JPH02107939A - 光ファイバーの状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザー光線を光ファイバーにより体内に導
き、患部の切開・蒸散などを行う内視鏡用光ケーブルな
どに組み込まれる光ファイバーの状態監視装置に関する
ものである。

従来の技術 ＣＯｅレーザー光線を扱う分野に於いては、最近になっ
てＧＯ２レーザ光線を伝送可能な光ファイバーが開発さ
れ、その操作性の良さや細径化が可能である等の利点が
ある事などから、光ファイバー伝送方式のレーザメス装
置の商品化がなされている。特に、体外から内視鏡のチ
ャンネルを通して、光ファイバーを体内に導き、無切開
で手術を行う方式に対する期待が高まりつつある。

光ファイバー伝送方式の優れた点としては前述したよう
に、伝送系を細くコンパクトに構成でき体内に導くこと
ができる等の長所が挙げられるが、半面問題点としては
、許容値以上に曲げたり、あるいは高いエネルギーを伝
送させたような場合には、光ファイバーが折れたり、あ
るいは溶融したりすることがあるという点が挙げられる
。

このような問題点の発生に備え、光ファイバーの状態を
常時監視し、光ファイバーに異吠が生じたような場合に
は、種々の安全対策が考案されている。

例えば、治療用レーザ光（Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光：波長
１．０６μｍ）とガイド用のレーザ光（主にＨｅ−Ｎｅ
レーザ光）を同一の石英光ファイバに導光して用いられ
るＮｄ−ＹＡＧレーザ内視鏡の場合には、内視鏡から覗
いて、体内にガイド光が出射していることを確認するこ
とによって、光ファイバの折損をみる安全対策がある。

　　また、特開昭５８−１３０３０１号公報に示されて
いるように、光ファイバーが溶融する時の温度を検出す
る構成のものなども、考案されている。

発明が解決しようとする課題 しかし、こうした従来用いられてきた方法では、例えば
、ガイド光を監視する構成では、　Ｃ０２レーザ光と同
時にガイド光も導光することができる光ファイバが存在
しないためにこの構成は、適用できない。また、光ファ
イバーが溶融する時の温度を検出する方法では、光ファ
イバーのどの部分で溶融が起ってもそれを検出できるよ
うに、光ファイバーのほぼ全長に渡って、温度上昇によ
って溶融あるいは抵抗変化を生じるようなセンサ部材を
配置しておかなければならず、やはり構成が複雑になる
ばかりでなく、こうしたセンサ部材により光ファイバー
本来の伝送特性や柔軟性を損ねてしまうという課題があ
った。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するため、レーザ発振器と、レ
ーザ光を伝送する光ファイバーと、前記。

レーザ光を集光して前記光ファイバーに入射させる集光
レンズと、前記集光レンズにより集光される円錐状光束
を取り巻く位置に配置されて前記光ファイバーからの反
射光の一定の角度成分を受光する反射光検出素子と、こ
の反射光検出素子の出力から前記光ファイバーの劣化状
態を認識する光ファイバー状態認識部とを備えたことを
特徴とする。

又本発明は、前記反射光検出素子の構成に代えて、発振
器から光ファイバーまでのレーザ光路上にあり光ファイ
バからの反射光を分岐するビームスプリタと、このビー
ムスプリッタによって分岐された反射光を受光する反射
光検出素子を備えたことを特徴とする。

作用 この技術的手段による作用は次の様になる。すなわち、
光ファイバを通して光ファイバーの出射端からの反射光
を反射光検出素子により検出する事ができ、その状態を
光ファイバー状態認識部で判断し光ファイバに生じてい
る劣化を確実に認識できる。

