無影灯
【課題】 光の制御が容易な無影灯を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ素子２０と当該ＬＥＤ素子２０の光を反射する反射プリズム２１とを有するＬＥＤチップ１０を少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列１１を構成し、前記ＬＥＤチップ列１１の中心線Ｏに対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップ１０を配置して、照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップ１０の各々が、所定の照射距離Ｌの地点に所定の大きさの照射野Ｒを形成するビーム開角θ１を有する構成とした。
【解決手段】 ＬＥＤ素子２０と当該ＬＥＤ素子２０の光を反射する反射プリズム２１とを有するＬＥＤチップ１０を少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列１１を構成し、前記ＬＥＤチップ列１１の中心線Ｏに対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップ１０を配置して、照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップ１０の各々が、所定の照射距離Ｌの地点に所定の大きさの照射野Ｒを形成するビーム開角θ１を有する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療分野に用いられる照明装置に用いて好適な無影灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科手術や歯科治療などの医療分野に用いられている照明装置は、照明域内に影が生じないように設定されていることから、一般に、無影灯と呼ばれている。この種の無影灯は、線状に形成されたハロゲンランプやクリプトンランプ等の白熱電球光源と、この白熱電球光源の光を照射域に向けて反射する反射鏡とを備え、この反射鏡の面内に多数のファセット（小領域）を形成することで反射光を制御し、照射野に無影効果が得られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９５３１６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、白熱電球を無影灯の光源として用いた場合、白熱電球のフィラメントの寿命にともなって電球を交換した際に、白熱電球と反射鏡との間に光学的位置ズレが生じたり、或いは、フィラメントの経時変化による変形により白熱電球の光軸がズレたりして、所望の無影効果が得られなくなる、といった問題がある。
また、白熱電球は、光を四方八方に向けて放射するため、反射鏡の設計精度を高めても、放射光全体を制御することは困難であり、照射野の輪郭がぼけが生じたり、照射深度が浅くなるといった問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光の制御が容易な無影灯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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列を構成し、前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップを配置して、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角を有することを特徴とする無影灯を提供する。
【０００６】
また本発明は、上記発明において、前記ビーム開角が３°〜１５°の間であることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列が配置される基板を備え、前記ＬＥＤチップ列の各ＬＥＤチップを前記基板に対して傾斜させて配置するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップの色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間の値としたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップが放射する光の波長を３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の値としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記発明において、互いにビーム開角が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設け、前記ＬＥＤチップ列の交差ポイントが異なる位置に複数存在するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、互いに前記色温度、或いは、前記波長が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設けるとともに、同一の色温度、或いは、波長を有する前記ＬＥＤチップ列を選択的に消灯・点灯可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
また上記目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してなるＬＥＤチップ列を備え、前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップが配置されて、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、３°〜１５°の間のビーム開角を有するＬＥＤモジュールを複数配列したことを特徴とする無影灯を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光の制御が容易な無影灯が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、例えば歯科医療の照明装置に用いて好適な無影灯を例示する。
図１は、本実施形態に係る無影灯１の正面図であり、図２は同無影灯１の横断面図である。これらの図に示すように、無影灯１は、正面が解放された略直方形状のケース体２と、ケース体２の正面側解放部分を覆う透明ガラス板３とを備えている。ケース体２にはヒートシンク４が収容されるとともに、ケース体２の背面２Ａにはヒートシンク４を強制空冷する冷却ファン５が取り付けられている。上記ヒートシンク４上にはＬＥＤ基板６が配置され、このＬＥＤ基板６上には複数のＬＥＤチップ１０が配置されている。これらのＬＥＤチップ１０は、横一列にｎ個（図示例１０個）が配置されてＬＥＤチップ列１１を構成し、このＬＥＤチップ列１１が縦にｍ段（図示例では５段）配置されている。
また、ＬＥＤ基板６の裏面側には、ＬＥＤチップ１０を駆動するためのドライバ回路や電源、コンバータなどの各種の電気回路が設けられている。これらの電気回路には、ケース体２の側面２Ｂから引き出された電源コード７を介して電力が供給され、各ＬＥＤチップ１０を点灯駆動する。
【００１５】
