JP4485252B2 - レーザ光照射プローブ - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を皮膚面に照射して美肌、脱毛などのトリートメントを行うレーザ光照射プローブに関する。

脱毛クリームで毛を除去した後の皮膚にレーザ光を照射すると、レーザ光が表皮内メラニンに吸収されて発熱し、皮膚組織にたんぱく変性が起こる。
これにより、皮脂腺や毛乳頭部がダメージを受け、毛包の組織が硬くなって毛の発育が抑制される脱毛効果を発揮する。

あるいは、シミ・ソバカスなど皮膚の表皮や真皮に散在する異常な色素細胞にレーザ光を照射すると、これらの色素細胞が発熱して細かい粒子に分散する。
分散した異常色素細胞は表面に浮き上がったり、老廃物となって血管やリンパ管に吸収されて消滅し、正常な色の皮膚が蘇る美肌効果を発揮する。

このようにレーザ光を照射して脱毛や美肌などのトリートメントを行う場合、ムダ毛やシミ・ソバカスなど皮膚の広い範囲にまんべんなくレーザ光を照射する必要がある。

ところが、これらのトリートメントに使用する半導体レーザは、発光部断面積が数μｍ〜数十μｍと非常に小さいのでＨｅ−Ｎｅレーザなどのように高指向性を持つ平行な細い直線ビームにはならず、１°〜４５°の角度で広がる。
そこで、パワー密度を集中させるために投光レンズで集光することが行われているが、そのようにすると焦点付近おけるビーム径は１〜２ｍｍとかなり細くなる。
このため、１本のビームで皮膚の広い範囲にわたってまんべんなくレーザ光を照射しようとすると、ビーム径が小さいので手間と時間がかかり、根気を要する面倒な作業になる。

また、投光レンズで集光したレーザ光を皮膚に照射すると、焦点とそれ以外の部分でエネルギー密度にむらができ、焦点付近では光パワーが集中してまわりの正常細胞に光熱反応によって軽い火傷が起きたり、痛みを感じる。
このため、火傷や痛みによる恐怖感や不安感が先にたち、レーザ光を長時間照射して皮膚に十分な光熱反応を起こすことができず、トリートメントを有効に行うことが困難になる。

この問題を解決するために、既に本出願人は特開２００１−１８７１５８号公報および特開２００２−３１５８４０号公報などにおいて焦点が作られるこのない棒レンズを用いてレーザ光の照射面積を広げるレーザ光照射プローブを提案している。
ところが、このレーザ光照射プローブは棒レンズの先端を直接皮膚に接触させてレーザ光を照射するものであった。
そのため、皮膚の汚れなどが棒レンズの先端に付着し、レーザ光がそれに当たると発熱して火傷する虞があった。
特開２００１−１８７１５８号公報 特開２００２−３１５８４０号公報

解決しようとする問題点は、棒レンズの先端を皮膚に接触させてレーザ光を照射すると皮膚の汚れなどが付着して先端が発熱する点であり、本発明は、棒レンズの先端が皮膚に接触して汚れなどが付着しないようにすると共に、ＣＣＤカメラのレンズの視界を遮らないようにすることを目的になされたものである。

そのため本発明は、皮膚に接触すべきヘッド部の先端にレーザ光の照射口を開口し、
この照射口の奥に入射端をレーザ光源に結合する棒レンズの出射端を臨ませると共に、
当該棒レンズをヒートシンクの軸線に対し傾斜させて、ヒートシンクの通孔の最奥部に臨むＣＣＤカメラのレンズの視界の外に配置することを最も主要な特徴とする。
本発明において、棒レンズとは、棒状の細長いガラス製のレンズであり、丸型、角型などのいずれであってもよい。

