JP2018019902A - レーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像画像の焦点を合わせつつレーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置を提供すること。【解決手段】撮像画像の焦点を合わせつつレーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置は、レーザー光を生成するように構成されたレーザー光源と、レーザー光を受け取って伝送するように構成されたレーザー照射用光ファイバーと、画像伝送用光ファイバーとを有する複合型光ファイバーと、レーザー照射用光ファイバーを介して伝送されたレーザー光を反射しながら伝送するように構成された第１の領域と、光を透過させるように構成された第２の領域とを有する光伝送領域と、第１の領域を介して伝送されたレーザー光を対象物に照射するように構成された光学素子と、対象物から光学素子、第２の領域、画像伝送用光ファイバーを順に通って伝送された対象物からの光を受け取ることにより対象物の画像を撮像する撮像手段を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、レーザー照射装置に関する。

レーザー光源により生成されたレーザー光を光ファイバーによって伝送して照射対象領域に照射するレーザー照射装置は、医療分野、工業分野などの種々の分野で用いられている。

近年、医療分野では、レーザー照射装置による光線力学療法（Ｐｈｏｔｏ−ｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｒａｐｙ；ＰＤＴ）が盛んに行われている。ＰＤＴとは、主に、レーザー光に反応するがん腫瘍親和性薬剤（フォトフリンなどの光感受性物質）をがん患者に静脈注射した後にレーザー光をがん腫瘍部に照射することにより、がん腫瘍親和性薬剤のがん腫瘍親和性により選択的にがん細胞を治療するという治療法である（特許文献１を参照）。ＰＤＴでは、レーザー光を一点に集中させ高強度のレーザー光を腫瘍部に照射することで腫瘍部を焼き切るという従来からの治療法とは異なり、腫瘍部における穿孔や出血を防止することを目的に広範囲で低強度のレーザー光を腫瘍部に照射することが求められている。また、医療分野の他、レーザー溶接などの工業分野でも、レーザー光の照射範囲を大きくすることによりレーザー光の照射回数を減らすことで効率的に加工などの作業を行うことが求められている場合もある。

また、レーザー照射装置は、多くの場合、レーザー光の照射対象領域への照射の前、照射の間、照射の後などに照射対象領域の状態を確認するために照射対象領域およびその周辺の画像を撮像するための撮像手段も備えている。照射対象領域の状態を正確に確認するためにも、撮像画像の焦点があっていることが望ましい。

しかしながら、レーザー照射装置が備える撮像手段により撮像された照射対象領域およびその周辺の撮像画像の焦点があった状態でレーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置は知られていない。

特開２０１５−３３５０４号公報

本発明は、撮像画像の焦点があった状態でレーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザー照射装置は、レーザー光を生成するように構成されたレーザー光源と、前記レーザー光を受け取って伝送するように構成されたレーザー照射用光ファイバーと、画像伝送用光ファイバーとを有する複合型光ファイバーと、前記レーザー照射用光ファイバーを介して伝送されたレーザー光を反射しながら伝送するように構成された第１の領域と、光を透過させるように構成された第２の領域とを有する光伝送領域と、前記第１の領域を介して伝送されたレーザー光を対象物に照射するように構成された光学素子と、前記対象物から前記光学素子、前記第２の領域、前記画像伝送用光ファイバーを順に通って伝送された前記対象物からの光を受け取ることにより前記対象物の画像を撮像する撮像手段を備えるように構成されている。

本発明の１つの実施形態では、前記複合型光ファイバーは、前記複合型光ファイバーと前記光学素子との間の距離が、前記光学素子の焦点距離と同じであるように配置されていてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記レーザー光による前記対象物の照射領域は、前記レーザー照射用光ファイバーの光の伝送領域よりも大きくてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記レーザー照射用光ファイバーは、前記複合型光ファイバーの中心に配置されており、前記画像伝送用光ファイバーは、前記レーザー照射用光ファイバーの周囲でかつ前記レーザー照射用光ファイバーと同軸に配置されていてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記第１の領域は、前記複合型光ファイバーから前記光学素子に向かう方向に沿って外径が小さくなる形状を有していてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記光伝送領域は、中空部と、前記中空部の周囲の中実部と、前記中空部と前記中実部との間の前記レーザー光を反射する反射部とを有し、前記中空部と前記反射部とが前記第１の領域を形成し、前記中実部が前記第２の領域を形成してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記中実部は、石英ガラスからなっていてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記第１の領域は、前記レーザー光を全反射しながら伝送するように構成されていてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記第１の領域は、前記レーザー照射用光ファイバーから延設された光ファイバー領域であってもよい。

