JP2006503432A - ２つ以上の波長のレーザ・ビームを供給するシステム、方法および装置 - Google Patents

２つ以上の波長のレーザ・ビームを供給するシステム、方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ源（２２０、２２２、２２４）から２つ以上の波長のレーザ・ビームを供給するシステム、装置、および方法を提供する。
【解決手段】 異なる波長を有するこれらのレーザ・ビームは、レーザ源（２２０、２２２、２２４）によって発生され、そのビーム経路を、光学構成によって共通光軸２８０に沿ってそろえ、少なくとも１つの目標区域を処置することができる。複数のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴から出力される周波数倍増レーザ・ビームを、屈曲ミラー（Ｍ２、Ｍ５、Ｍ８）に通過させ、１つ以上のコンバイナ・ミラー（Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１２）を用いて、共通光軸２８０上で結合し、ビーム経路を統一することができる。１つ以上の伝達システムを用いて、選択したレーザ・ビームを目標に伝達することができる。

Description

本発明の実施形態は、一般には、レーザ・デバイスおよび方法に関し、更に特定すれば、２つ以上の異なる波長のレーザ・ビームを供給するシステム、方法および装置に関する。
関連出願に対する引用
本願は、２００２年１０月１７に出願し、「三色ダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート眼科用レーザ・デバイス」(Three-color, diode pumped solid state ophthalmic laser device)と題する、米国仮特許出願第６０／４１８，７１９号の優先権を主張する。その内容は、ここで引用したことにより、全体が本願にも含まれるものとする。
レーザ・ビームのような強力な光エネルギは、光凝固および内部光凝固(endo-photocoagulation)に用いて、例えば、組織の外科的凝固を行い、特に眼科において異常な組織を破壊したり、あるいは接着痕跡を形成することができる。ダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート（ＤＰＳＳ：diode-pump solid state）レーザは、周知であり、多くの用途、例えば、身体組織の照明による処置に用いられており、正確できめ細かい加工手順および処置のために増々用いられつつある。
ポンピング光レーザ源、例えば、ダイオード・レーザは、一般に従来のレーザ源よりも効率的である。ＤＰＳＳレーザが特に有用なのは、その製造に用いられる特定の半導体材料によって決定される波長範囲内であれば、本質的にいずれの波長でも発光するように設計することができるからである。
本発明の一実施形態によれば、２つ以上のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート（ＤＰＳＳ）レーザ源から２つ以上の波長のレーザ・ビームを供給する装置、システムおよび方法を提供する。本発明のある実施形態によれば、レーザ・サブシステムを含むレーザ照明システムを提供することができる。例えば、レーザ・サブシステムは、２つ以上のＤＰＳＳレーザ空胴を有し、２つ以上のそれぞれの波長のビームを生成するモジュールと、これら２つ以上のレーザ・ビームの経路を、例えば、屈曲ミラーやコンバイナ・ミラーを用いて、共通光軸に沿ってそろえる光学構成とを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、光学サブシステムは、選択したレーザ・ビーム、例えば、２つ以上のそれぞれの波長のレーザ・ビームを制御し、１つ以上の伝達システムに送り出すために用いることができる。１つ以上の伝達システムが、レーザ・ビームを１つ以上の選択した目標に向けて伝達することができる。
更に、本発明の一実施形態によれば、２つ以上のＰＤＳＳレーザ源から２つ以上の波長のレーザ・ビームを生成し、レーザ・ビームの経路を共通光軸に沿ってそろえ、少なくとも１つの目標区域に伝達するために所望の波長を有する少なくとも１つのレーザ・ビームを選択する方法を提供する。このような方法は、２つ以上のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴からの周波数倍増光ビームの経路を、実質的に共通な光軸上で結合することを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、前述のレーザ照明システムを、２つ以上のそれぞれのＤＰＳＳレーザ空胴によって発生した２つ以上の波長から選択した１つ以上の波長において動作させる方法を提供する。
本発明によるシステム、装置、および方法の原理および動作は、図面および以下の説明を参照することによって一層良く理解することができよう。尚、これらの図面は、例示の目的でのみ示すのであり、限定を意味するのではないことは理解されよう。
