JPS63248586A - レ−ザ加工装置 - 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、レーザ光線を外部に導（導光路として光ファ
イバを用いた光ファイバケーブルを具備したレーザ加工
装置に関するものである。

従来の技術 近年、レーザメスやレーザ加工機において炭酸ガスレー
ザやＹＡＧレーザ等のレーザ光線を光ファイバケーブル
で目的部位まで導き２手術や加工が行なわれている。炭
酸ガスレーザ光線の導光路として、ヨウ化タリウムと臭
化タリウムとのこん混晶物ＫＲ８−５が挙げられている
。ところが、ＫＨ２−５からなる光ファイバは、ある曲
率以上に曲げると折れたり衝撃により破損したりするの
で、光ファイバをケーブル化する場合２曲率制限機構な
どの破損を防止する為の機構を使用しなければいけない
。ところがこの様な防止機構にもかかわらず光ファイバ
が折損したり部分的な熱集中により溶融した場合には、
高出力のレーザ光線が光ファイバケーブルの外被を貫通
し、患者・術者あるいは使用者に、照射されるという危
険が起こる可能性がある。破損が起こる原因として、光
ファイバ材料内の吸収物質の有無が考えられるが、もっ
と多くの要因として光ファイバケーブルの保管時のケア
レスミスによる衝撃や、過大な力による曲げ等が挙げら
れる。この危険を防ぐ為に、光ファイバケーブルを使用
する前や過大な衝撃を光ファイバケーブルに与えたと思
われる時に予め使用可能か可能でないかのチェックを行
なう必要がある。このチェックの従来例として、光ファ
イバケーブルの出射出力をレーザメス装置のパネル上に
設けたパワーモニタによって測定して光ファイバケーブ
ルの伝送効率を求め、この伝送効率の許容値と比較し、
光ファイバケーブルの使用の可否を決定する方法がある
（特開昭５７−１０７１５１号公報参照）。

発明が解決しようとする問題点 しかしこのように光ファイバケーブルの伝送効率だけを
光ファイバの損傷状態の目安にすることには無理がある
。確かに、光ファイバが完全に折れてしまった場合には
伝送効率は、はとんど０％となりこの方法でも破損は認
識できるのであるが、光ファイバ端面の小さなかけや光
ファイバ側面に生じた傷は、伝送効率の変化は小さく、
伝送効率ではこの劣化はほとんど認識できない。またこ
の様な劣化による光ファイバケーブルの焼損が一番多く
生じると考えられる。

また、数十Ｗを検出するパワーモニタは、多くは時定数
が数秒以上と長く、伝送効率の測定中に焼損してしまう
事がおこる。それに、このパワーモニタは、非常に高価
であり装置のコストアップにもなる。

問題点を解決する為の手段 上記問題を解決する為の本発明の技術的手段は、ハンド
ピースから出射するレーザ光線を吸収する吸収体と、ハ
ンドピースが収納してあるか否かを検出するハンドピー
ス収納検出手段とからなるハンドピース収納部に、ハン
ドピースを挿入し、光ファイバからの拡い角度の反射光
を受光検知する反射光検出素子の出力から光ファイバ損
傷認識回路によって光ファイバの損傷状態を認識する事
にある。

作用 この技術的手段による作用は次の様になる。すなわち、
ハンドピースをハンドピース収納部に挿入し、外部にレ
ーザ光線を照射する前に、光ファイバからの拡い角度の
反射光を検出する事により、光ファイバに生じている傷
やかけ等の劣化を確実に認識できる。

