JP2002058696A - 光線合一化装置 - Google Patents
光線合一化装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】偏光特性を利用した光線合一化装置の提供
【解決手段】第一光線（作用光線）４が当たる光学的に
有効な第一面２および第一面２に平行で、第二光線（照
準光線）１０が第一光線４の出口５となる位置で当たる
光学的に有効な第二面３を持つ屈折率ｎの光学的透過性
オプティカルフラットプレート１が、カップリング光線
４、１０または光路に向けて配置されており、第一光線
４がプレート１の第一面２に、第二光線１０がプレート
１の第二面１０に、それぞれプレート１の屈折率ｎに相
当するブルースター角と同じか殆ど同じ角度αで衝突す
るように配置され、第一光線４および第二光線１０は直
線偏光で、第一光線４の偏光面が装置（オプティカルフ
ラットプレート１）の入射面に平行で、第二光線１０の
偏光面が装置の入射面に垂直としてある。
有効な第一面２および第一面２に平行で、第二光線（照
準光線）１０が第一光線４の出口５となる位置で当たる
光学的に有効な第二面３を持つ屈折率ｎの光学的透過性
オプティカルフラットプレート１が、カップリング光線
４、１０または光路に向けて配置されており、第一光線
４がプレート１の第一面２に、第二光線１０がプレート
１の第二面１０に、それぞれプレート１の屈折率ｎに相
当するブルースター角と同じか殆ど同じ角度αで衝突す
るように配置され、第一光線４および第二光線１０は直
線偏光で、第一光線４の偏光面が装置（オプティカルフ
ラットプレート１）の入射面に平行で、第二光線１０の
偏光面が装置の入射面に垂直としてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に医療機器に用
いられる、偏光特性を利用した光線合一化装置に関する
ものである。
いられる、偏光特性を利用した光線合一化装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】医療分野および工業分野で可視分光域ま
たは非可視分光域の光源として使用されるレーザは照射
幅が広いので、処置対象部分を照準レーザまたはマーキ
ングレーザで光学的にマーキングする必要がある。その
場合、照準レーザの波長は通常可視分光域にある。作用
レーザ光線は、例えば眼内部の疾患部分への照射に用い
られる。作用レーザ光線と照準レーザ光線は、通常ダイ
クロイック光学素子によって合一化され、および／また
は作用光線からは、特に計測に用いられる光線成分が分
離される。
たは非可視分光域の光源として使用されるレーザは照射
幅が広いので、処置対象部分を照準レーザまたはマーキ
ングレーザで光学的にマーキングする必要がある。その
場合、照準レーザの波長は通常可視分光域にある。作用
レーザ光線は、例えば眼内部の疾患部分への照射に用い
られる。作用レーザ光線と照準レーザ光線は、通常ダイ
クロイック光学素子によって合一化され、および／また
は作用光線からは、特に計測に用いられる光線成分が分
離される。
【０００３】そのような光学素子としては、ダイス型光
線分離器または部分反射型オプティカルフラットプレー
トが用いられるが、後者の場合、例えば４５度の角度で
当該光路内に配置する。これらの素子の光学的有効面に
は、作用光線の波長域で反射が起きないように誘電コー
ティングが施されている。それに対し、マーキングレー
ザは、当誘電層では高反射率を示し、平面上でカップリ
ングする。光線合一化光学系により発生する作用光線反
射成分は、作用光線の出力調整および出力監視に利用で
きる。
線分離器または部分反射型オプティカルフラットプレー
トが用いられるが、後者の場合、例えば４５度の角度で
当該光路内に配置する。これらの素子の光学的有効面に
は、作用光線の波長域で反射が起きないように誘電コー
ティングが施されている。それに対し、マーキングレー
ザは、当誘電層では高反射率を示し、平面上でカップリ
ングする。光線合一化光学系により発生する作用光線反
射成分は、作用光線の出力調整および出力監視に利用で
きる。
【０００４】そのような素子は、ＤＥ １９８１６３０