実施例 ＣＯＱレーザメス装置の構成図である。Ｃｏｔレーザ発
振器１から出射する波長１０．８μｍの赤外線である０
０ｗレーザ光２は、集光レンズ３によって。

塩化銀と臭化銀との混晶材料を熱間押し出して製作され
たφ０．３ｍｍの径を有する赤外光ファイバ４の入射面
５に集光される。次に、光ファイバー４を導波してきた
レーザ光２は、光フアイバケーブル７の先端に備えつけ
られたダイアモンドウィンドウ８を通して外部に出射さ
れ、この光によって、。

患部Ｐの切開や蒸散がおこなわれる。ここで用いられる
ダイアモンドウィンドウ８は、超高硬度、耐高温、光透
過性、高熱伝導性の点から、体内に挿入する細径の光フ
ァイバーケーブル７の出射窓材として最適なものと考え
られる。　　例えば、体内で使用する場合に多く起こる
と考えられる血液や体液の付着に対して、赤外光学材料
にありがちな柔らかいということが無いために、傷をつ
けることがなく付着物を拭き取ることもでき、また、付
着物によって発熱が生じた場合でも、高温度に耐えるこ
とができるという理想的なウィンド材である。

シャッタ９は、中央制御回路１０の命令によって、レー
ザ発振器１から出射するレーザ光２の開閉を行う。反射
光検出素子１１は、集光レンズ３により集光され光ファ
イバ４に入射する円錐状レーザ光線束１２を取り巻く位
置に配置してあり。

光ファイバの入射面５から反射してくる拡い角度の反射
光１３を受光し、それに応じた電圧出力に変換する。光
フアイバ損傷状態認識回路（杖態認識部）１４は、プリ
アンプと比較回路からなり。

反射光検出素子１１からの電圧出力と、中央制御回路１
０から指令される損傷しきい値と比較し。

光ファイバの損傷状態の信号を中央制御回路１０に出力
する。

第２図は９反射光検出素子１１とその反射光の。

関係を示した斜視図である。　　反射光検出素子１１は
、熱伝導率の高いボロンナイトライドセラミックからな
るドーナツ型基板１５からなり、この基板の内側は数百
ミクロンの薄い厚みをもつフィン１６を形成する。また
、この基板の表面には。

ビスマス−アンチモンの熱起電能の高い熱電対ヲラビリ
ンス状に蒸着した熱電対１７が形成されて・いる。

反射光検出の原理を説明すると、集光レンズ３から光フ
アイバ入射面５に入射するレーザ光２は。

フィン１６に照射することなく内側を通過する。

次に光ファイバ４からの反射光１３は、拡い角度の成分
がフィン１６に照たり、そのエネルギに応じた温度勾配
を基板１５に生じる。反射光検出素子１１は、この温度
差を熱電対１７によって検出し電圧に変換する。実際に
製作した反射光検出素子１１の時定数は、熱伝導率の高
い基板を使用した事から、２百ｍｍ秒と非常に高速であ
り、光ファイバーの劣化に大して迅速な対応をとること
ができる。また、この実施例としては、温度差を電圧に
変換するのに熱電対を用いたが、ＳｔＣからなるサーミ
スタを用いても同様の検出素子が出来る。

第３図は、正常な光ファイバと損傷した光ファイバの反
射光の角度分布の実験値を示したものであり、横軸は反
射光の全角を、縦軸は反射光強度を示す。

正常な光ファイバからの反射光（白丸）は、狭い角度分
布をもつ入射面からの反射（ａ）約１０％と、もう少し
拡い出射面からの反射（ｂ）約９％と、同様の角度をも
つダイアモンドウィンドウからの反射（Ｃ）約２０％と
、散乱尋と考えられる角度分布の少ない反射（ｄ）１％
以下と４つの成分に分離する事が出来る。

これに対して、出射側を折損した光ファイバからの反射
光（黒丸）は、入射面からの反射（Ａ）は同程度である
が、出射面からの反射とダイアモンドウィンドウからの
反射はなくなり９代わりに角度分布の少ない反射（Ｄ）
が増加する。

