JPS5952036B2 - 加工用レ−ザ誤照射防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は対象物とレーザ照射端との距離信号を利用し
てフィードバック制御することで、加工用レーザの光照
射を自動的にＯＮ−ＯＦＦ制御し、人的ミスや事故によ
つて生じるレーザの誤照射を防止し得る加工用レーザ誤
照射防止装置に関するものである。

従来、レーザメスとして第１図に示すものがあつた。

図において１は加工用レーザの発振管、２は導光路、３
はメス操作部、４はこのメス操作部３の先端部に設けら
れた集光部、５は加工用レーザ光をＯＮ−ＯＦＦするシ
ャッター、６はＯＮ一ＯＦＦ用フットスイッチ、７はシ
ャッター駆動回路、８は照準光用可視光レーザ発振部、
９はレーザ発振用高圧電源、冷却装置および制御装置を
収納する本体である。次に動作について説明する。

まず、照準光用可視光レーザ８によつて加工用レーザの
照射部を指示した後、フットスイッチ６のＯＮ操作によ
つてシャッター駆動回路７が動作すると、シャッター５
が図示点線位置から図示実線位置に駆動されることにな
り、レーザ発振管１によつて照射された加工用レーザは
導光路２を通り、メス操作部３から集光部４を介して対
象物である生体に照射されるものである。

従来のレーザメスはこのように構成されているので、レ
ーザ照射方向の延長線上にある対象物すべてに加工用レ
ーザが照射される。

このため、不注意や事故によりレーザ照射端が手術部位
以外の方向に向いたときでも患者や医療従事者に高エネ
ルギーのレーザが照射されることになり、非常に．危険
であつた。この発明は上記のような実情に着目してなさ
れたもので、レーザ照射端と対象物との距離信号を検知
し、その距離信号を利用して加工用レーザの照射を０Ｎ
−０ＦＦ制御することによつてレーザ誤ノ照射を防止で
きる加工用レーザ誤照射防止装置を提供しようとするも
のである。

以下、本発明の実用性を検討するために照準光用可視光
レーザの対象物からの反射光を利用した距離計測方法に
関して実１験した結果について説明する。

なお、第２図はその実１験配置図を示す。ここでは、光
検出器１３″と照準光用可視光レーザ１２″のなす角θ
を一定にして距離（ｄ）のみを変化させた場合のレーザ
照射端１４″と反射面すなわち対象物１５″との距離と
検出器出力の関係を調べ、これを第８図に示した。なお
、反射面としては鳥皮を用いている。本実験により次の
ことが明らかとなつた。

（１）この特性の線形部分を利用することにより、生体
の非接触微小変位計測が可能である。

（２）特性のピークを生じる距離ｄはＤ。

とθで決まり、予想された様にＤｐｅａｋ＝ＤＯ／Ｔａ
ｎθで与えられる。（３）単にある閾値以上の出力での
みレーザを照射させるといつた非常に簡単な制御方法に
より、ピーク距離を中心としたある範囲内に照射領域を
設定することが出来る。

次に、第３図に示すように誤照射防止装置全体を構成し
、簡単な動作実験結果について述べる。

この実験装置においては対象物として手１５″を用い、
シヤツタ一機構としてはリレー１８にミラー１９を取り
付け、その傾きを変化させる方式を用いた。本装置の動
作時間としては、対象物を取り去つたときにレーザ発振
部８″からのレーザ光がフオトトランジスタＰＴ］から
ＰＴ２まで移動する時間をカウンター２０を使つて測定
した。なお、１３″は光検出器、２１，２２はアンプ、
２３は上記リレー１８にアンプ２２を介して接続された
コンパレータである。本実験の結果においてはレーザ照
射端と対象物との距離変化および対象物を急に取り去つ
た場合に本装置が確実に動作することを確認すると共に
、制御システム全体の動作時間は数Ｍｓｅｃと十分速い
応答が得られることがわかつた。

次に、第９図において反射面の傾きαが０゜の場合を中
心に±１５゜変化したときの距離一出力特性を第１０図
に示した。

この第１０図の特性図かられかるように反射面の±１５
゜の傾きにより設定した照射領域に１〜２ｍｍ程度の誤
差が生じるが、＋１５゜の場合の特性と−１５゜の場合
の特性の平均化によりほぼ補正が可能となつている。