２ Ｃ１に、生体組織の照射治療用装置との関係で記述
されている。この装置ではオプティカルフラットプレー
ト形態の光学素子によって照準光線および作用／治療光
線が合一化される。当素子は光線の合一化および作用光
線から少なくとも部分的に光線の分離が行なわれる二つ
の光学有効面を有している。分離された部分光線は受光
器に送り込まれ、そこで信号化されて然るべき後続処置
への調整または監視目的に利用される。
２ Ｃ１に、生体組織の照射治療用装置との関係で記述
されている。この装置ではオプティカルフラットプレー
ト形態の光学素子によって照準光線および作用／治療光
線が合一化される。当素子は光線の合一化および作用光
線から少なくとも部分的に光線の分離が行なわれる二つ
の光学有効面を有している。分離された部分光線は受光
器に送り込まれ、そこで信号化されて然るべき後続処置
への調整または監視目的に利用される。
【０００５】現技術の欠点としては、例えば反射時およ
びカップリング時の損量抑制のために、当該光学素子の
光学面を修整しなければならないという点が挙げられ
る。これは、作用光線の波長では表面反射率を抑制し、
同時にマーキング光線の波長では反射率を高めるという
誘電層を設けることによって実現できる。
びカップリング時の損量抑制のために、当該光学素子の
光学面を修整しなければならないという点が挙げられ
る。これは、作用光線の波長では表面反射率を抑制し、
同時にマーキング光線の波長では反射率を高めるという
誘電層を設けることによって実現できる。
【０００６】しかし誘電層は、環境条件に依存して光学
特性が変化するという欠点を持っている。そのため、周
辺温度または空中湿度の変化によって、層の反射率、散
乱損量の割合および波長特性が明白に変化するという事
態が起こり得る。その結果、現技術水準によるカップリ
ング素子適用の場合では、出力損失、誤測定、監視ミス
が起こる可能性があって、医療機器での適用例では、最
終的に人体への危害の危険性もある。
特性が変化するという欠点を持っている。そのため、周
辺温度または空中湿度の変化によって、層の反射率、散
乱損量の割合および波長特性が明白に変化するという事
態が起こり得る。その結果、現技術水準によるカップリ
ング素子適用の場合では、出力損失、誤測定、監視ミス
が起こる可能性があって、医療機器での適用例では、最
終的に人体への危害の危険性もある。
【０００７】楔形光学系またはプリズム素子の固定の際
には、環境条件に対する敏感性を最小限に抑えるため
に、入射光と光学表面とが垂直になるようにしなければ
ならない。しかしこの措置を取った場合、カップリング
素子によって、例えば非点収差などの光学的結像欠陥が
発生するという別な面での欠点が出てくる。しかも依然
として、カップリング素子には製造費を吊り上げるコス
ト高な誘電コーティングが必要である。
には、環境条件に対する敏感性を最小限に抑えるため
に、入射光と光学表面とが垂直になるようにしなければ
ならない。しかしこの措置を取った場合、カップリング
素子によって、例えば非点収差などの光学的結像欠陥が
発生するという別な面での欠点が出てくる。しかも依然
として、カップリング素子には製造費を吊り上げるコス
ト高な誘電コーティングが必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上の状況から、本発
明では、従来技術の欠点を一掃させ、偏光特性を利用し
た簡易な構造の光学的カップリング素子によりカップリ
ング損量を最小限に抑えつつ、作用光線／マーキング光
線または照準光線の合一化および光線成分の分離を達成
させる光線合一化装置を創出することを課題としてい
る。
明では、従来技術の欠点を一掃させ、偏光特性を利用し
た簡易な構造の光学的カップリング素子によりカップリ
ング損量を最小限に抑えつつ、作用光線／マーキング光
線または照準光線の合一化および光線成分の分離を達成
させる光線合一化装置を創出することを課題としてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１に記載の手段によって解消される。その
他の請求項には、本発明の詳細事項およびその他の実施