図３は上記ＬＥＤチップ１０の縦断面図、図４は同ＬＥＤチップ１０の底面図、図５は同ＬＥＤチップ１０の右側面図である。これらの図に示すように、ＬＥＤチップ１０は、略直方形状に形成され、ＬＥＤ素子２０及び反射鏡２１を収容するチップケース２２と、このチップケース２２の底面２２Ａの略中央部からチップケース２２の左右に向けて延び、チップケース２２の左右側面２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれに沿って上方に延出する２つのリード２３Ａ、２３Ｂとを備えている。上記ＬＥＤ素子２０は、チップケース２２の底面２２Ａ略中央部の面上に、光出射面２０Ａを上方に向けて配置され、上記リード２３Ａ、２３Ｂのそれぞれと、金属ワイヤ２４により電気的に接続されるとともに、リード２３Ａ、２３Ｂのそれぞれの上端部２５がソケットとして機能し、上記ＬＥＤ基板６に穿たれたソケット孔６Ａ（図９参照）に挿入されて、ＬＥＤ基板６に設けられたプリント配線と電気的に接続される。これにより、ＬＥＤ基板６からリード２３Ａ、２３Ｂを介してＬＥＤ素子２０に駆動電力が供給される。本実施形態では、ＬＥＤ素子２０としては、歯科治療を考慮して、色温度が４５００Ｋの白色ＬＥＤ素子が用いられている。なお、ＬＥＤ素子２０の色温度としては、４０００Ｋ〜７０００Ｋの間であることが好ましく、また、波長としては、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間であることが好ましい。
【００１６】
ここで、上記リード２３Ａ、２３Ｂ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２３Ａ、２３Ｂのうち、一方のリード２３Ｂの下端部２６がＬＥＤ素子２０の下面に面して配置されており、ＬＥＤ素子２０の発熱がリード２３Ｂを介して効果的に放熱されるようになっている。また、図１に示すように、ＬＥＤ基板６へのＬＥＤチップ１０の取り付け時には、ＬＥＤチップ１０のチップケース２２とＬＥＤ基板６との間に放熱用金属片１２を介在させる構成とし、この放熱用金属板１２によってもＬＥＤチップ１０の放熱が行われる。
【００１７】
さて、上記反射鏡２１は、図３乃至図５に示すように、放物面形状に形成された反射面２１Ａを有し、この反射面２１Ａが上記ＬＥＤチップ１０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２１Ａ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。すなわち、ＬＥＤ素子２０の光出射面２０Ａから上方に向けて出射された光は反射鏡２１の反射面２１Ａでチップケース２２の底面２２Ａ側に向けて反射され、図３中破線矢印Ａ、Ａ’で示すように、チップケース２２の底面２２Ａを放射面として光が放射される。ＬＥＤチップ１０と反射鏡２１との間の空間２１Ｂには、ＬＥＤチップ１０の保護を図るべく、例えばエポキシ樹脂などの樹脂材が充填されている。
【００１８】
次いで、上記無影灯１の光学的構成について詳述する。
図６は無影灯１の光線追跡（レイトレース）図である。なお、この図では、図１における横一列に配列されたｎ個（図示例１０個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤチップ列１１の光線を示す。図６に示すように、ＬＥＤチップ列１１は、中心線Ｏに対して左からｎ／２個（図示例５個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤグループＧ１と、右からｎ／２個（図示例５個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤグループＧ２とに分けられる。各ＬＥＤグループＧ１、Ｇ２は中心線Ｏで互いに光線を交差させるように、中心線Ｏに対して線対称に光を放射することで照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、ＬＥＤチップ１０の各々が所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角θ１を有している。
【００１９】
具体的には、ＬＥＤチップ１０が鉛直方向（すなわち、中心線Ｏが鉛直方向）に光を照射して照射野Ｒ１を形成する場合、当該照射野Ｒ１の横幅Ｄ１と、ＬＥＤチップ１０から照射野Ｒ１までの照射距離Ｌと、各ＬＥＤチップ１０の鉛直面内におけるビーム開角θ１との間には、次式１の関係がある。
Ｄ１＝ｔanθ１×Ｌ・・・（式１）
【００２０】
上記（式１）に示されるように、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が小さいと、照射野Ｒ１の幅Ｄ１も小さくなってしまう。したがって、ある程度の幅を有する照射野Ｒ１を得るためには、照射距離Ｌを大きくしなければならなくなる。また、各々が同一のビーム開角θ１を有するＬＥＤチップ１０を同一直線上に配置するとともに、それそれのＬＥＤチップ１０が鉛直方向に光を放射する構成とした場合、各ＬＥＤチップ１０からの光線が交差する領域が小さくなるため、効率の良い無影効果は得ることができない。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾けて取り付けることで、照射距離Ｌを無駄に大きくとらなくとも、十分な幅の照射野Ｒ１を得ることを可能としている。詳細には、ＬＥＤ基板６に対するＬＥＤチップ１０を傾斜角度θ２だけ傾けた場合、照射野Ｒの横幅Ｄ２は、次式２により示される。
Ｄ２＝｛tan(（θ１）／２＋θ２)＋tan(（θ１）／２−θ２)｝×Ｌ・・・（式２）
すなわち、図７及び図８に示すように、ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾斜角度θ２だけ傾けて取り付けることで、照射距離Ｌ及びビーム開角θ１が一定である場合には、照射野Ｒ１の横幅が傾斜角度θ２の分だけＤ１からＤ２に引き伸ばされて広い照射野Ｒ１を得ることができるのである。
【００２２】
したがって、本実施形態では、前掲図６に示すように、上記ＬＥＤグループＧ１のＬＥＤチップ１０において、外側のＬＥＤチップ１０から内側（中心線Ｏ付近）のＬＥＤチップ１０にかけて、それぞれの傾斜角度θ２を段階的に小さくするとともに、このＬＥＤグループＧ１に対して中心線Ｏについて線対称となるように上記ＬＥＤグループＧ２のそれぞれのＬＥＤチップ１０を傾けて、ＬＥＤグループＧ１及びＬＥＤグループＧ２のそれぞれの光線を交差させる構成とすることで、照射距離Ｌ及び各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を一定としつつ、全体としてより広い照射野Ｒが得られるようにしている。
また、このように、ＬＥＤチップ１０を傾斜させてＬＥＤ基板６に取り付けることで、ＬＥＤグループＧ１、Ｇ２のそれぞれの光線が交差する交差ポイント（集交点）ＫがＬＥＤチップ１０側に近づくため、交差ポイントＫから照射野Ｒまでの間（すなわち、無影効果を生じるゾーン）に、医療従事者が作業するのに十分な距離（スペース）を確保することができる。
【００２３】
ＬＥＤチップ１０のＬＥＤ基板６への取り付け構造について詳述すると、図９に示すように、ＬＥＤ基板６の表面のソケット孔６Ａは、ＬＥＤ基板６の表面垂線Ｐに対して角度θ２だけ傾斜するように穿設されており、このソケット孔６Ａに、ＬＥＤチップ１０のリード２３Ｂ、２３Ａを差し込むことで、ＬＥＤチップ１０がＬＥＤ基板６に対して傾斜角度θ２だけ傾いた姿勢で取り付けられる。また、ＬＥＤ基板６とＬＥＤチップ１０との間に介在する放熱用金属片１２は、ＬＥＤチップ１０のチップケース２２との当接面１２ＡがＬＥＤ基板６の表面に対して角度θ２だけ傾斜するように構成されており、これによっても、ＬＥＤチップ１０が傾斜角度θ２だけ傾斜した姿勢で確実に、ＬＥＤ基板６に取り付けられる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の傾斜角度θ２を、外側のＬＥＤチップ１０で約１０°、内側のＬＥＤチップ１０で約１°としている。
【００２４】
さて、本発明において、発明者らは、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１として３°≦θ１≦１５°が最良であることを見出している。詳細には、ビーム開角θ１を３°未満とすると、照射距離Ｌが一定である場合には、１個のＬＥＤチップ１０が形成する照射野Ｒの横幅が極端に狭くなってしまい、無影灯１全体として広い照射野Ｒを得るためには、横方向に多数のＬＥＤチップ１０を配列する必要がある。
