JP2009188128A - レーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー照射装置において、アクセスパネルを開放してオペレータが被照射体上のレーザービームの照射ポイントを観察し位置決めし得るレーザー照射装置を提供する。
【解決手段】安全クラスが１を超えるレーザー照射装置２０に取り付けられている開閉検知センサ２１が扉１４の開放を検知すると、入力される開放検知信号によって制御部２２は待機位置にある選択された吸収率のＮＤフィルタ２３を上昇させてレーザービームの光路４へ挿入する。ＮＤフィルタ２３はレーザービームを吸収し透過光量を減少させて安全クラスを１にするので、作業者は試料１上に照射されているレーザービームの照射ポイントＰを観察しながら試料１を手作業で移動させて所定の位置へ正確に位置決めすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザー照射装置の安全性の改良に関する。

レーザー照射装置はレーザー加工機、レーザーを利用する分析・測定機器、および医療機器等に使用されている。しかし、レーザービームは高いエネルギー密度を持っているために、レーザービームがレーザー照射装置のオペレータの眼に入ると視力低下を生ずるのみならず、場合によっては失明に至る危険がある。そのために日本工業規格には「レーザー製品の安全基準」が制定されており、人体に与える影響を基準にして、発振方法・波長・出力が異なるレーザービームを放射するレーザー製品について、１（本質的に安全）、１Ｍ（集光しなければ本質的に安全）、２（安全）、２Ｍ（集光しなければ安全）、３Ｒ（少し危険）、３Ｂ（かなり危険）、４（とても危険）の安全クラスを設けている。

そして、安全クラスが１を超えるレーザー照射装置はレーザー放射（迷走レーザー放射を含む）に対する人体の被曝を予防するための保護筐体を備えていなければならないとされており、保護筐体の一部分であるアクセスパネルを移動または取り外す時には人体がレーザー放射の被曝を受けないように、アクセスパネルはセイフティインタロックを備えていなければならないとされている。そのほか、安全クラスが３Ｂまた４のレーザー照射装置は、取り外しの可能な鍵（磁器カード等を含む）の操作による制御部を組み込まねばならないとされており、鍵が外されている時（インターロックが解除されている時）はレーザー放射による被曝があってはならないとされている（非特許文献１を参照）。
日本工業規格、ＪＩＳ Ｃ６８０２（平成１７年改訂）

図４は上記のレーザー照射装置、保護筐体、アクセスパネルを従来例の安全クラスが例えば３Ｒのレーザー照射装置１０によって概念的に示す部分破断図である。すなわち、被照射体である試料１が試料ステージ２に載置されており、レーザー発振器３から水平方向に放射されて光路４を進行するレーザービームが反射ミラー６によって直下方へビームの向きを変えられ、集光レンズ８を介して試料１に照射されるようになっている。それらは保護筐体１１で囲われた試料照射室１２内に収容されており、保護筐体１１の側壁には、例えば試料ステージ２を手作業で移動させる場合等に対応し得るように、アクセスパネルである片開きの扉１４が設けられている。そして図示を省略した制御部によって扉１４を開ける場合には、レーザービームの光路４を同じく図示を省略したシャッターで遮断して、扉１４の開口部分からレーザーが放出されないようにするためのセイフティインタロックが設けられている。

図４に示したレーザー照射装置１０では、扉１４を開放した時にはレーザービームはシャッターで遮断されて試料１へ照射されないので、扉１４を開けてオペレータが試料１上のレーザービームの照射ポイントＰを観察しながら試料１または試料ステージ２を手作業で移動して照射ポイントＰを所定の位置に正確に整合させるような作業はできないという問題がある。更には、鍵操作を要する制御部が設けられている安全クラスが３Ｂまたは４のレーザー照射装置では、何等かの原因によって鍵が操作されたような状態になると、扉１４は閉じたと判断されてシャッターが開放され、レーザービームが放射されてオペレータが被曝するという事態を招く。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全クラスが１を超えるレーザー照射装置において、アクセスパネルを移動または取り外した時に、簡単な機構によってレーザービームによる人体の被曝を確実に防ぐことが可能であり、かつ被照射体上におけるレーザービームの照射ポイントをオペレータが観察しながら手作業によって正確かつ安全に位置決めし得るレーザー照射装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のレーザー照射装置は、その保護筐体のアクセスパネルの開閉検知センサと、その開閉検知センサのみに連動しており、それ以外によっては操作されない減光手段とが設置されており、アクセスパネルを開放する操作が開始され、開閉検知センサがその開放を検知すると、レーザービームの光路へ減光手段が挿入され、レーザービームの透過光量を減少させて安全クラスが１とされることを特徴とする。

上記減光手段としては、レーザービームの光路へ挿入されてレーザービームを吸収し透過光量を減少させるＮＤフィルタ（減光フィルタ）が好適に使用される。またレーザービームの一部は透過させるが大部は反射させる反射型ＮＤフィルタをビームスプリッタとして使用してもよい。また、ＮＤフィルタ、反射型ＮＤフィルタは、開閉検知センサがアクセスパネルの開放を検知すると、レーザービームが本来の光路から切り替えるように設定されているバイパス光路に設けたものであってもよい。