態様が記載されている。第一の光線と第二の光線とが同
じ経路を辿り、同一光路長を持つようにするためには、
好ましくは照準光線もしくはマーキング光線であるべき
第二光線が、オプティカルフラットプレートの第二面か
ら第一光線が外へ出る位置で、第一光線とコリニア結合
するのが好ましい。
れば、請求項１に記載の手段によって解消される。その
他の請求項には、本発明の詳細事項およびその他の実施
態様が記載されている。第一の光線と第二の光線とが同
じ経路を辿り、同一光路長を持つようにするためには、
好ましくは照準光線もしくはマーキング光線であるべき
第二光線が、オプティカルフラットプレートの第二面か
ら第一光線が外へ出る位置で、第一光線とコリニア結合
するのが好ましい。
【００１０】さらには、オプティカルフラットプレート
への第一光線の入射時に、その反射によって第一分光線
が生成されて、またオプティカルフラットプレートへの
第二光線の衝突時には、その反射によって第二分光線が
生成されるという条件下で、これらの分光線用に、制御
信号生成のための加工ユニットと連結している光検出器
が、それぞれ配置されているのが望ましい。これらの分
岐部分光線によって、作用光線および／または照準光線
の制御、調整に利用可能な対応の制御信号を生成するこ
とができる。
への第一光線の入射時に、その反射によって第一分光線
が生成されて、またオプティカルフラットプレートへの
第二光線の衝突時には、その反射によって第二分光線が
生成されるという条件下で、これらの分光線用に、制御
信号生成のための加工ユニットと連結している光検出器
が、それぞれ配置されているのが望ましい。これらの分
岐部分光線によって、作用光線および／または照準光線
の制御、調整に利用可能な対応の制御信号を生成するこ
とができる。
【００１１】そのほか、分光線の光路内で光検出器の前
に、偏光、吸収フィルタやホログラフィックフィルタま
たは誘電フィルタを設置するのも有利である。本装置の
主な長所は、オプティカルフラットプレートの光学有効
面に、反射抑制誘電層を設ける必要がないことである。
それにより、一つには、コーティング加工工程に要する
コストと時間がカットでき、また一つには、誘電層との
関係で発生する問題がすべて解消される。これは、周辺
環境条件が変化しても表面特性に変化が起きないことを
意味している。
に、偏光、吸収フィルタやホログラフィックフィルタま
たは誘電フィルタを設置するのも有利である。本装置の
主な長所は、オプティカルフラットプレートの光学有効
面に、反射抑制誘電層を設ける必要がないことである。
それにより、一つには、コーティング加工工程に要する
コストと時間がカットでき、また一つには、誘電層との
関係で発生する問題がすべて解消される。これは、周辺
環境条件が変化しても表面特性に変化が起きないことを
意味している。
【００１２】本装置は、光学面の反射率に関しては、ガ
ラス素材の屈折率、入射角のほかでは、ごく僅かレーザ
の拡散性に依存するだけであり、環境条件の変化にも影
響を受けないことが実証されている。本発明に記載の上
記装置の場合、湿度／温度依存性を最小限に抑えること
に成功している。
ラス素材の屈折率、入射角のほかでは、ごく僅かレーザ
の拡散性に依存するだけであり、環境条件の変化にも影
響を受けないことが実証されている。本発明に記載の上
記装置の場合、湿度／温度依存性を最小限に抑えること
に成功している。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下では本発明を実施例に基づき
より詳しく説明する。本発明に記載の装置の構造原理
を、図１を基に説明する。この装置は、使用波長に対し
て光学的透過性である屈折率ｎの材質、例えばガラス、
合成樹脂または結晶から成っている光学的に有効な第一
面２と、それに平行で光学的に有効な第二面３とを持つ
オプティカルフラットプレート１を有している。
より詳しく説明する。本発明に記載の装置の構造原理
を、図１を基に説明する。この装置は、使用波長に対し
て光学的透過性である屈折率ｎの材質、例えばガラス、
合成樹脂または結晶から成っている光学的に有効な第一
面２と、それに平行で光学的に有効な第二面３とを持つ
