JPS6120545A - レ−ザ−照射装置 - 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 本発明は人体の治療や工場における物の加工等に利用さ
れるレーザー加工装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、生体組織の蒸散や切開にはＣｏ２レーザー等の赤
外レーザー光を利用したレーザーメス装置が実用化され
ている。

しかしながら従来はこのような装置の赤外レーザー−光
を通す適当な光ファイバーが開発されていなかったため
、複数個の鏡から構成されたミラー関節型の導光路装置
を用い、この導光路装置により前記赤外レーザー光を手
術部位に導ひくようにしていた。しかしこのミラー関節
型の導光路装置は操作性や保守性等の面で問題を有して
いたため、赤外レーザー用光ファイバーの積極的開発が
試みられていた。その結果、近年になりたとえばＫＨ２
−６等のハロゲン化物を材料としたあるいは５ｅＢｒの
単結晶を材料とした光ファイバーにより赤外レーザー光
を導くことが徐々に実用化されつつあることも事実であ
る。

さて前述したような一般的に使用されて似るミラー関節
型の導光路装置により導ひかれた赤外レーザー光は、出
射端で集光レンズにより絞られた後、手術部位に照射さ
れる。しかし赤外レーザー光は不可視光なので手術者は
集光点を直接見ることができないため、その集光点を見
ることができるように集光点の位置を他の可視光、たと
えばＨｅ−Ｎｏレーザー等により表示する必要がある〇
しかしその際にＬ以下に述べる問題点がある。

赤外レーザー光は可視光に比べて波長が長く、このため
屈折率が小さく同一レンズに対しても可視光の焦点距離
よりも赤外レーザー光の焦点距離のｎとし、可視光に対
する焦点距離ヲｆ′とすれば、赤外レーザー光に対する
焦点距離ｆは ｆ＝ｆ’　Ｘ　（ｎ’−１）／（ｎ−１）となる。レン
ズ材質がＺｎ５ｅで赤外レーザー光にＣＯ２レーザー光
、可視光にＨｅ−Ｎｅレーザー光を使用した場合、約１
６チ程度赤外レーザ〜光の方が焦点距離が長くなる。５
ＱＭＭの焦点距離のレンズを使った場合その差は約７．
６絹にもなり可視光と赤外レーザー光の集光点の位置ズ
レが無視できない。

ミラー関節型導光路装置においては赤外レーザー光等の
作業に用いられるレーザー光（以下、作業光と称する）
と、その作業光をガイドして作業光の集光点を示す可視
光（以下、ガイド光と称する）とを一致させることは構
造上比較的容易である。というの社作業光とガイド光は
ハーフミラ−により同軸上に混合され、ミラー関節導光
路を伝送されるが、混合される前段階において補正レン
ズを配置し、焦距離のズレを補正できるからであるＯ しかし光ファイバーを導光圧に用いた場合光ファイバー
に入射する以前に作業光とガイド光を補正するのは意味
がない。光フアイバー伝送中に拡散されモードが乱れて
しまうからである。光ファイバーから出射された作業光
とガイド光は混合されており分離するのは困難である。

これを従来の如く単一のレンズで集光したのでは前述の
如く集光点の位置が異なり、ガイド光が正しく作業光の
集光点を指示しないという大きな問題がある。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、第１．第２の凸レンズを介し
て作業光の焦点にガイド光の焦点を正確に一致させるこ
とができる光フアイバ一方式のレーザー照射装置を提供
するものである。

発明の構成 本発明は作業を行うだめの赤外の作業光を発生する作業
光発生源と、前記作業光の作業点を確認するためのガイ
ド光を発生するガイド光発生源と、前記作業光と前記ガ
イド光とを同軸上に混合して送出する送出手段と、前記
送出手段から送出される前記作業光及びガイド光を導び
〈光ケーブルと、光ファイバーの出射端が作業光の波長
に対する前焦点位置とガイド光の波長に対する前焦点位
置の間に位置するように設置された第１の凸レンズと、
作業光に対しては前記第１の凸レンズを介して形成され
る前記元ファイバーの出射端の虚像が実像として結像さ
れるとともに、ガイド光に対しては前記第１の凸レンズ
を介して形成される前記光ファイバーの出射端の実像が
再び実像として前記作業光の結像点と一致するように設
置された第２の凸レンズを具備するレーザー照射装置で
ある。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるレーザー加工装置の
外観斜視図である。同図において、１はたとえばＣＯ２
レーザー光線とＨｅ−Ｎｏレーザー光線との照射制御を
行うレーザー装置本体、２は支柱３に支持され後述する
ＣＯ２ガスレーザー光線及びＨｅ−Ｎｅレーザー光線を
発生する発振管が組み込まれているハウジング部、４は
レーザー装置本体１からの制御命令をハウジング部２に
伝送する命令伝送路である。６は光ファイバーの外部を
保護用可撓管により被覆しである光ファイバーケーブル
で、ファイバーコネクター６を介してハウジング部２に
接続されている。７Ｖｉ光フアイバーケーブル６を介し
てハウジング部２より送出されたＣ０２　ガスレーザー
光線及びＨｅ−Ｎｅレーザー光線とを集光するレンズが
それぞれ後述するように設けられているハンドピース部
で、作業者が手に持って作業を行う。