例えば、一般に、歯科治療用無影灯としては、照射距離Ｌ＝６５０ｍｍのときに、幅１５０ｍｍの照射野Ｒを形成するものが用いられているが、本実施形態の構成において、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が３°未満の場合に、照射距離Ｌ＝６５０ｍｍ、照射野Ｒの幅１５０ｍｍを形成するためには、横一列にＬＥＤチップ１０が約２０個以上必要となってしまい、コストが増大する。
【００２５】
逆にビーム開角θ１を１５°以上に広げた場合では、１個のＬＥＤチップ１０が形成する照射野Ｒの横幅は広がるものの、無影灯１全体としては照射距離Ｌの増大に伴って照射野Ｒの輪郭に生じるぼやけが顕著となるとともに、照射野Ｒにおける単位面積当たりの照度が極端に低下してしまうため、それを補う為にＬＥＤチップ１０の使用数を増やさなければならず、コストが増大する。
【００２６】
このように、ビーム開角θ１を３°≦θ１≦１５°とすることで、ＬＥＤチップ１０の数を抑えつつ、なおかつ、歯科医療に求められる十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒを形成可能とするとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することができるのである。なお、ビーム開角θ１として、３°≦θ１≦１５°のどの値を用いるかは、本無影灯１と照射野Ｒまでの照射距離Ｌにより決定される。例えば、歯科治療においては、無影灯１を治療箇所に近接させた位置（例えばＬ＝４００ｍｍ）にセットして治療を行う場合があり、また、これとは逆に無影灯１を治療箇所から離した位置（例えばＬ＝１０００ｍｍ）にセットして治療を行う場合がある。これら、無影灯１の近接使用時、無影灯１の標準使用時（Ｌ＝６００ｍｍ）、無影灯１を離して使用時の各々において、好適なビーム開角θ１の値を図１０に示す。これらビーム開角θ１の調整は、上記反射鏡２１の反射面２１Ａの形状を変更することで行われる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤ素子２０と当該ＬＥＤ素子２０の光を反射する反射プリズム２１とを有するＬＥＤチップ１０を光源として無影灯１を構成したため、光源が点光源とみなせ、反射面２１Ａの設計が容易となる。また、光源の指向性が白熱電球より高いため、光線を正確に制御でき、照射野Ｒの形状及び、輪郭をはっきりさせることができる。
【００２８】
特に、本実施の形態では、ＬＥＤ素子２０と反射プリズム２１とを一体に構成しているため、ＬＥＤ素子２０の経時変化や交換などによる光源の光軸ずれなどの問題が生じることがない。さらに、ＬＥＤ素子２０は白熱電球に比べて長寿命であるため、光源の交換頻度が少なくなる。
【００２９】
また、ＬＥＤチップ１０を薄型に構成すれば、無影灯１の厚さを１０ｍｍ以下にすることも可能となり、薄型化が容易となる。さらに、光源として白熱電球を用いるとともに、ガラス反射鏡を有する従来の無影灯にくらべ、その重量を３分の１以下にするといったように、軽量化が容易に図られる。
また、従来の白熱電球に比べ、照射野Ｒに対する輻射熱が抑制され、無影灯１に照らされた治療対象部位が熱を持ってしまうといったことがない。
【００３０】
また、本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１０を配列してなるＬＥＤチップ列１１を備え、このＬＥＤチップ列１１の中心線Ｏに対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップ１０を配置して照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、ＬＥＤチップ１０の各々が、所定の照射距離Ｌの地点に所定の大きさの照射野Ｒを形成するビーム開角θ１を有する構成としたため、所望の地点に所望の大きさの照射野Ｒを形成することができる。
【００３１】
特に、本実施の形態では、ビーム開角θ１を３°〜１５°の間としたため、ＬＥＤチップ１０の数を抑えつつ、なおかつ、十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒが形成可能となるとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することができる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、ＬＥＤチップ列１１の各ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾斜させて配置するようにしたため、照射距離Ｌ及び各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を一定としつつ、全体としてより広い照射野Ｒが得られるようにしている。また、光線が交差する交差ポイントＫがＬＥＤチップ１０側に近づくため、交差ポイントＫから照射野Ｒまでの間（すなわち、無影効果を生じるゾーン）に、医療従事者が作業するのに十分な距離（スペース）を確保することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
【００３４】
（変形例１）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ１０のそれぞれのビーム開角θ１を同一のものとしたが、これに限らない。例えば、ＬＥＤチップ列１１の各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を全体的に大きくしてθ１’とすると、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１０側により近いところに交差ポイントＫ’が位置することになる。したがって、例えば、ビーム開角がθ１のＬＥＤチップ１１列と、ビーム開角がθ１’（≠θ１）のＬＥＤチップ列１１とを縦方向に交互に配置することで、ビーム開角がθ１のＬＥＤチップ列１１が形成する交差ポイントＫが手などで遮られた場合でも、ビーム開角がθ１’のＬＥＤチップ列１１が形成する交差ポイントＫ’が遮られるのが防止され、無影効果を得ることが可能となる。また、このように、互いにビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ列１１を組み合わせて無影灯１を構成することで、照射野Ｒにおける照度分布むらの低減を図ることができる。
【００３５】
なお、上記のように、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が異なると、同一の横幅Ｄ１の照射野Ｒが得られるまでの距離Ｌが短くなる。したがって、ビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ列１１を縦に組み合わせる場合には、同一照射距離Ｌで、同一の横幅Ｄの照射野Ｒを形成するように、それぞれのＬＥＤチップ列１１でＬＥＤチップ１０の上記傾斜角度θ２を調整する。例えば、ビーム開角θ１が５°のＬＥＤチップ列１１と、ビーム開角θ１が１３°のＬＥＤチップ列１１とを組み合わせて、照射距離Ｌ＝６００ｍｍの位置に横幅Ｄ＝１５０ｍｍの照射野Ｒを形成する場合に、それぞれのＬＥＤチップ１０の傾斜角度θ２に用いて好適な値を図１２に示す。
【００３６】
（変形例２）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ列１１ごとに色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間で異ならせるとともに、各ＬＥＤチップ列１１ごとに点灯・消灯を選択的に行うスイッチを設ける構成とし、医療従事者が治療状況などにより、所望の色温度のＬＥＤチップ列１１だけを点灯させて、治療を行い易くすることも可能である。
【００３７】
