JPS6177758A - 光フアイバ状態監視装置 - Google Patents
光フアイバ状態監視装置Info
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- JPS6177758A JPS6177758A JP59200861A JP20086184A JPS6177758A JP S6177758 A JPS6177758 A JP S6177758A JP 59200861 A JP59200861 A JP 59200861A JP 20086184 A JP20086184 A JP 20086184A JP S6177758 A JPS6177758 A JP S6177758A
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- ultrasonic
- ultrasonic element
- fiber
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
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- G—PHYSICS
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- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/42—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by frequency filtering or by tuning to resonant frequency
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
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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。
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、レーザ光を光ファイバにて加工部あるいは患
部に導き、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、レーザメス等に組み込まれる元
ファイバの状態監視装置に関するものである。
部に導き、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、レーザメス等に組み込まれる元
ファイバの状態監視装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
ＹＡＧレーザ光、Ｃｏ２ レーザ光等を作業光として用
いるレーザ加工装置、あるいはレーザメス等において、
発振器より加工部位、あるいは手術部位に作業光を導く
方法として、複数個の反射鏡によシレーザ元を導く、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。
いるレーザ加工装置、あるいはレーザメス等において、
発振器より加工部位、あるいは手術部位に作業光を導く
方法として、複数個の反射鏡によシレーザ元を導く、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。
ミラー関節方式はその操作性及び振動等によるミラー角
度のズレなどに問題があり、導波路として元ファイバ方
式の実用化が望まれている。
度のズレなどに問題があり、導波路として元ファイバ方
式の実用化が望まれている。
ところで光フアイバ方式の実用化に際して、安全上次の
様な問題点がある。即ち、元ファイバの機械的折損、劣
化や化学的劣化による光学特性の低下による元エネルギ
ーの吸収９発熱のために、元ファイバ材の融解、昇華２
元エネルギーの漏れなどが生じ、外部雰囲気の汚染２元
エネルギーの漏れによる被照射物以外への熱損傷などの
事態の発生である。
様な問題点がある。即ち、元ファイバの機械的折損、劣
化や化学的劣化による光学特性の低下による元エネルギ
ーの吸収９発熱のために、元ファイバ材の融解、昇華２
元エネルギーの漏れなどが生じ、外部雰囲気の汚染２元
エネルギーの漏れによる被照射物以外への熱損傷などの
事態の発生である。
このため、元ファイバの状態を常に監視し、この様な事
態が致命的に進行する以前、なるぺ〈早く作業者や技術
者に知らせる、あるいは、レーザ光の発振停止信号をレ
ーザ発振制御部に送り、発振を停止するなどの処理を行
なう元ファイバ状態監視装置が必要となる。
態が致命的に進行する以前、なるぺ〈早く作業者や技術
者に知らせる、あるいは、レーザ光の発振停止信号をレ
ーザ発振制御部に送り、発振を停止するなどの処理を行
なう元ファイバ状態監視装置が必要となる。
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
れたが、様々な欠点を有していた。
れたが、様々な欠点を有していた。
