの個別電流制御素子（ＣＴＲサーミスタ９）を有する。実施の形態３の構成は、その点において実施の形態１と異なるが、その他の点は、実施の形態１と同一である。
【００７４】
図６に示された回路ブロック図には、１２個の発光モジュール７が直列に接続されている。そして、各発光モジュール７は、互いに直列接続された３つのＬＥＤ８に対して、並列に接続された１つのＣＴＲサーミスタ９を有する。
【００７５】
図６に示された回路ブロック図の光治療装置１において、発光モジュール７のうちの特定の発光モジュール７’のＣＴＲサーミスタ９が所定温度以上になると、特定の発光モジュール７’は擬似ショート状態となる。擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７’の３個のＬＥＤ８は点灯を中止する。一方で、特定の発光モジュール７’以外の発光モジュール７には一定電流が供給されるので、他の発光モジュール７のＬＥＤ８は継続して発光する。
【００７６】
また、擬似ショート状態となった特定の発光モジュール７において、ＣＴＲサーミスタ９の温度（患部の表面温度）が適切な温度にまで低下した場合には、擬似ショート状態も解消され、３個のＬＥＤ８の発光抑制も自動解除され、通常の点灯に自動復帰する。
【００７７】
このように、実施の形態３の構成は、実施の形態１および２のように、１つのＬＥＤごとに発光／消灯を制御するではなく、複数のＬＥＤを１ブロックとして、１ブロックごとに発光／消灯を制御する。実施の形態３の構成によれば、ＣＴＲサーミスタ９の部品点数を削減することができる。よって、実施の形態３の構成は、多数の発光モジュール７を有する光治療装置に適用すると特に有効である。
【００７８】
また、実施の形態３においては、実施の形態１と同様に、面照射手段に含まれる全ての発光モジュール７を直列に接続したが；実施の形態２と同様に、複数の発光モジュール７を直列接続した発光モジュール体を、複数個並列に接続してもよいことはいうまでもない。
【００７９】
以上、実施の形態１〜３の構成よる光治療装置によれば、面照射手段２の発光面を患部（例えば膝関節など）に長時間密着させた場合に、発光面の一部分の温度が選択的に所定温度以上に上昇しても、その部分に光を照射するＬＥＤ８だけを消灯して当該部分の温度を低下させ、他のＬＥＤ８を点灯し続けることができる。そのため、これらの光治療装置によれば、患者の安全性を確保しつつも、効率の良い治療を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の光治療装置は、複数の発光モジュールを有する面照射手段を具備するが、光治療中に所定温度を超えた発光モジュールの発光素子だけを選択的に消灯し、所定温度を超えていない他の発光モジュールの発光素子の点灯は継続する。このため本発明の光治療装置は、適切に光治療を継続することができる。このため、筋肉・関節組織の疼痛の緩和、或いは炎症の抑制を行う光治療装置として広く活用が期待される。
【符号の説明】
【００８１】
１ 光治療装置
２ 面照射手段
３ 電源部
４ 定電流制御手段
５ 放熱手段
６ 表示操作手段
７ 発光モジュール
８ ＬＥＤ
９ ＣＴＲサーミスタ
１０ 個別放熱基板
１１ 反射ミラー
１２ 透明円板
１３ 断熱クッション
１４ 押さえリング
１５ 電極
１６ リード線
１７ 電気接続部
１８ 発光モジュール体
１９ 電流制限素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項２】
複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された、直列接続された複数の発光素子と１つの個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項３】
前記発光素子は、近赤外発光ダイオードである、請求項１または２に記載の光治療装置。
【請求項４】
前記個別電流制御素子は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する特性を有するサーミスタである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項５】
前記サーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタである、請求項４に記載の光治療装置。
【請求項６】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の照射対象面の近傍であって、前記発光素子から照射される光が直接前記個別電流制御素子に照射されない位置に配置された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項７】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の光照射方向で、この光照射域の外周に配置された、請求項６に記載の光治療装置。
【請求項８】
前記発光モジュールは、前記発光素子と前記個別電流制御素子との間に介在させた断熱材を有する、請求項７に記載の光治療装置。
【請求項９】
複数の発光モジュールを直列接続した発光モジュール体を、複数個並列接続して構成した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項１０】
複数の発光モジュールを直列接続した発光モジュール体を、複数個並列接続して構成した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された、直列接続された複数の発光素子と１つの個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項１１】
前記発光素子は、近赤外発光ダイオードである、請求項９または１０に記載の光治療装置。
【請求項１２】
前記個別電流制御素子は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する特性を有するサーミスタである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項１３】