以下、第２図を用いハウジング部２．ファイバーケーブ
ル６、ファイバーコネクター６及びハンドピース部７の
関係をさらに詳細に説明する。

同図において、２ａはハウジング部２内部に設けられた
ＣＯ２ガスレーザー光線の発振管、２ｂは同様にハウジ
ング部２内部に設けられたＨｅ−Ｎｏ　レーザー光線の
発振管、２ｃ及び２ｄはハウジング部２内部に設けられ
たＺｎ５ｅを材料とする凸レンズ、２ｅはハウジング部
２内部に設けられた鏡、２ｆｌｄ凸レンズ２ｃを介して
発振管２ａから送出されるＣ０２　ガスレーザー光線と
凸レンズ２ｄ及び鏡２ｅを介して発振管２ｂから送出さ
れるＨｅ−Ｎｅレーザー光線とを同軸上に混合して送出
するゲルマニウムミラーである。

５ａは５ｅＢｘの単結晶を材料とする光ファイバーでＣ
ｏ２　レーザー光及びＨｅ−Ｎｅレーザー光を導光する
ことができる。７ａはハンドピース部７に設けられた集
光用凸レンズ、７ｂは同様にハンドピース部７に設けら
れた補正用凸レンズである。

上記のように構成された装置の動作について、以下説明
する。

捷ず作業者はレーザー装置本体１を操作し、ハウジング
部２を動作状態にする。するとハウジング部２内部の発
振管２ａ、２ｂにより波長１０．６７ｊｍのＣ０２ガス
レーザー光線及び波長０．６３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ
ー光線が出射される。発振管２ａより出射されたＣ０２
　ガスレーザー光線は凸レンズ２Ｃにより一旦絞られて
からゲルマニウムミラーｚｆを介し光ファイバー６ａの
入射端に入射され、光ファイバー５ａ’（ｉ７介して、
光ファイバー６８の出射端から一定の拡がり角をもって
出射される。

そして光ファイバー６ａの出射端から出射されたＣＯ２
ガスレーザー光線は補正用凸レンズを介して集光用凸レ
ンズ７ａにより焦点Ｐに結像される。

一方発振管２ｂより出射されたＨｅ−Ｎｅガスレーザー
光線は凸レンズ２により一旦絞られてから鏡２ｅ、ゲル
マニウムミラー２５を介し光ファイバー５８の入射端に
入射され、光ファイバー６８を介して、光ファイバー６
８の出射端から一定の拡がり角をもって出射される。そ
して光ファイバー６ａの出射端から出射されたＨ　ｅ　
−Ｎ　ｅガスレーザー光線は補正用凸レンズ７ｂにより
一旦集光用レンズ７ａの光軸上にある焦点Ｑに結像され
た後、集光用凸レンズ７ａを介して再びＣＯ２ガスレー
ザー光線が集光した焦点Ｐに結像さする。

次に第３図を用いて、凸レンズ７ａ、７ｂと光ファイバ
ー５ａの出射端との位置関係について説明する。第３図
において、６　ａ’は光ファイバー６ａの出射端、Ｔａ
＆′ｉハンドピース部７に設けられた集光用凸レンズ、
７ｂは同様にハンドピース部７に設けられた補正用凸レ
ンズである。

