JP2009231023A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中心軸１周りに環状に配置した複数のＬＥＤ１及び各ＬＥＤ１の前方にそれぞれ配置したレンズ２を具備し、各ＬＥＤ１から射出された光が前記中心軸Ｃ１に互いに相寄る向きに又は中心軸Ｃ１から離れる向きに進行するように構成した光照射装置１００において、製造容易でコンパクト性を維持でき、あるいは放熱性をも考慮しやすい構造にする。
【解決手段】前記レンズ２を前後から挟み込んで保持する前レンズ保持部材３１及び後レンズ保持部材３２を設け、前レンズ保持部材３１の後面に、中心軸Ｃ１とレンズ光軸Ｃ２とで形成される仮想平面で切ったときの当該レンズ２の前側隅部２ａをガタ無く嵌入させる第１凹部３１ａを形成するとともに、後レンズ保持部材３２の前面に、前記仮想平面でレンズ２を切ったときの当該レンズ２の後側隅部２ｂをガタ無く嵌入させる第２凹部３２ａを形成するようにした。
【選択図】図６

Description

この発明は、射出された光による物理的乃至化学的作用によって、患部の治癒を促したり、対象物の変形又は変質を生起したりするためなどに用いられる光照射装置に関するものである。

ＬＥＤ（半導体レーザも含む）の高出力化と波長の多様化に伴って、ＬＥＤを照明のためではなく、その光の強さやエネルギによって照射対象物に物理的乃至化学的な作用を及ぼすために用いた光照射装置が開発されてきている。

例えば、特許文献１に示すように、患部にＬＥＤからの光を照射して、肩こりや腰痛、アトピー性皮膚炎等の治療・改善を図るためのものや、樹脂に光を照射してその硬化を促進するためのものなどが知られている。

このようなＬＥＤを使った光照射装置の特徴としては、非常にコンパクトで一般家庭でも手軽にかつ安全に使用でき、安価である点が挙げられる。
特開平９−２０１４２２号公報

ところで、単一のＬＥＤ及びレンズを用いた構成の場合には、装置の中心軸、つまり全体としての光軸と、ＬＥＤ及びレンズの光軸が合致するように配置して患部等に集光できるように構成すればよいが、出力増大を図るべく、複数のＬＥＤ及びレンズを用いる場合には、それらの光軸が装置の中心軸に対して斜めとなるように、各ＬＥＤ及びレンズを傾斜させて保持しなければならず、その保持構造が複雑になりやすいうえに、複数のＬＥＤによる放熱の問題も浮上し、上述したコンパクト性や手軽感、あるいはコスト面での利点等が失われる恐れがある。

そこで本発明は、複数のＬＥＤ及びレンズを有するこの種の光照射装置において、レンズやＬＥＤの保持構造を工夫することによって、製造容易でコンパクト性を維持でき、あるいは放熱性をも考慮しやすい構造にすることをその所期課題としたものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、中心軸周りに環状に配置した複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの前方にそれぞれ配置したレンズと、を具備するとともに、前記各レンズをその光軸が前記中心軸に対して斜めになるように配置し、各ＬＥＤから射出された光が前記中心軸に互いに相寄る向きに又は中心軸から離れる向きに進行するように構成したものである。

そして、前記レンズを前後から挟み込んで保持する前レンズ保持部材及び後レンズ保持部材を設けて、その前レンズ保持部材に、レンズを中心軸とレンズ光軸とで形成される仮想平面で切ったときの当該レンズの前側隅部又はその周縁部をガタ無く嵌入させる第１凹部をその後面に形成するとともに、前記後レンズ保持部材に、前記仮想平面でレンズを切ったときの当該レンズの後側隅部又はその周縁部をガタ無く嵌入させる第２凹部をその前面に形成したことを特徴とする。

このようなものであれば、前レンズ保持部材と後レンズ保持部材のいずれの凹部も、アンダーカット（凹部が設けられた表面からみて９０度以上抉れた面）なく形成することが可能となるので、各保持部材の型成形が容易にできるようになり、製造面でのコスト低減を図ることができる。また、一対のレンズ保持部材を用いるだけでレンズ保持ができるので、大型化も招かない。

前記後レンズ保持部材に、ＬＥＤをガタ無く嵌入させてその前方に保持されるレンズに対する位置決めを行うＬＥＤ保持孔を形成しておけば、専用のＬＥＤ保持機構が不要となり、部品削減をさらに推し進めることができる。