本発明によれば、撮像画像の焦点があった状態でレーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置を提供することが可能である。

本発明の一実施例の形態に係るレーザー照射装置１の概略構成図。 複合型光ファイバー２０の一例を示す断面図。 光伝送領域３０の一例を示す断面図。 本発明の他の一実施例の形態に係るレーザー照射装置１Ａの概略構成図。 撮像画像の焦点があった状態での光伝送領域３０に第１の領域３１を有する本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）におけるレーザー光の照射範囲を示す図。 撮像画像の焦点があった状態での光伝送領域３０に第１の領域３１を有しない比較例のレーザー照射装置１（１Ａ）におけるレーザー光の照射範囲を示す図。 レーザー光の照射プロファイルを示すシミュレーション図。 本発明の一実施例の形態に係る光伝送領域３０の第１の領域３１の変形例を示す図。 本発明の他の一実施例の形態に係る光伝送領域３０を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

１．レーザー照射装置の構成
本発明は、撮像画像の焦点があった状態で、レーザー光の照射範囲を大きくすることが可能なレーザー照射装置を提案する。

図１は、本発明の一実施例の形態に係るレーザー照射装置１の概略構成図である。

図１に示すように、レーザー照射装置１は、レーザー光源１０と、複合型光ファイバー２０と、光伝送領域３０と、光学素子４０と、ミラー５０と、波長フィルタ６０と、照明光源７０と、撮像手段８０とを備え、レーザー照射装置１は、レーザー光および照明光を対象物に照射し、照明光の対象物からの反射光を撮像する。

〔レーザー照射装置１による照射および撮像動作〕
レーザー照射装置１は、図１の実線矢印に示すようなレーザー光の伝搬によってレーザー光を照射する照射動作、および点線矢印に示すような照明光の伝搬によって撮像動作を行う。

レーザー照射装置１による照射動作では、レーザー光源１０で生成されたレーザー光が、レーザー光源１０から出射し、ミラー５０および波長フィルタ６０を透過し、複合型光ファイバー２０のレーザー照射用光ファイバー２１、光伝送領域３０の第１の領域３１、光学素子４０の順に伝送されて対象物に照射される。

レーザー照射装置１による撮像動作では、照明光源７０で生成された照明光が、照明光源７０から出射し、ミラー５０で反射した後波長フィルタ６０を透過し、複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２、光伝送領域３０の第２の領域３４、光学素子４０の順に伝送されて対象物に照射される。そして、照明光の対象物からの反射光が、光学素子４０に入射し、光学素子４０、光伝送領域３０の第２の領域３４、複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２の順に伝送され、波長フィルタ６０により反射され、撮像手段８０により撮像され、対象物の画像が撮像される。

〔レーザー光源１０〕
レーザー光源１０は、レーザー光を生成するように構成されている。レーザー光源１０により生成されるレーザー光の波長、レーザー光源１０の種類はいずれも、任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましい。レーザー光源１０により生成されるレーザー光の波長は、例えば、可視域から近赤外域までの波長範囲内の波長である。レーザー光源１０は、連続的にレーザー光を発振するＣＷレーザー光源であってもよいし、疑似的に連続発振するＱＣＷレーザー光源であってもよいし、断続的にレーザー光を発振するパルスレーザー光源であってもよい。レーザー照射装置１をＰＤＴ用に用いる場合には、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いてもよく、レーザー照射装置１を溶接などの加工用に用いる場合には、例えばＹＡＧレーザーを用いてもよいが、本発明のレーザー光源１０としては、アルゴンレーザー、色素レーザー、Ｈｏ：ＹＡＧレーザーなどの他の種類のレーザー光源を用いてもよい。

〔複合型光ファイバー２０〕
複合型光ファイバー２０は、レーザー照射用光ファイバー２１と画像伝送用光ファイバー２２とを備えた複合型の光ファイバーである。

レーザー照射用光ファイバー２１は、レーザー光源１０から出射されたレーザー光を複合型光ファイバー２０の一端２０ａで受け取り、複合型光ファイバー２０の他端２０ｂから光伝送領域３０に伝播するようにレーザー光を伝送するように構成されている。図１に示す実施例では、レーザー光源１０から出射されたレーザー光は、ミラー５０および波長フィルタ６０を透過して複合型光ファイバー２０の一端２０ａに入射し、レーザー照射用光ファイバー２１はその入射したレーザー光を受け取る。