尚、図示の簡略化および明確化のために、図面に示すエレメントは、必ずしも同じ拡縮率で描かれている訳ではないことは認められよう。例えば、明確化のために、エレメントの内一部は、その寸法を、他のエレメントに対して誇張している場合もある。更に、適切であると見なされる場合には、連続する図全体を通じて対応するエレメントまたは類似のエレメントを示すために、図面間で参照番号を繰り返して用いる場合もある。
以下の説明を提示するのは、当業者が、特定の用途およびその要件に関連して提供する発明を行い使用することを可能にするためである。記載する実施形態に対する種々の変更は、当業者には明白であり、ここに規定する全体的な原理は他の実施形態にも適用可能である。したがって、本発明は、ここに示し説明する特定的な実施形態に限定されることを意図するのではなく、ここに記載する原理および新規な特徴と一致する、最も広い範囲に従うことを意図している。その他の場合では、公知の方法、手順、および構成部品については、本発明を曖昧にしないために、詳細には説明していない。
本発明の実施形態は、２つ以上の独立したＤＰＳＳレーザ源によって発生した２つ以上の波長のビームを選択的に供給する装置、システム、および方法を可能にすることができる。
これより図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態の少なくとも一形態による、レーザ照明システム１００の一例が概略的に示されている。図１Ａに見られるように、レーザ照明システム１００は、ユーザにシステム１００を動作させることができるようにするユーザ・インターフェース１０５と、システム１００の動作を制御するコントローラ１０７と、レーザ・サブシステム１５０が供給するレーザ・エネルギを制御するレーザ制御サブシステム１４０とを含むことができる。レーザ・サブシステム１５０は、２つ以上のそれぞれのレーザ空胴(laser cavity)による２つ以上の波長のレーザ・ビーム発生を可能とし、出力する異なる波長のレーザ・ビームの経路を、共通光軸に沿ってそろえる。図１Ｂに見られるように、システム１００は、更に、選択したレーザ・ビームを制御し、分割し、１つ以上の選択した目標に向けて伝達する光学サブシステム１６５も含むことができる。
ユーザ・インターフェース１０５は、例えば、制御および表示パネル１０６を含むことができる。制御および表示パネル１０６は、例えば、ＬＣＤ表示装置、タッチ・スクリーン・インターフェースおよびその他いずれの相応しい関連の入力デバイスをも含み、ユーザにシステム１００を動作させることができるようにすることができる。更に、ユーザ・インターフェース１０５は、開業医のようなユーザがシステム１００とインターフェースできるように、遠隔制御ユニット１０４、フット・スイッチ１０８、ならびに入力および出力デバイスのような、追加の双方向処理制御部も含むことができる。ユーザ・インターフェース１０５の追加のコンポーネントは、眼安全フィルタ１０９、ＢＲＨプラグ１１３、プリンタ１１１、少なくとも１つのシリアル・ポート１１２、および／またはオペレーティング・ソフトウェアを含むことができる。
コントローラ１０７は、制御電子回路を有し、システム１００のデータ処理および制御を可能にするプロセッサ、即ち、ＣＰＵ１１０を含むことができる。ＣＰＵ１１０は、ハードウェア、埋め込みマイクロコントローラ、および／またはソフトウェア等を含み、レーザ照明システム１００内の機能を制御および監視し、ユーザが発した命令を制御することができる。加えて、当技術分野では周知の、レーザ安全限界機能をＣＰＵ１１０内に一体化することもできる。ＣＰＵ１１０は、例えば、オペレーティング・システム１００のシステム・データや実行可能コードを格納することができる、メモリ・ユニット１１５を含むことができる。コントローラ１０７は、例えば、電気的プログラム可能論理デバイス（ＥＰＬＤ）１２０のようなシステム論理デバイス、またはその他いずれの適したコンポーネントをも含み、使用する必要性に応じて、システムのプログラミングおよび実行を可能にすることができる。ＣＰＵ１１０は、例えば、光学サブシステム１６５内の主フォトセル即ち検出器１６７および／または安全フォトセル１６８からの実際のレーザ・ビーム出力結果を処理するように構成することができる。これについては、以下で詳細に説明する。ＣＰＵ１１０は、このような処理データを利用して、レーザ空胴１５２、１５４および／または１５６の出力を調節して所望のレーザ・ビーム出力を得るように、レーザ制御サブシステム１４０に命令することができる。
システム１００は、システム１００およびその部品に電力を供給する電源１３０を含むことができる。例えば、電源１３０は、ＣＰＵ１１０またはレーザ制御サブシステム１４０等のコンポーネントに供給する電圧を制御することができる。冷却ユニット１２５を設けて、コントローラ１０７およびその部品を冷却し、更にポンプ・ダイオード電流制御ユニット１４１のコンポーネントを冷却することができる。
