JP4171665B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を出射するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
複数の異なる波長のレーザ光を出射可能なレーザ装置において、省電力、小型化を目的として、固体レーザによる多波長発振可能なレーザ装置が研究されている。そのような背景の中、従来は可視域のレーザ光を得られなかった固体レーザから可視域のレーザ光を得る方法や、複数の異なる波長の光から和周波光を得る方法が提案されている。
【０００３】
例えば、１又は複数個のプリズムを使用し、且つ非線形結晶を使用して、複数の異なる波長の光を組合わせることによって和周波光を得ることができるレーザ装置がある。複数の波長のレーザ光をそれぞれ単独でも出射でき、組合わせて和周波光としても出射できる。これにより、例えば、３つの異なる波長のレーザ光を出射させる場合では、２つのレーザロッド及びそれを励起するための励起光源で行うことができ、従来に比べてそれぞれ１つずつ少なくすることができる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５５２８６１２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリズムによって異なる波長を組合わせる場合、特に１０６４ｎｍと１３４２ｎｍといった近赤外域以上の比較的近い波長を組合わせる場合は、プリズムへの入射角の差が非常に小さいため広範囲のスペースが必要となる。また、プリズムを用いて各波長を同一光軸上へ導光するので、共振器内の損失が比較的大きくなり、励起光からレーザ光への変換効率が低くなる。さらにまた、プリズム自体及びその配置位置等に高い精度が要求される。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で、効率良く和周波で得られる波長のレーザ光を出射できるレーザ装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 第１ビームを発振する第１発振光学系と、前記第１ビームと異なる波長の第２ビームを発振する第２発振光学系とを備え、波長変換素子を用いて第１ビームと第２ビームとによる和周波、第１ビームの第２高調波及び第２ビームの第２高調波を得て、複数の異なる波長のレーザ光を出射するレーザ装置において、前記第１発振光学系からの第１ビームと前記第２発振光学系からの第２ビームの互いに直交する偏光成分のビームを合波する偏光素子と、前記第１及び第２発振光学系と前記偏光素子とを含み、第１ビーム及び第２ビームを共振する第１共振光学系であって、前記偏光素子により第１ビームと第２ビームとが合波された光路に所定角度だけ傾けて配置された出力ミラーと、該出力ミラーの反射方向に配置され、第１ビームと第２ビームの和周波光を発生させる第１波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーは前記第１ビーム及び第２ビームを反射して前記和周波光を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記和周波光の第１レーザ光を出射する第１共振光学系と、前記第１発振光学系及び偏光素子を含み、前記第１ビームを共振させる第２共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第１平面ミラーと、該第１平面ミラーの反射方向に配置され、第１ビームの第２高調波を発生する第２波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第１ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第１ビームの第２高調波の第２レーザ光を出射する第２共振光学系と、前記第２発振光学系及び偏光素子を含み、前記第２ビームを共振させる第３共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第２平面ミラーと、該第２平面ミラーの反射方向に配置され、第２ビームの第２高調波を発生する第３波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第２ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第２ビームの第２高調波の第３レーザ光を出射する第３共振光学系と、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーを前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路にそれぞれ選択的に挿脱させる挿脱手段と、を備えることを特徴とする。
（２） （１）のレーザ装置において、前記挿脱手段は、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーの平面と直交する共通の軸を中心にその軸回りに回転する回転駆動機構を持ち、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーをそれぞれの平面方向に移動させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はスリットランプを使用する眼科用レーザ光凝固装置の外観図である。図２は装置の光学系及び制御系概略図である。
【００１６】
＜実施例１＞
１はレーザ装置本体であり、後述するレーザ発振器１０、レーザ光を患者眼の患部に導光して照射するための導光光学系の一部、制御部２０等が収納されている。２は装置のコントロール部であり、レーザ照射条件を設定入力するための各種スイッチが設けられている。３はレーザ照射のトリガ信号を発信するためのフットスイッチである。
【００１７】
４はスリットランプであり、患者眼を観察するための観察光学系と導光光学系の一部とが備えられている。５は本体１からのレーザ光をスリットランプ４に導光するためのファイバである。６はスリットランプ４を上下動するための架台である。
【００１８】