放熱を好適に行うとともに、部品削減と組み立て工数の低減を図るには、放射状に延びる複数のアームを有した取付部材と、各ＬＥＤの底面に取り付けられる放熱フィンと、をさらに具備し、前記取付部材を、前記前レンズ保持部材又は後レンズ保持部材に固定することにより、アームと後レンズ保持部材との間で、ＬＥＤ及び放熱フィンが挟圧固定されるように構成しているものが好ましい。

レンズ保持部材同士を、ねじ止めすることなく簡単に押圧固定するには、筐体を縦に２分割可能な筒状をなすものとし、その筐体の内周面に周回溝を形成するとともに、該周回溝に前記前後レンズ保持部材の周縁部を嵌め込むことにより、それらレンズ保持部材が互いに押し付けられてレンズを狭圧固定するように構成しておけばよい。

具体的な用途としては、射出された光による物理・化学的作用によって、患部の治癒を促す光治療や、樹脂加工のように、射出された光により対象物の変形又は変質を生起する用途を挙げることができる。

このように本発明によれば、レンズ保持用の凹部でレンズを傾けて保持しながらも、その凹部をアンダーカット（凹部が設けられた表面からみて９０度以上抉れた面）なく形成できるので、各保持部材の型成形が容易にできるようになり、製造面でのコスト低減を図ることができる。また、一対のレンズ保持部材を用いるだけでレンズ保持ができるので構造の大型化や複雑化も招かない。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。

本発明に係る光照射装置１００は、図１〜図４に示すように、概略円筒状をなす筐体６と、筐体６の下部に取り付けられたグリップ部材７とを具備したものであり、筐体６の一端面開口から光を射出して患部に照射し、その治癒を促す用途に用いられる。

筐体６には、図４〜図６に示すように、該筐体６の中心軸Ｃ１周りに環状に配置された複数（ここでは３つ）のＬＥＤ１及びレンズ２が収容されており、それらＬＥＤ１及びレンズ２を保持するための保持構造と、ＬＥＤ１からの熱を逃がす放熱構造がさらに設けられている。

各部を説明すると、ＬＥＤ１は、図６に示すように、ＬＥＤ素子（図示しない）と、ＬＥＤ素子を搭載する素子搭載基板１１と、その素子搭載基板１１上に形成されてＬＥＤ素子をモールドする砲弾型の透明モールド体１２とを具備したもので、ここでは赤外光を射出するタイプのものを用いている。

レンズ２は、図６に示すように、円盤状をなす例えば平凸レンズで、その平面側をＬＥＤ１に向けて配置される。またこのレンズ２の周縁部には、保持のための鍔部２１が形成されている。なおレンズとしてはその他に凹レンズなどでも構わない。

保持構造は、図６に示すように、ＬＥＤ１及びそれに対応するレンズ２を、それらの光軸Ｃ２が合致し、かつその光軸Ｃ２が前記筐体６の中心軸Ｃ１に対して斜めに交差するように保持するものであり、各ＬＥＤ１の光軸Ｃ２は、中心軸Ｃ１上の１点で交わるように構成してある。この配置によって、各ＬＥＤ１から射出された光が前記中心軸Ｃ１に互いに相寄る向きに進行して集光する。

この保持構造につき、より具体的に説明すると、各レンズ２は、単一の前レンズ保持部材３１及び後レンズ保持部材３２によって、前後から挟み込んで保持される。

前レンズ保持部材３１は、概略円盤状をなすものであり、図３、図６に示すように、その軸線（中心軸Ｃ１と合致する）を中心として回転対称に３つの円形貫通孔３１ｈが形成してある。各貫通孔３１ｈの軸線は、当該前レンズ保持部材３１の軸線と平行に設定してあり、かつ、その内径はレンズ２より若干小さく設定してある。さらにこの前レンズ保持部材３１の後面における貫通孔３１ｈの周辺部、より具体的には、当該前レンズ保持部材３１の中心から見て貫通孔３１ｈの外側周辺部には、レンズ２の周縁部（ここでは鍔部２１）の一部をガタなく嵌入させる第１凹部３１ａが形成してある。この第１凹部３１ａの底面及び側面は、当該前レンズ保持部材３１の軸線に対して傾斜させてあり、この第１凹部３１ａにレンズ２を設定どおりに嵌め込むと、レンズ２は上述したように、その光軸が、当該前レンズ保持部材３１の軸線と傾斜して交わるように、斜めに保持される。