レーザ制御サブシステム１４０の動作は、ＣＰＵ１１０によって制御することができ、例えば、レーザ空胴１５２、１５４、および１５６によるレーザ・エネルギ発生を制御することができる。レーザ制御サブシステム１４０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ゲートを用いて、レーザ空胴１５２、１５４、および１５６への電流供給をそれぞれ制御する、ポンプ・ダイオード電流制御ユニット１４１を含むことができる。レーザ制御サブシステム１４０は、例えば、赤色ＴＥＣ制御ユニット１４２、黄色ＴＥＣ制御ユニット１４３、および緑色ＴＥＣ制御ユニット１４４のような、少なくとも１つのＴＥＣ制御ユニットを含み、レーザ空胴１５２、１５４、および１５６それぞれからの安定なレーザ出力を可能にするために、正確な温度制御を行うことができる。このようなＴＥＣ制御ユニットは、それぞれの熱電（ＴＥ）冷却ユニット、例えば、レーザ・カプセル１５２、１５４、および１５６内にそれぞれ配置されたＴＥ冷却ユニット１５３、１５５および１５７を制御することができる。ＴＥＣ制御ユニット１４２、１４３および１４４は、フィードバック、例えば、温度検知データを、ＴＥ冷却ユニット１５３、１５５および１５７からそれぞれ受け取ることができる。
レーザ・サブシステム１５０は、２つ以上のレーザ空胴、例えば、空胴１５２、１５４および１５６を含み、異なる波長の光ビームを発生することができる。空胴１５２、１５４および１５６は、例えば、赤色、黄色、および緑色のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ源、ならびにそれぞれの周波数倍増部を含むことができる。これについては、以下で詳しく説明する。空胴１５２、１５４および１５６は、ＴＥ冷却部、例えば、冷却部１５３、１５５および１５７とそれぞれ関連させることができる。更に、レーザ・サブシステム１５０は光学構成１６０を含み、出力されるレーザ・ビームの経路を共通光軸に沿ってそろえることができる。これについては、以下で詳しく説明する。
光学サブシステム１６５は、選択したレーザ・ビームを制御し、分割し、１つ以上の選択した目標に伝達するために用いることができ、出立するパルスを減衰させる減衰器１６９、および／または出立するレーザ・パルスを制御または制限するシャッタ１７０を含むことができる。更に、光学サブシステム１６５は、例えば、主フォトセル１６７および安全フォトセル１６８のような、少なくとも１つのパワー監視デバイスを含むことができ、主フォトセル１６７および安全フォトセル１６８は、出力されるレーザ・ビームの出力エネルギをサンプリングすることができる。サンプリングされたデータは、例えば、主フォトセル１６７および／または安全フォトセル１６８からコントローラ１０７に転送することができ、ここでデータを処理することができる。更に、光学サブシステム１６５は、例えば、ダイオード照準ビーム・レーザのような、照準レーザ１７５を含み、システム１００のユーザが、当技術分野では周知のように、１つ以上の目標にレーザ・パルスの照準を当てることができるようにすることができる。更に、光学サブシステム１６５は、出力セレクタ１８０も含み、所望のレーザ・ビーム出力を選択することができる。光ポート１８５および１８６のような１つ以上の光ポートを設けて、出力されるレーザ・ビームを１つ以上の伝達システム１９０に分岐することができる。伝達システム１９０は、光ファイバを含むことができ、２つ以上の異なる波長のビームを、例えば、被験者１９５の眼組織内にある別々の目標への伝達を可能にすることができる。
本発明の一形態の一実施形態例は、２つ以上のレーザ・ダイオード、例えば、３つのダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート（ＤＰＳＳ）レーザ源を、レーザ空胴１５２、１５４および１５６内部に含むことができ、これらのレーザ空胴は、例えば、緑色、黄色、および赤色のレーザ・ビームを供給することができる。ある実施形態例では、システム１００が出力することができるレーザ・ビームの波長は、約５３２ｎｍ、約５６１ｎｍ、および約６５９ｎｍを含むことができる。他の構造や寸法を用いてもよく、例えば、異なる波長値、異なる数の異なる波長、および／または１つ以上の波長の所望の組み合わせを得ることができる。
伝達システム１９０は、例えば、標準的な市販のＺｅｉｓｓ（ツアイス社）のスタイル検査スリット・ランプ(style examination slit lamp)、エンドプローブ(endoprobe)および間接検眼鏡等を含むことができる。伝達システム１９０は、光ファイバまたはその他の光媒体で構成することができ、光ポート１８５および１８６のいずれかまたは双方等において、ユーザ・インターフェース１０５に取り付けることができる。本発明の実施形態と共に用いることができる伝達デバイスの例には、米国、カリフォルニア州、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃｏｎｄｅｎｓａ Ｓｔ．２４００のＬｕｍｅｎｉｓ Ｉｎｃ．（ルミナス社）が製造するＬａｓｅｒｌｉｎｋ−Ｚ、Ｌｕｍｅｎｉｓ Ｉｎｃ．が製造するＬａｓｅｒ Ｉｎｄｉｒｅｃｔ、Ｌｕｍｅｎｉｓ社が製造するＯｐｔｈａｌｍａｓｃｏｐｅ、および同様にＬｕｅｎｉｓ Ｉｎｃ．が製造するＡｃｃｕｌｉｔｅ Ｐｒｏｂｅを含むことができる。
ユーザ・インターフェース１０５、コントローラ１０７、レーザ制御サブシステム１４０、レーザ・サブシステム１５０、光学サブシステム１６５、電源１３０、冷却ユニット１２５、およびその他のいかなるモジュール、デバイス、ユニット、および／またはサブシステムも、独立して、相互依存して、またはいずれの組み合わせでも動作することができる。