図２に示すレーザ発振器１０の光学系について説明する。まず始めに、光軸Ｌ１の発振光学系について説明する。１１は励起光源である半導体レーザ（以下、単にＬＤ（Laser Diode））であり、８０８ｎｍの波長の光を出射する。１２はビームを整形するビーム整形部である。ＬＤ１１は複数のダイオードがアレイ上に並んでいるので、ビーム整形部１２は複数のダイオードからのビームを１ヶ所に集光する役目をしている。１７は固体レーザ媒質であり、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶が使われている。１６は固体レーザ媒質１７を冷却するためのサファイヤガラスで作成された冷却用窓材であり、図示なきペルチェ素子等の熱交換器に繋がれ、固体レーザ媒質１７の加熱を防ぐ。冷却用窓材１６のＬＤ１１側にはＨＴ(High Transmissible)８０８ｎｍの透過膜、固体レーザ媒質１７側にはＨＲ(High Reflective) １０６４ｎｍの反射膜とＨＴ８０８ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質１７は冷却用窓材１６に接着され、接着と反対側の面には、ＨＴ１０６４ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質１７はＮｄ：ＹＶＯ4結晶であり、結晶自身が強い複屈折性を持つため、必然的に直線偏光に制限される。１０６４ｎｍのレーザ光がＳ偏光となるようにＮｄ：ＹＶＯ4結晶の結晶軸が定められている。また、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶の様に、複屈折性を持たないレーザ結晶を用いる場合は、別途偏光方向を制限する素子を光路中に追加すればよい。
【００１９】
次に、光軸Ｌ２の発振光学系について説明する。ＬＤ１１とビーム整形部１２は光軸Ｌ１のレーザ励起部と同じものである。固体レーザ媒質２７は、固体レーザ媒質１７と同じ材質のＮｄ：ＹＶＯ4結晶が使われている。冷却用窓材２６は固体レーザ媒質２７を冷却するためのサファイヤガラスで作成され、図示なきペルチェ素子等の熱交換器に繋がれ、固体レーザ媒質２７の加熱を防ぐ。冷却用窓材２６のＬＤ１１側にはＨＴ８０８ｎｍと、ＨＴ１０６４ｎｍ（T=60％以上）の透過膜、固体レーザ媒質２７側にはＨＲ１３４２ｎｍの反射膜とＨＴ８０８ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質２７は冷却用窓材２６に接着され、接着と反対側の面には、ＨＴ１３４２ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質２７は、１３４２ｎｍのレーザ光がＰ偏光となるようにＮｄ：ＹＶＯ4結晶の結晶軸が定められている。
【００２０】
光軸Ｌ１と光軸Ｌ２の交点には、光軸Ｌ２の入射角がブリュスター角になるように偏光素子である偏光ビームスプリッタ１８が斜設されている。偏光ビームスプリッタ１８は波長１０６４ｎｍのＳ偏光されたレーザ光を反射し、波長１３４２ｎｍのＰ偏光されたレーザ光を透過することによって、両波長のレーザ光を合波する。
【００２１】
光軸Ｌ２上には、出力ミラー１５が所定角度だけ傾けて設けられている。出力ミラー１５は１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長を全反射するとともに、５９３ｎｍの波長を透過する特性を持つ。
【００２２】
出力ミラー１５の反射方向の光軸Ｌ３上には、波長変換素子である非線形結晶（以下、単にＮＬＣ（Non Linear Crystal）ともいう）１３ａと全反射ミラー（以下、単にＨＲ（High Reflector）ともいう）ＨＲ１４ｂが固定されて設けられている。ＮＬＣ１３ａは１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長の和周波を行い、５９３ｎｍの波長を発生させるように配置されている。なお、非線形結晶としては、ＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＮ結晶等が使用可能であり、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。ＨＲ１４ｂは１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍ及び５９３ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００２３】
以上のような構成を備えるレーザ光凝固装置においてレーザ光（５９３ｎｍ（橙）を発振、出射させる動作を説明する。
【００２４】
術者はコントロール部２によりレーザ照射条件等を設定入力する。レーザ光の出射制御はフットスイッチ３を使用して、制御部２０に出射のトリガ信号を与えることによって行われる。
【００２５】
トリガ信号を受けると制御部２０は、２つのＬＤ１１に電流を印可し、ＬＤ１１によって固体レーザ媒質１７、２７を励起する。なお、固体レーザ媒質１７、２７は、冷却用窓材１６、２６によって冷却されている。
【００２６】
固体レーザ媒質１７、２７はＬＤ１１からの励起光により、近赤外域の複数の発振線（ピーク波長）を持つビームを放出する。そこで、本実施形態の装置では、複数の発振線の内で出力が高い１０６４ｎｍの発振線を光軸Ｌ１上の固体レーザ媒質１７からＳ偏光されて発振し、複数の発振線の内で次に出力が高い１３４２ｎｍの発振線を光軸Ｌ２上の固体レーザ媒質２７からＰ偏光されて発振させる。Ｓ偏光された約１０６４ｎｍのレーザ光と、Ｐ偏光された１３４２ｎｍのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１８により合波される。１０６４ｎｍと１３４２ｎｍの波長のレーザ光の和周波を、非線形結晶ＮＬＣ１３ａを利用して発生させることにより、５９３ｎｍ（橙）のビームを得る。
【００２７】