まず集光用凸レンズ７ａ及び補正用凸レンズ７ｂの材料
をＺｎ５ｅとし波長１０．６μｍのＣｏ２　ガスレーザ
ーｙｔ、＜作業光）に対する各レンズ７　ａ　、　７ｂ
の焦点距離をそれぞれｆｌ、ｆ２とすれば、波長０．６
ｐｍのＨｅ−Ｎ　ｅレーザー光（ガイド光）に対する各
レンズ７ａ、ｙｂの焦点距離は約ｏ、８８ｆ４．ｏ、ａ
ｓ　ｆ２　となり、焦点距離はやや短かくなる。また補
正用凸レンズ７ｂのＣＯ２ガスレーザー光に対する前焦
点位置をＦ　、後焦点位置をＦ１２　とすれば、Ｈｅ　
−Ｎ　ｅガスレーザー光の前焦点位置及び後焦点位置は
それぞれＦ１１′、Ｆ１２′の点となる。寸だ同様に集
光用凸レンズ７ａのＣＯ２ガスレーザー光に対する前焦
点位置をＦ２１、後焦点位置をＦ２２　とすれば、Ｈｅ
　−Ｎ　ｅガスレーザー光の前焦点位置及び後焦点位置
はそれぞれＦ２１′・Ｆ２２′の点となるＯ そこで光ファイバー６８の出射端５　ａ’をＦｌｌとＦ
１１′の間に配置すると６ａ’の実像は補正用凸レンズ
７ｂによりＱ点に形成される。このＱ点を前焦点位置Ｆ
２１′よりも補正用凸レンズ７ｂ側になるようにすると
、Ｑ点の実像は集光用凸レンズ７ａにより実像Ｐとして
再度形成される。すなわちガイド光用光ファイバー６ｂ
の出射端５ル′から出射されたガイド光ｆ′ｉＰ点に集
光結像されることとなる。これらの位置関係を第６図に
記した長さａ　　ｂ　　ｂ’、ａ’、ｂ　　を用いて示
すと、１’１’１　　　　２　　　　２ １／ａ１＋１／ｂ１’　＝１／ｆ１’　　　　・＝・・
−＝・＝＝　（１）１／ａ　　’＋１／ｂ　　＝１／ｆ
　　’　　　　　−−−−−（２）となるような関係を
有している。

また光ファイバー５ａの出射端５　ａ’はＦｌｌ　の点
よりも補正用凸レンズＴｂ側に配置されているため、補
正用凸レンズ７ｂにより虚像が０７点に形成される。こ
の虚像を集光用レンズ７ａにより実像としてＰ点に結像
させる。ガイド光と作業光をＰ点に一致させるには １／（ｂ　　＋ｂ　　’十ａ　　’）＋１／ｂ２＝１／
ｆ２　−＝　　（３）１／ａ　−１／ｂ　−１／ｆ　　
　　・・・・・・・・・・・・・・（４）ｆ１’＝０．
８８Ｘｆ１　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・（６）ｆ２′＝０．８８×ｆ２　　　　　・・・・
・・・・・・・・・・　（６）を満足するように各パラ
メータを決定すれば良い。

上記条件は、作業光にＣ０２レーザー光、ガイド光にＨ
ｅ　−Ｎ　ｅレーザー光、集光レンズにＺｎ５ｅを用い
た場合に適用できるものであるが、ｆ’　−ｆ　Ｘ　（
ｎ−１）／Ｃｎ’　−１）　　　　・・・・・・・・・
−−（７）（ここでｆ／、　ｎ／はガイド光の波長に対
するレンズの焦点距離と屈折率、ｆ　、　ｎは作業光の
波長に対する焦点距離と屈折率である） の関係を上記（６）　、　（６）式に用いればその他の
作業光。

ガイド光、レンズの組み合わせにおいても成り立つＯ 発明の効果 以上のように本発明によれば、同一レンズに対して波長
の違いにより焦点位置が異なることを利用し、作業光と
ガイド光が混合されて伝送さｎる光ファイバーの出射端
を第１の凸レンズに対しその作業光の前焦点位置とガイ
ド光の前焦点位置の間に位置するように設置し、ガイド
光に対しては実像を、作業光に対しては虚像を一旦形成
し第２の凸レンズにより両光を同一点に再結像させるこ
とにより１作業光とガイド光を正確に一致させることが
でき加工９手術等を正確、安全に行うことができるとい
う大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザー加工装置の
外観斜視図、第２図は同要部断面図、第３図は光学系の
位置関係を説明するための因である０ ２ａ・・・・・ＣＯ２ガスレーザー光線の発振管、２ｂ
・・・・・・Ｈｅ−Ｎｏガスレーザー光線の発振管、２
ｆ・・・・・・ゲルマニウムミラー６ａ・・・・・・光
ファイノＺ−，７ａ・・・・・・集光用凸レンズ、７ｂ
・・・・・・補正用凸レンズ０代理人の氏名　弁理士　
中　尾　敏　男　ほか１名第１図 ？

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業を行うための赤外の作業光を発生する作業光発生源
   と、前記作業光の作業点を確認するためのガイド光を発
   生するガイド光発生源と、前記作業光と前記ガイド光と
   を同軸上に混合して送出する送出手段と、前記送出手段
   から送出される前記作業光及びガイド光を導びく光ケー
   ブルと、光ファイバーの出射端が作業光の波長に対する
   前焦点位置とガイド光の波長に対する前焦点位置の間に
   位置するように設置された第１の凸レンズと、作業光に
   対しては前記第１の凸レンズを介して形成される前記光
   ファイバーの出射端の虚像が実像として結像されるとと
   もに、ガイド光に対しては前記第１の凸レンズを介して
   形成される前記光ファイバーの出射端の実像が再び実像
   として前記作業光の結像点と一致するように設置された
   第２の凸レンズを具備するレーザー照射装置。