実施例 以下本発明の一実施例を添付図面にもとすいて説明する
。第１図はレーザ加工装置の一例としての炭酸ガスレー
ザメス装置の構成図である。炭酸ガスレーザ発振器ｌか
ら出射する波長１０．６μｍの赤外線である炭酸ガスレ
ーザ光線２は、赤外透過材料であるジンクセレンからな
る集光レンズ３によって、同じくジンクセレンからなる
ウィンドウ４を通して、ヨウ化タリウムと臭化タリウム
との混晶材料ＫＲ５−５を熱間押し出して製作されたφ
０゜５　ｍ　ｍの径を有する赤外光ファイバ５の入射面
６に集光される。この光ファイバ５の入出射端面にはＡ
ｓ２Ｓｅ３／ＫＣＩ／Ａｓ２Ｓｅ３の三層構造の反射防
止膜がほどこされている。光ファイバケーブル７は２図
には示していないが曲率制限機構を有し、光ファイバ５
を収納保護する。光ファイバ５を導光したレーザ光線８
は、光ファイバケーブルの先端のハンドピース９の内部
に備えつけられた出射集光レンズ１０によって、集光さ
れる。通常手術の場合、この集光点１１で切開や蒸散が
おこなわれる。１２は、ハンドピース９を収納するハン
ドピース収納部であり、挿入部にハンドピース９が挿入
されているか否かを検知するＬＥＤとフォトセンサから
なるハンドピース収納検出器１３が設けられている。ま
た、レーザ光線８が出射する収納部奥側には、炭酸ガス
レーザ光線８をよく吸収する炭化処理した吸収板１４が
設けられ、ハンドピース９から出射するレーザ光線８を
吸収し、ハンドピース収納部１２の外に漏らす事はない
。

シャッタ１５は、レーザ発振器１がら出射するレーザ光
線２を、開閉し、シャッタ駆動回路１６により駆動され
る。１７は、集光レンズ３により集光され光ファイバ５
に入射する円錐状レーザ光線束１８を取り巻く位置に配
置してあり、光ファイバの入射面６から反射してくる拡
い角度の反射光１９を受光し、それに応じた電圧出方に
変換する反射光検出素子である。光ファイバ損傷状態認
識回路２０は、プリアンプと比較回路がらなり。

反射光検出素子１７からの電圧出力と、中央制御回路で
あるＣＰＵ２１から指令される損傷しきい値と比較し、
光ファイバの損傷状態の信号をＣＰＵ２１に出力する。

また、ＣＰＵ２１は、レーザ発振器１に高電圧を供給す
る高電圧発生回路２２のコントロールと、シャッタ駆動
回路１６のコントロールと、ハンドピース収納検出器１
３の読み込　みも行なう。

第２図は９反射光検出素子１７とその反射光の関係を示
した斜視図である。反射光検出素子１７は、熱伝導率の
高いボロンナイトライドセラミックからなるドーナツ型
基板２３がらなり、この基板の内側は数百ミクロンの薄
い厚みをもつフィン２４を形成する。また、この基板の
表面には、ビスマス−アンチモンの熱起電能の高い熱転
対をラビリンス状に蒸着した熱伝錐２５が形成されてい
る。

反射光検出の原理を説明すると、集光レンズ３から光フ
ァイバ入射面６に入射するレーザ光線２は、フィン２４
に照射することなく内側を通過する。次に光ファイバ５
からの反射光１９は、拡い角度の成分がフィン２４に照
たり、そのエネルギに応じた温度勾配を基板２３に生じ
２反射光検出素子１７は、この温度差を熱伝錐２５によ
って電圧に変換する。実際に製作した反射光検出素子１
７の時定数は、熱伝導率の高い基板を使用した事から、
数百ｍｍ秒と非常に速かった。また、この実施例として
は、温度差を電圧に変換するのに熱転対を用いたが、Ｓ
ｉＣからなるサーミスタを用いても同様の検出素子が出
来る。

第３図は、正常な光ファイバと損傷した光ファイバの反
射光の角度分布の実験値を示したものであり、ｌｉＮ軸
は反射光の全角を、縦軸は反射光強度を示す。

正常な光ファイバからの反射光（白丸）は、狭い角度分
布をもつ入射面からの反射（ａ）と、もう少し拡い出射
面からの反射（ｂ）と、散乱等と考えられる角度分布の
少ない反射（Ｃ）と三つの成分に分離する事が出来る。

これに対して、出射側を折損した光ファイバからの反射
光（黒丸）は、入射面からの反射は同程度であるが、出
射面からの反射（ｂ）はな（なり２代わりに角度分布の
少ない反射（ｃ）が増加する。