また、上記のレーザ発振器１０の光学系では、光軸Ｌ３上のＨＲ１４ｂと、光軸Ｌ１上の冷却用窓材１６、光軸Ｌ２上の冷却用窓材２６とが対向する一対の共振器構造を持つ共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ａにより、出力ミラー１５より５９３ｎｍ（橙）のビームを出射することが可能である。得られた５９３ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。これらのレーザ発振器１０の光学系により眼底治療に適した５９３ｎｍ（橙）のレーザ光を得ることができる。
【００２８】
＜実施例２＞
図３を用いて実施例２のレーザ発振器１００の光学系を説明する。実施例１に対し、実施例２は偏光ビームスプリッタ１８の代わりにキューブ型の偏光ビームスプリッタ１９を用いており、その他、実施例１と同じものには同一符号が付してある。また、波長１０６４ｎｍの励起部を光軸Ｌ２上に配置し、波長１３４２ｎｍの励起部を光軸Ｌ１'上に配置し、実施例１とは偏光ビームスプリッタ１９に対するレーザ光の透過と反射を逆にしている。偏光ビームスプリッタ１９の場合、Ｓ偏光の反射、Ｐ偏光の透過で比較すると、Ｓ偏光の反射のほうが高い特性が得られるため、よりゲインの低い波長１３４２ｎｍのレーザ光をＳ偏光として反射させ、波長１０６４ｎｍのレーザ光をＰ偏光として透過させている。
【００２９】
動作については、実施例１と同じであり、Ｓ偏光された１３４２ｎｍのビームと、Ｐ偏光された１０６４ｎｍのビームは、偏光ビームスプリッタ１9により合波される。１０６４ｎｍと１３４２ｎｍの波長のレーザ光の和周波を、非線形結晶ＮＬＣ１３ａを利用して発生させることにより、眼底治療に適した５９３ｎｍ（橙）のレーザ光を得ることができる。
【００３０】
＜実施例３＞
図４を用いて実施例３のレーザ発振器１１０の光学系を説明する。実施例１に対し、実施例３は多波長（５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍ）のビームが出射できるように、共振光路（光軸Ｌ４、Ｌ５）を追加し、その他、実施例１と同じものには同一符号が付してある。なお、ＬＤ２１はＬＤ１１と同じものであるが、説明の都合上、別符号とした。
【００３１】
光軸Ｌ２上に配置された出力ミラー１５'は、所定角度だけ傾けて設けられ、１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長を全反射するとともに、５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍの波長を透過する特性を持つ。
【００３２】
出力ミラー１５'とＮＬＣ１３ａとの間には、平面ミラーであるＨＲ１４ｃ、１４ｅが挿脱可能に配置される。ＨＲ１４ｃは１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。ＨＲ１４ｅは１３４２ｎｍ及び６７１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００３３】
ＨＲ１４ｃの反射方向の光軸Ｌ４上には、波長変換素子である非線形結晶ＮＬＣ１３ｂと全反射ミラーＨＲ１４ｄが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｂは１０６４ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５３２ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｄはＨＲ１４ｃと同じく１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。非線形結晶ＮＬＣ１３ｂは、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。
【００３４】
ＨＲ１４ｅの反射方向の光軸Ｌ４上には、波長変換素子である非線形結晶ＮＬＣ１３ｃ、全反射ミラーＨＲ１４ｆが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｃは１３４２ｎｍの波長に対して、その第二高調波である６７１ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｆはＨＲ１４ｅと同じく１３４２ｎｍ及び６７１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。非線形結晶ＮＬＣ１３ｃは、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。
【００３５】
このような光学配置により、ＨＲ１４ｃが光軸Ｌ３上に挿入された時には、光軸Ｌ１上の冷却用窓材１６、固体レーザ媒質１７、出力ミラー１５'を共用し、冷却用窓材１６とＨＲ１４ｄとが固体レーザ媒質１７を挟んで一対の共振器となる共振光学系が構成される。また、ＨＲ１４ｅが光軸Ｌ３上に挿入された時には、光軸Ｌ２上の冷却用窓材２６、固体レーザ媒質２７、出力ミラー１５'を共用し、冷却用窓材２６とＨＲ１４ｆとが固体レーザ媒質２７を挟んで一対の共振器となり、共振光学系が形成される。
【００３６】
ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅの光軸Ｌ３上への挿脱は、挿脱装置３０によって行われ、共振光路が切替えられる。図５は挿脱装置３０の構成を示した概略図である。
【００３７】
３１は駆動手段であり、本実施例ではステッピングモータを使用する。また、駆動手段３１はステッピングモータに限らず、回転角度の制御ができるような物であればよい。駆動手段３１には接合部材３３を介して軸部３２が接合されており、駆動手段３１の駆動により軸部３２が回転するようになっている。ミラーホルダ３４とミラーホルダ３５とは軸部３２の回転軸に対して異なる軸角度にて、軸部３２上の異なる位置に各々取り付けられている。さらにＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは、その反射面の平面が軸部３２の回転軸に対して直角となるようにミラーホルダ３４、３５に取り付けられている。このような構成を備える挿脱手段３０によって、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは回転動作にてその平面方向に移動され、光軸Ｌ３上に挿脱されることとなる。
【００３８】
