JPH03284711A - 非接触レーザプローブ - 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、レーザ光を集光レンズで所定部位に集束させ
てこの部位に処理を施す非接触レーザプローブに関する
。

［従来の技術］ レーザ光を集光レンズで所定部位に集束させてこの部位
に処理を施す非接触レーザプローブとしては、例えば、
特開昭６０−１４２８４３号公報に記載のものが知られ
ている。

この装置は、ハンドピース内部に挿通された光ファイバ
の出射端面から出射されたレーザ光をこの出射端面前方
に設けた１枚の集光レンズを通過させてこの集光レンズ
の出射端面から所定距離だけ離れた位置に集光させるも
のである。

ここで、この種のレーザプローブでは、ハンドピースの
操作性を考慮すると、ハンドピースの外径をむやみに大
きくすることは現実的でなく、また、ハンドピースの肉
厚を薄くしすぎると光ファイバの出射端面近傍で生じた
熱が操作者の手にじかに伝わることになる。それゆえ、
集光レンズの口径をできるだけ小さくすることが必要で
ある。

上述の従来の装置では、光ファイバのレーザ光出射部近
傍におけるハンドピース内面を鏡面にし、光ファイバか
ら出射されたレーザ光の多くをこの鏡面によって反射し
て小口径のレンズに入射できるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種のレーザプローブの場合、所定の加工
や治療を可能とするために、光ファイバから射出された
レーザ光を、所定以上のパワー密度を有し、所定以下の
径のスポットに集束させなければならない。

上述の従来のレーザプローブでこの条件を満足させるた
めには集束レンズの焦点距離を所定以下に設定する必要
がある。その結果、集束点がレンズの近傍に位置するこ
とになる。集束点がレンズの近傍にあると、加工や治療
の際に、被処理体の一部が飛散してレンズに付着し、こ
れが原因で処理が不能になったり、レンズが破損したり
するおそれが生ずる。しかも、鏡面で反射させて集光レ
ンズに入射させる場合、鏡面の形状が正確に所定の形状
になっていないと、集束点におけるスポットに輝度ムラ
等が生ずることになる。このような小形な鏡面を正確に
所定の形状に加工することは必ずしも容易ではない。さ
らに、通常、鏡面とするためには所定の形状部材の表面
に全反射コーティングを施すことになるが、このコーテ
ィングは用いるレーザ光の波長によっては必ずしも容易
ではない。例えば、波長２９４０ｎｍのＥｒ−ＹＡＧレ
ーザ光を効率よく反射させるコーティングを施すことは
現状では極めて困難である。加えて、反射部はどうして
も加熱されることになるので、これに対する対策も必要
となる。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、集
束レンズ系の出射側の端面とレーザ光の集束点との距離
を十分に確保しつつ、レーザ光を、所定以上のパワー密
度を有し、所定以下の径の良質なスポットに集束させる
ことを可能にした非接触レーザプローブを提供すること
を目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の構成とすることにより上述の課題を解
決している。

ハンドピース内部に挿通された光ファイバの出射端面か
ら出射されたレーザ光を前記光ファイバの出射端面前方
に設けた集光レンズ系を通過させてこの集光レンズ系の
出射側の最終端面から所定距離離れた位置に集光させる
非接触レーザプローブにおいて、 前記集光レンズ系を３群３枚のレンズ構成とするととも
に、この集光レンズ系における入射側に配置される第１
群レンズを負の焦点距離を備えたものとし、第２群レン
ズ及び第３群レンズをともに正の焦点距離を備えたもの
としたことを特徴とする構成。

［作用］ 上述の構成において、第１群レンズを負の焦点距離を備
えたものとし、第２群レンズ及び第３群レンズを正の焦
点距離を備えたものとすることにより、これらを小口径
のレンズで構成しても、第３群レンズから出射されたレ
ーザの集束点位置をこの第３群レンズの出射端面から十
分離れた位置とすることができる。同時に、正の焦点距
離を備えた第２群レンズと第３群レンズを適宜組み合わ
せることにより、所望の集束度（倍率）を得ることがで
きるとともに、球面収差を補正することができる。すな
わち、集束レンズ系の出射側の端面とレーザ光の集束点
との距離を十分に確保しつつ、レーザ光を所定以上のパ
ワー密度を有し、所定以下の径のスポットに集束させる
ことができる。

［実施例］ 策よ実施囮 第１図は本発明の第１実施例にかかる非接触レーザプロ
ーブの要部断面図、第２図は第１実施例のレンズ配置を
示す図、第３図は第１実施例のレンズデータを示す図、
第４図は第１実施例の球面収差を示す図である。以下こ
れらの図面を参照しながら第１実施例を詳述する。