画像伝送用光ファイバー２２は、照明光の対象物からの反射光を、光学素子４０および光伝送領域３０を通った後に他端２０ｂで受け取り、一端２０ａから波長フィルタ６０に伝播するように光を伝送するように構成されている。

複合型光ファイバー２０は、レーザー照射用光ファイバー２１が複合型光ファイバー２０の中心に配置され、画像伝送用光ファイバー２２がレーザー照射用光ファイバー２１の周囲でかつレーザー照射用光ファイバー２１と同軸に配置されている構成であってもよい。

図２は、このような配置を有する複合型光ファイバー２０の一例を示す断面図である。図２に示すように、レーザー照射用光ファイバー２１は、コア２１ａとクラッド２１ｂとからなり、コア２１ａは、例えば純粋シリカから構成されており、クラッド２１ｂは、例えば純粋シリカにフッ素および／またはボロンを添加したものから構成されている。画像伝送用光ファイバー２２は、複数の光ファイバーを備えており、さらに図２に示すように、それぞれの光ファイバーのコア２２ａと、クラッド２２ｂとからなり、コア２２ａは、例えば純粋シリカから構成されており、クラッド２２ｂは、例えば純粋シリカにフッ素および／またはボロンを添加したものから構成されている。この画像伝送用光ファイバー２２は、例えば多数の小径の光ファイバーを集束したものであり、これらの多数の小径光ファイバーがクラッド２２ｂにより一体化されて、多数の島状のコア２２ａと、これらの周囲に連続して形成された海状のクラッド２２ｂとからなる海島構造をなしている。

複合型光ファイバー２０の外径、長さはいずれも、任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましい。複合型光ファイバー２０は、例えば、外径が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであり、長さが１ｍ〜数十ｍである。

〔光伝送領域３０〕
光伝送領域３０は、レーザー照射用光ファイバー２１を介して伝送されたレーザー光を受け取り、光学素子４０に伝播するように、受け取った光を反射しながら伝送するように構成された第１の領域３１と、画像伝送用光ファイバー２２を介して伝送された照明光を受け取り、光学素子４０へと光を透過により伝送するとともに、照明光の対象物からの反射光を、光学素子４０を通った後に受け取り、画像伝送用光ファイバー２２に伝播するように光を透過により伝送するように構成された第２の領域３４とを有する。

光伝送領域３０は、図２に示すような同軸の構成を有する複合型光ファイバー２０に対応して第１の領域３１が光伝送領域３０の中心に配置され、第２の領域３４が第１の領域３１の周囲でかつ第１の領域３１と同軸に配置されている構成であってもよい。

図３は、このような配置を有する光伝送領域３０の一例を示す断面図である。図３に示すように、光伝送領域３０は、中空部３２と、中空部３２の周囲の中実部３４と、中空部３２と中実部３４との間の反射部３３とを有し、図３に示す実施例では、中空部３２と反射部３３とが第１の領域３１を形成しており、中実部３４が第２の領域３４を形成している。

中空部３２は、レーザー光を伝送する部分であり、反射部３３は、レーザー光を反射する部分である。反射部３３の光の反射率は、任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましい。さらなる実施形態では、反射部３３は、レーザー光を全反射するものであることが好ましい。反射部３３の材質は、レーザー光を反射することが可能でさえあれば任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましく、例えば、アルミ、銅、金などの金属である。反射部３３の厚さは、任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましい。さらに、第１の領域３１におけるレーザー光を伝送する領域（中空部３２）の占める割合を高くすることが望ましいので、反射部３３の厚さが可能な限り薄いことがさらに好ましく、一実施形態では、反射部３３は、中実部３４の内周に金属コーティングによりコーティングされた金属箔から構成される。

中実部３４の材質は、光を透過することが可能でさえあれば任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましく、例えば、光の透過率が高い石英ガラスである。中実部３４は、中実部３４の軸方向のいずれか一方側の端面あるいは両側の端面を低反射膜でコーティングしてもよい。低反射膜があると、光が複合型光ファイバー２０から光伝送領域３０の内部へもしくはその逆または光伝送領域３０の内部から光学素子４０へもしくはその逆へ伝播される際の端面での反射による光の減衰を防止することが可能である。