以上のような構成を備えるレーザ光凝固装置において３波長のビーム（５３２ｎｍ（緑）、５９３ｎｍ（橙）及び６７１ｎｍ（赤））を選択的に発振、出射させる動作を説明する。
【００３９】
＜６７１ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者はコントロール部２の波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を赤色（６７１ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｅを光軸Ｌ２上に位置させる（図５の破線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ２１に電流を印可させ、固体レーザ媒質２７を励起させる。
【００４０】
固体レーザ媒質２７が励起されると、冷却用窓材２６とＨＲ１４ｄとの間では１３４２ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ５上に配置されたＮＬＣ１３ｃによって第２高調波である６７１ｎｍの光に波長変換される。得られた６７１ｎｍのビームは、出力ミラー１５'を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００４１】
＜５３２ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を緑色（５３２ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｃを光軸Ｌ２上に位置させる（図５の実線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１１に電流を印可させ、固体レーザ媒質１７を励起させる。
【００４２】
固体レーザ媒質１７が励起されると、冷却用窓材１６とＨＲ１４ｄとの間では１０６４ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ４上に配置されたＮＬＣ１３ｂによって第２高調波である５３２ｎｍの光に波長変換される。得られた５３２ｎｍのビームは、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００４３】
＜５９３ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を橙色（５９３ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅを光軸Ｌ２上から外す。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１１及びＬＤ２１に電流を印可させ、固体レーザ媒質１７及び固体レーザ媒質２７を励起させる。以後の動作は、実施例１と同様であるので、その説明は割愛する。実施例３では、網膜治療に有効な３波長（５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍ）のビームを選択的に得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態は眼科用のレーザ治療装置に限るものではなく、医療（形成外科を含む）用や産業（測定等）用など様々な用途のレーザ装置に適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、効率良く和周波で得られる波長のレーザ光を出射できる。また、波長切替機構を追加することで、和周波を含めた多波長から選択的にレーザ光を出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の外観図である。
【図２】実施例１の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図３】実施例２の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図４】実施例３の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図５】ミラーの挿脱装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ レーザ装置本体
１０ レーザ発振器
１１ 半導体レーザ
１２ ビーム整形部
１３ａ〜１３ｃ 非線形結晶
１４ｂ〜１４ｆ 全反射ミラー
１５ 出力ミラー
１５' 出力ミラー
１６ 冷却用窓材
１７ 固体レーザ媒質
１８ 偏光ビームスプリッタ
１９ 偏光ビームスプリッタ
２０ 制御部
２１ 半導体レーザ
２６ 冷却用窓材
２７ 固体レーザ媒質
３０ 挿脱装置
３１ 駆動手段
１００ レーザ発振器
１１０ レーザ発振器
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を出射するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
複数の異なる波長のレーザ光を出射可能なレーザ装置において、省電力、小型化を目的として、固体レーザによる多波長発振可能なレーザ装置が研究されている。そのような背景の中、従来は可視域のレーザ光を得られなかった固体レーザから可視域のレーザ光を得る方法や、複数の異なる波長の光から和周波光を得る方法が提案されている。
【０００３】