（変形例３）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ１０を平面上に配置する構成に限らず、例えば、ＬＥＤ基板６を断面放物線状に構成して、ＬＥＤチップ１０を放物面状に配置してＬＥＤチップ列１１を構成しても良い。また、例えば、ＬＥＤチップ１０を、長焦点楕円面上に配置する構成としても良い。さらに、複数のＬＥＤチップ１０を正面視矩形（長方形或いは正方形）のケース体２内に縦列と横列とが直交するように配置する構成に限らず、正面視平行四辺形などの他の四角形のケース体２内に、このケース体２の縦列と横列とが９０度以外の角度で交差するようにマトリクス状に配置する構成としても良い。また、変形例４で詳述するように、同心円上にＬＥＤチップ１０を配列する構成としても良い。
なお、ＬＥＤチップ１０は正面視四角形に限らず、ビーム開角θ１が３°≦θ１≦１５°に設計されていれば、円形或いは多角形形状でも良い。また、ＬＥＤチップ１０において、上記ビーム開角θ１が得られる限りにおいて、ＬＥＤ素子２０をＬＥＤチップ１０の正面視中心部に配置する必要も無く、また、反射面２１Ａも非対称の形状のものを用いることもできる。
【００３８】
（変形例４）上述した実施の形態では、歯科医療の照明装置に用いて好適な無影灯を例示したが、これに限らず、外科手術などに使用される照明装置（いわゆる手術灯）に本発明を適用することも可能である。図１３は本変形例に係る無影灯１’の構成と、その光線追跡とを示す図である。この図に示すように、本実施形態の無影灯１’においては、ＬＥＤチップ１０’が底面視略円形に形成されるとともに、このＬＥＤチップ１０’が同心円状に複数配置され、また、ＬＥＤチップ１０’の反射鏡２１（図示せず）が底面視略円形に形成されており、各ＬＥＤチップ１０’の放射面から円錐状に光を放射する。各ＬＥＤチップ１０’のビーム開角θ１は、３°〜１５°の間で、照射距離Ｌに応じて適宜設定されており、上述した実施の形態と同様、十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒを形成可能とするとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することを可能となっている。また、光源としてＬＥＤ素子２０が用いられているため、無影灯１’の軽量化が図られ、医療従事者が無影灯１’の位置を変えるといった作業を簡単に行うことができる。
【００３９】
なお本変形例に対して、上述した変形例１及び変形例２を適用しても良い。すなわち、各円周ごとに、ビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ１０’を配置する構成としても良く、また、色温度が異なるＬＥＤチップ１０’を配置する構成としても良い。
【００４０】
（応用例１）上述した実施の形態のＬＥＤチップ１０を複数設けて１つのＬＥＤモジュールを構成し、当該ＬＥＤモジュール１００を更に複数組み合わせることで、無影灯１を構成するといった応用が可能である。
【００４１】
図１４は上記ＬＥＤモジュール１００の正面図、図１５は同ＬＥＤモジュール１００の横断面図である。図１４に示すように、ＬＥＤモジュール１００は、ＬＥＤ基板６上に縦横にマトリクス状に配置された複数のＬＥＤチップ１０（図示例では縦横に２つずつ）がモジュールケース１０１に収容されて構成されている。各ＬＥＤチップ１０は同一のビーム開角θ１（３°≦θ１≦１５°）を有するとともに、ＬＥＤ基板６に対して所定の傾斜角度θ２で取り付けられており、横一列のＬＥＤチップ１０間で光線を交差させて照射野Ｒに無影効果を生じさせるように構成されている。また、１つのＬＥＤモジュール１００には、同一の波長及び色温度を有するＬＥＤチップ１０が用いられている。
【００４２】
図１６は、上記ＬＥＤモジュール１００を横に３個配列した場合の光線追跡図である。この図に示すように、両端のＬＥＤモジュール１００は、他方のＬＥＤモジュール１００と光線を交差させるように水平線Ｈに対して角度θ３だけ傾斜させて取り付けられており、これにより、各ＬＥＤモジュール１００単体での無影効果に加えて、ＬＥＤモジュール１００同士での無影効果を得ることができる。
【００４３】
また、ビーム開角θ１や色温度、波長が異なるＬＥＤモジュール１００を複数組み合わせることで、所望の照射野Ｒを形成することも可能である。特に、ＬＥＤモジュール１００単位で消灯、点灯を制御可能とすることで、医療従事者が作業に応じて、適宜、所望の照射野Ｒを簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る無影灯の正面図である。
【図２】同無影灯の横断面図である。
【図３】ＬＥＤチップの縦断面図である。
【図４】ＬＥＤチップの底面図である。
【図５】ＬＥＤチップの右側面図である。
【図６】ＬＥＤチップ列の光線追跡図である。
【図７】ＬＥＤチップの傾斜角度を説明するための図である。
【図８】ＬＥＤチップの傾斜角度を説明するための図である。
【図９】ＬＥＤチップの取り付け構造を説明するための図である。
【図１０】照射距離とビーム開角との最適な組み合わせを示す図である。
【図１１】ＬＥＤチップ列の光線追跡図である。
【図１２】照射距離とビーム開角との最適な組み合わせを示す図である。
【図１３】本発明の変形例に係る無影灯の構成と、その光線追跡を示す図である。
【図１４】ＬＥＤモジュールの構成を示す図である。
【図１５】ＬＥＤモジュールの構成を示す図である。
【図１６】ＬＥＤモジュールを組み合わせてなる無影灯の光線追跡図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 無影灯
６ ＬＥＤ基板
１０ ＬＥＤチップ
１１ ＬＥＤチップ列
２０ ＬＥＤ素子
２１ 反射プリズム（反射体）
２１Ａ 反射面
２３Ｂ、２３Ａ リード
１００ ＬＥＤモジュール
Ｋ 交差ポイント
Ｌ 照射距離
Ｏ 中心線
Ｒ 照射野
θ１ ビーム開角
θ２ 傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療分野に用いられる照明装置に用いて好適な無影灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科手術や歯科治療などの医療分野に用いられている照明装置は、照明域内に影が生じないように設定されていることから、一般に、無影灯と呼ばれている。この種の無影灯は、線状に形成されたハロゲンランプやクリプトンランプ等の白熱電球光源と、この白熱電球光源の光を照射域に向けて反射する反射鏡とを備え、この反射鏡の面内に多数のファセット（小領域）を形成することで反射光を制御し、照射野に無影効果が得られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９５３１６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、白熱電球を無影灯の光源として用いた場合、白熱電球のフィラメントの寿命にともなって電球を交換した際に、白熱電球と反射鏡との間に光学的位置ズレが生じたり、或いは、フィラメントの経時変化による変形により白熱電球の光軸がズレたりして、所望の無影効果が得られなくなる、といった問題がある。
また、白熱電球は、光を四方八方に向けて放射するため、反射鏡の設計精度を高めても、放射光全体を制御することは困難であり、照射野の輪郭がぼけが生じたり、照射深度が浅くなるといった問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光の制御が容易な無影灯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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列を構成し、前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップを配置して、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角を有することを特徴とする無影灯を提供する。