オプティカルフラットプレート１を有している。
【００１４】図１に示された実施例では、図には描かれ
ていない光源から作用光線として送り込まれてきた第一
光線４が、プレート１の屈折率ｎに相当するブルースタ
ー角と同じか殆ど同じ角度の入射角αで第一面２に当た
る。界面にブルースター角で入射した光線は、界面で屈
折した分光線と、同一界面で反射した分光線８とに分か
れ、その両分光線が９０度の角度を構成する。
ていない光源から作用光線として送り込まれてきた第一
光線４が、プレート１の屈折率ｎに相当するブルースタ
ー角と同じか殆ど同じ角度の入射角αで第一面２に当た
る。界面にブルースター角で入射した光線は、界面で屈
折した分光線と、同一界面で反射した分光線８とに分か
れ、その両分光線が９０度の角度を構成する。
【００１５】直線偏光を成し、その偏光面が、装置（オ
プティカルフラットプレート１）の入射面と平面平行な
位置になるこの作用光線４は、オプティカルフラットプ
レート１の面２における屈折により位置移動し、点５か
らオプティカルフラットプレート１の外へ出るが、その
際、入射点６で入射する第一光線４に対して平行な位置
関係で照射対象物の方向へ（矢印７）進行する。このよ
うに偏光する第一光線４の場合、界面からオプティカル
フラットプレート１に入射する分光線成分が同界面で反
射する分光線８に比較して非常に多いので、入射する第
一光線４の大部分はオプティカルフラットプレート１を
透過する。
プティカルフラットプレート１）の入射面と平面平行な
位置になるこの作用光線４は、オプティカルフラットプ
レート１の面２における屈折により位置移動し、点５か
らオプティカルフラットプレート１の外へ出るが、その
際、入射点６で入射する第一光線４に対して平行な位置
関係で照射対象物の方向へ（矢印７）進行する。このよ
うに偏光する第一光線４の場合、界面からオプティカル
フラットプレート１に入射する分光線成分が同界面で反
射する分光線８に比較して非常に多いので、入射する第
一光線４の大部分はオプティカルフラットプレート１を
透過する。
【００１６】入射点６で反射した入射作用光線４の反射
成分８は受光器９に誘導される。第一光線または作用光
線４は直線偏光で、その偏光面は装置の入射面に平行な
位置にあるので、オプティカルフラットプレート１の透
過時の反射損量は極めて僅かである。作用光線４の屈折
成分がオプティカルフラットプレート１の第二面３から
外へ出て行く位置５で、照準光線またはマーキング光線
となり得る第二光線１０をこの光線４にカップリングさ
せるのが好ましい。
成分８は受光器９に誘導される。第一光線または作用光
線４は直線偏光で、その偏光面は装置の入射面に平行な
位置にあるので、オプティカルフラットプレート１の透
過時の反射損量は極めて僅かである。作用光線４の屈折
成分がオプティカルフラットプレート１の第二面３から
外へ出て行く位置５で、照準光線またはマーキング光線
となり得る第二光線１０をこの光線４にカップリングさ
せるのが好ましい。
【００１７】第二光線１０の僅かな成分が、オプティカ
ルフラットプレート１で屈折し、プレートを透過して屈
折成分１２として第一面の点１１からオプティカルフラ
ットプレート１を離れるが、それは同じように、そこか
ら光検出器１３に送り込むことが可能である。
ルフラットプレート１で屈折し、プレートを透過して屈
折成分１２として第一面の点１１からオプティカルフラ
ットプレート１を離れるが、それは同じように、そこか
ら光検出器１３に送り込むことが可能である。
【００１８】照準光線としての第二光線１０の第二面３
における反射率が高くなるように、第二光線１０の偏光
面が装置の入射面に垂直になるのが好ましい。オプティ
カルフラットプレート１での反射成分は約２０％〜３０
％である。残りはプレート１を透過する。
における反射率が高くなるように、第二光線１０の偏光
面が装置の入射面に垂直になるのが好ましい。オプティ
カルフラットプレート１での反射成分は約２０％〜３０
％である。残りはプレート１を透過する。
【００１９】本発明に記載の装置の場合、オプティカル
フラットプレート１の側面ポジションは、光学的光線移
動に基づき光線が、プレート１の中央位置（出口５）か