本発明によれば、安全クラスが１を超えるレーザー照射装置が稼動中であっても、保護筐体のアクセスパネルを開放する操作が開始され、開閉検知センサがその開放を検知すると、レーザービームの光路へ減光手段が挿入され透過光量を減少させて安全クラスを１にするので、オペレータは保護筐体内で被照射体へ照射されている減光されたレーザービームの照射ポイントを観察しながら手作業で被照射体を移動させて照射ポイントを所定の位置へ正確かつ安全に整合させることができる。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は本実施形態に係るレーザー照射装置２０の構成要素を概略的に示す部分破断図である。図１において図４のレーザー照射装置１０と共通の構成要素には同一の符号を付しているので、それらの説明は省略する。本実施形態のレーザー照射装置２０は扉１４の開閉検知センサ２１が保護筐体１１に取り付けられており、扉１４の開放操作が開始されると、その開放を検知した開閉検知センサ２１から制御部２２へ開放検知信号が入力される。制御部２２は開放検知信号に基づいて、一点鎖線で示す待機位置にあるＮＤフィルタ２３を実線で示す位置へ移動させてレーザービームの光路４へ挿入し、レーザービームを吸収してレーザービームの透過光量を減少させ、レーザー照射装置２０の安全クラスを１にする。

ＮＤフィルタ２３には、ガラス基板内に光吸収物質を均等に混ぜてレーザービームを吸収させる吸収型のＮＤフィルタが好適に使用される。ＮＤフィルタ２３は、レーザー照射装置２０の元来の安全クラスに応じて、レーザービームの吸収率の異なるもの、すなわち、透過光量を例えば(１／２)、（１／４）、（１／８）、・・・・、（１／４００）、または（１／１０００）に減少させるものが適宜選択される。

次に上記の実施形態のレーザー照射装置２０の作用を説明する。図１を参照し、例えば安全クラスが３Ｒであるレーザー照射装置２０において、扉１４は閉じられており、吸収型のＮＤフィルタ２３が待機位置にある状態において、レーザー発振器３から放射されて光路４に沿って進むレーザーは反射ミラー６によっても下方へ向きを変えられて、集光レンズ８を介して試料１に照射されているものとする。そして、試料１上の照射点Ｐの位置が適切でない場合には、照射点Ｐの位置を正確に位置決めすることを要する。この場合、扉１４を図示しない制御部によって開放するが、扉１４の開放が開始されると開閉検知センサ２１はその開放を検知して検知信号を制御部２２へ入力し、その入力信号に基づいて制御部２２は待機位置のＮＤフィルタ２３を実線で示す位置まで上昇させて光路４へ挿入する。

使用されているＮＤフィルタ２３は、例えば安全クラスが３Ｒのレーザー照射装置２０のレーザー発振器３から放射されるレーザービームの大部を吸収することにより、レーザー照射装置２０の安全クラスを１にする。そしてＮＤフィルタ２３を透過し減光されたレーザービームは試料１を照射し続ける。従ってレーザー照射装置２０のオペレータは、レーザーが可視レーザーであればレーザービームおよび照射ポイントＰを肉眼で観察することができる。レーザーが紫外線レーザーであれば紫外線を吸収して蛍光を発生する蛍光ガラス板（例えばユーロピウム（Ｅｕ^３＋）、テルビウム（Ｔｂ^３＋）等のイオン蛍光体を配合したガラス板）を介し、また赤外線レーザーであれば赤外線を吸収して蛍光を発生する蛍光ガラス板（例えばエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等のフッ化物を配合したガラス板）を介し不可視レーザーを可視化して観察することができるので、試料１の面上の照射点Ｐが正規の位置を外れている場合には、手作業によって試料１または試料ステージ２を移動させて照射点Ｐを所定の位置へ正確かつ安全に位置決めすることができる。

位置調整した後、扉１４を閉じると、開閉検知センサ２１は扉１４が閉じられたことを検知して閉鎖信号を制御部２２へ入力するので、制御部２２はＮＤフィルタ２３を光路４から待機位置へ引き戻すことによりレーザービームの照射は本来の状態に復帰する。

図１においては、開閉検知センサ２１から制御部２２へ入力される扉１４の開放検知信号に基づいて待機位置にあるＮＤフィルタ２３を直線的に移動させてレーザービームの光路４へ挿入する場合を示したが、レーザービームの光路４と垂直に配置したロータリ板の中心の回りに素通し穴部分とＮＤフィルタ部分とを設けておき、開閉検知センサ２１からの開閉検知信号によってロータリ板を回動させて素通し穴部分とＮＤフィルタ部分とを切り替えるようにしてもよい。そのほか、平面図である図２に示すように、ＮＤフィルタ２３の挿入に代えて一対の反射ミラー２６a、２６ｄを挿入することにより、レーザービームを光路４の途中で、反射ミラー２６ｂ、ＮＤフィルタ２３、および反射ミラー２６ｃを備えたバイパス光路４’へ切り替え、ＮＤフィルタ２３を透過したレーザービームをバイパス光路４’から本来の光路４へ戻すようにしてもよい。