【０００６】
また本発明は、上記発明において、前記ビーム開角が３°〜１５°の間であることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列が配置される基板を備え、前記ＬＥＤチップ列の各ＬＥＤチップを前記基板に対して傾斜させて配置するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップの色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間の値としたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップが放射する光の波長を３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の値としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記発明において、互いにビーム開角が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設け、前記ＬＥＤチップ列の交差ポイントが異なる位置に複数存在するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、互いに前記色温度、或いは、前記波長が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設けるとともに、同一の色温度、或いは、波長を有する前記ＬＥＤチップ列を選択的に消灯・点灯可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
また上記目的を達成するために、本発明は、ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してなるＬＥＤチップ列を備え、前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップが配置されて、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、３°〜１５°の間のビーム開角を有するＬＥＤモジュールを複数配列したことを特徴とする無影灯を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光の制御が容易な無影灯が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態では、例えば歯科医療の照明装置に用いて好適な無影灯を例示する。
図１は、本実施形態に係る無影灯１の正面図であり、図２は同無影灯１の横断面図である。これらの図に示すように、無影灯１は、正面が解放された略直方形状のケース体２と、ケース体２の正面側解放部分を覆う透明ガラス板３とを備えている。ケース体２にはヒートシンク４が収容されるとともに、ケース体２の背面２Ａにはヒートシンク４を強制空冷する冷却ファン５が取り付けられている。上記ヒートシンク４上にはＬＥＤ基板６が配置され、このＬＥＤ基板６上には複数のＬＥＤチップ１０が配置されている。これらのＬＥＤチップ１０は、横一列にｎ個（図示例１０個）が配置されてＬＥＤチップ列１１を構成し、このＬＥＤチップ列１１が縦にｍ段（図示例では５段）配置されている。
また、ＬＥＤ基板６の裏面側には、ＬＥＤチップ１０を駆動するためのドライバ回路や電源、コンバータなどの各種の電気回路が設けられている。これらの電気回路には、ケース体２の側面２Ｂから引き出された電源コード７を介して電力が供給され、各ＬＥＤチップ１０を点灯駆動する。
【００１５】
図３は上記ＬＥＤチップ１０の縦断面図、図４は同ＬＥＤチップ１０の底面図、図５は同ＬＥＤチップ１０の右側面図である。これらの図に示すように、ＬＥＤチップ１０は、略直方形状に形成され、ＬＥＤ素子２０及び反射鏡２１を収容するチップケース２２と、このチップケース２２の底面２２Ａの略中央部からチップケース２２の左右に向けて延び、チップケース２２の左右側面２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれに沿って上方に延出する２つのリード２３Ａ、２３Ｂとを備えている。上記ＬＥＤ素子２０は、チップケース２２の底面２２Ａ略中央部の面上に、光出射面２０Ａを上方に向けて配置され、上記リード２３Ａ、２３Ｂのそれぞれと、金属ワイヤ２４により電気的に接続されるとともに、リード２３Ａ、２３Ｂのそれぞれの上端部２５がソケットとして機能し、上記ＬＥＤ基板６に穿たれたソケット孔６Ａ（図９参照）に挿入されて、ＬＥＤ基板６に設けられたプリント配線と電気的に接続される。これにより、ＬＥＤ基板６からリード２３Ａ、２３Ｂを介してＬＥＤ素子２０に駆動電力が供給される。本実施形態では、ＬＥＤ素子２０としては、歯科治療を考慮して、色温度が４５００Ｋの白色ＬＥＤ素子が用いられている。なお、ＬＥＤ素子２０の色温度としては、４０００Ｋ〜７０００Ｋの間であることが好ましく、また、波長としては、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間であることが好ましい。
【００１６】
ここで、上記リード２３Ａ、２３Ｂ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２３Ａ、２３Ｂのうち、一方のリード２３Ｂの下端部２６がＬＥＤ素子２０の下面に面して配置されており、ＬＥＤ素子２０の発熱がリード２３Ｂを介して効果的に放熱されるようになっている。また、図１に示すように、ＬＥＤ基板６へのＬＥＤチップ１０の取り付け時には、ＬＥＤチップ１０のチップケース２２とＬＥＤ基板６との間に放熱用金属片１２を介在させる構成とし、この放熱用金属板１２によってもＬＥＤチップ１０の放熱が行われる。
【００１７】
さて、上記反射鏡２１は、図３乃至図５に示すように、放物面形状に形成された反射面２１Ａを有し、この反射面２１Ａが上記ＬＥＤチップ１０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２１Ａ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。すなわち、ＬＥＤ素子２０の光出射面２０Ａから上方に向けて出射された光は反射鏡２１の反射面２１Ａでチップケース２２の底面２２Ａ側に向けて反射され、図３中破線矢印Ａ、Ａ’で示すように、チップケース２２の底面２２Ａを放射面として光が放射される。ＬＥＤチップ１０と反射鏡２１との間の空間２１Ｂには、ＬＥＤチップ１０の保護を図るべく、例えばエポキシ樹脂などの樹脂材が充填されている。
【００１８】
次いで、上記無影灯１の光学的構成について詳述する。
図６は無影灯１の光線追跡（レイトレース）図である。なお、この図では、図１における横一列に配列されたｎ個（図示例１０個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤチップ列１１の光線を示す。図６に示すように、ＬＥＤチップ列１１は、中心線Ｏに対して左からｎ／２個（図示例５個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤグループＧ１と、右からｎ／２個（図示例５個）のＬＥＤチップ１０からなるＬＥＤグループＧ２とに分けられる。各ＬＥＤグループＧ１、Ｇ２は中心線Ｏで互いに光線を交差させるように、中心線Ｏに対して線対称に光を放射することで照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、ＬＥＤチップ１０の各々が所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角θ１を有している。
【００１９】