本発明は、皮膚に接触するヘッド部の先端に開口したレーザ光の照射口の奥に棒レンズの出射端を臨ませるので、棒レンズの先端が直接皮膚に接触することがなくなり、棒レンズなどの先端に皮膚の汚れなどが付着してレーザ光が当たると発熱するという問題が解消される。また、棒レンズをヒートシンクの軸線に対し傾斜して、ヒートシンクの通孔の最奥部に臨むＣＣＤカメラのレンズの視界の外に配置するので、ヘッド部内に棒レンズが収容可能である共に棒レンズがＣＣＤカメラのレンズの視界を遮らない。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１と図２に、本発明を実施したレーザ光照射プローブの正面図と側面図を示す。
レーザ光照射プローブは、タッチセンサとＣＣＤカメラを備えるヘッド部１を正面に突設し、その下方をグリップ部２で支持する構成で、グリップ部２の下端から電源コード３と画像モニタに接続するＣＣＤカメラの信号コード４を引き出している。
ヘッド部１には砲弾型のキャップ５を被せ、その中心を開口してレーザ光の照射口５１を設け、その周辺の３点に皮膚への接触を検知するタッチセンサの端子５２を取り付けている。
グリップ部２は、正面にモード切換スイッチ２１とＬＥＤランプ２２を配置し、側面にレーザ光の照射スイッチ２３を取り付ている。

モード切換スイッチ２１は、電源のオン／オフ、間欠照射のオンタイム（Ｌ〜Ｈ）の切換え、照射出力（ＦＡＣＥ／ＢＯＤＹ）の切換えを操作する。
ＬＥＤランプ２２は、赤と緑のＬＥＤチップが１つのランプの中に入れられ、それぞれ片方ずつ点灯して赤、緑の２色を発光する。
最初にモード切換スイッチ２１をロングオン（１．５秒程度）すると電源がオンとなり、以下１回押す毎に、ＦＡＣＥモード時のオンタイムの切換え（Ｌ〜Ｈ）、ＢＯＤＹモード時のオンタイムの切換え（Ｌ〜Ｈ）、電源オフの順にモードが切換わる。
ＦＡＣＥモードよりＢＯＤＹモードの方がレーザを駆動するパルス密度を高くして照射出力を大きくしている。
また、ＦＡＣＥモード時はＬＥＤランプ２２が緑色点灯し、ＢＯＤＹモード時は赤色点灯する。

図３と図４に、キャップを取り除いたヘッド部の正面図と側面図を示す。
ヘッド部１は、基台をヒートシンク１１で形成し、ヒートシンク１１の軸心に通孔を穿って最奥部にＣＣＤカメラのレンズ１２を臨ませる。
ＣＣＤカメラは、レンズ１２の光をＣＣＤで受光し、デジタルの画像信号に変換して色調補正、解像度変更などの画像処理を施した後、画像データを圧縮して信号コード４を経由してＬＣＤなどのモニタに転送する仕組みになっている。

レンズ１２の外周のヒートシンク１１には多数の通孔を明け、その中に照明用の高輝度白色ＬＥＤ１３ａ、ＦＡＣＥモード表示用の緑色ＬＥＤ１３ｂ、ＢＯＤＹモード表示用の赤色ＬＥＤ１３ｃをそれぞれ挿嵌する。
また、ヒートシンク１１の軸線に対して傾斜した方向に沿って半導体レーザ１４を取り付け、半導体レーザ１４の前方に筒状の補強体１５に挿入されて取り付けられた光学系である角型レンズ１６を配置する。
角型レンズ１６の入射端は半導体レーザ１４の発光面に結合し、出射端はヘッド部１の照射口５１の奥に位置付ける。
本発明の角型レンズ１６は、使用する半導体レーザ１４の出射口の形状に合わせて角型にしてあるが、丸型など角型の他にもさまざまな形状のレンズが考えられるので、これによりレンズの形状を角型に限定するものではない。
角型レンズ１６を斜めに配置するのはＣＣＤカメラのレンズ１２の視界を遮らないためであり、ＣＣＤカメラを内蔵しない場合は角型レンズ１６をヒートシンク１１の軸線に沿って真っ直ぐ配置する。この場合も角型レンズ１６の出射端はヘッド部１の照射口５１の奥に位置付ける。