すなわち、正常と損傷との変化（ｅ）の大きな１０度か
ら２０度以内の成分だけを検出する事によって、光ファ
イバの損傷状態を認識する事は可能と考えられる。この
結果から９反射光検出素子１１は、変化の大きな全角で
１０度から２０度以内の反射光だけを受光するよう設計
しなければいけない。

以上の様な構成と特徴を有した本実施例の動作を以下に
説明する。中央制御回路１０は、術者からのレーザ光の
使用信号を受けると、シャッタ９を開放し、レーザ光を
外部に照射する。同時に、反射光検出素子１１は、光フ
ァイバ４からの１０度から２０度以内の角度の反射光１
３を受光し、電圧出力に変換している。光フアイバ損傷
状態認識回路１４は、この電圧出力を増幅し、損傷しき
い値と比較し、光ファイバの正常か否かを判定する。損
傷であることを検出すれば、この信号を受けた中央制御
回路１０は即座に安全のためにシャッタ９を閉じさせる
ことになる。

第４図は、本発明のＣＯ２レーザメスの第２・の実・施
例の構成図である。すなわち、シャッタ９と集光レンズ
３との間のレーザ光の光路上には、光ファイバ４からの
反射光を分岐するビームスプリッタ１８が配してあり、
このビームスプリッタ１８によって分岐された反射光は
その側方に配した反射光検出素子１９によって受光され
る構成となっている。

また、光ファイバ４に反射防止膜のないものを用いたが
、膜付きであるものでも、受光する角度の違いはあるけ
れども、光フアイバ状態の認識は十分可能である。

また、説明に用いたダイアモンドウィンドウ８の光ファ
イバー側に反射防止膜を設けることは、光ファイバーケ
ーブル７の発熱を抑える利点をもつので、光ファイバー
側に反射防止膜を設けることは効果的だと考えられる。

これに対して、出射側に反射防止膜を設けることは、付
着物の除去を行うことによって膜がはがれることが生じ
、効果的ではない。

発明の詳細 な説明した様に本発明によれば、光ファイバにレーザ光
線を導光し、光ファイバからの反射光を検出する事によ
り、光ファイバの損傷状態を確実に認識できる。また、
光ファイバー導光路中には、抵抗体などのセンサー群を
設けないので、光ファイバーのもつ利点である細径・可
撓性を損な・うことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光ファイバーの状態
監視装置の構成図、第２図は同装置の反射光検出素子と
反射光の関係を示した斜視図、第３図は光ファイバから
の反射光の性質を示した特性図、第４図は本発明の第二
の実施例における光・ファイバーの状態監視装置の構成
図である。 １・・・レーザ発振器、２・・・レーザ光、３・ｅ・集
光レンズ、４＊＊・光ファイバ、１１゜１９・・・反射
光検出素子、１３・・・反射光、１４・・・光フアイバ
状態認識部、１８・・・ビームスプリッタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器と、レーザ光を伝送する光ファイバ
   ーと、前記レーザ光を集光して前記光ファイバーに入射
   させる集光レンズと、前記集光レンズにより集光される
   円錐状光束を取り巻く位置に配置されて前記光ファイバ
   ーからの反射光の一定の角度成分を受光する反射光検出
   素子と、この反射光検出素子の出力から前記光ファイバ
   ーの劣化状態を認識する光ファイバー状態認識部とを備
   えた光ファイバーの状態監視装置。
2. （２）レーザ発振器と、レーザ光を伝送する光ファイバ
   ーと、レーザ光を集光して前記光ファイバーに入射させ
   る集光レンズと、前記発振器から前記光ファイバーまで
   のレーザ光の光路上にあり前記光ファイバからの反射光
   を分岐するビームスプリッタと、このビームスプリッタ
   によって分岐された反射光を受光する反射光検出素子と
   、この反射光検出素子の出力から前記光ファイバーの劣
   化状態を認識する光ファイバー状態認識部とを備えた光
   ファイバーの状態監視装置。