〔光学素子４０〕
光学素子４０は、第１の領域３１を介して伝送されたレーザー光と第２の領域３４を介して伝送された照明光とを対象物に照射するように構成されており、かつ、照明光の対象物からの反射光を受け取り、第２の領域３４に伝播するように光を伝送するように構成されている。光学素子４０は、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましく、例えば対物レンズである。光学素子４０は、光伝送領域３０から光学素子４０に入射する際のレーザー光の断面積よりも光学素子４０から出射する際のレーザー光の断面積が大きくなるような光学特性を有するものであってもよい。また、光学素子４０は、１つの光学素子により構成されてもよいし、複数の光学素子により構成されてもよい。

複合型光ファイバ（他端２０ｂ）と光学素子４０との間の距離は、光学素子４０の焦点距離と同じであるように配置されている。ここで、光学素子４０の焦点距離とは、対象物のピントを合わせたときの、光学素子４０から撮像手段８０までの距離と定義する。本発明においては、対象物からの画像用の光は、光学素子４０を通り、第２の領域３４を透過して複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２の他端２０ｂに入射し、他端２０ｂから一端２０ａまで画像伝送用光ファイバー２２の内部を伝送されたのち、撮像装置６０の受光面に結像されるものであるため、光学素子４０の焦点距離は、複合型光ファイバー２０（他端２０ｂ）と光学素子４０との間の距離になる。

〔ミラー５０〕
ミラー５０はレーザー光源１０から出射されるレーザー光の波長の光は透過し、かつ照明光源７０から出射される照明光の波長の光を反射するように構成されている。ミラー５０は、さらに照明光源７０から出射された照明光を反射し、その反射した照明光を波長フィルタ６０を透過した後に複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２に伝送するように、レーザー光源１０と波長フィルタ６０との間に配置されている。ミラー５０は、例えば、誘電体多層膜を有するダイクロイックビームミラーを用いて構成することができる。図１に示す例では、ミラー５０を用いたが、本発明では、ミラー５０に限定されず、レーザー光源１０および照明光源７０と複合型光ファイバー２０とをそれぞれ光学的に接続することが可能な任意の手段を用いてもよい。

〔波長フィルタ６０〕
波長フィルタ６０は、レーザー光源１０から出射されるレーザー光の波長の光は透過し、かつ照明光源７０から出射される照明光の波長の光を一部透過し、照明光の対象物からの反射光の一部を反射するように構成されている。波長フィルタ６０は、さらに、照明光の対象物からの反射光を、光学素子４０、光伝送領域３０、画像用光ファイバー２２を通った後に受け取り、その反射光を反射させて撮像手段８０に伝播するように、レーザー光源１０および照明光源７０と複合型光ファイバー２０との間に配置されている。波長フィルタ６０は、例えば、誘電体多層膜を有するダイクロイックビームミラーを用いて構成することができる。図１に示す例では、波長フィルタ６０を用いたが、本発明では、波長フィルタ６０に限定されず、レーザー光源１０および照明光源７０と複合型光ファイバー２０とを、また複合型光ファイバー２０と撮像手段８０とを、それぞれ光学的に接続することが可能な任意の手段を用いてもよい。

〔照明光源７０〕
照明光源７０は、照明光を生成するように構成されている。照明光源７０の種類はいずれも、任意であるが、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましい。照明光源７０は、例えば、青、緑、赤の各色を発光可能なＬＥＤランプであってもよいし、キセノンランプであってもよいし、ハロゲンランプであってもよい。例えば、照明光源７０として青、緑、赤の各色を発光可能なＬＥＤランプを用いることによって、任意の色が発光可能となる。

〔撮像手段８０〕
撮像手段８０は、照明光の対象物からの反射光を、光学素子４０、光伝送領域３０、画像伝送用光ファイバー２２を通って波長フィルタ６０により反射された光を受け取り、受け取った光を画像データに変換することにより対象物の画像を撮像するように構成されている。撮像手段８０は、例えば、ＣＣＤなどの固体撮像素子を有する二次元カメラであってもよいし、三次元カメラであってもよい。このＣＣＤは、カラーＣＣＤでもよいし、白黒ＣＣＤであってもよい。

