JP4910318B2 - レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に歯科の医療用などに使用されるハンドピースを有するレーザ装置に関する。

一般に、医療分野におけるレーザ装置としては、レーザメス、疼痛緩和用レーザ、および歯科用のレジン硬化用レーザなどが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。これらのレーザ装置においては、レーザ光を被照射領域に走査しながら照射させるため、通常、レーザ光は、光ファイバーなどの導光部材を介して患部に照射される。この際、当該導光部材の先端が患者と接触して血液や唾液などが付着することによって汚染される危険性があるので、この導光部材をレーザ装置本体から着脱自在に構成し、使用後に取り外して滅菌処理などを行う必要がある。また、例えば導光部材をレーザ光の放射径の異なるものに交換する際にも、導光部材を取り外す必要がある。

以上のような導光部材が着脱自在に構成されたレーザ装置において、導光部材をレーザ装置本体から取り外す際に、誤ってレーザ光が放射された状態のままで取り外しを行うと、意図しない箇所にレーザ光が照射されてしまうという危険な状態となり、それが例えば術者あるいは患者の目などであると、重大な障害が残るおそれがある。
このようなレーザ照射事故を未然に防止するために、日本工業規格ＪＩＳ Ｃ ６８０２に、レーザ装置は、レーザ装置本体から導光部材が取り外される際にはレーザ光の放射が強制的に停止されるよう構成されなければならないことが明示されており、レーザ装置には導光部材の装着状態を検知する安全機構（セーフティ・インターロック）を組み込む必要がある。

従来、安全機構として、例えば、レーザ光が放射されるレーザ本体側に雌型のコネクタを設け、導光部材側に雄型のコネクタを設け、さらにレーザ本体に雌型のコネクタと雄型のコネクタとの結合状態を検知するためのスライドピンを設けて、雄型コネクタと雌型コネクタとが結合されたときにスライドピンが作動されることによってレーザ光の出力スイッチが押されてオンとされるよう構成し、例えば導光部材がレーザ装置本体から取り外されると、スライドピンが元の位置に復元されてレーザ光の出力スイッチがオフとされるものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、このような安全機構は、スライドピンの磨耗や、折れ曲がるなどの物理的な損傷によって十分にレーザ光の出力スイッチを押せなくなるなどのおそれがあり、安全機構として決して確実なものとはいえない。
特開平５−２４５１６５号公報 特開平９−２８１３５９号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、半導体レーザを用いたレーザ装置であって、導光部材をレーザ装置本体から取り外した際のレーザ光の誤照射による事故を未然に防止することのできるレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ装置は、レーザ光を放射する半導体レーザ、およびこの半導体レーザに対向するよう着脱自在に装着される、半導体レーザよりのレーザ光が入射される導光部材を有するハンドピースを備えたレーザ装置であって、
装着された状態の導光部材の光入射面によるレーザ光の反射光が受光されるよう、受光素子が配設されており、
この受光素子の出力による導光部材の離脱情報に基づいて半導体レーザがオフ状態とされるシャットダウン機構を備えると共に、
前記受光素子の出力が設定値以下であるときに半導体レーザのレーザ光出力を大きくし、受光素子の出力が設定値より大きいときに半導体レーザのレーザ光出力を小さくする光出力安定化制御を行う半導体レーザ制御機構を備え、
前記シャットダウン機構は、前記半導体レーザ制御機構の光出力安定化制御による半導体レーザのレーザ光出力が上限値を超えた場合に作動するものであることを特徴とする。

本発明のレーザ装置によれば、導光部材の光入射面に反射される半導体レーザよりのレーザ光の反射光のみを受光する受光素子の出力による導光部材の離脱情報に基づいて半導体レーザがオフ状態とされるので、半導体レーザがオン状態であるときに導光部材を取り外したとしても、半導体レーザが強制的にオフ状態とされて確実にレーザ光の誤照射による事故が未然に防止され、従って、高い安全性が得られる。

また、シャットダウン機構において、受光素子の出力を利用して半導体レーザのレーザ光出力の大きさが一定となるよう制御されるため、例えば温度条件による半導体レーザのレーザ光出力の大きさの変動が低減されるなどして、レーザ光出力が安定性の高いものとされる。