後レンズ保持部材３２は、前記前レンズ保持部材３１と同一径の概略円盤状をなすものであり、前レンズ保持部材３１と同様、その軸を中心として回転対称に３つの円形貫通孔３２ｈが形成してある。各貫通孔３２ｈの軸線は、当該前レンズ保持部材３１の軸と平行に設定してあり、かつ、その内径はレンズ２より小さく設定してある。さらにこの後レンズ保持部材３２の前面における貫通孔３２ｈの周辺部、より具体的には、当該後レンズ保持部材３２の中心から見て貫通孔３２ｈの内側周辺部には、レンズ２の周縁部（ここでは鍔部２１）の一部をガタなく嵌入させる第２凹部３２ａが形成してある。そして、この第２凹部３２ａにレンズ２を所定どおり嵌め込むと、レンズ２は、第１凹部３１ａに嵌め込んだのと同様の姿勢で、斜めに保持される。

ところで、これら前レンズ保持部材３１及び後レンズ保持部材３２でレンズ２を挟み込むには、各レンズ２保持部材を互いに離間しないようにする構造が必要であるが、この実施形態では、筐体６の内周面に、幅が各レンズ２保持部材を合わせたときの厚みとほぼ等しい周回溝６ｂを設けている。この周回溝６ｂに、前レンズ保持部材３１及び後レンズ保持部材３２を嵌め込むことで、前レンズ保持部材３１及び後レンズ保持部材３２が近接又は密接状態で保持され、その間でレンズ２が挟み込まれて固定されるようにしている。なお、筐体６は、縦に２分割可能であり、分割した筐体６を組み合わせつつ周回溝６ｂに各レンズ保持部材３１、３２を嵌め込む。この状態でのレンズ２を、筐体６の中心軸Ｃ１と当該レンズ２の光軸とで形成される仮想平面で切った場合、レンズ２の前側隅部２ａが第１凹部３１ａにガタ無く嵌入し、レンズ２の後側隅部２ｂが第２凹部３２ａにガタ無く嵌入して、第１凹部３１ａと第２凹部３２ａとによってレンズ２が対角で保持されているように見える。

さらにこの実施形態では、図６に示すように、前記後レンズ保持部材３２の貫通孔３２ｈにおける後側開口部の内径を、ＬＥＤ１のモールド体１２の外径と略合致させてＬＥＤ保持孔３２ｂを形成し、このＬＥＤ保持孔３２ｂにＬＥＤ１がガタ無く嵌入して、その前方に保持されるレンズ２に対するＬＥＤ１の位置決め、すなわちレンズ２との距離合わせと光軸合致がなされるように構成している。

放熱構造としては、各ＬＥＤ１の底面（後面）に密着する放熱フィン５を設けるとともに、放熱フィン５の更に後方で筐体６の後端部にファン８を取り付けている。筐体６の側周壁には、外気吸い込み孔６ａが複数設けてあり、空気は、それら外気吸い込み孔６ａから放熱フィン５を通ってファン８に吸い込まれ、筐体６の後端開口から排出される。

放熱フィン５は、図５、図６に示すように、ＬＥＤ１の底面に取着される取着板５１とその取着板５１の両側縁から屈曲して立ち上がる一対の本体板５２とからなる金属製（ここでは銅製）のものである。この放熱フィン５のＬＥＤ１への取り付けには、取付部材４を利用する。

取付部材４は、図５、図６に示すように、芯部材４２と、その芯部材４２から放射状に延びる複数（３つ）のアーム４１とを有した取付部材４を利用する。この取付部材４は、中心を貫通する１本のねじＰによって、前記後レンズ保持部材３２に取着されるものであり、ねじＰの締着によって、各アーム４１が放熱フィン５ごと、ＬＥＤ１を後レンズ保持部材３２に押圧し、アーム４１と後レンズ保持部材３２との間で、ＬＥＤ１及び放熱フィン５が挟圧固定されるように構成している。なお、放熱フィン５は、上述したように、その取着板５１がＬＥＤ１の底面に直に取り付けられることとなるが、ここでは、この放熱フィン５を、他の部材と非接触にして電気的に絶縁するとともに、ＬＥＤ１のアノード（又はカソード）と電気接続するようにしている。

