JPS60210387A - Laser beam machining device - Google Patents

Laser beam machining device

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Publication number
JPS60210387A
JPS60210387A JP59066937A JP6693784A JPS60210387A JP S60210387 A JPS60210387 A JP S60210387A JP 59066937 A JP59066937 A JP 59066937A JP 6693784 A JP6693784 A JP 6693784A JP S60210387 A JPS60210387 A JP S60210387A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
fiber
laser
optical fiber
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59066937A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Kayashima
一弘 萱嶋
Tadahiro Fukui
福井 忠弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP59066937A priority Critical patent/JPS60210387A/en
Publication of JPS60210387A publication Critical patent/JPS60210387A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable sure monitoring of an optical fiber by detecting the light reflected from the inlet side end of an optical fiber which transmits laser light by a photodetector group and monitoring the condition of the optical fiber on the basis of the balance value calculated from the detected value. CONSTITUTION:The laser beam 15 emitted from a CO2 laser oscillating tube 14 is condensed by a condenser lens 16 and the laser beam made incident on the incident end 17a of the optical fiber 17 of a laser knife is emitted from an exit end 17b, then the laser beam condensed by a condenser lens 18 is conducted to a diseased part 19. The reflected light emitted from the incident end 17a is detected by the annular photodetector group 20 and the light energy received by respective photodetecting surfaces 21a, 21b, 21c is converted to electrical outputs. The condition of the fiber 17 is monitored in a central control part 27 from the result of the calculation by an arithmetic circuit 26 for balance. The execution of an abnormal disposition for the deterioration or damage of the optical fiber is thus made possible.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ光線を光ファイバに工迦工部あるい暖
鼻郭に導き、溶接、切断あるいは、患部の切開、蒸散等
を行なうレーザ加工装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a laser processing device that guides a laser beam through an optical fiber to a factory or nasal cavity to perform welding, cutting, incision of an affected area, evaporation, etc. It is related to.

従来例の構成とその問題点 YAGレーザ光、あるいはCO2レーザ光を用いるレー
ザ加工装置またはレーザ手術装置には、加工部位あるい
は手術部位にレーザ光を導く方法として、複数個の反射
鏡によりレーザ光線を導くいわゆるミラー関節方式と、
現在実用化されつつある元ファイバ方式とがある。ミラ
ー関m方式は加工または手術に対する操作性とかミラー
角度の振動によるズレなどが問題であり、これらの欠点
を解決するために、導波路として光ファイバの実用化が
望まれてきている。
Conventional configurations and their problems Laser processing devices or laser surgical devices that use YAG laser light or CO2 laser light use a plurality of reflecting mirrors to direct the laser beam to the processing site or surgical site. The so-called mirror joint method that leads to
There is an original fiber method that is currently being put into practical use. The mirror control system has problems such as operability during processing or surgery and misalignment of the mirror angle due to vibration, and in order to solve these drawbacks, it has been desired to put optical fibers into practical use as waveguides.

CO2レーザ光に対しては沃化タリウムと臭化タリウム
との混晶物KRG−6等が挙げられている。
For CO2 laser light, KRG-6, a mixed crystal of thallium iodide and thallium bromide, is cited.

KRC−6はある曲率以上に曲げると折れるという欠点
をもつため、曲率制限をして慎重に使わなければいけな
い。
KRC-6 has the disadvantage that it will break if bent beyond a certain curvature, so it must be used carefully by limiting the curvature.

曲率制限にもかかわらずファイバが折損したり部分的な
熱集中により溶融したような場合には、高出力のレーザ
光線が外被を貫通し、患者あるいは術者に、照射される
という危険がおこる可能性がある。
If the fiber breaks or melts due to localized heat concentration despite the curvature limitations, there is a risk that the high-power laser beam will penetrate the outer sheath and irradiate the patient or operator. there is a possibility.