例えば、１又は複数個のプリズムを使用し、且つ非線形結晶を使用して、複数の異なる波長の光を組合わせることによって和周波光を得ることができるレーザ装置がある。複数の波長のレーザ光をそれぞれ単独でも出射でき、組合わせて和周波光としても出射できる。これにより、例えば、３つの異なる波長のレーザ光を出射させる場合では、２つのレーザロッド及びそれを励起するための励起光源で行うことができ、従来に比べてそれぞれ１つずつ少なくすることができる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５５２８６１２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリズムによって異なる波長を組合わせる場合、特に１０６４ｎｍと１３４２ｎｍといった近赤外域以上の比較的近い波長を組合わせる場合は、プリズムへの入射角の差が非常に小さいため広範囲のスペースが必要となる。また、プリズムを用いて各波長を同一光軸上へ導光するので、共振器内の損失が比較的大きくなり、励起光からレーザ光への変換効率が低くなる。さらにまた、プリズム自体及びその配置位置等に高い精度が要求される。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で、効率良く和周波で得られる波長のレーザ光を出射できるレーザ装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 第１ビームを発振する第１発振光学系と、前記第１ビームと異なる波長の第２ビームを発振する第２発振光学系とを備え、波長変換素子を用いて第１ビームと第２ビームとによる和周波、第１ビームの第２高調波及び第２ビームの第２高調波を得て、複数の異なる波長のレーザ光を出射するレーザ装置において、前記第１発振光学系からの第１ビームと前記第２発振光学系からの第２ビームの互いに直交する偏光成分のビームを合波する偏光素子と、前記第１及び第２発振光学系と前記偏光素子とを含み、第１ビーム及び第２ビームを共振する第１共振光学系であって、前記偏光素子により第１ビームと第２ビームとが合波された光路に所定角度だけ傾けて配置された出力ミラーと、該出力ミラーの反射方向に配置され、第１ビームと第２ビームの和周波光を発生させる第１波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーは前記第１ビーム及び第２ビームを反射して前記和周波光を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記和周波光の第１レーザ光を出射する第１共振光学系と、前記第１発振光学系及び偏光素子を含み、前記第１ビームを共振させる第２共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第１平面ミラーと、該第１平面ミラーの反射方向に配置され、第１ビームの第２高調波を発生する第２波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第１ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第１ビームの第２高調波の第２レーザ光を出射する第２共振光学系と、前記第２発振光学系及び偏光素子を含み、前記第２ビームを共振させる第３共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第２平面ミラーと、該第２平面ミラーの反射方向に配置され、第２ビームの第２高調波を発生する第３波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第２ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第２ビームの第２高調波の第３レーザ光を出射する第３共振光学系と、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーを前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路にそれぞれ選択的に挿脱させる挿脱手段と、を備えることを特徴とする。
（２） （１）のレーザ装置において、前記挿脱手段は、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーの平面と直交する共通の軸を中心にその軸回りに回転する回転駆動機構を持ち、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーをそれぞれの平面方向に移動させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はスリットランプを使用する眼科用レーザ光凝固装置の外観図である。図２は装置の光学系及び制御系概略図である。
【００１６】
＜実施例１＞
１はレーザ装置本体であり、後述するレーザ発振器１０、レーザ光を患者眼の患部に導光して照射するための導光光学系の一部、制御部２０等が収納されている。２は装置のコントロール部であり、レーザ照射条件を設定入力するための各種スイッチが設けられている。３はレーザ照射のトリガ信号を発信するためのフットスイッチである。
【００１７】
４はスリットランプであり、患者眼を観察するための観察光学系と導光光学系の一部とが備えられている。５は本体１からのレーザ光をスリットランプ４に導光するためのファイバである。６はスリットランプ４を上下動するための架台である。
【００１８】
図２に示すレーザ発振器１０の光学系について説明する。まず始めに、光軸Ｌ１の発振光学系について説明する。１１は励起光源である半導体レーザ（以下、単にＬＤ（Laser Diode））であり、８０８ｎｍの波長の光を出射する。１２はビームを整形するビーム整形部である。ＬＤ１１は複数のダイオードがアレイ上に並んでいるので、ビーム整形部１２は複数のダイオードからのビームを１ヶ所に集光する役目をしている。１７は固体レーザ媒質であり、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶が使われている。１６は固体レーザ媒質１７を冷却するためのサファイヤガラスで作成された冷却用窓材であり、図示なきペルチェ素子等の熱交換器に繋がれ、固体レーザ媒質１７の加熱を防ぐ。冷却用窓材１６のＬＤ１１側にはＨＴ(High Transmissible)８０８ｎｍの透過膜、固体レーザ媒質１７側にはＨＲ(High Reflective) １０６４ｎｍの反射膜とＨＴ８０８ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質１７は冷却用窓材１６に接着され、接着と反対側の面には、ＨＴ１０６４ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質１７はＮｄ：ＹＶＯ4結晶であり、結晶自身が強い複屈折性を持つため、必然的に直線偏光に制限される。１０６４ｎｍのレーザ光がＳ偏光となるようにＮｄ：ＹＶＯ4結晶の結晶軸が定められている。また、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶の様に、複屈折性を持たないレーザ結晶を用いる場合は、別途偏光方向を制限する素子を光路中に追加すればよい。