第１図において、符号１は第負の焦点距離を有する１群
レンズ、符号２は正の焦点距離を有する第２群レンズ、
符号３は正の焦点距離を有する第３群レンズ、符号４は
金枠、符号５は光ファイバである。

第１群レンズ１は、略筒状をなしたレンズ押さえ環１ａ
内の図中左端部に嵌着されて保持されており、このレン
ズ押さえ環１ａは筒状の金枠４内に装着されている。

この第１群レンズ１の図中左方側には、薄い円環状のレ
ンズ間隔環１ｂを挟んで第２群レンズ２が配置されてい
る。この第２群レンズ２は金枠４に装着された筒状のレ
ンズ間隔環２ａと上述のレンズ間隔環１ｂとによって挟
みこむようにして金枠４内に保持されている。さらに、
第２群レンズ２の図中左方側には、レンズ間隔環２ａを
挟んで第３群レンズ３が配置されている。この第３群レ
ンズ３は金枠４内に装着された円環状のレンズ押さえ環
状３ａ上述のレンズ間隔環２ａとによって挟みこむよう
にして金枠４内に保持されている。

一方、金枠４内におけるレンズ間隔環１ａの右方側には
、中心部に光ファイバらを装着するとともにその出射端
面を第１群レンズ１に向けて露出させた略円柱状の光フ
アイバ端部金具５ａが装着されている。

この非接触レーザプローブは、光ファイバ５の端面から
出射された発散レーザ光Ｌ１を、第１群レンズ１、第２
群レンズ２及び第３群レンズ３によって集束光Ｌｒにし
て、集束点Ｐに集束させるようにしたものである。

次に、第１群レンズ１、第２群レンズ２及び第３群レン
ズ３について説明する。

第２図は、これらレンズの配置を示した図であるが、第
２図に示されるように、各レンズの面に、第１群レンズ
１の左端面から順次Ｍｌ　、　Ｍ２　。

Ｍ３　、Ｍ４　、Ｍ５　、Ｍ６の面番を付す。また、こ
れら各面相瓦間の面間隔をそれぞれｄｌ　、　ｄ２　。

ｄ３．ｄ４．ｄ５とする。

そうした場合、これら面間隔及び各レンズ特性データは
等は第３図に示される値を有している。

第３図において、屈折率は、波長２９４０ｎｍのＥｒ−
ＹＡＧレーザ光に対する値である。また、各レンズの口
径は６ｍｍφ程度であり、硝種は人工サファイアである
。

第４図は、この実施例の集束レンズ系の球面収差を示し
たものである。図の縦軸が光線高さ（単位；ｍｍ）であ
り、横軸がガウス像面からの距離（単位：ｍｍ）である
。また、図の実線が波長２９４０ｎｍのＥ　ｒ　−Ｙ　
Ａ　Ｇレーザ光に対する値であり、点線がＳＣ（正弦条
件）の場合の値である。球面収差が極めて小さいことが
わかる。

さて、この実施例によって、波長２９４０ｎｍのＥ　ｒ
　−Ｙ　Ａ　Ｇレーザ光の集束実験を行ったところ以下
のような結果が得られた。

光ファイバ５ 出射コア径；０．２ｍｍφ 発散角　　；θ＝１１．５゜ 光ファイバ５と第１群レンズ１の入射面との距離 ；　Ｘｌ　　＝８　ｍｍ 第３群レンズの出射面と集束点Ｐとの 距離 ；　Ｘ２　＝１０ｍｍ 集光角　　　　　；θ−−１９．４゜ スポット径　　；０．１２ｍｍφ 倍率　　　　　；θ／θ−−０．６ 上述のように、この実施例によれば、波長２９４０ｎｍ
のＥ　ｒ　−Ｙ　Ａ　Ｇレーザ光に対して、第３群レン
ズの出射面と集束点Ｐとの距離Ｘ２を１０ｍｍとするこ
とができた。従来のレーザプローブでは、５ｍｍ内外が
限度であったから、これに比較して極めて充分な距離が
得られたことになる。しかも、球面収差が極めて小さい
ことから、輝度ムラのない良質なスポットを得ることが
できる。さらに、レンズ径が小さいので、充分な肉厚を
確保してもハンドピースの外径を８〜１０ｍｍφとする
ことができ、極めて操作性にすぐれたものとすることが
可能である。加えて、この実施例に用いたようなレンズ
は比較的容易に製作が可能である。