かかる光照射装置１００は、筐体６の光射出側端面を患部に押し当てて使用する。そのために、集光位置が、筐体６の光射出側端面にほぼ合致するように構成してある。

しかしてこのようなものであれば、前レンズ保持部材３１と後レンズ保持部材３２のいずれの凹部３１ａ、３２ａも、アンダーカット（凹部３１ａ、３２ａが設けられた表面からみて９０度以上抉れた面）がないので、各保持部材３１，３２の型成形が容易にできるようになり、製造面でのコスト低減を図ることができる。また、一対のレンズ保持部材３１、３２を用いるだけで複数のレンズ２の保持ができるので、ハイパワー化しながらも、大幅な大型化を招かない。さらに、後レンズ保持部材３２に、ＬＥＤ１をも保持させ、位置決めができるように構成しているので、専用のＬＥＤ１保持機構が不要となる。加えて、取付部材４により、ＬＥＤ１及び放熱フィン５を同時に後レンズ保持部材３２に取り付けるようにしているので、これらを個々に取り付ける構成と比べて、部品削減と組み立て工数の低減を図ることができる。また、ＬＥＤ１の底面に放熱フィン５を押圧によって直に取り付けているので好適に放熱することもできる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えばＬＥＤやレンズは３つ以上でも構わないし、この光照射装置を、樹脂の硬化用途（例えば、歯の詰め物を硬化させるような歯科用途）などにも用いることもできる。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る光照射装置を前方から見たときの全体斜視図。 同実施形態における光照射装置を後方から見たときの全体斜視図。 同実施形態における光照射装置の正面図。 同実施形態における光照射装置の側面図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す、一部破断させた斜視図。 同実施形態における光照射装置のＡ−Ａ線断面図。

符号の説明

１００・・・光照射装置
Ｃ１・・・中心軸
１・・・ＬＥＤ
２・・・レンズ
Ｃ２・・・レンズ光軸
３１・・・前レンズ保持部材
３２・・・後レンズ保持部材
２ａ・・・前側隅部
３１ａ・・・第１凹部
２ｂ・・・後側隅部
３２ａ・・・第２凹部
３２ｂ・・・ＬＥＤ保持孔
４・・・取付部材
４１・・・アーム
５・・・放熱フィン
６・・・筐体
６ｂ・・・周回溝

Claims (6)

1. 中心軸周りに環状に配置した複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの前方にそれぞれ配置したレンズと、を具備するとともに、前記各レンズをその光軸が前記中心軸に対して斜めになるように配置し、各ＬＥＤから射出された光が前記中心軸に互いに相寄る向きに又は中心軸から離れる向きに進行するように構成した光照射装置であって、
   前記レンズを前後から挟み込んで保持する前レンズ保持部材及び後レンズ保持部材をさらに具備し、
   前記前レンズ保持部材が、レンズを中心軸とレンズ光軸とで形成される仮想平面で切ったときの当該レンズの前側隅部又はその周縁部をガタ無く嵌入させる第１凹部をその後面に有するものであり、
   前記後レンズ保持部材が、前記仮想平面でレンズを切ったときの当該レンズの後側隅部又はその周縁部をガタ無く嵌入させる第２凹部をその前面に有するものであることを特徴とする光照射装置。
2. 前記後レンズ保持部材に、ＬＥＤをガタ無く嵌入させ、その前方に保持されるレンズに対する位置決めをするＬＥＤ保持孔を形成している請求項１記載の光照射装置。
3. 放射状に延びる複数のアームを有した取付部材と、各ＬＥＤの底面に取り付けられる放熱フィンと、をさらに具備し、
   前記取付部材を、前記前レンズ保持部材又は後レンズ保持部材に固定することにより、アームと後レンズ保持部材との間で、ＬＥＤ及び放熱フィンが挟圧固定されるように構成している請求項２記載の光照射装置。
4. 縦に２分割可能な筒状をなす筐体を具備し、
   該筐体の内周面に周回溝を形成するとともに、該周回溝に前記前後レンズ保持部材の周縁部を嵌め込むことにより、それらレンズ保持部材が近接又は密接してその間でレンズが固定されるように構成している請求項１乃至３いずれか記載の光照射装置。
5. 射出された光による物理・化学的作用によって、患部の治癒を促す光治療器に用いられる請求項１乃至４記載の光照射装置。
6. 射出された光による対象物の変形又は変質を生起する請求項１乃至５記載の光照射装置。