そこで、補正可能なαの範囲を検討するためにαを１５
゜、３０゜、４５゜に変化させた場合の補正値を求め、
α＝０゜の場合の特性と比較した。

その実験結果を第１］図に示す。図から明らかな様に、
１５゜までの傾きに対してはほんど完全に補正が可能で
あり、３０゜の傾きに対しては補正により２ｍｍ程度の
誤差にとどめている。

また４５゜の傾きに対しては、補正後も誤差が大きく、
もはや補正しきれなくなつている。全体の傾向として、
反射面の傾きが増加するのに伴い補正した出力は減少し
てゆくが、これらの特性変化は照射領域を減少させる方
向すなわちフエールセーフの方向にあり、安全性の点か
らは問題はないと考えられる。以下、以上のような実験
結果に基づいて構成したこの発明の一実施例を第４図〜
第７図に従つて説明する。

第４図において、１０は対象物とレーザ照射端との距離
を計測する距離測定装置、１１はこの測定装置］０で測
定した距離があらかじめ設定された範囲内にあるときに
のみ加工用レーザを照射する様にシヤツタ一駆動回路７
を制御する照射領域設定回路である。なお照射領域設定
回路の照射領域は対象物表面の傾きによつて補正される
。第５図は上記距離測定装置１０の概略図を示したもの
で、１２は照準光用の可視光レーザビーム、１３はこの
レーザビームに対しある角度θの傾きで設置された指向
性をもつた光検出器である。

１４はレーザ照射端、１５は対象物である。

第６図は上記光検出器］３の構成を示したもので、１６
は指向性をもたせるための円筒パイプ、１７は光検出素
子である。なお、第７図は距離測定装置１０の代表的特
性を示したものである。

次に上記一実施例の動作について説明する。

すなわち、照射光用可視光レーザ８の対象物１５からの
反射光を距離測定装置１０により検知するとレーザ照射
端１４と対象物１５との距離によつて、第７図に示すよ
うな出力が得られる。したがつて、照射領域設定回路１
１で指定した閾値以上の出力でのみレーザ光が照射され
る様に．シヤツター駆動回路７に制御信号が送られてシ
ヤツタ一５が図示実線状態に位置することになり、あら
かじめ設定した照射領域内に対象物が存在するときに限
り加工用レーザが照射されるものである。なお、上記一
実施例では指向性をもつた光検出器として円筒パイプと
光検出素子を組み合せたものを用いているが、円筒パイ
プのかわりに光フアイバ一を用いても同じ効果が得られ
る。

また、上記一実施例ではレーザメスにおける誤照射防止
装置について説明したがレーザ加工機等にも応用できる
ことは言うまでもない。以上のようにこの発明によれば
レーザの対象物からの反射光を計測によつて検知される
レーザ照射端と対象物との距離信号を利用してフイード
バツク制御することによつてレーザ照射を自動的に０Ｎ
−０ＦＦするように構成したので、人的なミスや事故に
よつて生じる加工用レーザの誤照射を防止できる効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザメスを示す構成図、第２図は照準
光用可視光レーザを用いた距離計測方法を示す概略図、
第３図は誤照射防止装置を示す概略図、第４図はこの発
明の一実施例による誤照射防止装置を備えたレーザメス
を示す構成図、第５図は距離測定装置を示す概略図、第
６図は光検出器を示す構成図、第７図は距離測定装置に
おける代表的な距離−出力特性図、第８図は上記距離計
測方法によつて得られた特性を示す距離−出力特性図、
第９図は反射面の傾きを変化させる状態を示す実験説明
図、第１０図及び第１１図はそれぞれその距離−出力特
性図である。 図において、１はレーザ発振管、１０は距離測定装置、
１１は照射領域設定回路、１２は照準光用可視光レーザ
、１３は光検出器、１４はレーザ照射端、１５は対象物
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザの対象物表面からの反射光を計測することに
   よつてレーザ照射端と対象物表面との距離を計測する距
   離測定手段と、上記距離測定手段によつて計測された距
   離があらかじめ設定した照射領域内のときに制御信号を
   出力する照射領域設定回路と、上記対象物表面の傾きに
   よつて上記照射領域を補正する手段と、上記照射領域設
   定回路からの制御信号によつて加工用レーザの照射をＯ
   Ｎ−ＯＦＦ制御する制御手段とを備えてなる加工用レー
   ザ誤照射防止装置。