JP6234749B2

JP6234749B2 - 医療用照明装置

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Publication number: JP6234749B2
Application number: JP2013188929A
Authority: JP
Inventors: 中村　正一; 正一中村
Original assignee: 中村　正一; 正一中村; 日本エー・シー・ピー株式会社
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: JP2015056278A

Description

本発明は、医療施術者の頭部に光源を装着して施術者の視線方向に光を照射することで、医療施術時での施術対象部を局所的に照明できるようにした医療用照明装置に関する。

病院等の手術環境においては、例えば、患者に近づいて施術作業をする必要がある場合等では、医療施術者自身の影で手元の手術部位で周辺光が不足して見えにくくなることがある。そのため、光源を医療施術者の頭部に装着して、医療施術者の視線方向と同じ方向に光源からの光を照射することで、施術対象部での充分な照度を確保できるようにした医療用照明装置は従来から多数存在している（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

しかし、このような頭部装着型の医療用照明装置は、医療施術者の眼と近い位置に照明装置を取り付けるために、医療施術が長時間にも及ぶと照明装置の光源からの発熱の影響で作業がしづらくなるという問題がある。また、照明装置によって施術者の視界が邪魔されて視野が狭くなることから、周囲の施術補助者に指示するために会話をしたり医療用器具を受け渡ししたりする際に、光源装置が邪魔となることがある。

そのため、照明装置をＬＥＤから成る光源ユニットとレンズ等による光照射部とを別体にして、光源ユニットと光照射部との間を光ファイバーケーブルによって接続する構成のヘッドライトも知られている（例えば、特許文献３を参照）。このような特許文献３によるタイプのヘッドライトは、光源ユニットにＬＥＤと共にヒートシンクや熱絶縁部材が組み込まれているためにその分光照射部の容積が小さく、光源ユニットを施術者の眼の近くに取り付けても、それにより施術者の視界が制限されることがなく、また眼の周りがＬＥＤからの発熱によって熱くなることも防止できる。

特開２００６−１０７８４６号公報特開２００６−１７５２３５号公報国際公開ＷＯ０２／０９９３３２Ａ１

しかしながら、光源ユニットと光照射部とを別にして光ファイバーケーブル等で接続すると、光ファイバーケーブルを含めた導光部の部分が長くなることから光の漏れ量が大きく、光照射部からの光の照度が低下する欠点がある。

本発明は、上記課題に鑑みて、導光部から外部に光が漏えいするのを防止した医療用光源装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による医療用照明装置は、光源ユニットと照明ユニットとを光ファイバーケーブルによって接続して成る医療用照明装置であって、前記光源ユニットは、ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子からの光を前記光ファイバーケーブルの入射端面に伝達する第１の導光路と、を備え、前記照明ユニットは、照射レンズと、前記光ファイバーケーブルの出射端面からの入射光を軸部で受けてコリメータレンズから前記照射レンズに向けて照射する第２の導光路と、を備え、前記第１の導光路及び前記第２の導光路の表面において、内部を伝搬していく光の漏れを防止するための反射膜を形成したことを特徴としている。このときの前記軸部は、前記コリメータレンズ側の端面の径を前記光ファイバーケーブルからの光を受ける入射端面の径よりも大きくして、入射光のビーム径を拡大して前記コリメータレンズへ伝達する構成にするとよい。

このとき、前記反射膜は、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて金属薄膜により形成することができる。また、ポリエステル系樹脂による反射フィルムを表面に接着して前記反射膜を形成してもよい。さらには、反射塗料を表面に塗布して形成して前記反射膜を形成する等の方法もある。このような反射膜を前記光ファイバーケーブルの表面にも形成することで、装置からの光の漏れを防止する上で一層効果的となる。

そして、前記光源ユニットは一組のＬＥＤ素子を備えて、前記第１の導光路は、それぞれの前記ＬＥＤ素子からの光を受光する一対の受光部と、前記受光部のそれぞれが受光して出射する光を一つに集束する集束部とを備えている。前記第１の導光路は、アクリル製の導光板で構成するとよい。

また、前記第１の導光路の光が入射される受光端面は、受光ケース内で前記ＬＥＤ素子からの光を受光するようにするとよい。更に、前記受光ケースの内側表面に前記反射膜を形成するとよい。

また、前記第２の導光路は、前記光ファイバーケーブルの出射端面からの光を受けて複数の光束に分岐して、分岐した光をそれぞれの前記照射レンズから照射する多分岐ライトガイドであり、前記多分岐ライトガイドの側部の表面に前記反射膜を形成する。このとき医療用照明装置に撮像装置を設けて、撮像装置の撮影レンズの周囲に前記照射レンズを配置する構成も可能である。