例えば、元ファイバ全長に電気抵抗が温度により変化す
る樹脂テープを巻き付けて、溶融または折損による急激
な温度上昇を樹脂テープを通して監視する手段があるが
、これは樹脂テープにより元ファイバの利点である可撓
性を損なったり樹脂テープの接触により、元ファイバの
光透過特性に影響を及ぼしたりして元ファイバの特性に
悪影響を与えた。またテープの両端で観察しているため
場所の分解能が悪く、微小な範囲での温度上昇は検知し
に〈＜、従って劣化状態がかなり進行して検知レベルに
達するため、応答速度は遅いという欠点も有していた。
る樹脂テープを巻き付けて、溶融または折損による急激
な温度上昇を樹脂テープを通して監視する手段があるが
、これは樹脂テープにより元ファイバの利点である可撓
性を損なったり樹脂テープの接触により、元ファイバの
光透過特性に影響を及ぼしたりして元ファイバの特性に
悪影響を与えた。またテープの両端で観察しているため
場所の分解能が悪く、微小な範囲での温度上昇は検知し
に〈＜、従って劣化状態がかなり進行して検知レベルに
達するため、応答速度は遅いという欠点も有していた。
また元ファイバから出射される光エネルギーの数チを光
検出器で検出することによってファイバの状態を監視す
る手段があるが、元ファイバの出射側での構成によるた
め、特にレーザ・メス等、出射側レンズ系を構成するノ
・ンドピースの細径化に対して困難が生じていた。
検出器で検出することによってファイバの状態を監視す
る手段があるが、元ファイバの出射側での構成によるた
め、特にレーザ・メス等、出射側レンズ系を構成するノ
・ンドピースの細径化に対して困難が生じていた。
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より早
く高感度に感知し、併わせて、元ファイバに元を導波し
ていない場合での機械的折損、劣化までも検知し、より
早く元ファイバの劣化に対処可能であり、さらにその構
成が容易でらる元ファイバ状態監視装置を提供すること
を目的とする。
り、元ファイバの劣化状態、あるいは損傷状態をより早
く高感度に感知し、併わせて、元ファイバに元を導波し
ていない場合での機械的折損、劣化までも検知し、より
早く元ファイバの劣化に対処可能であり、さらにその構
成が容易でらる元ファイバ状態監視装置を提供すること
を目的とする。
発明の構成
本発明は元ファイバと元ファイバに装着された超音波検
出素子とこの超音波素子の出力信号を監視する監視手段
とにより構成され、元ファイバの劣化に伴う超音波信号
の発生を検出し、元ファイバの熱的、あるいは機械的劣
化、及び破壊を高感度に検知することを可能とした元フ
ァイバ状態監視装置である。
出素子とこの超音波素子の出力信号を監視する監視手段
とにより構成され、元ファイバの劣化に伴う超音波信号
の発生を検出し、元ファイバの熱的、あるいは機械的劣
化、及び破壊を高感度に検知することを可能とした元フ
ァイバ状態監視装置である。
実施例の説明
第１図に本発明による元ファイバ状態監視装置の構成を
示す概略図であり、第２図は超音波素子の元ファイバへ
の装置の詳細図である。なお、この実施例は炭酸ガスレ
ーザメス装置に本発明を適用したものである。
示す概略図であり、第２図は超音波素子の元ファイバへ
の装置の詳細図である。なお、この実施例は炭酸ガスレ
ーザメス装置に本発明を適用したものである。
第１図において、１は炭酸ガスレーザ発振器であり、炭
酸ガスレーザ光（波長１０．６μ）２を出力する。３は
Ｚｎ５ｅによるｆ＝＝２．５ｉｎｃｈ ノ集光レンズで
あり、炭酸ガスレーザ光２を集光し、元ファイバ４の入
射端に入射する。元ファイバ４はＫＨ２−６と呼ばれる
ヨウ化タリウム、臭化タリウムの混晶を熱間押出して得
られる短尺（１，５ｍ）の多結晶赤外光ファイバで、約
３μ付近から約２０μ付近までの赤外の広い範囲に対し
良好な透過特性を持ち、径はφ０，５＋ｍである。
酸ガスレーザ光（波長１０．６μ）２を出力する。３は
Ｚｎ５ｅによるｆ＝＝２．５ｉｎｃｈ ノ集光レンズで
あり、炭酸ガスレーザ光２を集光し、元ファイバ４の入
射端に入射する。元ファイバ４はＫＨ２−６と呼ばれる
ヨウ化タリウム、臭化タリウムの混晶を熱間押出して得
られる短尺（１，５ｍ）の多結晶赤外光ファイバで、約
３μ付近から約２０μ付近までの赤外の広い範囲に対し
良好な透過特性を持ち、径はφ０，５＋ｍである。
元ファイバ４は炭酸ガスレーザ光２を導波し、炭酸ガス
レーザ光５を出射する。
レーザ光５を出射する。
出射された炭酸ガスレーザ光６は直接、術部６に照射さ
れることもあるが、一般には集光レンズ７を介し、いっ
たん集光してから術部に適用され、切開、凝固、蒸散等
の治療術に用いられる。８は光ファイバに装着された超
音波素子である。我々は超音波素子８の出力信号の観測
により、実験的に次の事実を確認した。
れることもあるが、一般には集光レンズ７を介し、いっ
たん集光してから術部に適用され、切開、凝固、蒸散等
の治療術に用いられる。８は光ファイバに装着された超
音波素子である。我々は超音波素子８の出力信号の観測
により、実験的に次の事実を確認した。
（１光ファイバ４の機械的折れや熱的融解時に、超音波