また、KH2−esが溶融する時に生じる蒸気は人体に
とって何らかの影響を与える可能性があるため、先に述
べたファイ、パ破損を防ぐとともに、元ファイバの劣化
状態を、常時監視する事は、ファイバを使用する上で絶
対必要であった。
In addition, the vapor generated when KH2-es melts may have some effect on the human body, so it is important to prevent fiber damage and constantly monitor the deterioration state of the original fiber. It was absolutely necessary to use the .

ところが、監視の手段として、従来から種々のものが試
みられてきた。
However, various monitoring methods have been tried in the past.

第1図に従来のファイバの監視手段を示す。従来例を第
1図に従って説明する。
FIG. 1 shows a conventional fiber monitoring means. A conventional example will be explained with reference to FIG.

レーザ光線発生手段1より発生するレーザ光線2−1入
射側集光レンズ3により集光され、レーザ光線を伝送す
る元ファイバ4に入射される。
A laser beam 2-1 generated by the laser beam generating means 1 is condensed by the incident side condensing lens 3, and is incident on the source fiber 4 that transmits the laser beam.

前記元ファイバから出射されるレーザ光線は再びハンド
ピース6内にある出射側集光レンズ6により、集光され
、患部7に導かれる。また、前記元ファイバから出射さ
れたレーザ光線の一部は、この円錐状光束を取り巻くド
ーナツ形の光検出器8に、受光検知される。この光検出
器は、元ファイバが正常な場合には、元ファイバに入射
されるレーザ光線のエネルギに比例した電圧出力を生じ
るが、元ファイバが何らかの原因で溶断した場合などに
は、比例した電圧出力を生じなくなり、光ファイバの状
態を知る事ができる。従来のこの構成においては、以下
に述べる様な欠点があった。
The laser beam emitted from the original fiber is again focused by the emission-side condensing lens 6 in the hand piece 6 and guided to the affected area 7. Further, a part of the laser beam emitted from the original fiber is received and detected by a donut-shaped photodetector 8 surrounding this conical light beam. This photodetector generates a voltage output proportional to the energy of the laser beam incident on the original fiber when the original fiber is normal, but if the original fiber is fused for some reason, the voltage output is proportional to the energy of the laser beam incident on the original fiber. No output is generated and the state of the optical fiber can be known. This conventional configuration had the following drawbacks.

(1)出射側に光検出器に取り付ける為に、元ケーブル
に伝送用の元ファイバ以外に、電線を通さなければなら
なく、また、元ケーブルと本体をつなぐ為に、電線のコ
ネクタが必要であり、小型軽量な元ケーブルの構成が複
雑になる。
(1) In order to attach the photodetector to the output side, in addition to the original fiber for transmission, it is necessary to pass an electric wire through the original cable, and a connector for the electric wire is required to connect the original cable and the main body. However, the configuration of the small and lightweight original cable becomes complicated.

(2) 眼科手術用タイプのハンドピースや、内視鏡タ
イプのハンドピース等に、この構成を用いる事は、不可
能である。
(2) It is impossible to use this configuration for an ophthalmic surgery type handpiece or an endoscope type handpiece.

発明の目的 本発明は、上述した従来の欠点に鑑みてなされたもので
あり、元ファイバの劣化状態あるいは、損傷状態を確実
に監視するとともに、いろいろなタイプのハンドピース
に対しても対応できるレーザ加工装置を提供することを
目的とする。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional drawbacks, and provides a laser that can reliably monitor the deterioration or damage state of the original fiber and can be used with various types of handpieces. The purpose is to provide processing equipment.