本発明による医療用照明装置は、導光部の外周面内側に光を反射するための反射膜を形成することで、同じ照度を得るのに、低消費電力のＬＥＤを使用でき又は複数のＬＥＤを使用している場合にはその数を削減することができるため効率のよい医療用照明装置を提供し得る。

本発明の実施形態に係る医療用照明装置の外観を示す斜視図。図１に示す医療用照明装置で光源ユニットの外装ケースの一部を切り欠いてその内部を示す斜視図。光源ユニットの要部を側面から示す断面図。照明ユニットを側面から示す断面図。本発明に係る医療用照明装置に撮像装置を組み込んだ場合の照明ユニットの構成を概略的に示す説明図。

以下、本発明の最適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る医療用照明装置の構成を示すものである。図１に示すように、医療用照明装置１は、医療施術者の頭部に装着されるためのヘッドバンド２を備えて、このヘッドバンド２に光源ユニット３と照明ユニット４とを取り付けている。光源ユニット３は、装着した施術者の頭上を前頭部から後頭部へ跨るようにヘッドバンド２に取り付けられて、照明ユニット４は、ヘッドバンド２の施術者の額と接する部分に取り付けられている。よって、照明ユニット４は、施術者の視線方向に沿って光を照射することができる。また、光源ユニット３と照明ユニット４とは光ファイバーケーブル５によって接続されている。このような医療用照明装置１は、施術者の側頭部の周囲に固定されるヘッドバンド２に装着されているが、ヘッドバンド２に限らず施術者の頭部に被せる帽子の形状でもよい。

光源ユニット３の外装ケース１０は合成樹脂の一体成型品からなるが、図２は、外装ケース１０の内部の一部を切り欠いて示しており、図３は、光源ユニット３の一部を側面で切断した断面図を示している。これらの図で示すように、光源ユニット３は、一組のＬＥＤ素子６が実装されている回路基板７が配置されている。本実施例では、ＬＥＤ素子６は組ごとに一個ずつ配置しているが、必要な光度に応じてそれぞれ複数個を配置してもよい。また、ＬＥＤ素子６の発光色は、医療照明用としては白色が好適である。回路基板７には各ＬＥＤ素子６に電力を供給するための配線パターンが形成され、また回路基板７のＬＥＤ素子６が実装される面と反対の面には、各ＬＥＤ素子６に対応してヒートシンク８（図３では図示を省略）が装着されてＬＥＤ素子６に発生する熱を放熱する。

そして、光源ユニット３は、ＬＥＤ素子６からの光を光ファイバーケーブル５に送り込むためのアクリル製の板によって形成される導光路であるライトガイド１３を備えている。ライトガイド１３は、一組のＬＥＤ素子６のそれぞれから光を受光する一対の受光部１３Ａと、各受光部１３Ａが受光して出射する光を一つに集束する集束部１３Ｂとから構成されており、平面から見ると「Ｙ」字の形状を有している。

各受光部１３Ａの受光側の端部とＬＥＤ素子６とは、受光ケース１５内で対向して配置されて、受光側の端部は受光端面１３ａの面積が拡大するようテーパが形成されている。これにより、ライトガイド１３は、ＬＥＤ素子６から発光された光を受光端面１３ａで効率的に受光することができる。受光ケース１５は、回路基板７と共に取付板２８に取り付けられており、ライトガイド１３の受光部１３Ａは受光ケース１５によって外装ケース１０内に保持されている。

また、外装ケース１０には、開口１４に臨ませて連結部１６が設けられており、ライトガイド１３の出射端面１３ｂは、外装ケース１０に形成した開口１４を介して挿入される光ファイバーケーブル５と連結部１６で接続される。

ライトガイド１３は、受光端面１３ａ及び出射端面１３ｂ以外の表面には反射膜が形成されている。この反射膜には、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜やポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルム等の従来周知の種々の反射体を使用することができる。また、反射塗料を表面に塗布して反射膜を形成してもよく、金属塗料や、ポリエステル塗料、アクリル塗料、アクリルウレタン塗料、アクリルシリコン塗料、エポキシ系塗料等の樹脂塗料を適用することができる。

例えば、スパッタリング法により形成される金属薄膜を用いて反射膜を形成する場合には、真空中に主にアルゴンガス等の不活性ガスを導入しながらライトガイド１３とターゲットであるアルミニュームや銀等の光反射率の高い金属との間に直流高電圧を印加し、イオン化したアルゴンをターゲットに衝突させることで、はじき飛ばされたターゲットをライトガイド１３に成膜させて反射膜を形成する。