以下、本発明の半導体レーザを備えたレーザ装置について説明する。

図１は、本発明のレーザ装置の一例における構成を部分的に示す説明用図、図２は、図１のレーザ装置の動作制御およびシャットダウン機構の動作を説明するフローチャート、図３は、図１のレーザ装置におけるシャットダウン機構の回路構成を示すブロック図である。

このレーザ装置のハンドピースに備えられた、光源としてレーザ光を放射する半導体レーザ２７は、術者が握るためのハンドル１１に設けられた装着ハウジング２０の連続する装着面２０Ａに配設されている。
この半導体レーザ２７としては、例えば中心波長６８０ｎｍ、出力３００ｍＷのものなどを挙げることができるが、中心波長はこれに限定されるものではない。

また、装着ハウジング２０の装着面２０Ａの外周から前方に突出するよう連結部を構成する筒部２０Ｂが形成され、一方、導光部材１２における多数の光ファイバーが束ねられてなるバンドルファイバー１６およびこの外周面を覆う金属シース１５よりなる照射ノズル１７の基端部が、装着ハウジング２０の筒部２０Ｂに連結され、これにより、導光部材１２が半導体レーザ２７に対して着脱自在とされている。

具体的には、照射ノズル１７の基端部の外周面には、例えばステンレス鋼またはアルミニウムよりなる口金１８が設けられており、この口金１８が、装着ハウジング２０の筒部２０Ｂ内に嵌合されることにより連結されており、これにより、導光部材１２のバンドルファイバー１６の光入射面１３が空隙を介して半導体レーザ２７と対向する状態とされている。

そして、装着ハウジング２０の装着面２０Ａにおける半導体レーザ２７と隣接する位置に、受光素子である例えばフォトダイオード２９が、その受光面２９Ａが導光部材１２の光入射面１３と対向するよう配設され、これにより、半導体レーザ２７からのレーザ光のうち、導光部材１２のバンドルファイバー１６の光入射面１３または金属シース１５の一端面による反射光のみを受光する構成とされる。
このフォトダイオード２９としては、例えばシリコンフォトダイオードを用いることができる。
ここに、受光素子の代表例としてフォトダイオードを挙げて説明するが、受光素子としてはこれに限定されず、フォトトランジスタ、フォトセル、光電子増倍管（フォトマル）などを用いることができる。

半導体レーザ２７は、装着ハウジング２０に設けられた制御回路２８に電気的に接続されており、フォトダイオード２９も、アンプ２３（図３参照）を介して半導体レーザ２７と共通の制御回路２８に電気的に接続されている。

以上のようなレーザ装置は、次のように動作される。すなわち、術者がレーザ装置の半導体レーザ２７をオン状態とすると、電源装置３０から制御回路２８に電力が供給されて半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量がゼロから増加し、半導体レーザ２７がレーザ発振して放射されたレーザ光が導光部材１２のバンドルファイバー１６の光入射面１３に入射してこれの内部を導光されて当該バンドルファイバー１６の光出射面１４から放射され、目的とする箇所にレーザ光が照射される。

レーザ装置の動作中において、半導体レーザ制御機構２６においては、フォトダイオード２９の出力を利用して半導体レーザ２７のレーザ光出力の大きさである、レーザ駆動電流検知器２２によって検知されるレーザ駆動電流量が一定となるよう、フォトダイオード２９によってバンドルファイバー１６の光入射面１３からの半導体レーザ２７によるレーザ光の反射光が受光され、その出力が設定値以下であるときには半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量を増加させ、設定値より大きいときには半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量を減少させる光出力安定化制御が継続して行われる。

半導体レーザ制御機構２６におけるフォトダイオード２９の出力の設定値は、当該フォトダイオード２９の受光量に比例するフォトダイオード電流量で例えば１ｍＡとされる。

そして、半導体レーザ制御機構２６の光出力安定化制御による半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量が特定の上限値を超えた場合に、シャットダウン機構２５が作動してシャットダウン処理が行われ、制御回路２８に離脱情報としてシャットダウン信号が発され、これにより、半導体レーザ２７が強制的にオフ状態とされる。