発明の構成 本発明は、レーザ光線発生手段と、このレーザ光線発生
手段より発生するレーザ光線を伝送するファイバと、前
記レーザ光線を集光して前記元ファイバに入射させる入
射側集光レンズと、前記元ファイバから出射されるレー
ザ光線を集光結像させる出射側集光レンズと、前記入射
側集光レンズにより集光される円錐状光束の外側の円周
上に等角度に2個以上配置されて元ファイバからの反射
光を受光する受光素子群と、この受光素子群の出力のバ
ランスを演算するバランス演算回路と、このバランス演
算回路の出力から前記元ファイバの劣化状態を認識する
中央制御部とを備えたレーザ加工装置である。
Structure of the Invention The present invention comprises a laser beam generating means, a fiber for transmitting the laser beam generated by the laser beam generating means, an incident-side condensing lens for condensing the laser beam and making it enter the source fiber. an output-side condenser lens that condenses and images the laser beam emitted from the original fiber; and two or more lenses arranged at equal angles on the outer circumference of the conical light beam condensed by the input-side condenser lens. a group of light-receiving elements that receive reflected light from the original fiber; a balance calculation circuit that calculates the balance of the outputs of the group of light-receiving elements; and a central control system that recognizes the deterioration state of the original fiber from the output of the balance calculation circuit. It is a laser processing device equipped with a section.

実施例の説明 本発明の一実施例を°第2図〜第5図を参照して説明す
る。第2図はレーザ加工装置の一例としてノ002レー
ザメスの外観斜視であり9はC02レーザ発振管及びこ
れより発射されたC02レーザ光線を集光するための集
光レンズが組み込まれたハウジング、10は電源及び制
御部、11は内部にKH2−5等の赤外元用元ファイバ
が組み込まれた曲率制限型の保護管、12は保護管11
をハウジング9に固定するためのコネクタ部、13は元
ファイバから出射された赤外光を集光するための集光レ
ンズを組み込んだハンドピースである。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. Figure 2 is a perspective view of the exterior of a No. 002 laser scalpel as an example of a laser processing device, where 9 is a housing in which a C02 laser oscillation tube and a condensing lens for condensing a C02 laser beam emitted from the tube are incorporated, and 10 is a housing. Power supply and control unit, 11 is a curvature-limited protection tube in which an infrared original fiber such as KH2-5 is incorporated, 12 is a protection tube 11
A connector part 13 for fixing the fiber to the housing 9 is a hand piece incorporating a condensing lens for condensing infrared light emitted from the original fiber.

第3図は要部の構成図、第4図は受光素子群の正面図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram of main parts, and FIG. 4 is a front view of a group of light receiving elements.

C02レーザ発振管14より、出射されたCO2レーザ
ビーム15は、入射側集光レンズ16により集光され元
ファイバ17の入射端17aに入射される。元ファイバ
の出射端17bから出射されたレーザビームは出射側集
光レンズ18により、集光され、患部19に導かれる。
A CO2 laser beam 15 emitted from the C02 laser oscillation tube 14 is focused by an incident side condensing lens 16 and enters the input end 17a of the original fiber 17. The laser beam emitted from the output end 17b of the original fiber is focused by the output side condensing lens 18 and guided to the affected area 19.

20はザーミスタや熱電対で構成される受光素子群であ
り、入射光の円錐状光束の外側に同芯状に設置されてい
る。
Reference numeral 20 denotes a group of light receiving elements composed of thermisters and thermocouples, which are arranged concentrically outside the conical beam of incident light.

受光面21a、21b、21cは、光ファイバの入射端
17aから出射される反射光を受光する面であり、22
a、b、cは出射される反射光から遮光される部分であ
る。受光面に入射された赤外光線は受光面で、熱エネル
ギに変換され、温接点23−a 、 23−b 、 2
3−cと冷接点24−a。
The light receiving surfaces 21a, 21b, and 21c are surfaces that receive reflected light emitted from the input end 17a of the optical fiber, and 22
A, b, and c are portions that are shielded from emitted reflected light. The infrared rays incident on the light receiving surface are converted into thermal energy at the light receiving surface, and the hot junctions 23-a, 23-b, 2
3-c and cold junction 24-a.

24−b、24−cの熱電対によって、熱エネルギに応
じた電気出力va、vb、vcに変換される。
The thermocouples 24-b and 24-c convert the thermal energy into electrical outputs va, vb, and vc according to the heat energy.