このように、ライトガイド１３の表面に反射膜を形成することで、ライトガイド１３の受光端面１３ａにいろいろな角度で入射されたＬＥＤ素子６からの光は、反射膜で反射しながらライトガイド１３内を伝搬して光ファイバーケーブル５の入射面に集光される。よって、ライトガイド１３内での光の損失量が低減されるため、光源ユニット３は、効率良く光ファイバーケーブル５に光を伝達することができる。さらに、同じ効果から受光ケース１５内の内側表面にも反射膜を形成するとよい。

そして、光源ユニット３は、外装ケース１０の内部を冷却するためのファン装置９を備えている。ファン装置９は、共に図示していないがファンとモータとを有しており、モータの駆動によりファンが回転することで、外装ケース１０内には、吸込口１１から吸い込まれた外気がヒートシンク８を通過して吐出口１２から再び外へ吐き出される空気通路が形成される。この熱交換により光源ユニット３でのＬＥＤ素子６による温度上昇が抑制でき、施術者の頭部が熱くなることが防止できる。

また、光源ユニット３は、ハーネス３６によって外部のコントロールユニット２４に接続されている。そして、コントロールユニット２４は、バッテリー等による電源部２５に接続されており、ハーネス３６内のそれぞれの電源ラインを通してのＬＥＤ素子６及びファン装置９のモータの通電端子への電源の供給を制御する。すなわち、コントロールユニット２４は、ＬＥＤ素子６の駆動とファン装置９の駆動とを関連付けて、ＬＥＤ素子６が不動作のときはファン装置９も停止状態とする。また、ＬＥＤ素子６を不動作にした一定時間後にファン装置９を停止してもよい。さらに、一組のＬＥＤ素子６への給電ラインを別々にして、両方同時又は片方のみを選択的に駆動することで光源ユニット３の光度を制御することもできる。また、組ごとに複数のＬＥＤ素子６を配置している場合には、それぞれ発光させるＬＥＤ素子６を制御するように構成してもよい。

そして、コントロールユニット２４の表面にはスイッチ１２Ａが設けられており、施術者がこのスイッチ２４Ａを操作することで電源のオン／オフを行うことができる。このときの操作性を考慮して、コントロールユニット２４は施術者の腰のベルトに装着できるようにするとよい。

光源ユニット３と照明ユニット４とを接続する光ファイバーケーブル５には、コア部材とクラッド部材のそれぞれが正方形の断面形状であるタイプのものを使用している。そして、光ファイバーケーブル５は、頭上に配置されている光源ユニット３と顔の眼の近傍に配置される照明ユニット４とを接続するためには、頭長部から顔に沿って略９０度の角度で曲げられており、曲げが強い箇所ではそこから光が漏れ出して損失となる。したがって、光ファイバーケーブル５の表面にも、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜、ポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルム、反射塗料等による前述の反射膜を形成するとよい。

次に、照明ユニット４について説明する。図４は、照明ユニット４を側面で切断した断面図を示しており、照明ユニット４は、光ファイバーケーブル５とコリメータ１８とを接続する光コネクタ３Ａと、光ファイバーケーブル５からコリメータ１８に伝搬された光を外部に照射する照射レンズ２９を備えた照射部３Ｂとから構成されている。

光コネクタ３Ａは、光ファイバーケーブル５が挿入される開口１７を基端側に備え、中空の外装ケース１９の内部には、光ファイバーケーブル５の周囲を取り囲むように内壁から中心方向に向けて環状に突出している係止部２６が形成されている。よって、挿入された光ファイバーケーブル５は、その出射側端面がコリメータ１８の入射側と密接した状態で開口１７の周縁と係止部２６とによって保持される。また、外装ケース１９の外側には取付部２７が設けられ、この取付部２７をヘッドバンド２にビス止めすることで照明ユニット４は固定される。

コリメータ１８は、光ファイバーケーブル５の出射端面からの光を照射レンズ２９に伝達する導光路であり、軸の部分であるコリメータ本体１８ａとコリメータレンズ１８ｂとからなる。コリメータ本体１８ａの出射側の端面の径は入射側の端面の径よりも大きくなるよう構成されており、コリメータ本体１８ａの軸方向での前半の部分は同一径、すなわち円筒形状であるが、後半の部分では径を漸次大きくして側面を放物線形状としている。したがって、光ファイバーケーブル５からコリメータ１８に入射された光は、コリメータ本体１８ａでビーム径が拡大されて、コリメータレンズ１８ｂで平行光に変換される。また、コリメータ１８には、コリメータ本体１８ａとコリメータレンズ１８ｂとの間に鍔部１８ｃが形成されている。鍔部１８ｃの径はコリメータレンズ１８ｂの基部の径よりも大きく設定されている。