具体的には、ＬＥＤチップ１０が鉛直方向（すなわち、中心線Ｏが鉛直方向）に光を照射して照射野Ｒ１を形成する場合、当該照射野Ｒ１の横幅Ｄ１と、ＬＥＤチップ１０から照射野Ｒ１までの照射距離Ｌと、各ＬＥＤチップ１０の鉛直面内におけるビーム開角θ１との間には、次式１の関係がある。
Ｄ１＝ｔanθ１×Ｌ・・・（式１）
【００２０】
上記（式１）に示されるように、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が小さいと、照射野Ｒ１の幅Ｄ１も小さくなってしまう。したがって、ある程度の幅を有する照射野Ｒ１を得るためには、照射距離Ｌを大きくしなければならなくなる。また、各々が同一のビーム開角θ１を有するＬＥＤチップ１０を同一直線上に配置するとともに、それそれのＬＥＤチップ１０が鉛直方向に光を放射する構成とした場合、各ＬＥＤチップ１０からの光線が交差する領域が小さくなるため、効率の良い無影効果は得ることができない。
【００２１】
そこで、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾けて取り付けることで、照射距離Ｌを無駄に大きくとらなくとも、十分な幅の照射野Ｒ１を得ることを可能としている。詳細には、ＬＥＤ基板６に対するＬＥＤチップ１０を傾斜角度θ２だけ傾けた場合、照射野Ｒの横幅Ｄ２は、次式２により示される。
Ｄ２＝｛tan(（θ１）／２＋θ２)＋tan(（θ１）／２−θ２)｝×Ｌ・・・（式２）
すなわち、図７及び図８に示すように、ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾斜角度θ２だけ傾けて取り付けることで、照射距離Ｌ及びビーム開角θ１が一定である場合には、照射野Ｒ１の横幅が傾斜角度θ２の分だけＤ１からＤ２に引き伸ばされて広い照射野Ｒ１を得ることができるのである。
【００２２】
したがって、本実施形態では、前掲図６に示すように、上記ＬＥＤグループＧ１のＬＥＤチップ１０において、外側のＬＥＤチップ１０から内側（中心線Ｏ付近）のＬＥＤチップ１０にかけて、それぞれの傾斜角度θ２を段階的に小さくするとともに、このＬＥＤグループＧ１に対して中心線Ｏについて線対称となるように上記ＬＥＤグループＧ２のそれぞれのＬＥＤチップ１０を傾けて、ＬＥＤグループＧ１及びＬＥＤグループＧ２のそれぞれの光線を交差させる構成とすることで、照射距離Ｌ及び各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を一定としつつ、全体としてより広い照射野Ｒが得られるようにしている。
また、このように、ＬＥＤチップ１０を傾斜させてＬＥＤ基板６に取り付けることで、ＬＥＤグループＧ１、Ｇ２のそれぞれの光線が交差する交差ポイント（集交点）ＫがＬＥＤチップ１０側に近づくため、交差ポイントＫから照射野Ｒまでの間（すなわち、無影効果を生じるゾーン）に、医療従事者が作業するのに十分な距離（スペース）を確保することができる。
【００２３】
ＬＥＤチップ１０のＬＥＤ基板６への取り付け構造について詳述すると、図９に示すように、ＬＥＤ基板６の表面のソケット孔６Ａは、ＬＥＤ基板６の表面垂線Ｐに対して角度θ２だけ傾斜するように穿設されており、このソケット孔６Ａに、ＬＥＤチップ１０のリード２３Ｂ、２３Ａを差し込むことで、ＬＥＤチップ１０がＬＥＤ基板６に対して傾斜角度θ２だけ傾いた姿勢で取り付けられる。また、ＬＥＤ基板６とＬＥＤチップ１０との間に介在する放熱用金属片１２は、ＬＥＤチップ１０のチップケース２２との当接面１２ＡがＬＥＤ基板６の表面に対して角度θ２だけ傾斜するように構成されており、これによっても、ＬＥＤチップ１０が傾斜角度θ２だけ傾斜した姿勢で確実に、ＬＥＤ基板６に取り付けられる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の傾斜角度θ２を、外側のＬＥＤチップ１０で約１０°、内側のＬＥＤチップ１０で約１°としている。
【００２４】
さて、本発明において、発明者らは、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１として３°≦θ１≦１５°が最良であることを見出している。詳細には、ビーム開角θ１を３°未満とすると、照射距離Ｌが一定である場合には、１個のＬＥＤチップ１０が形成する照射野Ｒの横幅が極端に狭くなってしまい、無影灯１全体として広い照射野Ｒを得るためには、横方向に多数のＬＥＤチップ１０を配列する必要がある。
例えば、一般に、歯科治療用無影灯としては、照射距離Ｌ＝６５０ｍｍのときに、幅１５０ｍｍの照射野Ｒを形成するものが用いられているが、本実施形態の構成において、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が３°未満の場合に、照射距離Ｌ＝６５０ｍｍ、照射野Ｒの幅１５０ｍｍを形成するためには、横一列にＬＥＤチップ１０が約２０個以上必要となってしまい、コストが増大する。
【００２５】
逆にビーム開角θ１を１５°以上に広げた場合では、１個のＬＥＤチップ１０が形成する照射野Ｒの横幅は広がるものの、無影灯１全体としては照射距離Ｌの増大に伴って照射野Ｒの輪郭に生じるぼやけが顕著となるとともに、照射野Ｒにおける単位面積当たりの照度が極端に低下してしまうため、それを補う為にＬＥＤチップ１０の使用数を増やさなければならず、コストが増大する。
【００２６】
このように、ビーム開角θ１を３°≦θ１≦１５°とすることで、ＬＥＤチップ１０の数を抑えつつ、なおかつ、歯科医療に求められる十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒを形成可能とするとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することができるのである。なお、ビーム開角θ１として、３°≦θ１≦１５°のどの値を用いるかは、本無影灯１と照射野Ｒまでの照射距離Ｌにより決定される。例えば、歯科治療においては、無影灯１を治療箇所に近接させた位置（例えばＬ＝４００ｍｍ）にセットして治療を行う場合があり、また、これとは逆に無影灯１を治療箇所から離した位置（例えばＬ＝１０００ｍｍ）にセットして治療を行う場合がある。これら、無影灯１の近接使用時、無影灯１の標準使用時（Ｌ＝６００ｍｍ）、無影灯１を離して使用時の各々において、好適なビーム開角θ１の値を図１０に示す。これらビーム開角θ１の調整は、上記反射鏡２１の反射面２１Ａの形状を変更することで行われる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤ素子２０と当該ＬＥＤ素子２０の光を反射する反射プリズム２１とを有するＬＥＤチップ１０を光源として無影灯１を構成したため、光源が点光源とみなせ、反射面２１Ａの設計が容易となる。また、光源の指向性が白熱電球より高いため、光線を正確に制御でき、照射野Ｒの形状及び、輪郭をはっきりさせることができる。
【００２８】
特に、本実施の形態では、ＬＥＤ素子２０と反射プリズム２１とを一体に構成しているため、ＬＥＤ素子２０の経時変化や交換などによる光源の光軸ずれなどの問題が生じることがない。さらに、ＬＥＤ素子２０は白熱電球に比べて長寿命であるため、光源の交換頻度が少なくなる。
【００２９】
また、ＬＥＤチップ１０を薄型に構成すれば、無影灯１の厚さを１０ｍｍ以下にすることも可能となり、薄型化が容易となる。さらに、光源として白熱電球を用いるとともに、ガラス反射鏡を有する従来の無影灯にくらべ、その重量を３分の１以下にするといったように、軽量化が容易に図られる。
また、従来の白熱電球に比べ、照射野Ｒに対する輻射熱が抑制され、無影灯１に照らされた治療対象部位が熱を持ってしまうといったことがない。
【００３０】
また、本実施形態によれば、ＬＥＤチップ１０を配列してなるＬＥＤチップ列１１を備え、このＬＥＤチップ列１１の中心線Ｏに対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップ１０を配置して照射野Ｒに無影効果を生じさせるとともに、ＬＥＤチップ１０の各々が、所定の照射距離Ｌの地点に所定の大きさの照射野Ｒを形成するビーム開角θ１を有する構成としたため、所望の地点に所望の大きさの照射野Ｒを形成することができる。