【００１９】
次に、光軸Ｌ２の発振光学系について説明する。ＬＤ１１とビーム整形部１２は光軸Ｌ１のレーザ励起部と同じものである。固体レーザ媒質２７は、固体レーザ媒質１７と同じ材質のＮｄ：ＹＶＯ4結晶が使われている。冷却用窓材２６は固体レーザ媒質２７を冷却するためのサファイヤガラスで作成され、図示なきペルチェ素子等の熱交換器に繋がれ、固体レーザ媒質２７の加熱を防ぐ。冷却用窓材２６のＬＤ１１側にはＨＴ８０８ｎｍと、ＨＴ１０６４ｎｍ（T=60％以上）の透過膜、固体レーザ媒質２７側にはＨＲ１３４２ｎｍの反射膜とＨＴ８０８ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質２７は冷却用窓材２６に接着され、接着と反対側の面には、ＨＴ１３４２ｎｍの透過膜がコーティングされている。固体レーザ媒質２７は、１３４２ｎｍのレーザ光がＰ偏光となるようにＮｄ：ＹＶＯ4結晶の結晶軸が定められている。
【００２０】
光軸Ｌ１と光軸Ｌ２の交点には、光軸Ｌ２の入射角がブリュスター角になるように偏光素子である偏光ビームスプリッタ１８が斜設されている。偏光ビームスプリッタ１８は波長１０６４ｎｍのＳ偏光されたレーザ光を反射し、波長１３４２ｎｍのＰ偏光されたレーザ光を透過することによって、両波長のレーザ光を合波する。
【００２１】
光軸Ｌ２上には、出力ミラー１５が所定角度だけ傾けて設けられている。出力ミラー１５は１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長を全反射するとともに、５９３ｎｍの波長を透過する特性を持つ。
【００２２】
出力ミラー１５の反射方向の光軸Ｌ３上には、波長変換素子である非線形結晶（以下、単にＮＬＣ（Non Linear Crystal）ともいう）１３ａと全反射ミラー（以下、単にＨＲ（High Reflector）ともいう）ＨＲ１４ｂが固定されて設けられている。ＮＬＣ１３ａは１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長の和周波を行い、５９３ｎｍの波長を発生させるように配置されている。なお、非線形結晶としては、ＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＮ結晶等が使用可能であり、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。ＨＲ１４ｂは１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍ及び５９３ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００２３】
以上のような構成を備えるレーザ光凝固装置においてレーザ光（５９３ｎｍ（橙）を発振、出射させる動作を説明する。
【００２４】
術者はコントロール部２によりレーザ照射条件等を設定入力する。レーザ光の出射制御はフットスイッチ３を使用して、制御部２０に出射のトリガ信号を与えることによって行われる。
【００２５】
トリガ信号を受けると制御部２０は、２つのＬＤ１１に電流を印可し、ＬＤ１１によって固体レーザ媒質１７、２７を励起する。なお、固体レーザ媒質１７、２７は、冷却用窓材１６、２６によって冷却されている。
【００２６】
固体レーザ媒質１７、２７はＬＤ１１からの励起光により、近赤外域の複数の発振線（ピーク波長）を持つビームを放出する。そこで、本実施形態の装置では、複数の発振線の内で出力が高い１０６４ｎｍの発振線を光軸Ｌ１上の固体レーザ媒質１７からＳ偏光されて発振し、複数の発振線の内で次に出力が高い１３４２ｎｍの発振線を光軸Ｌ２上の固体レーザ媒質２７からＰ偏光されて発振させる。Ｓ偏光された約１０６４ｎｍのレーザ光と、Ｐ偏光された１３４２ｎｍのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１８により合波される。１０６４ｎｍと１３４２ｎｍの波長のレーザ光の和周波を、非線形結晶ＮＬＣ１３ａを利用して発生させることにより、５９３ｎｍ（橙）のビームを得る。
【００２７】
また、上記のレーザ発振器１０の光学系では、光軸Ｌ３上のＨＲ１４ｂと、光軸Ｌ１上の冷却用窓材１６、光軸Ｌ２上の冷却用窓材２６とが対向する一対の共振器構造を持つ共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ａにより、出力ミラー１５より５９３ｎｍ（橙）のビームを出射することが可能である。得られた５９３ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。これらのレーザ発振器１０の光学系により眼底治療に適した５９３ｎｍ（橙）のレーザ光を得ることができる。
【００２８】
＜実施例２＞
図３を用いて実施例２のレーザ発振器１００の光学系を説明する。実施例１に対し、実施例２は偏光ビームスプリッタ１８の代わりにキューブ型の偏光ビームスプリッタ１９を用いており、その他、実施例１と同じものには同一符号が付してある。また、波長１０６４ｎｍの励起部を光軸Ｌ２上に配置し、波長１３４２ｎｍの励起部を光軸Ｌ１'上に配置し、実施例１とは偏光ビームスプリッタ１９に対するレーザ光の透過と反射を逆にしている。偏光ビームスプリッタ１９の場合、Ｓ偏光の反射、Ｐ偏光の透過で比較すると、Ｓ偏光の反射のほうが高い特性が得られるため、よりゲインの低い波長１３４２ｎｍのレーザ光をＳ偏光として反射させ、波長１０６４ｎｍのレーザ光をＰ偏光として透過させている。
【００２９】
動作については、実施例１と同じであり、Ｓ偏光された１３４２ｎｍのビームと、Ｐ偏光された１０６４ｎｍのビームは、偏光ビームスプリッタ１9により合波される。１０６４ｎｍと１３４２ｎｍの波長のレーザ光の和周波を、非線形結晶ＮＬＣ１３ａを利用して発生させることにより、眼底治療に適した５９３ｎｍ（橙）のレーザ光を得ることができる。