ら外へ出るように選定されている。その場合対称の関係
が成立する条件であることから、前面２および後面３で
の残余光線の反射が互いに妨害し合うことはなく、それ
ぞれの評価可能性が確保される。
フラットプレート１の側面ポジションは、光学的光線移
動に基づき光線が、プレート１の中央位置（出口５）か
ら外へ出るように選定されている。その場合対称の関係
が成立する条件であることから、前面２および後面３で
の残余光線の反射が互いに妨害し合うことはなく、それ
ぞれの評価可能性が確保される。
【００２０】幾何学的に平行に推移する前面反射光と後
面反射光の距離は、光学軸１５に対するオプティカルフ
ラットプレート１の角度、オプティカルフラットプレー
ト１の屈折率ｎおよび厚さに依存する。しかし、プレー
ト１の屈折率ｎが、ブルースター角を、従ってまた、光
線４に平行に延びる光学軸１５に対する角度を決定する
ので、プレートから離れる光線（反射成分８と屈折成分
１２）間の距離はプレートの厚さｄだけで調整できる。
面反射光の距離は、光学軸１５に対するオプティカルフ
ラットプレート１の角度、オプティカルフラットプレー
ト１の屈折率ｎおよび厚さに依存する。しかし、プレー
ト１の屈折率ｎが、ブルースター角を、従ってまた、光
線４に平行に延びる光学軸１５に対する角度を決定する
ので、プレートから離れる光線（反射成分８と屈折成分
１２）間の距離はプレートの厚さｄだけで調整できる。
【００２１】図２には、オプティカルフラットプレート
１における反射率が作用光線入射角の関数として表され
ている。それより、反射率はブルースター角の条件下で
際立って低い最小値をとることがはっきりとわかる。装
置の作業ポイントにおいては、表面反射防止加工という
追加措置を取らなくても、透過成分を除いた作用光線の
残余反射率はそれぞれの光学面につき０.０５％という
値が達成される。
１における反射率が作用光線入射角の関数として表され
ている。それより、反射率はブルースター角の条件下で
際立って低い最小値をとることがはっきりとわかる。装
置の作業ポイントにおいては、表面反射防止加工という
追加措置を取らなくても、透過成分を除いた作用光線の
残余反射率はそれぞれの光学面につき０.０５％という
値が達成される。
【００２２】第二光線１０の偏光面は装置の入射面に垂
直になるように設定する。この場合ブルースター条件が
満たされていないので、第一光線４の反射率に比べると
オプティカルフラットプレート１の屈折率ｎに依存して
約６００〜１０００倍の反射率が達成される。これは、
作用光線４を殆ど損量なく透過させ得るオプティカルフ
ラットプレート１形態の光学部材によって、第二光線１
０を効率よくカップリングさせ得るということを意味し
ている。作用光線出力の測定および監視のために受光器
９が、残余反射光線の届く範囲内に設置されている。
直になるように設定する。この場合ブルースター条件が
満たされていないので、第一光線４の反射率に比べると
オプティカルフラットプレート１の屈折率ｎに依存して
約６００〜１０００倍の反射率が達成される。これは、
作用光線４を殆ど損量なく透過させ得るオプティカルフ
ラットプレート１形態の光学部材によって、第二光線１
０を効率よくカップリングさせ得るということを意味し
ている。作用光線出力の測定および監視のために受光器
９が、残余反射光線の届く範囲内に設置されている。
【００２３】マーキング光線出力の透過成分によって作
用光線出力の測定に誤差が生じるということのないよう
に、計算機または評価ユニット１７と連結した受光器の
前に単一または複数のフィルタ１６を設置する。透過し
たマーキング光線の出力はフィルタ１６によってブロッ
クされるが、一方作用光線４の反射成分８.１は殆ど損
量なく受光器９に達する。
用光線出力の測定に誤差が生じるということのないよう
に、計算機または評価ユニット１７と連結した受光器の
前に単一または複数のフィルタ１６を設置する。透過し
たマーキング光線の出力はフィルタ１６によってブロッ
クされるが、一方作用光線４の反射成分８.１は殆ど損
量なく受光器９に達する。
【００２４】別な適用例では、フィルタ１６が照準光線
の波長をも透過させて、反面作用光線４の残余分をブロ