図２Ａは、本発明のある実施形態によるレーザ・サブシステム１５０を上面から示す概略図である。レーザ・サブシステム１５０は、空胴内光学部品２１０を含むことができ、１つ以上の独立したダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴、例えば、レーザ空胴２２０、２２２および２２４を含むことができる。レーザ空胴２２０、２２２および２２４は、それぞれ、独立したポンプ・ダイオード・レーザ源２１２、２１４および２１６を含むことができる。これらのポンプ・ダイオード・レーザ源は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ＩｎＧａＡＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはその他の適した化合物で構成することができる。ダイオード・レーザ（例えば、ＤＬ−１、ＤＬ−２、ＤＬ−３）は、ポンプ源として作用して、例えば、約８０８ｎｍの基準光を放出し、レーザ・ロッド、例えば、Ｎｄ．ＹＡＧ−１、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、またはその他の適したレーザ・ロッド内に入射され、レーザ・ロッドのレージング・レベル (lasing level)を設定する(populate)。このポンピングは、例えば、ダイオード・ポンプ・レーザに供給する電力を制御することによって、行うことができる。代わりのポンプ源を用いてもよい。個々のレーザ空胴の各々は、主レーザ部、例えば、ダイオードからの初期光エネルギをポンピングするレーザ・ロッド（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ−１、Ｎｄ：ＹＡＧ−２、またはＮｄ．ＹＡＧ−３）を含む区間２０６、２０７、２０８、例えば、ＫＴＰ結晶（例えば、ＫＴＰ−１、ＫＴＰ−２、およびＫＴＰ−３）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３のような、それぞれの周波数倍増エレメント、またはその他の適した周波数倍増エレメントを含む周波数倍増部、ミラー（例えば、Ｍ１〜Ｍ９）、ならびにレンズ（例えば、Ｌ１、Ｌ２およびＬ３）を含むことができる。レーザ空胴２２０、２２２および２２４は、それぞれ、正確な所定の波長、例えば、約５３２ｎｍ、約５６１ｎｍ、約６５９ｎｍ、および／または他のいずれの所望のレーザ波長でもレーザ・ビームの発生を可能にすることができる。
レーザ空胴２２０、２２２および２２４は、例えば、屈曲構成(folded configuration)に配置することができる。各空胴は、例えば、３つのミラー、２つの高反射端部ミラー（例えば、Ｍ１、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ９）と、所望の波長において部分的に透過性となることができる中央出力屈曲ミラー（例えば、Ｍ２、Ｍ５、およびＭ８）とによって規定することができる。本発明の実施形態例では、空胴ミラーＭ１、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ９は、基本赤外線波長および周波数倍増波長に対して高い反射率を有するように設計するとよい。各空胴の屈曲ミラー、例えば、Ｍ２、Ｍ５、およびＭ８には、付加的に、周波数倍増レーザ・ビーム出力に対して部分的に透過性となるのに適した材料を被覆し、これによって、出力カプラとして機能するようにするとよい。これは、当技術分野では周知である。
ここで説明している例では、緑色レーザ源２１２は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロッドを用いて、約１０６４ｎｍの基本波長を生成することができる。この波長は、赤外Ｎｄ：ＹＡＧ波長付近で得られる最も高い利得を有することができる。緑色共振ミラー（例えば、Ｍ７、Ｍ８、およびＭ９）は、したがって、他の潜在的に競合する遷移の反射率を抑制不要とすることができる。緑色レーザ共振２２０内の１０６４ｎｍ光の一部は、周波数倍増部２２６によって、約５３２ｎｍに変換することができる。この５３２ｎｍ（緑色）光は、緑色レーザ出力屈曲ミラーＭ８を通じて、部分的透過によって、緑色レーザ空胴２２０から抽出することができる。緑色スペクトルにおける他の波長を用いてもよく、他のレーザ源を用いてもよい。
ここで説明している例では、赤色レーザ源２１４は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロッドを用いて、約１３１９ｎｍの基本波長を生成することができる。赤色共振ミラー（例えば、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３）は、１３１９ｎｍにおいては非常に高い反射率を有することができる一方、他の近赤外波長の反射率を抑制することができる。赤色レーザ空胴２２４内における１３１９ｎｍ光の一部は、周波数倍増部２２８によって、約６５９ｎｍに変換することができる。６５９ｎｍ（赤色）光は、赤色レーザ空胴２２４から、赤色レーザ出力屈曲ミラーＭ２を通じて部分的透過によって抽出することができる。赤色スペクトルにおける他の波長を用いてもよく、他のレーザ源を用いてもよい。