！λ天施ヨ 第５図は本発明の第２実施例にかかる非接触レーザプロ
ーブの要部断面図、第６図は第２実施例のレンズ配置を
示す図、第７図は第２実施例のレンズデータを示す図、
第８図は第２実施例の球面収差を示す図である。以下こ
れらの図面を参照しながら第２実施例を詳述する。なお
、この実施例は、上述の第１実施例における第１群レン
ズ１、第２群レンズ２及び第３群レンズ３にかえて特性
の異なるレンズを用い、波長１１０６４ｎのＮｄ−ＹＡ
Ｇレーザ光の集束用とした点のみが第１実施例と異なる
。したがって、第１実施例と同一の構成を有する部分に
は同一の符号を付してその説明を省略し、以下では、こ
の実施例の第１群レンズ２１、第２群レンズ２２及び第
３群レンズ２３について説明する。

さて、この実施例の第１群レンズ２１、第２群レンズ２
２及び第３群レンズ２３のレンズ配置は第６図に示され
る通りであり、また、レンズデータは第７図に示される
通りである。

第７図において、屈折率は波長１１０６４ｎのＮｄ−Ｙ
ＡＧレーザ光に対する値である。また、各レンズの口径
、硝種等は第１実施例と同じである。

第８図は、この実施例の集束レンズ系の球面収差を示し
たものである。図の縦軸及び横軸第１実施例と同じであ
る。また、図の実線が波長１１０６４ｎのＮｄ−ＹＡＧ
レーザ光に対する値であり、点線がＳＣ（正弦条件）の
場合の値である。球面収差が使用上において全く問題の
ないレベルまで小さいことがわかる。

さて、この実施例によって、波長１１０６４ｎのＮｄ−
ＹＡＧレーザ光の集束実験を行ったところ、以下のよう
な結果が得られた。

光ファイバ５ 出射コア径；０．２ｍｍφ 発散角　　；θ＝１１．５゜ 光ファイバ５と第１群レンズ１の入射面との距離 ；　Ｘｉ　　＝８　ｍｍ 第３群レンズの出射面と集束点Ｐとの 距離 ；　Ｘ２　＝１０ｍｍ 集光角　　　　；θ−＝　１９．４゜ スポット径　　；０．１２ｍｍφ 倍率　　　　　：θ／θ−＝０．に のように、この実施例によれば、波長１０＆４ｎｍのＮ
ｄ−ＹＡＧレーザ光に対しても、第３群レンズの出射面
と集束点Ｐとの距離Ｘ２を１０ｍｍとすることができた
。

また、輝度ムラ、操作性、製作容易性等についても第１
実施例と同様であった。

なお、本発明は上述の各実施例に限られるものでなく、
集束すべきレーザ光の波長に応じて各レンズの硝種・特
性を選定することにより種々の波長のレーザ光に適用で
きることは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は、要するに、集光レンズ
系を３群３枚のレンズ構成とするとともに、この集光レ
ンズ系における入射側に配置される第１群レンズを負の
焦点距離を備えたものとし、第２群レンズ及び第３群レ
ンズをともに正の焦点距離を備えたものとしたことを特
徴とする構成を有し、 これにより 集束レンズ系の出射側の端面とレーザ光の集束点との距
離を十分に確保しつつ、レーザ光を、所定以上のパワー
密度を有し、所定以下の径の良質なスポットに集束させ
ることを回部にした非接触レーザプローブを得ているも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる非接触レーザプロ
ーブの要部断面図、第２図は第１実施例のレンズ配置を
示す図、第３図は第１実施例のレンズデータを示す図、
第４図は第１実施例の球面収差を示す図、第５図は本発
明の第２実施例にかかる非接触レーザプローブの要部断
面図、第６図は第２実施例のレンズ配置を示す図、第７
図は第２実施例のレンズデータを示す図、第８図は第２
実施例の球収差を示す図である。 １．２１・・・第１群レンズ、 ２．２２・・・第２群レンズ、 ３．２３・・・第３群レンズ、 ５・・・光ファイバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ハンドピース内部に挿通された光ファイバの出射端面か
   ら出射されたレーザ光を前記光ファイバの出射端面前方
   に設けた集光レンズ系を通過させてこの集光レンズ系の
   出射側の最終端面から所定距離離れた位置に集光させる
   非接触レーザプローブにおいて、 前記集光レンズ系を３群３枚のレンズ構成とするととも
   に、この集光レンズ系における入射側に配置される第１
   群レンズを負の焦点距離を備えたものとし、第２群レン
   ズ及び第３群レンズをともに正の焦点距離を備えたもの
   としたことを特徴とする非接触レーザプローブ。