このように構成されたレーザー照射装置１では、図１に示すように、レーザー光源１０で生成されたレーザー光が、レーザー光源１０から出射し、ミラー５０、波長フィルタ６０を透過して複合型光ファイバー２０のレーザー照射用光ファイバー２１の一端２０ａに入射する。その入射したレーザー光は、レーザー照射用光ファイバー２１によって伝送され、レーザー照射用光ファイバー２１の他端２０ｂから出射し、光伝送領域３０の第１の領域３１に入射する。その入射したレーザー光は、光伝送領域３０の第１の領域３１を介して反射しながら伝送され、第１の領域３１から出射し、光学素子４０に入射する。その入射したレーザー光は、光学素子４０により対象物に照射される。この照射により、対象物に対して所望の治療または加工を施すことができる。

また、このように構成されたレーザー照射装置１では、図１に示すように、照明光の対象物からの反射光が、光学素子４０に入射する。その入射した光は、光学素子４０から第２の領域３４を透過して、画像伝送用光ファイバー２２の他端２０ｂに集光され、画像伝送用光ファイバー２２に入射する。その入射した光は、画像伝送用光ファイバー２２によって伝送され、画像伝送用光ファイバー２２の一端２０ａから出射し、波長フィルタ６０に入射する。その入射した光は、波長フィルタ６０により反射され、撮像手段８０に入射し、撮像手段８０の受光面に結像され、対象物の画像が撮像される。ここで撮像される画像は、対象物の照射対象領域およびその周辺の画像であり、テレビモニタ（図示せず）に表示される。画像用の光として、照明光の対象物からの反射光について説明したが、本発明はこれに限定されず、レーザー光が対象物に照射されることにより対象物が加熱されて発した光であってもよい。

照明光の対象物への伝送を複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、照明光を伝送するための照明光伝送用の光ファイバーを設けるようにしてもよい。図４を参照して、本発明のレーザー照射装置の代替的な構造を説明する。

図４は、本発明の他の一実施例の形態に係るレーザー照射装置１Ａの概略構成図である。
図４に示されるレーザー照射装置１Ａの構造は、照明光源から出射する照明光を伝送するための専用の照明光用光ファイバー２３を設ける反面、照明光を複合型光ファイバーの画像伝送用光ファイバーに導くためのミラー５０が設けられておらず、波長フィルタ６１が変更されている点を除いて、図１に示されるレーザー照射装置１の構成と同一である。従って、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

〔照明光用光ファイバー２３〕
照明光用光ファイバー２３は、照明光源７０から出射される照明光をレーザー照射装置の先端まで伝送するように構成されている。図４に示す実施例では、照明光用光ファイバー２３は複合型光ファイバー２０の外周を覆うように設けられ、先端側（図４の右側）はレーザー照射装置１Ａの先端と同じ位置であり、後端側（図４の左側）は複合型光ファイバー２０と分岐され、照明装置７０に接続されている。照明光源７０から出射された照明光は、照明光用光ファイバー２３内部を伝送し、伝送された照明光はレーザー照射装置１Ａの先端から対象物に向けて照射される。照明光用光ファイバー２３は、一実施形態では、治療用、加工用などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いるのが好ましく、例えば、多成分ガラス光ファイバーを用いることが好ましい。その他に石英ガラスファイバーやプラスチッククラッドファイバーを用いてもよい。

〔波長フィルタ６１〕
波長フィルタ６１は、レーザー光源１０から出射されるレーザー光の波長の光は透過し、照明光の対象物からの反射光を反射するように構成されている。波長フィルタ６１は、さらに、照明光の対象物からの反射光を、光学素子４０、光伝送領域３０、画像用光ファイバー２２を通った後に受け取り、その反射光を反射させて撮像手段８０に伝播するように、レーザー光源１０および照明光源７０と複合型光ファイバー２０との間に配置されている。波長フィルタ６１は、例えば、誘電体多層膜を有するダイクロイックビームミラーを用いて構成することができる。図４に示す例では、波長フィルタ６１を用いたが、本発明では、波長フィルタ６１に限定されず、レーザー光源１０と複合型光ファイバー２０とを、また複合型光ファイバー２０と撮像手段８０とを、それぞれ光学的に接続することが可能な任意の手段を用いてもよい。