【００３０】
＜実施例３＞
図４を用いて実施例３のレーザ発振器１１０の光学系を説明する。実施例１に対し、実施例３は多波長（５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍ）のビームが出射できるように、共振光路（光軸Ｌ４、Ｌ５）を追加し、その他、実施例１と同じものには同一符号が付してある。なお、ＬＤ２１はＬＤ１１と同じものであるが、説明の都合上、別符号とした。
【００３１】
光軸Ｌ２上に配置された出力ミラー１５'は、所定角度だけ傾けて設けられ、１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍの波長を全反射するとともに、５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍの波長を透過する特性を持つ。
【００３２】
出力ミラー１５'とＮＬＣ１３ａとの間には、平面ミラーであるＨＲ１４ｃ、１４ｅが挿脱可能に配置される。ＨＲ１４ｃは１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。ＨＲ１４ｅは１３４２ｎｍ及び６７１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００３３】
ＨＲ１４ｃの反射方向の光軸Ｌ４上には、波長変換素子である非線形結晶ＮＬＣ１３ｂと全反射ミラーＨＲ１４ｄが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｂは１０６４ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５３２ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｄはＨＲ１４ｃと同じく１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。非線形結晶ＮＬＣ１３ｂは、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。
【００３４】
ＨＲ１４ｅの反射方向の光軸Ｌ４上には、波長変換素子である非線形結晶ＮＬＣ１３ｃ、全反射ミラーＨＲ１４ｆが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｃは１３４２ｎｍの波長に対して、その第二高調波である６７１ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｆはＨＲ１４ｅと同じく１３４２ｎｍ及び６７１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。非線形結晶ＮＬＣ１３ｃは、本実施形態ではＫＴＰ結晶を使用している。
【００３５】
このような光学配置により、ＨＲ１４ｃが光軸Ｌ３上に挿入された時には、光軸Ｌ１上の冷却用窓材１６、固体レーザ媒質１７、出力ミラー１５'を共用し、冷却用窓材１６とＨＲ１４ｄとが固体レーザ媒質１７を挟んで一対の共振器となる共振光学系が構成される。また、ＨＲ１４ｅが光軸Ｌ３上に挿入された時には、光軸Ｌ２上の冷却用窓材２６、固体レーザ媒質２７、出力ミラー１５'を共用し、冷却用窓材２６とＨＲ１４ｆとが固体レーザ媒質２７を挟んで一対の共振器となり、共振光学系が形成される。
【００３６】
ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅの光軸Ｌ３上への挿脱は、挿脱装置３０によって行われ、共振光路が切替えられる。図５は挿脱装置３０の構成を示した概略図である。
【００３７】
３１は駆動手段であり、本実施例ではステッピングモータを使用する。また、駆動手段３１はステッピングモータに限らず、回転角度の制御ができるような物であればよい。駆動手段３１には接合部材３３を介して軸部３２が接合されており、駆動手段３１の駆動により軸部３２が回転するようになっている。ミラーホルダ３４とミラーホルダ３５とは軸部３２の回転軸に対して異なる軸角度にて、軸部３２上の異なる位置に各々取り付けられている。さらにＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは、その反射面の平面が軸部３２の回転軸に対して直角となるようにミラーホルダ３４、３５に取り付けられている。このような構成を備える挿脱手段３０によって、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは回転動作にてその平面方向に移動され、光軸Ｌ３上に挿脱されることとなる。
【００３８】
以上のような構成を備えるレーザ光凝固装置において３波長のビーム（５３２ｎｍ（緑）、５９３ｎｍ（橙）及び６７１ｎｍ（赤））を選択的に発振、出射させる動作を説明する。
【００３９】
＜６７１ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者はコントロール部２の波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を赤色（６７１ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｅを光軸Ｌ２上に位置させる（図５の破線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ２１に電流を印可させ、固体レーザ媒質２７を励起させる。
【００４０】
固体レーザ媒質２７が励起されると、冷却用窓材２６とＨＲ１４ｄとの間では１３４２ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ５上に配置されたＮＬＣ１３ｃによって第２高調波である６７１ｎｍの光に波長変換される。得られた６７１ｎｍのビームは、出力ミラー１５'を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００４１】