ックするという場合もある。このような反射比率の極端
な分化は、ブルースター法則の利用のもとで、厳密な意
味での直線偏光（第一光線４）および照準偏光（第二光
線１０）を適用した場合にのみ達成できる。
の波長をも透過させて、反面作用光線４の残余分をブロ
ックするという場合もある。このような反射比率の極端
な分化は、ブルースター法則の利用のもとで、厳密な意
味での直線偏光（第一光線４）および照準偏光（第二光
線１０）を適用した場合にのみ達成できる。
【図１】 本発明に記載の装置
【図２】 入射角を関数にして表したオプティカルフラ
ットプレートにおける反射率
ットプレートにおける反射率
１ オプティカルフラットプレート ２ 前面 ３ 後面 ４ 第一光線 ５ 出口 ８ 反射成分 ９ 受光器 １０ 第二光線 １２ 屈折成分 １５ 光学軸 １６ フィルタ １７ 評価ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｆ 9/00 ５０６ (72)発明者 バスティアン オースディジック オランダ国 8524 ＶＬ ハーグ ヒルデ ブラントストラート 84 Ｆターム(参考） 2H049 BA01 BA05 BA43 BC21 4C026 AA01 AA06 BB01 BB06 FF32 HH02 HH03 4C082 RA01 RA02 RA05 RA06 RA07 RA08 RC01 RC06 RE32
Claims (5)
- 【請求項１】 − 第一光線４がプレート１の第一面２
に、第二光線１０がプレート１の第二面１０に、それぞ
れプレート１の屈折率ｎに相当するブルースター角と同
じか殆ど同じ角度αで当たるように、オプティカルフラ
ットプレート１がカップリング光線４、１０または光路
に向けて配置されていること、および− 第一光線４お
よび第二光線１０が直線偏光で、第一光線４の偏光面が
装置の入射面に平行で、第二光線１０の偏光面が装置の
入射面に垂直であることを特徴とする、 第一光線（作用光線）が当たる光学的に有効な第一面お
よび第一面に平行で、第二光線（照準光線）が第一光線
の出口となる位置で当たる、光学的に有効な第二面を持
つ屈折率ｎの光学的透過性オプティカルフラットプレー
トを有している、偏光特性の利用された光線合一化装
置。 - 【請求項２】 第二光線１０が、オプティカルフラット
プレート１の第二面２において第一光線４の出口５とな
る位置で第一光線４とコリニア結合していることを特徴
とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 第一光線４のオプティカルフラットプレ
ート１への入射時に、その反射によって第一部分光線８
が生成されること、第二光線１０のオプティカルフラッ
トプレート１へ当たる時に、その反射によって第二部分
光線８.１が生成されることおよびこれらの部分光線用
に、制御信号生成のための加工ユニット１７と連結して
いる光検出器９、１３がそれぞれ配置されていることを
特徴とする請求項１および２に記載の装置。 - 【請求項４】 部分光線８、８.１の光路内で光検出器
９、１３の前に偏光、吸収フィルタやホログラフィック
フィルタまたは誘電フィルタが設置されていることを特
徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 第一光線４と第二光線１０が直線偏光
で、それらの光線の偏光面が互いに垂直な位置関係であ
ることを特徴とする上記請求項の少なくとも一つに記載
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10031414A DE10031414B4 (de) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Vorrichtung zur Vereinigung optischer Strahlung |
| DE10031414.7 | 2000-06-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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