【００３１】
特に、本実施の形態では、ビーム開角θ１を３°〜１５°の間としたため、ＬＥＤチップ１０の数を抑えつつ、なおかつ、十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒが形成可能となるとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することができる。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、ＬＥＤチップ列１１の各ＬＥＤチップ１０をＬＥＤ基板６に対して傾斜させて配置するようにしたため、照射距離Ｌ及び各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を一定としつつ、全体としてより広い照射野Ｒが得られるようにしている。また、光線が交差する交差ポイントＫがＬＥＤチップ１０側に近づくため、交差ポイントＫから照射野Ｒまでの間（すなわち、無影効果を生じるゾーン）に、医療従事者が作業するのに十分な距離（スペース）を確保することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
【００３４】
（変形例１）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ１０のそれぞれのビーム開角θ１を同一のものとしたが、これに限らない。例えば、ＬＥＤチップ列１１の各ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１を全体的に大きくしてθ１’とすると、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１０側により近いところに交差ポイントＫ’が位置することになる。したがって、例えば、ビーム開角がθ１のＬＥＤチップ１１列と、ビーム開角がθ１’（≠θ１）のＬＥＤチップ列１１とを縦方向に交互に配置することで、ビーム開角がθ１のＬＥＤチップ列１１が形成する交差ポイントＫが手などで遮られた場合でも、ビーム開角がθ１’のＬＥＤチップ列１１が形成する交差ポイントＫ’が遮られるのが防止され、無影効果を得ることが可能となる。また、このように、互いにビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ列１１を組み合わせて無影灯１を構成することで、照射野Ｒにおける照度分布むらの低減を図ることができる。
【００３５】
なお、上記のように、ＬＥＤチップ１０のビーム開角θ１が異なると、同一の横幅Ｄ１の照射野Ｒが得られるまでの距離Ｌが短くなる。したがって、ビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ列１１を縦に組み合わせる場合には、同一照射距離Ｌで、同一の横幅Ｄの照射野Ｒを形成するように、それぞれのＬＥＤチップ列１１でＬＥＤチップ１０の上記傾斜角度θ２を調整する。例えば、ビーム開角θ１が５°のＬＥＤチップ列１１と、ビーム開角θ１が１３°のＬＥＤチップ列１１とを組み合わせて、照射距離Ｌ＝６００ｍｍの位置に横幅Ｄ＝１５０ｍｍの照射野Ｒを形成する場合に、それぞれのＬＥＤチップ１０の傾斜角度θ２に用いて好適な値を図１２に示す。
【００３６】
（変形例２）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ列１１ごとに色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間で異ならせるとともに、各ＬＥＤチップ列１１ごとに点灯・消灯を選択的に行うスイッチを設ける構成とし、医療従事者が治療状況などにより、所望の色温度のＬＥＤチップ列１１だけを点灯させて、治療を行い易くすることも可能である。
【００３７】
（変形例３）上述した実施形態において、ＬＥＤチップ１０を平面上に配置する構成に限らず、例えば、ＬＥＤ基板６を断面放物線状に構成して、ＬＥＤチップ１０を放物面状に配置してＬＥＤチップ列１１を構成しても良い。また、例えば、ＬＥＤチップ１０を、長焦点楕円面上に配置する構成としても良い。さらに、複数のＬＥＤチップ１０を正面視矩形（長方形或いは正方形）のケース体２内に縦列と横列とが直交するように配置する構成に限らず、正面視平行四辺形などの他の四角形のケース体２内に、このケース体２の縦列と横列とが９０度以外の角度で交差するようにマトリクス状に配置する構成としても良い。また、変形例４で詳述するように、同心円上にＬＥＤチップ１０を配列する構成としても良い。
なお、ＬＥＤチップ１０は正面視四角形に限らず、ビーム開角θ１が３°≦θ１≦１５°に設計されていれば、円形或いは多角形形状でも良い。また、ＬＥＤチップ１０において、上記ビーム開角θ１が得られる限りにおいて、ＬＥＤ素子２０をＬＥＤチップ１０の正面視中心部に配置する必要も無く、また、反射面２１Ａも非対称の形状のものを用いることもできる。
【００３８】
（変形例４）上述した実施の形態では、歯科医療の照明装置に用いて好適な無影灯を例示したが、これに限らず、外科手術などに使用される照明装置（いわゆる手術灯）に本発明を適用することも可能である。図１３は本変形例に係る無影灯１’の構成と、その光線追跡とを示す図である。この図に示すように、本実施形態の無影灯１’においては、ＬＥＤチップ１０’が底面視略円形に形成されるとともに、このＬＥＤチップ１０’が同心円状に複数配置され、また、ＬＥＤチップ１０’の反射鏡２１（図示せず）が底面視略円形に形成されており、各ＬＥＤチップ１０’の放射面から円錐状に光を放射する。各ＬＥＤチップ１０’のビーム開角θ１は、３°〜１５°の間で、照射距離Ｌに応じて適宜設定されており、上述した実施の形態と同様、十分な面積及び照度を持つ照射野Ｒを形成可能とするとともに、照射野Ｒの輪郭にぼやけ等が生じるのを防止することを可能となっている。また、光源としてＬＥＤ素子２０が用いられているため、無影灯１’の軽量化が図られ、医療従事者が無影灯１’の位置を変えるといった作業を簡単に行うことができる。
【００３９】
なお本変形例に対して、上述した変形例１及び変形例２を適用しても良い。すなわち、各円周ごとに、ビーム開角θ１が異なるＬＥＤチップ１０’を配置する構成としても良く、また、色温度が異なるＬＥＤチップ１０’を配置する構成としても良い。
【００４０】
（応用例１）上述した実施の形態のＬＥＤチップ１０を複数設けて１つのＬＥＤモジュールを構成し、当該ＬＥＤモジュール１００を更に複数組み合わせることで、無影灯１を構成するといった応用が可能である。
【００４１】
図１４は上記ＬＥＤモジュール１００の正面図、図１５は同ＬＥＤモジュール１００の横断面図である。図１４に示すように、ＬＥＤモジュール１００は、ＬＥＤ基板６上に縦横にマトリクス状に配置された複数のＬＥＤチップ１０（図示例では縦横に２つずつ）がモジュールケース１０１に収容されて構成されている。各ＬＥＤチップ１０は同一のビーム開角θ１（３°≦θ１≦１５°）を有するとともに、ＬＥＤ基板６に対して所定の傾斜角度θ２で取り付けられており、横一列のＬＥＤチップ１０間で光線を交差させて照射野Ｒに無影効果を生じさせるように構成されている。また、１つのＬＥＤモジュール１００には、同一の波長及び色温度を有するＬＥＤチップ１０が用いられている。
【００４２】
図１６は、上記ＬＥＤモジュール１００を横に３個配列した場合の光線追跡図である。この図に示すように、両端のＬＥＤモジュール１００は、他方のＬＥＤモジュール１００と光線を交差させるように水平線Ｈに対して角度θ３だけ傾斜させて取り付けられており、これにより、各ＬＥＤモジュール１００単体での無影効果に加えて、ＬＥＤモジュール１００同士での無影効果を得ることができる。
【００４３】