角型レンズ１６は、石英ガラスなどの透明な誘電体で形成し、図５に示すように、入射端を半導体レーザ１４の発光面に結合し、外周を補強体１５で取り囲み、出射端を補強体１５の先端に露出する。
補強体１５は、上下に通孔を明け、その中に接着剤１５ａを注入して中の角型レンズ１６を固定する。
角型レンズ１６は細長い棒状のガラスなので、誤って指などが触れると簡単に破損してしまう。そのため、このように角型レンズ１６を補強体１５に挿入して保護すると確実に破損を免れることができる。

また、角型レンズ１６はヒートシンク１１の軸線に対して斜めに取り付けているので、投光角度が生じ、レーザ光の照射面積が縦方向に広がる。
皮膚の広い範囲にまんべんなくレーザ光を照射するためにはレーザ光の照射面積を縦横均一にする必要がある。
そのため、本発明の角型レンズ１６は、断面形状を長方形にして横方向の長さを縦方向より長くしている。

ヒートシンク１１は、半導体レーザ１４の動作時の発熱を熱伝導によって拡散させて性能の低下を抑える。このため、熱伝導効率のよいアルミあるいはその合金で鋳造して放熱効率を高めている。

半導体レーザ１４は、ＧａＡｓ（ガリウムアルセナイド）などの化合物半導体を用いたＰＮ接合ダイオードに直接電流を流して励起し、レーザ発振を得る。
また、ピーク波長６００〜１６００ｎｍ、光出力５ｍＷ〜３Ｗのレーザ光を出力し、熱効率が良くて皮膚に十分な光熱反応を起こす。
さらに、熱反応のほか、光電気反応、光磁気反応、光力学反応、光化学反応、光免疫反応、光酵素反応などがあり、光生物学的活性化により生体組織の新陳代謝を促して皮膚血行を高め、水分や血液に吸収されにくいため、優れた皮膚深達性を持つ。

図６に、本発明を実施したレーザ光照射プローブの制御系のブロック図を示す。
制御系は、端子５２の皮膚への接触を検知するタッチセンサ回路６と、モード切換スイッチ２１からの信号を入力して半導体レーザ１４の間欠照射のオンタイムをタイマで制御するタイマ制御回路７と、半導体レーザ１４の駆動回路８で構成する。
駆動回路８は、照射スイッチ２３からの信号の他にタッチセンサ回路６とタイマ制御回路７の両方の指令に基づいて半導体レーザ１４の点灯をオン・オフする。
すなわち、タッチセンサ回路６とタイマ制御回路７の両方がオン信号を出力しているとき、はじめて半導体レーザ１４を点灯する。
従って、タッチセンサ回路６がオン信号を出力していないときは、照射スイッチ２３とタイマ制御回路７がオン信号を出力していても半導体レーザ１４は点灯されない。

図７に、タッチセンサ回路のブロック図を示す。
タッチセンサ回路６は、端子５２が皮膚に接触したときに発生する微弱な交流電圧をそれぞれ帯域フィルタ６１、整流回路６２、増幅器６３を介して直流電圧に変換し、波形整形、レベル調整、オフセット調整した後、Ａ／Ｄ変換器６４、Ｉ／Ｏインタフェース６５を介してＣＰＵ６６に入力する。
また、ＣＰＵ６６にＩ／Ｏインタフェース６５を介して半導体レーザ１４の駆動回路８を接続する。

タッチセンサ回路６は、接点式の他、静電容量や抵抗などのインピーダンス変化を検知するものや、圧電素子によって圧力変化を検知するものでもよい。

タッチセンサ回路６は以上のような構成で、３点の端子５２の電圧値を読み込んでそれぞれの端子５２に所定の交流電圧が発生しているかどうかを判定し、すべての端子５２に所定の交流電圧が発生しているとき、はじめて半導体レーザ１４の駆動回路８にオン信号を出力する。