電気出力va、vb、voはバランス演算回路25によ
って、演算処理され、その出力から、中央制御部26は
、ファイバ状態を検知し、異常があれば、直ちにCO2
レーザ発振管の発振を停止などの安全処理を行なう。
The electrical outputs va, vb, and vo are processed by the balance calculation circuit 25, and from the output, the central control unit 26 detects the fiber condition and immediately removes CO2 if there is an abnormality.
Perform safety measures such as stopping the oscillation of the laser oscillation tube.

次に動作を説明する。入射側集光レンズ16によって集
光されたGO□レーザビーム16は光ファイバ17aよ
り入射し、大部分のレーザ光は、出射端17bより出射
し、患部19の切開及び蒸散を行なう。また、一部のレ
ーザビームは、ファイバ入射端17aと、出射端17b
で、反射され。
Next, the operation will be explained. The GO□ laser beam 16 focused by the incident-side condensing lens 16 enters the optical fiber 17a, and most of the laser beam exits from the output end 17b to incise and evaporate the affected area 19. Further, some of the laser beams are transmitted to the fiber input end 17a and the output end 17b.
And it was reflected.

入射端17aより、反射光27として出射され、ろ。The reflected light 27 is emitted from the incident end 17a.

一般に、KH2−5等の多結晶ファイバ内を通過した光
は、結晶境界面での散乱ヤ、元ファイバ表面状態等の影
響で、光ファイバに入射する時の角度よりも広がって出
射され履。
Generally, light that passes through a polycrystalline fiber such as KH2-5 is emitted at a wider angle than the angle at which it enters the optical fiber due to scattering at the crystal boundary, the surface condition of the original fiber, etc.

第5図は、ファイバの状態と、熱電対群23゜24の出
力va、vb、v0ト、バランス演算口IMの出力V、
を示したものである。
FIG. 5 shows the state of the fiber, the outputs va, vb, v0 of the thermocouple groups 23 and 24, the output V of the balance calculation port IM,
This is what is shown.

上段が元ファイバと、入射レーザ光と、反射レーザ光を
示したものであり、左側から元ファイノ(が正常な場合
(NORMAL)、元ファイバに傷が生じた場合(Ab
normal 1 )、光ファイバが溶断し、溶融が進
行している場合(Abnotmal ll )を示した
状態図である。
The upper row shows the original fiber, the incident laser beam, and the reflected laser beam.From the left, the original fiber (when it is normal (NORMAL)), and when the original fiber is damaged (Ab
FIG. 3 is a state diagram showing a case where the optical fiber is fused and melting is progressing (abnotmal ll );

下段は、受光面21− a 、 21− b 、 21
− cに入射された赤外光を電気出力に変えた出力va
The lower stage includes light receiving surfaces 21-a, 21-b, 21
− Output va of infrared light incident on c converted into electrical output
.

vb + vcであり、反射光の角度分布を示す。vb + vc, which indicates the angular distribution of reflected light.

中段は、va、 vb、 voのバランス値を示したも
のであり、角度分布の偏り度を示すものである。
The middle row shows the balance values of va, vb, and vo, and shows the degree of bias of the angular distribution.

元ファイバが正常な場合は、反射光の角度分布の偏りは
少なくva、vb、voは一足の値を保ち、バランス値
は0に近い。ところが元ファイバに傷が生じた場合、そ
の部分からの乱反射により、反射光は拡がり、角度分布
に偏りが生じ、バランス値VBは増大する。また、この
傷が進行し、溶断し、溶融点が進行している場合は、角
度分布va。
If the original fiber is normal, the angular distribution of the reflected light will be less biased and va, vb, and vo will maintain their values, and the balance value will be close to 0. However, when a scratch occurs on the original fiber, the reflected light spreads due to diffuse reflection from that part, causing a bias in the angular distribution and increasing the balance value VB. In addition, if this flaw progresses and melts, and the melting point progresses, the angular distribution va.

vb、voは変動し、バランス値は、大きく変動する。Vb and vo fluctuate, and the balance value fluctuates greatly.