周波数ＩＭＨｚ〜数１ＱＭＨｚ の範囲に素子出力電圧
でＳ／Ｎ比４０〜ｓ ＯｄＢ以上の大きな超音波信号が
発生する。水元ファイバ４の場合、Ｉ ＭＨｚ〜数ＭＨ
ｚ において特に著しい。
周波数ＩＭＨｚ〜数１ＱＭＨｚ の範囲に素子出力電圧
でＳ／Ｎ比４０〜ｓ ＯｄＢ以上の大きな超音波信号が
発生する。水元ファイバ４の場合、Ｉ ＭＨｚ〜数ＭＨ
ｚ において特に著しい。
（２）上記現象が大きく目に見えて進行する以前にその
前駆現象に対応する超音波信号が観測され、しだいにレ
ベルを上げ上記（１）の状態に至る。
前駆現象に対応する超音波信号が観測され、しだいにレ
ベルを上げ上記（１）の状態に至る。
よってこの様な、いわゆるアコースティックエミッショ
ン現象の検出により、光ファイバ４の状態監視が高感度
に行ない得る事実を得、本発明に至った。
ン現象の検出により、光ファイバ４の状態監視が高感度
に行ない得る事実を得、本発明に至った。
また、加えて水元ファイバ４の場合実験的に次の様な特
性が判明した。
性が判明した。
（３）約Ｉ ＭＨｚ 〜５ ＭＨｚの超音波をｍ％たり
一数ｄＢ程度の減衰で伝送し、約ｓ ＭＨｚ以上は、−
数百ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで急激に減衰する。
一数ｄＢ程度の減衰で伝送し、約ｓ ＭＨｚ以上は、−
数百ｄＢ／ｄｅｃａｄｅで急激に減衰する。
従って本発明を本赤外用元ファイバ４に適用する際の最
も簡易な超音波出力信号の信号処理法は超音波素子８の
出力信号をプリアンプ後、１〜数ＭＨｚの帯域フィルタ
を通しＳｌＮ比を向上した上で、その出力レベルにて元
ファイバの状態を監視する方法であると考えられる。ま
た、観測周波数帯域内では、検出素子８の感度をフラッ
トにするため、検出素子８の共振域を帯域外に設定した
。
も簡易な超音波出力信号の信号処理法は超音波素子８の
出力信号をプリアンプ後、１〜数ＭＨｚの帯域フィルタ
を通しＳｌＮ比を向上した上で、その出力レベルにて元
ファイバの状態を監視する方法であると考えられる。ま
た、観測周波数帯域内では、検出素子８の感度をフラッ
トにするため、検出素子８の共振域を帯域外に設定した
。
第１図に戻って、８は超音波素子で小型高感度であり、
加工性の良い圧電素子により形成される。
加工性の良い圧電素子により形成される。
９はプリアンプで超音波素子８の出力信号を数１０ｄＢ
増幅する。１０は約１〜ｓＭＨｚ の帯域フィルター
で、１１はコンパレータである。元ファイバの劣化が進
行し、超音波素子８の出力レベルが、コンパレータ１１
の基準電圧以上になると、コンパレータ１１の出力が反
転し、レーザ発振器１を停止し、術者に警報ブザーなど
で知らせる構成である。
増幅する。１０は約１〜ｓＭＨｚ の帯域フィルター
で、１１はコンパレータである。元ファイバの劣化が進
行し、超音波素子８の出力レベルが、コンパレータ１１
の基準電圧以上になると、コンパレータ１１の出力が反
転し、レーザ発振器１を停止し、術者に警報ブザーなど
で知らせる構成である。
第２図は超音波素子８の光ファイバ４への装着状態の詳
細図である。
細図である。
４は光ファイバφ０．５■の断面、８は超音波素子であ
る。超音波素子８は圧電材９と電極１０浜リード線１１
で構成され、圧電材はＰＣＭ−８８、電極はりん青銅を
用いた。圧電素子の厚みは１６０μ、幅は２５０μで形
成され、幅方向の共振点を５ＭＨ附近に持つ。
る。超音波素子８は圧電材９と電極１０浜リード線１１
で構成され、圧電材はＰＣＭ−８８、電極はりん青銅を
用いた。圧電素子の厚みは１６０μ、幅は２５０μで形
成され、幅方向の共振点を５ＭＨ附近に持つ。
超音波素子８と元ファイバ４との接着は、アクリル系接
着剤にて行なった。また光ファイバ４と超音波素子８と
の音響結合面積を広くするためにワックス１２を塗布し
た。この際、接着剤やワックスによる元ファイバ４０元
伝送への悪影響が考えられるが、散乱光の多い元ファイ
バ４の端面近傍を除けば問題は生じなかった。また圧電
素子は焦電性も有するので散乱光の吸収を防ぐ意味でも
この処置は必要である。なお本発明は、かかる超音波素
子８の材料、形状接着法などに限定されるものではなく
、元ファイバ４内に発生する超音波を検出可能な方法で
あればいずれの方法でも良いことはもちろんである。ま
た信号処理部もそれぞれの目的に応じて構成されてよい
。またレーザ発振器や元ファイバの種類、材料に制限さ
れるものではないことももちろんである。
着剤にて行なった。また光ファイバ４と超音波素子８と
の音響結合面積を広くするためにワックス１２を塗布し
た。この際、接着剤やワックスによる元ファイバ４０元
伝送への悪影響が考えられるが、散乱光の多い元ファイ
バ４の端面近傍を除けば問題は生じなかった。また圧電
素子は焦電性も有するので散乱光の吸収を防ぐ意味でも
この処置は必要である。なお本発明は、かかる超音波素
子８の材料、形状接着法などに限定されるものではなく
、元ファイバ４内に発生する超音波を検出可能な方法で
あればいずれの方法でも良いことはもちろんである。ま
た信号処理部もそれぞれの目的に応じて構成されてよい
。またレーザ発振器や元ファイバの種類、材料に制限さ