上記のＮＤフィルタ２３に換えて、ガラス基板の表面に金属薄膜または誘電体薄膜を成膜してレーザービームの一部は透過させるが大部は反射させる反射型ＮＤフィルタ２４を光路４へ挿入し、平面図である図３に示すようにビームスプリッタとして使用して、レーザー照射装置２０の安全クラスを１にすることもできる。なお反射型ＮＤフィルタ２４を使用する場合には、反射したレーザービームが光路４を逆行してレーザー発振器３へ戻らないように、また反射したレーザービームに人体が被爆しないように光路を構成することを要し、さらには反射レーザービームを吸収体２７へ吸収させることが好ましい。

本発明のレーザー照射装置は、加工対象にレーザービームを照射し成形加工するレーザー加工機器の分野、試料にレーザービームを照射し顕微鏡下に試料中における蛍光発生物質の混合状態を観測する顕微フォトルミネッセンスや、試料にレーザービームを照射して試料中の原子やイオンによって散乱されるラマンスペクトルから成分をラマン分光分析するような測定・分析機器の分野、患部にレーザービームを照射して治療する医療機器の分野において有効に利用することができる。そのほか、レーザービームの光軸と光ファイバーの中心軸とを一致させるようにレーザービームの先端を光ファイバーの一端へカップリングさせる場合にも本発明のレーザー照射装置は効果的に利用される。

本発明の実施形態に係るレーザー照射装置の構成を概略的に示す図であり、扉の開放時にレーザーの光路に吸収型ＮＤフィルタが挿入される装置である。 変形例のレーザー照射装置の構成を概略的に示す図であり、扉の開放時にレーザーの光路を切り替えるバイパス光路に吸収型ＮＤフィルタミラーを設けた装置である。 図１における吸収型ＮＤフィルタに代えて使用される反射型ＮＤフィルタを設けた場合の図２と同様な図である。 従来例のレーザー照射装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１ 試料
２ 試料ステージ
３ レーザー発振器
４ 光路
６ 反射ミラー
８ 集光レンズ
１０ 従来のレーザー照射装置
１１ 保護筐体
１２ 試料照射室
１４ 扉
２０ レーザー照射装置
２１ 開閉検知センサ
２２ 制御部
２３ ＮＤフィルタ
２４ 反射型ＮＤフィルタ
２６ 反射ミラー
２７ レーザー吸収体

Claims (5)

1. レーザー発振器から放射されるレーザービームを被照射体へ照射するための安全クラスが１を超えるレーザー照射装置において、
   前記レーザー照射装置を囲う保護筐体の一部であり、移動または取り外しによって開放可能なアクセスパネルと、
   前記アクセスパネルの開閉検知センサと、
   前記開閉検知センサが前記アクセスパネルの開放を検知することにより前記レーザーの光路へ挿入されて前記レーザービームの透過光量を減少させる減光手段と、を備え、
   前記開閉検知センサによって前記アクセスパネルの開放が検知されると、前記光路へ前記減光手段が挿入されて安全クラスが１とされることを特徴とするレーザー照射装置。
2. 請求項１に記載のレーザー照射装置において、
   前記減光手段が前記レーザービームの透過光量を減少させるＮＤフィルタ（減光フィルタ）、または反射型ＮＤフィルタであることを特徴とするレーザー照射装置。
3. 請求項２に記載のレーザー照射装置において、
   前記光路へ前記減光手段が直接に挿入されるものであることを特徴とするレーザー照射装置。
4. 請求項２に記載のレーザー照射装置において、
   前記光路へ少なくとも一対の反射ミラーが挿入されて、前記レーザービームを前記減光手段が配置されたバイパス光路へ導き、当該減光手段を透過したレーザービームを前記バイパス光路から本来の前記光路へ戻すものであることを特徴とするレーザー照射装置。
5. 少なくともレーザー発振器および前記レーザー発振器からのレーザービームが照射される試料からなる照射系と、該照射系を囲う保護筐体および前記保護筐体の一部であり移動または取り外しの可能なアクセスパネルとを有する試料照射室を備え、前記試料照射室内に配置された試料上に前記レーザービームを照射するレーザー照射型分析装置であって、
   前記レーザー照射型分析装置に前記アクセスパネルの開閉検知センサと、前記開閉検知センサが前記アクセスパネルの開放を検知すると前記レーザービームの光路へ挿入され前記レーザービームの透過光量を減少させて当該レーザー照射型分析装置の安全クラスを１とする減光手段が設けられており、
   前記アクセスパネルを開放すると、その開放の検知信号によって前記レーザービームの光路へ前記減光手段が挿入されることにより、減光された前記レーザービームおよび前記試料上の照射点を観察しながら前記照射ポイントの位置決めが可能であることを特徴とするレーザー照射型分析装置。

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