＜５３２ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を緑色（５３２ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｃを光軸Ｌ２上に位置させる（図５の実線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１１に電流を印可させ、固体レーザ媒質１７を励起させる。
【００４２】
固体レーザ媒質１７が励起されると、冷却用窓材１６とＨＲ１４ｄとの間では１０６４ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ４上に配置されたＮＬＣ１３ｂによって第２高調波である５３２ｎｍの光に波長変換される。得られた５３２ｎｍのビームは、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００４３】
＜５９３ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を橙色（５９３ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅを光軸Ｌ２上から外す。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１１及びＬＤ２１に電流を印可させ、固体レーザ媒質１７及び固体レーザ媒質２７を励起させる。以後の動作は、実施例１と同様であるので、その説明は割愛する。実施例３では、網膜治療に有効な３波長（５３２ｎｍ、５９３ｎｍ、６７１ｎｍ）のビームを選択的に得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態は眼科用のレーザ治療装置に限るものではなく、医療（形成外科を含む）用や産業（測定等）用など様々な用途のレーザ装置に適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、効率良く和周波で得られる波長のレーザ光を出射できる。また、波長切替機構を追加することで、和周波を含めた多波長から選択的にレーザ光を出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の外観図である。
【図２】実施例１の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図３】実施例２の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図４】実施例３の装置の光学系及び制御系概略図である。
【図５】ミラーの挿脱装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ レーザ装置本体
１０ レーザ発振器
１１ 半導体レーザ
１２ ビーム整形部
１３ａ〜１３ｃ 非線形結晶
１４ｂ〜１４ｆ 全反射ミラー
１５ 出力ミラー
１５' 出力ミラー
１６ 冷却用窓材
１７ 固体レーザ媒質
１８ 偏光ビームスプリッタ
１９ 偏光ビームスプリッタ
２０ 制御部
２１ 半導体レーザ
２６ 冷却用窓材
２７ 固体レーザ媒質
３０ 挿脱装置
３１ 駆動手段
１００ レーザ発振器
１１０ レーザ発振器
Claims (2)
- 第１ビームを発振する第１発振光学系と、前記第１ビームと異なる波長の第２ビームを発振する第２発振光学系とを備え、波長変換素子を用いて第１ビームと第２ビームとによる和周波、第１ビームの第２高調波及び第２ビームの第２高調波を得て、複数の異なる波長のレーザ光を出射するレーザ装置において、前記第１発振光学系からの第１ビームと前記第２発振光学系からの第２ビームの互いに直交する偏光成分のビームを合波する偏光素子と、前記第１及び第２発振光学系と前記偏光素子とを含み、第１ビーム及び第２ビームを共振する第１共振光学系であって、前記偏光素子により第１ビームと第２ビームとが合波された光路に所定角度だけ傾けて配置された出力ミラーと、該出力ミラーの反射方向に配置され、第１ビームと第２ビームの和周波光を発生させる第１波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーは前記第１ビーム及び第２ビームを反射して前記和周波光を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記和周波光の第１レーザ光を出射する第１共振光学系と、前記第１発振光学系及び偏光素子を含み、前記第１ビームを共振させる第２共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第１平面ミラーと、該第１平面ミラーの反射方向に配置され、第１ビームの第２高調波を発生する第２波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第１ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第１ビームの第２高調波の第２レーザ光を出射する第２共振光学系と、前記第２発振光学系及び偏光素子を含み、前記第２ビームを共振させる第３共振光学系であって、前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路に挿脱可能に配置された第２平面ミラーと、該第２平面ミラーの反射方向に配置され、第２ビームの第２高調波を発生する第３波長変換素子と、を有し、前記出力ミラーはさらに前記第２ビームの第２高調波を透過する特性を持ち、前記出力ミラーから前記第２ビームの第２高調波の第３レーザ光を出射する第３共振光学系と、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーを前記出力ミラーと前記第１波長変換素子との間の光路にそれぞれ選択的に挿脱させる挿脱手段と、を備えることを特徴とするレーザ装置。
- 請求項１のレーザ装置において、前記挿脱手段は、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーの平面と直交する共通の軸を中心にその軸回りに回転する回転駆動機構を持ち、前記第１平面ミラー及び第２平面ミラーをそれぞれの平面方向に移動させることを特徴とするレーザ装置。
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