そして、コリメータ１８の表面には、コリメータレンズ１８ｂ及びコリメータ本体１８ａのファイバーケーブル５の出力端との接触面を除いて、光源ユニット３のライトガイド１３と同様に、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜、ポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルム、反射塗料等による前述の反射膜を形成するとよい。

また、光コネクタ３Ａにおいて、開口１７を備える基端側と反対側の端部には複数の係止片２０を円環状に配置しており、係止片２０が環状に配置される円の最大径の部分は、照射部３Ｂの外装ケース２１に形成された開口２２の内径より若干大きめに設定されている。そして、係止片２０は弾性を有しているために、この弾性に抗して係止片２０を開口２２に嵌め込むことで、係止片２０と開口２２の内周壁に当接して光コネクタ３Ａと照射部３Ｂとは結合される。

照射部３Ｂの外装ケース２１は、上部に開口２２が形成される円筒体２１Ａとレンズ保持体２１Ｂとが一体となって形成されている。円筒体２１Ａとレンズ保持体２１Ｂとの境目には、外装ケース２１の内面から中心方向に環状に突出して形成される受け部３０を設けている。よって、光コネクタ３Ａと照射部３Ｂとを結合したとき、コリメータ１８の鍔部１８ｃは受け部３０に係止されて、コリメータ本体１８ａは円筒体２１Ａ内に保持されて、光ファイバーケーブル５との密着状態は維持される。一方、コリメータレンズ１８ｂは、受け部３０によって形成される開口からレンズ保持体２１Ｂの空間内に露出する。

そして、レンズ保持体２１Ｂには、コリメータレンズ１８ｂからの光量を調整するための絞り２５が配置されている。ここでの絞り２５は、外装ケース２１に回動自在に嵌め込まれている絞りリング２６を回すとピン２８が円周方向に移動し、これにより複数枚が重なり合って配置された絞り羽根２５ａが開閉することで、コリメータレンズ１８ｂからの光が通過する通過口の径を調整可能とする従来周知の構成となっている。

レンズ保持体２１Ｂの外周壁は、円筒体２１Ａの軸に対し傾斜させている部分と折り曲げた部分とから構成されて、傾斜させた部分の内壁の表面にはミラー２３を配置している。そして、レンズ保持体２１Ｂの先端開口には、照射レンズ２９が取り付けられている。したがって、円筒体２１Ａの軸方向に照射されるコリメータレンズ１８ｂからの光は、ミラー２３で反射されて照射レンズ２９で集光されて外部に出射される。このとき、円筒体２１Ａの軸方向に沿って照射されるコリメータレンズ１８ｂからの光の向きがヘッドバンド２を頭部に装着した医療施術者の視線方向に一致するように、レンズ保持体２１Ｂの外周壁の傾斜面の傾斜角度とその他の部分の折曲角度とは設定される。この場合、レンズ保持体２１Ｂの内壁の全面に、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜、ポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルム、反射塗料等による前述の反射膜を形成すれば、コリメータレンズ１８ｂからの光を照射レンズ２９に屈折させると共にレンズ保持体２１Ｂでの光の損失も抑制される。

上記構成の医療用照明装置は、光源ユニット３においては一組のＬＥＤ素子６からの光をライトガイド１３で受光して一つの光束に集束した後、光ファイバーケーブル５を通して照明ユニット４に伝達する。照明ユニット４では、コリメータ１８に光が入射されると、この光はコリメータレンズ１８ｂで平行光に変換されてレンズ保持体２１Ｂに出射される。そして、レンズ保持体２１Ｂに出射された光は絞り２５で光量が調整されるが、絞り２５を通過した光はミラー２３で反射し照射レンズ２９で集光されて照明光となって外部に出射される。

このような光伝送経路において、ライトガイド１３とコリメータ１８にはそれぞれ反射膜が形成されているために光の漏れを抑制でき、コリメータレンズ１８ｂからの光の出射効率を大きくすることができる。よって、照射レンズ２９側において高い照度を得ることができることから小容量のＬＥＤ素子６を使用できる。これにより、ＬＥＤ素子６からの発熱量が減少するために、それに応じてファン装置９も小さくてすみ小型化された医療用照明装置となる。