ここで説明している例では、黄色レーザ源２２２は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロッドを用いて、約１１２３ｎｍの基本波長を生成することができる。黄色共振ミラー（例えば、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６）は、１１２３ｎｍにおいて高い反射率を有することができる一方、他の近赤外波長の反射率を抑制することができる。黄色レーザ空胴２２２では、１１２３ｎｍの近くにおける競合レージング・ラインを抑制するために、追加の光学フィルタＦ１を必要とする場合もある。レーザ空胴２２２内における１１２３ｎｍ光の一部は、例えば、周波数倍増部２２４によって、約５６１ｎｍに変換することができる。この５６１ｎｍ（黄色）光は、黄色レーザ空胴２２２から、黄色レーザ出力屈曲ミラーＭ５を通じて、部分的透過によって抽出することができる。黄色スペクトルにおける他の波長を用いてもよく、他の種類のレーザ源を用いてもよい。
レーザ・サブシステム１５０は、レーザ・サブシステム１５０の追加空胴２５０を含むことができる。追加空胴２５０は、光学構成１６０を含むことができ、光学構成１６０は、合焦および方位操作光学部品を一体化することができ、種々のレンズ、ミラー、ウィンドウ等を含み、以下で詳しく説明するが、空胴２２０、２２２および２２４のような１つ以上のレーザ空胴からの独立したレーザ・ビームの経路を、共通光軸２８０に沿って、または結合同軸経路上でそろえることができる。レーザ・サブシステム１５０の追加空胴の部分２５０は、倍増された周波数光がレーザ空胴２２０、２２２および２２４の屈曲ミラー（例えば、Ｍ２、Ｍ５、Ｍ８）をそれぞれ通過した後に始まるとよい。レーザ空胴２２０、２２２および２２４からのビームは、レンズ、例えば、Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３によってそれぞれ平行化することができ、次いで１つ以上のコンバイナ・ミラー（例えば、Ｍ１０、Ｍ１１、およびＭ１２）を用いて、他のビームの経路を伴う共通軸２８０に沿って伝える(channel)ことができる。
例えば、赤色レーザ・ビームはレンズＬ１によって平行化することができ、次いでコンバイナ・ミラーＭ１０によって、ミラーＭ１１の第１表面２８１に向けて反射することができる。コンバイナ・ミラーＭ１０は、本例では、約６５９ｎｍの光を反射しつつ、約１３１９ｎｍの光を透過させて、残留基本波長放射線を６５９ｎｍビームから除去することができる。反射ビーム、例えば、６５９ｎｍ光ビームを、「照明」または「処置」ビームと呼ぶこともでき、選択した目標を照明するため、または処置するために用いることができる。コンバイナ・ミラーＭ１０の角度を調節して、追加空胴の光学部品２４０の共通光軸２８０に並列に出力ビームをそろえることができる。コンバイナ・ミラーＭ１０からの反射の後、赤色ビームは、整列ウィンドウ、例えば、ウィンドウＷ１を通過することができる。整列ウィンドウＷ１は、かなりの厚さと平行な表面を有する回転可能なガラス基板とすることができ、当技術分野では周知である。入射ビームは、整列ウィンドウを通過すると、選択した厚さおよび角度に応じて変換することができ、出力ビームが共通光軸２８０に平行で、共通光軸２８０に沿ってずらされて、ビームの入射角度にほぼ比例するビームの変位を生ずることができる。ウィンドウＷ１の角度を調節すると、例えば、黄色コンバイナ・ミラーＭ１１において、赤色ビームの経路を、ミラーＭ１１の第２表面２８２において、黄色ビームの経路を中心として位置付けることもできる。
例えば、黄色レーザ・ビームは、レンズＬ２によって平行化し、次いで黄色コンバイナ・ミラーＭ１１によって反射される。本例では、黄色コンバイナ・ミラーＭ１１は、約５６１ｎｍの光を反射することができる一方、約１１２３ｎｍの光を透過し、５６１ｎｍのビームから残留基本波長放射線を除去することができる。コンバイナ・ミラーＭ１１は、６５９ｎｍの赤色照明ビームも透過することができ、この赤色照明ビームは、コンバイナ・ミラーＭ１１の第２表面２８２において、黄色ビームと共通の経路を有するように整列されている。黄色コンバイナ・ミラーＭ１１の角度を調節すれば、赤色ビームの経路に平行となるように黄色ビームの経路をそろえることができる。黄色コンバイナ・ミラーＭ１１からの反射（黄色）または透過（赤色）の後、黄色および赤色ビームの双方は、整列ウィンドウＷ２を通過することができる。整列ウィンドウＷ２の角度を調節すれば、ミラーＭ１１を参照して先に説明したのと同様に、緑色コンバイナ・ミラーＭ１２の出力表面において、緑色ビームの経路を中心として赤色および黄色ビームの経路を位置付けるようにすることができる。
例えば、緑色レーザ・ビームは、レンズＬ３によって平行化され、次いで緑色コンバイナ・ミラーＭ１２によって反射することができる。本例では、緑色コンバイナ・ミラーＭ１２は、約５３２ｎｍの光を反射しつつ、約１０６４ｎｍの光を透過して、５３２ｎｍビームから残りの基本波長放射線を除去することができる。コンバイナ・ミラーＭ１２は、６５９ｎｍの赤色および５６１ｎｍの黄色照明ビームも透過することができ、これらのビームは、コンバイナ・ミラーＭ１２の出力表面において、緑色ビームと共通の経路を有するように整列されている。緑色コンバイナ・ミラーの角度を調節すれば、緑色ビームの経路が、赤色および黄色ビームの経路に実質的に平行となるようにそろえることができる。緑色コンバイナからの反射（緑色）または透過（赤および黄色）の後、３本のビームは全て整列ウィンドウＷ３を通過することができる。整列ウィンドウＷ３の角度を調節すれば、特別空胴光学部品２５０の共通光軸２８０を中心として３本のビーム全ての経路を位置付けることができる。