図４に示されるレーザー照射装置１Ａによれば、照明光源７０から出射される照明光は直接、照明光用光ファイバー２３の内部を伝送し、レーザー照射装置１Ａの先端から対象物に向けて照射できるため、図１に示されるレーザー照射装置１のように、照明光源７０から出射された照明光が波長フィルタ６０により一部反射されることによる光量低下を防ぐことができる。また、図４に示されるレーザー照射装置１Ａによれば、光学素子４０、第２の領域３４および画像伝送用光ファイバー２２を介して伝送された照明光の対象物からの反射光が波長フィルタ６１で透過せずに反射されて撮像装置に伝送されるため、図１に示されるレーザー照射装置１のように、照明光からの対象物の反射光が波長フィルタ６０で一部透過してしまうことによる光量低下を防ぐことができる。

図４に示す例では、照明光用光ファイバー２３を複合型光ファイバー２０の周囲を覆うように設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、複合型光ファイバー２０とは離れた位置などに設けてもよい。

２．レーザー照射装置によって達成される主な効果
次に、本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）による主な効果について説明する。

図５は、撮像画像の焦点があった状態での本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）におけるレーザー光の照射範囲を示す図である。図５に示すように、レーザー照射用光ファイバー２１を伝送してきたレーザー光は、光伝送領域３０のレーザー光を反射しながら伝送する第１の領域３１（中空部３２および反射部３３）を通り、その後、光学素子４０を通って対象物に照射される。光伝送領域３０にレーザー光を反射しながら伝送する第１の領域３１を設けたことにより、光学素子４０に入射するレーザー光の入射角度はα１となり、それに伴い対象物へのレーザー光の照射範囲はβ１となる。

図６は、撮像画像の焦点があった状態での光伝送領域３０全体が中空部３２で第１の領域３１を有しない比較例のレーザー照射装置におけるレーザー光の照射範囲を示す図である。図６に示すように、レーザー光を反射しながら伝送する第１の領域３１を有しない比較例のレーザー照射装置においては、レーザー光が出射するレーザー照射用光ファイバー２１の端面２０ｂと光学素子４０との距離が離れているため、レーザー照射用光ファイバー２１を伝送してきたレーザー光の光学素子４０に入射する入射角α２が、図５に示す入射角α１に比べて小さい角度となる。それに伴い対象物へのレーザー光の照射範囲β２も、図５に示す照射範囲β１に比べて小さい範囲になる。

図７は、対象物におけるレーザー光の照射プロファイルを示すシミュレーション図である。縦軸は対象物におけるレーザー出力を示し、横軸は照射中心からの照射範囲を示す。図７において、Ａは、光伝送領域３０に第１の領域３１を有しない比較例のレーザー照射装置における照射プロファイルであり、Ｂは、光伝送領域３０に第１の領域３１を有する本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）による照射プロファイルである。図７に示すように、光伝送領域３０に第１の領域３１を有しない比較例のレーザー照射装置は、照射範囲が狭く、また照射範囲内の位置によるレーザー出力のバラツキが大きい。それに比べて、光伝送領域３０に第１の領域３１を有する本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）は、照射範囲が広く、また照射範囲内の位置によるレーザー出力のバラツキが小さい。また、図５に示すように、本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）の照射範囲β１は、レーザー照射用光ファイバー２１の光を伝送する領域（例えば、コア２１ｂ）よりも大きくすることが可能である。

そして、本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）は、光学素子４０の定める焦点距離と同じ距離の位置に複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２の他端２０ｂが配置されている。また、対象物から反射された光を、光学素子４０を介して、画像伝送用光ファイバー２２の他端２０ｂに伝送することを可能にする透過領域である中実部３４（第２領域）を設けている。

このようにして、本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）では、撮像画像の焦点があった状態で、レーザー光の照射範囲を大きくすることが可能である。それにより、効率的な作業が行うことが可能である。また、レーザー光の照射範囲内におけるレーザー出力のバラツキが少ないため、精度の高い治療や加工を行うことが可能である。

また、本発明のレーザー照射装置１（１Ａ）は、治療または加工を行うレーザー光を伝送するレーザー照射用光ファイバー２１と、対象物から反射される画像用光を伝送する画像伝送用光ファイバー２２とを一体化した細径のファイバー状の構成を用いる場合、治療位置が狭い部分や加工位置が狭い配管内などであっても、使用することが可能である。