次に、本発明に係る医療用照明装置を利用して、照明ユニット４に撮像装置を取り付けたときの実施形態を説明する。

図５は、施術者が行う施術の様子を撮像するための外装ケース３５内に撮像装置３１を組み込んだ照明ユニット４の構成を概略的に示している。撮像装置３１は、被写体からの光を入射させる撮影レンズ３２と、撮影レンズ３２を通しての被写体からの反射光をアナログの電気信号に光電変換して画像信号を生成するＣＣＤやＣＭＯＳによる撮像素子等を含む従来より種々の分野で用いられている小型化されたデジタルのビデオカメラ又はスチルカメラである。

第２の導光路である多分岐ライトガイド３３は、コネクタ３３ｂによって受光端面が光ファイバーケーブル５の出射端面に密着して接続されている。そして、多分岐ライトガイド３３は、図５（ａ）で示すように光ファイバーで構成される４本のケーブル３３ａを備えて、各ケーブル３３ａの出力端には照射レンズ３４が取り付けられる。そして、照射レンズ３４は、図５（ｂ）で示すように撮影レンズ３２を取り囲むように環状に等間隔で配置されている。また、多分岐ライトガイド３３の側部の表面には、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜、ポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルム、反射塗料等による前述の反射膜が形成されている。

このような多分岐ライトガイド３３は、光ファイバーケーブル５から出射される光をケーブル３３ａにより４方向に分岐して、各照射レンズ３４を通して照射する。これにより、施術者は、施術対象部の照度を確保しながら撮像装置３１によって鮮明な画像を撮像することができる。そして、撮影装置３１が撮影する画像情報を記録手段により記録するが、記録手段としては、種々のタイプのディスクやメモリ等による各種の記録メディアが使用される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、医療施術の際に医療施術者の頭部に光源を装着して施術対象部に光を効果的に照射な可能な医療用照明装置に関し、産業上の利用可能性を有する。

１医療用照明装置
２ヘッドバンド
３光源ユニット
４照明ユニット
５光ファイバーケーブル
６ＬＥＤ素子
１３ライトガイド（第１の導光路）
１３Ａ受光部
１３Ｂ集束部
１８コリメータ（第２の導光路）
１８ａ軸部（コリメータ本体）
１８ｂコリメータレンズ
２９照射レンズ
３１撮像装置
３３多分岐ライトガイド（第２の導光路）
３４照射レンズ

Claims

光源ユニットと照明ユニットとを光ファイバーケーブルによって接続して成る医療用照明装置であって、
前記光源ユニットは、ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子からの光を前記光ファイバーケーブルの入射端面に伝達する第１の導光路と、を備え、
前記照明ユニットは、照射レンズと、前記光ファイバーケーブルの出射端面からの入射光を軸部で受けてコリメータレンズから前記照射レンズに向けて照射する第２の導光路と、を備え、
前記第１の導光路及び前記第２の導光路の表面において、内部を伝搬していく光の漏れを防止するための反射膜を形成したことを特徴とする医療用照明装置。
前記軸部は、前記コリメータレンズ側の端面の径を前記光ファイバーケーブルからの光を受ける入射端面の径よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の医療用照明装置。
前記反射膜は、スパッタリング法又は真空蒸着法を用いて形成した金属薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
前記反射膜は、ポリエステル系樹脂を用いて形成した反射フィルムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
前記反射膜は、金属や樹脂による光反射塗料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
前記光源ユニットは一組のＬＥＤ素子を備えて、
前記第１の導光路は、それぞれの前記ＬＥＤ素子からの光を受光する一対の受光部と、前記受光部のそれぞれが受光して出射する光を一つに集束する集束部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
前記第１の導光路は、アクリル製の導光板であることを特徴とする請求項６に記載の医療用照明装置。
前記第１の導光路の光が入射される受光端面は、受光ケース内で前記ＬＥＤ素子からの光を受光することを特徴とする請求項６に記載の医療用照明装置。
前記受光ケースの内側表面に前記反射膜を形成したことを特徴とする請求項８に記載の医療用照明装置。
前記光ファイバーケーブルの表面に前記反射膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
前記第２の導光路は、前記光ファイバーケーブルの出射端面からの光を受けて複数の光束に分岐して、分岐した光をそれぞれの前記照射レンズから照射する多分岐ライトガイドであり、前記多分岐ライトガイドの側部の表面に前記反射膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。
撮像装置を備えて、前記撮像装置の撮影レンズの周囲に前記照射レンズを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用照明装置。