それぞれの波長を有するレーザ・ビームの経路を追加空胴の光学部品２５０の共通光軸２８０に対してそろえた後、これらのビームの経路は、Ｗ４で示す第４ウィンドウを通過して、光学サブシステム１６５に達する。
図２Ｂは、本発明のある実施形態による光学サブシステム１６５を示す概略図である。共通軸２８０上のそれぞれのビームは、望ましいときには、Ｆ２で示す、オプションのコンピュータ制御移動減衰器を通過させて、ビーム・パワーを低減することができる。それぞれのビームは、１つ以上のパワー監視検出器（ＤＥＴ、ＤＥＴ−２）、例えば、検出器１６７および１６８を通過することができる。検出器１６７および１６８は、例えば、それぞれ主フォトセル検出器および安全フォトセル検出器としたり、あるいは他の適した検出器とすれば、要求された較正パワーを確実に伝達することができる。各検出器チャネルは、ミラー、例えば、「ピックオフ」ミラー(pickoff mirror)（例えば、Ｍ１３またはＭ１４）を含むことができ、このピックオフ・ミラーは、ビームの小部分を、ディフーザＦ３および／またはＦ４のようなディフーザに向けて反射させることができる。ディフーザＦ３および／またはＦ４は、例えば、検出器１６７および１６８のようなフォトダイオードに光を散乱させることができる。検出器１６７および１６８は、例えば、主フォトセル１６７および安全フォトセル１６８（図１Ｂの）と同等とすればよい。
安全シャッタ１７０をパワー検出器１６７および１６８の後ろに配置し、例えば、システムの起動や検査の間、照明ビームの期間を中止または制限することができる。安全シャッタ１７０は、例えば、システム１００が「スタンバイ」状態にあるとき、緊急オフ・スイッチが押されたとき、および／またはシステムの誤動作が検出されたときにも、照明ビームを遮断することができる。ミラーＭ１５において、入射するビームを、照準ビーム１７２、例えば、レーザ源ＤＬ−４によって発生したダイオード照準ビームと結合することができる。ミラーＭ１５は、所望の照明波長（例えば、６５９ｎｍ、５６１ｎｍ、および５３２ｎｍ）を透過し、例えば、６３５ｎｍの照準ビーム１７２を反射することができる。照準ビーム・コンバイナ・ミラーＭ１５の調節によって、照準ビーム１７２を、１つ以上の照明ビームまたは処置ビームと同軸となるようにそろえることができる。
システム１００は、レーザ・ビーム出力（複数の出力）を、ファイバ・ポート２８３および２８４のような、１つ以上の選択可能な伝達システム光ポートに導出し、レーザ・エネルギを１つ以上のレーザ伝達システムに伝達することができる。機械式移動ミラーＭ１６を用いて、レーザ・エネルギを、選択した光ポート、例えば、ポート２８３および２８４に導出することができる。エネルギをポート２８３に伝達する場合、例えば、移動ミラーＭ１６をビーム経路内に配置しなければ、ビーム・エネルギはミラーＭ１６の上を通り、対物レンズＬ４を通過してポート２８３に至ることができる。エネルギをポート２８４に伝達する場合、例えば、移動ミラーＭ１６をビーム経路に配置すれば、入射ビームを、ポート２８４の前方にある第２ミラーＭ１７に向けて反射することができる。第２ミラーＭ１７は、ビームをポート２８４の対物レンズＬ５に導出することができる。Ｌ４および／またはＬ５のような対物レンズを用いて、照準ビームおよび照明ビームを収束し、レーザ・エネルギを光ファイバ内に結合するのに適したビーム・ウェスト(beam waist)を得ることができる。ポートは、例えば、フォーマット光ソケット、例えば、「スマート・ナット」(smart nut)のようなソケットを用いて構成することができる。このようなスマート・ナットは、例えば、ＣＴ０６８１０、Ｄａｎｂｕｒｙ、Ｋｅｎｎｅｄｙ Ａｖｅ１、のＡｍｐｈｅｎｏｌ（アンフェノール社）が製造するような、注文製作のＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅ ｖｅｒｓｉｏｎ（ＳＭＡ）コネクタとするとよい。Ａｍｐｈｅｎｏｌ社は、レーザ・システムが、各レーザ・ポートに取り付けられた伝達デバイスの形式を自動的に識別する手段を提供することができる。この伝達デバイスの識別によって、システム１００は、この伝達デバイスに特定的な唯一の機構を活性化することができる（例えば、パワー設定値、パワー限界値、期間設定値、流速量計算等）。例えば、９０６ＳＭＡソケットを用いることができ、それぞれポート２８３および２８４に取り付けることができる種々の伝達デバイスのファイバ・コネクタを中心として、合焦したレーザ・ビームを位置付けるようにそろえることができる。９０６ＳＭＡフォーマット光ソケットに加えて、光ポートは、伝達デバイスＳＭＡ「スマート・ナット」上の接点から抵抗値を読み取ることもできる。それぞれの光ポートに取り付けられているそれぞれの伝達デバイスの形式および特性をエンコードするために、種々の抵抗値を用いることができる。