図８は、本発明の一実施例の形態に係る光伝送領域３０の第１の領域３１の変形例を示す図である。図８７の（ａ）は、図４の実施例の光伝送領域３０であり、（ｂ）は図５の実施例の光伝送領域３０に対して、第１の領域３１を変形した例である。（ｂ）においては、第１の領域３１が図中左側に存在する複合型光ファイバー２０（図示せず）から図中右側に存在する光学素子４０（図示せず）に向かう方向に沿って外径が小さくなる形状を有している。第１の領域３１が複合型光ファイバー２０から光学素子４０に向かう方向に沿って外径が小さくなる形状とすることで、第１の領域３１を伝送し光学素子４０に入射するレーザー光の入射角を、（ａ）に示す場合よりも鈍角にすることができる。入射角を鈍角にすることにより入射角の範囲が大きくなるため、対象物におけるレーザー光の照射範囲をより大きくすることが可能である。

図９は、本発明の他の一実施例の形態に係る光伝送領域３０を示す図である。この実施形態においては、光伝送領域３０の第１の領域３１を複合型光ファイバー２０のレーザー照射用光ファイバー２１から延設された光ファイバー領域（図９の点線から右側の部分）とした点が図４に示す光伝送領域３０と異なる。第２の領域３４は中空でもよいし、石英ガラスなどの光を透過する部材から構成してもよい。図９に示すような構成にすることによっても、図５に示した光伝送領域３０と同様に、撮像画像の焦点があった状態で、レーザー光の照射範囲を大きくするという効果を奏することが可能である。また、第１の領域３１である複合型光ファイバー２０のレーザー照射用光ファイバー２１から延設された光ファイバー領域を図８で説明した変形例と同様に、複合型光ファイバー２０から光学素子４０に向かう方向に沿って外径が小さくなる形状としてもよい。そうすることにより、図８の（ｂ）に示す変形例と同様の効果を奏することが可能である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ、その範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

本発明は、撮像画像の焦点があった状態で、レーザー光の照射範囲を大きくするレーザー照射装置を提供するものとして有用である。

１ レーザー照射装置
１Ａ レーザー照射装置
１０ レーザー光源
２０ 複合型光ファイバー
２１ レーザー照射用光ファイバー
２２ 画像伝送用光ファイバー
２３ 照明光用光ファイバー
３０ 光伝送領域
３１ 第１の領域
３２ 第２の領域
４０ 光学素子
５０ ミラー
６０ 波長フィルタ
６１ 波長フィルタ
７０ 照明光源
８０ 撮像手段

Claims (9)

1. レーザー光を生成するように構成されたレーザー光源と、
   前記レーザー光を受け取って伝送するように構成されたレーザー照射用光ファイバーと、画像伝送用光ファイバーとを有する複合型光ファイバーと、
   前記レーザー照射用光ファイバーを介して伝送されたレーザー光を反射しながら伝送するように構成された第１の領域と、光を透過させるように構成された第２の領域とを有する光伝送領域と、
   前記第１の領域を介して伝送されたレーザー光を対象物に照射するように構成された光学素子と、
   前記対象物から前記光学素子、前記第２の領域、前記画像伝送用光ファイバーを順に通って伝送された前記対象物からの光を受け取ることにより前記対象物の画像を撮像する撮像手段と
   を備える、レーザー照射装置。
2. 前記複合型光ファイバーは、前記複合型光ファイバーと前記光学素子との間の距離が、前記光学素子の焦点距離と同じであるように配置されている、請求項１に記載のレーザー照射装置。
3. 前記レーザー光による前記対象物の照射領域は、前記レーザー照射用光ファイバーの光の伝送領域よりも大きい、請求項１または２に記載のレーザー照射装置。
4. 前記レーザー照射用光ファイバーは、前記複合型光ファイバーの中心に配置されており、
   前記画像伝送用光ファイバーは、前記レーザー照射用光ファイバーの周囲でかつ前記レーザー照射用光ファイバーと同軸に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
5. 前記第１の領域は、前記複合型光ファイバーから前記光学素子に向かう方向に沿って外径が小さくなる形状を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
6. 前記光伝送領域は、中空部と、前記中空部の周囲の中実部と、前記中空部と前記中実部との間の前記レーザー光を反射する反射部とを有し、
   前記中空部と前記反射部とが前記第１の領域を形成し、
   前記中実部が前記第２の領域を形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
7. 前記中実部は、石英ガラスからなる、請求項６に記載のレーザー照射装置。
8. 前記第１の領域は、前記レーザー光を全反射しながら伝送するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
9. 前記第１の領域は、前記レーザー照射用光ファイバーから延設された光ファイバー領域である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。