すな4″:)ち、バランス値VBにより、元ファイバの
状態と判断することが出来る。中央制御部26は、バラ
ンス値を常に監視して異常を判断すればC02レーザ発
振管の停止等の安全処置を行なう。
In other words, the condition of the original fiber can be determined based on the balance value VB.The central control unit 26 constantly monitors the balance value and if it determines that there is an abnormality, it can stop the C02 laser oscillation tube, etc. Take safety measures.

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、元ファイバの入射端
からの反射光の角度分布を受光素子群で検出し、その出
力から演算されたバランス値によって元ファイバの状態
を中央制御部で、常時監視するので、異常があれば直ち
にレーザ発振停止等の異常処置を確実に行うことが出来
、入射側に検出器を設けた事によって、元ケーブルの構
成はより簡単化し、いろいろなタイプのハンドピースに
対して対応することが出来恩。
As described in detail, according to the present invention, the angular distribution of reflected light from the input end of the original fiber is detected by a group of light receiving elements, and the state of the original fiber is centrally controlled using the balance value calculated from the output. Since the part is constantly monitored, if there is an abnormality, it is possible to immediately take corrective action such as stopping laser oscillation. By installing a detector on the input side, the configuration of the source cable is simpler, and various It is possible to respond to various types of handpieces.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来例のレーザ加工装置の原理図、第2図は本
発明の一実施例におけるレーザ加工装置の斜視図、第3
図は同装置の原理図、第4図は同装置の一部品の平面図
、第6図は同装置説明の為の波形図である。 14・・・・・・レーザ光線発生手段、15・・・・・
・レーザ光線、16・・・・・入射側集光レンズ、17
・・・・・・元ファイバ、18・・・・・・出射側集光
レンズ、20・・・・・・受光素子群、26・・・・・
バランス演算回路、27・・・・・・中央制御部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名「−
バ;−] 2図 第4図 Y(−1)
FIG. 1 is a principle diagram of a conventional laser processing device, FIG. 2 is a perspective view of a laser processing device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
4 is a plan view of some parts of the device, and FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the device. 14... Laser beam generating means, 15...
・Laser beam, 16...Incidence side condensing lens, 17
...Original fiber, 18 ... Output side condensing lens, 20 ... Light receiving element group, 26 ...
Balance calculation circuit, 27... central control section. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and one other person
B;-] Figure 2 Figure 4 Y (-1)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] レーザ光線発生手段と、このレーザ光線発生手段より発
生するレーザ光線を伝送するファイバと、前記レーザ光
線を集光して前記元ファイバに入射させる入射側集光レ
ンズと、前記党ファイバから出射されるし〜ザ元af:
集光結像させる出射側集光レンズと、前記入射側集光レ
ンズにより集光される円錐状光束の外側の円周上に筆角
度に2個以上配置されて元ファイバからの反射光を受光
する受光素子群と、この受光素子群の出力のバランスを
演算するバランス演算回路と、このバランス演算回路の
出力から前記光ファイバの劣化状態を認識する中央制御
部とを備えたレーザ加工装置0
a laser beam generating means, a fiber for transmitting the laser beam generated by the laser beam generating means, an incident-side condensing lens for condensing the laser beam and making it enter the original fiber, and a fiber for transmitting the laser beam emitted from the laser beam. Shi ~ the former af:
An output-side condenser lens for condensing and image-forming, and two or more lenses arranged at a pen angle on the outer circumference of the conical light beam condensed by the input-side condenser lens to receive reflected light from the original fiber. A laser processing apparatus 0 includes a group of light receiving elements that performs a photodetection process, a balance calculation circuit that calculates the balance of the outputs of this group of light reception elements, and a central control unit that recognizes the deterioration state of the optical fiber from the output of the balance calculation circuit.
JP59066937A 1984-04-04 1984-04-04 Laser beam machining device Pending JPS60210387A (en)

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