れるものではないことももちろんである。
発明の効果
本発明の元ファイバ状態監視装置は、元ファイバの状態
変化に伴ない光フアイバ内に発生する超音波信号を元フ
ァイバに装着した超音波検出素子を用いることにより検
出し、元ファイバ内の劣化状態を監視する、いわゆるア
コースティックエミッション法であるため、元ファイバ
のミクロな劣化レベルから検出可能であり、しかも機械
的劣化は光を通さない状態でも検知でき、元ファイバの
状態監視能力を飛躍的に向上させ、加えて構成も容易で
あり、高感度で構成の容易な元ファイバ状態監視装置を
提供することができるものである。
変化に伴ない光フアイバ内に発生する超音波信号を元フ
ァイバに装着した超音波検出素子を用いることにより検
出し、元ファイバ内の劣化状態を監視する、いわゆるア
コースティックエミッション法であるため、元ファイバ
のミクロな劣化レベルから検出可能であり、しかも機械
的劣化は光を通さない状態でも検知でき、元ファイバの
状態監視能力を飛躍的に向上させ、加えて構成も容易で
あり、高感度で構成の容易な元ファイバ状態監視装置を
提供することができるものである。
第１図は本発明の一実施例における元ファイバ状態監視
装置の構成概略図、第２図は同実施例における超音波素
の元ファイバ上への装着の詳細図である。 ４・・・・・・元ファイバ、８・・・・・・超音波素子
、９・・・・・・フリアンプ、１０・・・・フィルター
、１１・・・・・コンパレータ。
装置の構成概略図、第２図は同実施例における超音波素
の元ファイバ上への装着の詳細図である。 ４・・・・・・元ファイバ、８・・・・・・超音波素子
、９・・・・・・フリアンプ、１０・・・・フィルター
、１１・・・・・コンパレータ。
Claims (5)
- （１）光ファイバと、この光ファイバの状態変化により
光ファイバに発生する超音波を検出する超音波素子と、
この超音波素子の出力信号を監視する監視手段とを備え
た光ファイバ状態監視装置。 - （２）光ファイバがエネルギー伝送用光ファイバにより
構成された特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ状態
監視装置。 - （３）超音波素子が圧電素子により構成された特許請求
の範囲第１項記載の光ファイバ状態監視装置。 - （４）圧電素子の共振域が、光ファイバの超音波伝送特
性の最も良好な帯域外にあることを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の光ファイバ状態監視装置。 - （５）超音波素子が光ファイバ上で両端面より数ｍｍ以
上離れたところに装着したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光ファイバ状態監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200861A JPS6177758A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | 光フアイバ状態監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200861A JPS6177758A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | 光フアイバ状態監視装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177758A true JPS6177758A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16431439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59200861A Pending JPS6177758A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | 光フアイバ状態監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177758A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170768A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Fujifilm Corp | 光音響画像化装置および光音響画像化装置の故障検知方法 |
-
1984
- 1984-09-26 JP JP59200861A patent/JPS6177758A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012170768A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Fujifilm Corp | 光音響画像化装置および光音響画像化装置の故障検知方法 |
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