図３は、前述の図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂと関連し、２つ以上のＤＰＳＳレーザ源からの異なる波長のビームを発生し伝達する方法例を示すフローチャートである。図３に見られるように、ブロック３０５において、２０６、２０７および２０８のような主レーザ部をそれぞれ用いて、ポンプ・ダイオード・レーザ２１２、２１４および２１６のような１つ以上のレーザ源をポンピングすることによって、基準光ビームを発生することができる。ブロック３１０において、周波数倍増部２２６、２２７および２２８によって、基準光ビームの周波数を倍増することができる。ブロック３１５において、各レーザ空胴２２０、２２２および２２４毎に、それぞれの周波数倍増ビームを、それぞれ、屈曲ミラーＭ２、Ｍ５、およびＭ８に通過させることができる。ブロック３２０において、各レーザ空胴からのビームを、それぞれのレンズＬ１、Ｌ２および／またはＬ３によって平行化することができる。ブロック３２５において、それぞれのレーザ・ビームの経路を、１つ以上のコンバイナ・ミラー、例えば、Ｍ１０、Ｍ１１、およびＭ１２によって、共通光軸２８０に沿って結合またはそろえることができる。ブロック３３０において、共通光軸２８０を通過するビームを、移動減衰器Ｆ２に通過させることによって減衰させることができる。ブロック３３５において、減衰したビームを、１つ以上のパワー監視検出器、即ち、検出器１６７、１６８に通過させ、出力ビームのパワーが、所定のパワー・レベルに対して、容認レベルにあるか否か検出することができる。このような検出は、１つ以上のピックオフ・ミラーＭ１３またはＭ１４によって、出力ビームの少なくとも一部をディフューザ、例えば、Ｆ３、Ｆ４に反射させ、ディフューザＦ３、Ｆ４からのビームの反射部分を散乱させ、散乱した光を少なくとも１つのフォトダイオード、例えば、検出器１６７、１６８に通過させることによって、行うことができる。ブロック３４０において、ビーム、例えば、不要な照明ビームを安全シャッタ１７０によって遮断または制限することができる。ブロック３４５において、レーザ源ＤＬ−４によって発生した照準ビーム１７２を、レーザ空胴２２０、２２２または２２４からの照明ビームと共に、ミラーＭ１５に向けて出射し、照準ビーム１７２を、選択した照明ビームとそろえることができる。ブロック３５０において、レーザ・ビームを１つ以上の伝達システムに導出し、レーザ・エネルギを１つ以上の選択した目標に伝達することができる。
前述のステップのいずれの組み合わせでも実施することができる。更に、他のステップ、および一連のステップを用いてもよい。
これより図４を参照すると、これは、図１のレーザ照明システムによって出力したレーザを制御する方法例の一形態を示すフローチャートである。この方法は、次のブロックを含むことができる。ブロック４００において、伝達すべき所望の波長の選択を行う。ブロック４０５において、選択した波長に対応して活性化するレーザ源を選択する。ブロック４１０において、選択した波長（ブロック４００）に対するレーザ露出設定値を選択する。これは、パワー、露出期間、および処置間隔等のようなパラメータを含むことができる。ブロック４１５において、選択したレーザ源を活性化して、要求された波長を有するレーザ・ビームを発生する。ブロック４２０において、主検出器１６７のような検出器から適切なフィードバックを受け、受け取ったデータを処理する。例えば、実際のパワー出力を、所望のパワー・パラメータと比較することもできる。必要であれば、１つ以上のレーザ出力パワー・パラメータに応じて、例えば、ポンプ・ダイオードの電流を、要求パワー・レベルに合わせるように変化させることによって、選択したレーザ源によって出力したレーザを調節することもできる。ブロック４２５において、例えば、安全検出器の結果を、主検出器１６７のような検出器からの結果と比較することによって、実際のパワー出力が正確であること確認する。ブロック４２５は、ブロック４２０と同時に実行することもできる。
前述の動作は、いずれの組み合わせでも実施することができ、いずれの数の前述の動作も実施することができる。更に、他の動作または一連の動作を用いてもよい。
本発明の実施形態についてのこれまでの説明は、例示および説明の目的のために提示したものである。前述の教示を参考にすれば、変形、置換、変更、等価が可能であることは、当業者には当然認められるはずである。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の精神に該当する、このような修正や変更全てを包含する意図であることは理解されよう。
図１Ａは、本発明の一実施形態の少なくとも１つの形態による照明システムの一例を示す概略ブロック図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態の少なくとも１つの形態による照明システムの一例を示す概略ブロック図である。 図２Ａは、本発明のある実施形態例による、図１の照明システムのレーザ・サブシステムを示す概略図である。 図２Ｂは、本発明のある実施形態例による、図１の照明システムの光学サブシステムを示す概略図である。 図３は、図１のレーザ照明システムによって、２つ以上の波長のＤＰＳＳレーザ・ビームを発生し伝達する方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施形態にしたがって、１つ以上の選択した波長においてレーザ照明システムを動作させる方法の一例を示すフローチャートである。

Claims (26)

  1. ダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ・システムであって、