前記サーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタである、請求項１２に記載の光治療装置。
【請求項１４】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の照射対象面の近傍であって、前記発光素子から照射される光が直接前記個別電流制御素子に照射されない位置に配置された、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項１５】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の光照射方向で、この光照射域の外周に配置された、請求項１４に記載の光治療装置。
【請求項１６】
前記発光モジュールは、前記発光素子と前記個別電流制御素子との間に介在させた断熱材を有する、請求項１５に記載の光治療装置。
【請求項１７】
前記発光モジュール体は、前記発光モジュールと直列接続された電流制限素子を有する、請求項９〜１６のいずれか一つに記載の光治療装置。
【請求項１】
複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項２】
複数の発光モジュールを直列接続した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された、直列接続された複数の発光素子と１つの個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項３】
前記発光素子は、近赤外発光ダイオードである、請求項１または２に記載の光治療装置。
【請求項４】
前記個別電流制御素子は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する特性を有するサーミスタである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項５】
前記サーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタである、請求項４に記載の光治療装置。
【請求項６】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の照射対象面の近傍であって、前記発光素子から照射される光が直接前記個別電流制御素子に照射されない位置に配置された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項７】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の光照射方向で、この光照射域の外周に配置された、請求項６に記載の光治療装置。
【請求項８】
前記発光モジュールは、前記発光素子と前記個別電流制御素子との間に介在させた断熱材を有する、請求項７に記載の光治療装置。
【請求項９】
複数の発光モジュールを直列接続した発光モジュール体を、複数個並列接続して構成した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された発光素子と個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項１０】
複数の発光モジュールを直列接続した発光モジュール体を、複数個並列接続して構成した面照射手段と、前記面照射手段に電流を供給する電流供給手段とを備え、
前記発光モジュールは、互いに並列接続された、直列接続された複数の発光素子と１つの個別電流制御素子とを有し、
前記個別電流制御素子は、所定温度以下では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも大きい抵抗値を示し、前記所定温度を超える温度では前記発光素子の負荷インピーダンスよりも小さい抵抗値を示す構成とした光治療装置。
【請求項１１】
前記発光素子は、近赤外発光ダイオードである、請求項９または１０に記載の光治療装置。
【請求項１２】
前記個別電流制御素子は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する特性を有するサーミスタである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項１３】
前記サーミスタは、ＣＴＲ（Critical Temperature Coefficient）サーミスタである、請求項１２に記載の光治療装置。
【請求項１４】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の照射対象面の近傍であって、前記発光素子から照射される光が直接前記個別電流制御素子に照射されない位置に配置された、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の光治療装置。
【請求項１５】
前記個別電流制御素子は、並列接続された前記発光素子の光照射方向で、この光照射域の外周に配置された、請求項１４に記載の光治療装置。
【請求項１６】
前記発光モジュールは、前記発光素子と前記個別電流制御素子との間に介在させた断熱材を有する、請求項１５に記載の光治療装置。
【請求項１７】
前記発光モジュール体は、前記発光モジュールと直列接続された電流制限素子を有する、請求項９〜１６のいずれか一つに記載の光治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９０９５０（Ｐ２０１２−９０９５０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６３２５２（Ｐ２０１１−１６３２５２）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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