本発明を実施したレーザ光照射プローブは以上のような構成で、トリートメントを行うときは、まず、グリップ部２のモード切換スイッチ２１をロングオンして電源をオンにする。これにより、最初にＦＡＣＥモードのオンタイム（Ｌ）が設定され、ＬＥＤランプ２２が緑色点灯し、ヘッド部１の照明用の高輝度白色ＬＥＤ１３ａが点灯する。
次に、グリップ部２を把持してヘッド部１の先端をトリートメントすべき皮膚面に押し当てる。これにより、ＣＣＤカメラで撮影した皮膚面の拡大画像がモニタ画面に映し出される。また、レーザ光の照射口５１の周辺の３点に取り付けたタッチセンサの端子５２が皮膚に導電接触してタッチセンサ回路６がオンになる。このとき、３点同時に皮膚に接触しないとタッチセンサ回路６はオンにならない。

次に、モニタ画面を見ながらプローブを移動し、トリートメントすべき箇所を発見したら照射スイッチ２３を押して半導体レーザ１４を点灯させる。
照射スイッチ２３を押すと、ヘッド部１に設けたＦＡＣＥモード表示用の緑色ＬＥＤ１３ｂあるいはＢＯＤＹモード表示用の赤色ＬＥＤ１３ｃがそれぞれのモードに応じて点灯する。これにより、可視光でない半導体レーザ１４の出力を目視できるようになる。

半導体レーザ１４が点灯すると、図８に示すように、レーザ光が角型レンズ１６の入射端１６ａに所定の角度で入射する。
そして、角型レンズ１６の軸に沿って進む軸光線と、角型レンズ１６の縁を通って全反射しながら進む折り返し光線に分かれて誘電体経路を伝搬し、角型レンズ１６の出射端１６ｂから出射する。
このとき、伝搬経路が異なるため、出射端１６ｂまでの到達時間が違うことによって波形が時間的に広がる分散現象を起こす。
また、半導体レーザ１４のレーザ光は、単一波長に近いが、完全に単一でなく、ある幅を持った波長特性を有する。
このため、波長による伝搬経路の長さの違いから出射端１６ｂまでの到達時間に違いを生じ、同様に分散現象を起こす。
これらの分散や伝搬損失による光パワーの減衰によって、角型レンズ１６の出射端１６ｂから出射するレーザ光のエネルギー密度が平均化し、高密度に拡散して均一に皮膚に作用することになる。

本発明を実施したレーザ光照射プローブの正面図である。 図１の側面図である。 キャップを取り除いたヘッド部の正面図である。 図３の側面図である。 補強体に挿入した角型レンズの断面図である。 本発明を実施したレーザ光照射プローブの制御系のブロック図である。 タッチセンサ回路のブロック図である。 角型レンズにおけるレーザ光の伝搬経路図である。

符号の説明

１ ヘッド部
１１ ヒートシンク
１２ レンズ
１３ａ 高輝度白色ＬＥＤ
１３ｂ 緑色ＬＥＤ
１３ｃ 赤色ＬＥＤ
１４ 半導体レーザ
１５ 補強体
１５ａ 接着剤
１６ 角型レンズ
１６ａ 入射端
１６ｂ 出射端
２ グリップ部
２１ モード切換スイッチ
２２ ＬＥＤランプ
２３ 照射スイッチ
３ 電源コード
４ 信号コード
５ キャップ
５１ 照射口
５２ 端子
６ タッチセンサ回路
６１ 帯域フィルタ
６２ 整流回路
６３ 増幅器
６４ Ａ／Ｄ変換器
６５ Ｉ／Ｏインタフェース
６６ ＣＰＵ
７ タイマ制御回路
８ 駆動回路

Claims (2)

1. 皮膚に接触すべきヘッド部の先端にレーザ光の照射口を開口し、
   この照射口の奥に入射端をレーザ光源に結合する棒レンズの出射端を臨ませると共に、
   当該棒レンズをヒートシンクの軸線に対し傾斜させて、ヒートシンクの通孔の最奥部に臨むＣＣＤカメラのレンズの視界の外に配置することを特徴とするレーザ光照射プローブ。
2. 前記棒レンズが筒状の補強体に挿入されて取り付けられることを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射プローブ。