また、ビーム開角θ１や色温度、波長が異なるＬＥＤモジュール１００を複数組み合わせることで、所望の照射野Ｒを形成することも可能である。特に、ＬＥＤモジュール１００単位で消灯、点灯を制御可能とすることで、医療従事者が作業に応じて、適宜、所望の照射野Ｒを簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る無影灯の正面図である。
【図２】同無影灯の横断面図である。
【図３】ＬＥＤチップの縦断面図である。
【図４】ＬＥＤチップの底面図である。
【図５】ＬＥＤチップの右側面図である。
【図６】ＬＥＤチップ列の光線追跡図である。
【図７】ＬＥＤチップの傾斜角度を説明するための図である。
【図８】ＬＥＤチップの傾斜角度を説明するための図である。
【図９】ＬＥＤチップの取り付け構造を説明するための図である。
【図１０】照射距離とビーム開角との最適な組み合わせを示す図である。
【図１１】ＬＥＤチップ列の光線追跡図である。
【図１２】照射距離とビーム開角との最適な組み合わせを示す図である。
【図１３】本発明の変形例に係る無影灯の構成と、その光線追跡を示す図である。
【図１４】ＬＥＤモジュールの構成を示す図である。
【図１５】ＬＥＤモジュールの構成を示す図である。
【図１６】ＬＥＤモジュールを組み合わせてなる無影灯の光線追跡図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 無影灯
６ ＬＥＤ基板
１０ ＬＥＤチップ
１１ ＬＥＤチップ列
２０ ＬＥＤ素子
２１ 反射プリズム（反射体）
２１Ａ 反射面
２３Ｂ、２３Ａ リード
１００ ＬＥＤモジュール
Ｋ 交差ポイント
Ｌ 照射距離
Ｏ 中心線
Ｒ 照射野
θ１ ビーム開角
θ２ 傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列を構成し、
前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップを配置して、照射野に無影効果を生じさせるとともに、
前記ＬＥＤチップの各々が、所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角を有する
ことを特徴とする無影灯。
【請求項２】
前記ビーム開角が３°〜１５°の間であることを特徴とする請求項１に記載の無影灯。
【請求項３】
前記ＬＥＤチップ列が配置される基板を備え、
前記ＬＥＤチップ列の各ＬＥＤチップを前記基板に対して傾斜させて配置するようにした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無影灯。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップの色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間の値としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無影灯。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップが放射する光の波長を３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の値としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無影灯。
【請求項６】
互いにビーム開角が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設け、前記ＬＥＤチップ列の交差ポイントが異なる位置に複数存在するようにした
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載の無影灯。
【請求項７】
互いに前記色温度、或いは、前記波長が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設けるとともに、
同一の色温度、或いは、波長を有する前記ＬＥＤチップ列を選択的に消灯・点灯可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載に無影灯。
【請求項８】
ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してなるＬＥＤチップ列を備え、
前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップが配置されて、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、３°〜１５°の間のビーム開角を有するＬＥＤモジュールを複数配列したことを特徴とする無影灯。
【請求項１】
ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してＬＥＤチップ列を構成し、
前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップを配置して、照射野に無影効果を生じさせるとともに、
前記ＬＥＤチップの各々が、所定の照射距離の地点に所定の大きさの照射野を形成するビーム開角を有する
ことを特徴とする無影灯。
【請求項２】
前記ビーム開角が３°〜１５°の間であることを特徴とする請求項１に記載の無影灯。
【請求項３】
前記ＬＥＤチップ列が配置される基板を備え、
前記ＬＥＤチップ列の各ＬＥＤチップを前記基板に対して傾斜させて配置するようにした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無影灯。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップの色温度を４０００Ｋ〜７０００Ｋの間の値としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無影灯。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップ列の各々のＬＥＤチップが放射する光の波長を３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の値としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無影灯。
【請求項６】
互いにビーム開角が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設け、前記ＬＥＤチップ列の交差ポイントが異なる位置に複数存在するようにした
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載の無影灯。
【請求項７】
互いに前記色温度、或いは、前記波長が異なる前記ＬＥＤチップ列を複数設けるとともに、
同一の色温度、或いは、波長を有する前記ＬＥＤチップ列を選択的に消灯・点灯可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載に無影灯。
【請求項８】
ＬＥＤ素子と当該ＬＥＤ素子の光を反射する反射体とを有するＬＥＤチップを少なくとも２以上一列に配置してなるＬＥＤチップ列を備え、
前記ＬＥＤチップ列の中心線に対して線対称に、かつ、光線が交差するように各ＬＥＤチップが配置されて、照射野に無影効果を生じさせるとともに、前記ＬＥＤチップの各々が、３°〜１５°の間のビーム開角を有するＬＥＤモジュールを複数配列したことを特徴とする無影灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１５６０７４（Ｐ２００６−１５６０７４Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４３４０６（Ｐ２００４−３４３４０６）
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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