具体的には、例えば、半導体レーザ２７のオン状態において導光部材１２がレーザ装置本体から取り外される場合には、フォトダイオード２９の出力が設定値よりも大幅に減少されるので、半導体レーザ制御機構２６によって半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量が大幅に増加されてレーザ駆動電流量が上限値まで達し、これによりシャットダウン処理が行われて半導体レーザ２７が強制的にオフ状態とされる。

シャットダウン機構２５における半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量の上限値は、例えば１００ｍＡとされる。
シャットダウン機構２５における半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量が前記の範囲とされることで、導光部材１２がレーザ装置本体から完全に外されるまでの時間内、例えば１００ｍｓｅｃ以内に、半導体レーザ２７をオフ状態とすることができて、半導体レーザ２７からのレーザ光が装着ハウジング２０の筒部２０Ｂの外部に放射されることが防止され、安全性が確保される。

以上のレーザ装置によれば、導光部材１２の光入射面１３に反射される半導体レーザ２７よりのレーザ光の反射光のみを受光するフォトダイオード２９の出力による導光部材１２の離脱情報に基づいて半導体レーザ２７がオフ状態とされるので、半導体レーザ２７がオン状態であるときに導光部材１２を取り外したとしても、確実に半導体レーザ２７が強制的にオフ状態とされてレーザ光の誤照射による事故が未然に防止され、従って、高い安全性が得られる。

また、半導体レーザ制御機構２６においては、フォトダイオード２９の出力を利用して半導体レーザ２７のレーザ光出力の大きさが一定となるよう制御されているため、レーザ光出力が安定性の高いものとされる。

例えば、半導体レーザ２７の温度依存性などによるレーザ光出力の大きさの変動が低減され、レーザ光出力の大きさが安定性の高いものとされる。
具体的には、半導体レーザ制御機構２６において、半導体レーザ２７の温度が大きく上昇した場合、温度の上昇によって半導体レーザ２７のレーザ光出力が減少するところ、フォトダイオード２９の出力が減少してレーザ駆動電流量が増加され、一方、温度の降下によっては半導体レーザ２７のレーザ光出力が増加するとレーザ駆動電流量が減少される制御が行われ、これにより、レーザ光出力の大きさが安定性の高いものとされる。
そして、シャットダウン機構２５において、半導体レーザ２７のレーザ駆動電流量に上限値が設けられてシャットダウン処理されることにより、半導体レーザ２７自体が極度の高温状態となる前にレーザ駆動電流量が上限値に達して半導体レーザ２７がオフ状態とされるために、半導体レーザ２７自体が高温状態となって破損されることを未然に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明の実施の形態は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

本発明のレーザ装置の一例における構成を部分的に示す説明用図である。 図１のレーザ装置の動作制御およびシャットダウン機構の動作を説明するフローチャートである。 図１のレーザ装置におけるシャットダウン機構の回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ ハンドル
１２ 導光部材
１３ 光入射面
１４ 光出射面
１５ 金属シース
１６ バンドルファイバー
１７ 照射ノズル
１８ 口金
２０ 装着ハウジング
２０Ａ 装着面
２０Ｂ 筒部
２２ レーザ駆動電流検知器
２３ アンプ
２５ シャットダウン機構
２６ 半導体レーザ制御機構
２７ 半導体レーザ
２８ 制御回路
２９ フォトダイオード
２９Ａ 受光面
３０ 電源装置

Claims (1)

1. レーザ光を放射する半導体レーザ、およびこの半導体レーザに対向するよう着脱自在に装着される、半導体レーザよりのレーザ光が入射される導光部材を有するハンドピースを備えたレーザ装置であって、
   装着された状態の導光部材の光入射面によるレーザ光の反射光が受光されるよう、受光素子が配設されており、
   この受光素子の出力による導光部材の離脱情報に基づいて半導体レーザがオフ状態とされるシャットダウン機構を備えると共に、
   前記受光素子の出力が設定値以下であるときに半導体レーザのレーザ光出力を大きくし、受光素子の出力が設定値より大きいときに半導体レーザのレーザ光出力を小さくする光出力安定化制御を行う半導体レーザ制御機構を備え、
   前記シャットダウン機構は、前記半導体レーザ制御機構の光出力安定化制御による半導体レーザのレーザ光出力が上限値を超えた場合に作動するものであることを特徴とするレーザ装置。