    ２つ以上のそれぞれの波長のビームを生成可能な、２つ以上のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴と、
    前記ビームの経路を共通光軸に沿ってそろえる光学構成と、
    を備えたシステム。
  2. 請求項１記載のシステムであって、前記レーザ空胴のうちの少なくとも１つのものの動作を制御するコントローラを備えた、システム。
  3. 請求項１記載のシステムにおいて、前記レーザ空胴のうちの少なくとも１つは、主レーザ部と、周波数倍増部とを備えた、システム。
  4. 請求項１記載のシステムにおいて、前記主レーザ部は、ポンプ・ダイオード・レーザ源を備えた、システム。
  5. 請求項１記載のシステムにおいて、前記光学構成は、少なくとも１つの屈曲ミラーを備えた、システム。
  6. 請求項１記載のシステムにおいて、前記光学構成は、少なくとも２本のレーザ・ビームの経路を結合するために１つ以上のコンバイナ・ミラーを備えた、システム。
  7. 請求項１記載のシステムであって、前記光学構成の出力に関連する複数の光学ポートを備えた、システム。
  8. 請求項１記載のシステムであって、前記レーザ・ビームのうちの少なくとも１本を目標区域に伝達する少なくとも１つの伝達システムを備えた、システム。
  9. 請求項１記載のシステムにおいて、前記２つ以上のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴は、３つのそれぞれの波長のビームを生成可能な、３つのダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザ空胴である、システム。
  10. 照明方法であって、
    ２つ以上のそれぞれの波長を有し、２つ以上のダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート発生レーザ・ビームの経路を共通光経路上でそろえるステップと、
    前記レーザ・ビームのうちの少なくとも１本を目標区域に伝達するステップと、
    を備えた照明方法。
  11. 請求項１０記載の方法であって、
    前記２本以上のレーザ・ビームを、２つ以上のそれぞれの屈曲ミラーに通過させるステップと、
    少なくとも２つの前記それぞれのレーザ・ビームの経路を、１つ以上のコンバイナ・ミラーを用いて結合するステップと、
    を含む、方法。
  12. 請求項１０記載の方法であって、更に、照準ビームを実質的に前記光経路に沿って伝達させるステップを含む、方法。
  13. 請求項１０記載の方法であって、前記２つ以上のそれぞれのレーザ・ビームを、１つ以上の光ポートを介して伝えるステップを含む、方法。
  14. 請求項１０記載の方法であって、１つ以上の伝達システムを用いて、前記それぞれのレーザ・ビームを伝達するステップを含む、方法。
  15. ２つ以上の波長のそれぞれのレーザ・ビームの経路を結合する装置であって、
    異なる波長の少なくとも２つのダイオード・ポンプ・ソリッド・ステート・レーザが発生したビームを平行化する平行化レンズと、
    前記平行化したビームの経路を、共通光軸に沿ってそろえる光学構成と、
    を備えた装置。
  16. 請求項１５記載の装置において、前記光学構成は、少なくとも１つのコンバイナ・ミラーを含む、装置。
  17. 請求項１５記載の装置であって、前記ビームの少なくとも１本を減衰させる移動減衰器を備えた、装置。
  18. 請求項１５記載の装置であって、前記共通光軸上において前記ビームの少なくとも１本のパワーを検出する、少なくとも１つのパワー監視検出器を備えた、装置。
  19. 請求項１５記載の装置であって、少なくとも１つの前記ビームをディフューザに向けて反射する少なくとも１つのピックオフ・ミラーを備えた、装置。
  20. 請求項１５記載の装置であって、前記目標の前記ビームに対する露出を制限する安全シャッタを備えた、装置。
  21. 請求項１５記載の装置であって、前記ビームの照準を目標に向けさせる照準ビームを備えた、装置。
  22. 請求項１５記載の装置であって、前記共通光軸に関連する少なくとも１つの光ポートを備えた、装置。
  23. 請求項１５記載の装置であって、少なくとも１つの光ソケットを備えた、装置。
  24. 請求項１５記載の装置であって、前記ビームの少なくとも１本を目標に伝達する１つ以上のレーザ伝達システムを備えた、装置。
  25. １つ以上の選択した波長においてレーザ照明システムを動作させる方法であって、
    伝達する所望の波長を選択するステップと、
    活性化させるダイオード・ポンプ・レーザ源を選択するステップと、
    前記選択した波長に対して、レーザ露出設定値を選択するステップと、
    所望の波長を有するビームを発生するように、前記選択したレーザ源を活性化するステップと、
    を備えた方法。
  26. 請求項２５記載の方法であって、更に、
    前記発生したビームに対して、検出器からのフィードバックを処理するステップと、
    前記発生したビームの実際のパワー出力の精度を確認するステップと、
    を含む、方法。
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