すなわち、正常と損傷との変化の大きな（ｃ）の成分だ
けを検出する事によって、光ファイバの損傷状態を認識
する事は可能と考えられる。この結果から２反射光検出
素子１７は、光ファイバの出射面からの反射（ｂ）の影
響の少ない全角で３０度以上の反射光だけを受光するよ
う設計しなければいけない。

第４図は、光ファイバが正常な状態がら損傷状態に移っ
た時の反射光検出素子の出方（ｄ）と光ファイバの伝送
効率（ｅ）の時間変化を示す。この実験は、５分３０秒
後に光ファイバの出射端が焼損した例である。光ファイ
バの伝送効率（ｅ）は、４分３０秒ぐらいから少しずつ
減少し始め焼損時には零となっている。

これに対して９反射光検出素子の出方（ｄ）は、光ファ
イバの伝送効率（ｅ）の減少が見えない約３分から、立
ち上がり、伝送効率が初期の９０％になった時には、初
期の６倍以上の値を示す。この素子の早い立ち上がりは
、光ファイバに一生じた小さな劣化部分からの反射光を
検出できた事によると考えられる。

この様に、光ファイバの劣化は、伝送効率を計るだけで
は認識が難しく９本発明である反射光検出素子による方
法がこの認識に適していることがわかる。

以上の様な構成と特徴を有した本実施例の動作を以下に
説明する。レーザメス装置の電源を投入後、ＣＰＵ２１
は、ハンドピース収納検出器１３からのハンドピース収
納信号を待つ。使用者がハンドピースを挿入し、収納が
確認されると、ＣＰＵ２１は、ＩＯＷ程度の小さな出力
になるよう高電圧発生回路２２に指令をおこし、つぎに
、シャッタ１５を開けるようにシャッタ駆動回路１６に
指令する。出射したレーザ光線２は、光ファイバ５を導
光し、ハンドピース収納部１３の奥に設けられた吸収板
１４に吸収される。

光ファイバ５からの全角で３０度以上の拡い角度の反射
光１９は１反射光検出素子１７に受光され、電圧出力に
変換される。光ファイバ損傷状態認識回路２０は、この
電圧出力を増幅し、ＣＰＵ２１から送られてくるレーザ
出力１０Ｗに対応する反射光検出しきい値き比較し、光
ファイバの正常か否かを判定する。ＣＰＵ２１は、光フ
ァイバ損傷状態認識回路２０からの光ファイバ正常信号
を受けて、レーザ光線８を外部に照射可能な手術モード
となる。光ファイバ損傷信号を受けた場合には、光ファ
イバケーブル７の不良表示または。

異常発生音を出力し、光ファイバケーブル７の使用を禁
じる。

今回の動作では使用開始時で動作説明を行なったが、使
用中の落下等の原因で、光ファイバケーブル７に負担を
かけた場合にも、使用者が、ハンドピース９をハンドピ
ース収納部１３に挿入することによって、光ファイバの
正常か否かを認識するルーチンは、もちろん作動する。

また、光ファイバに反射防止膜付きのものを用いたが、
膜付きでないものでも、光ファイバ状態の認識は可能で
ある。

発明の詳細 な説明した様に本発明によれば、ハンドピースをハンド
ピース収納部に挿入し、収納を検知した信号によって、
外部にレーザ光線を放出することなく光ファイバにレー
ザ光線を導光し、光ファイバからの拡い角度の反射光を
検出する事により、光ファイバの損傷状態を確実に認識
して光ファイバケーブルの使用の良否を判定する。また
、全角で３０度以上の角度の拡い反射光を検知に利用し
ているので、光ファイバに生じているちいさな傷やかけ
等の劣化を確実にまた早期に認識出来る。熱伝導率の高
いセラミック基板を用いた事により、数十Ｗを検出する
パワーモニタタイプに比べて、迅速に認識できる。また
、高価なパワーモニタを使用していないのでコストダウ
ンが可能である。

【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加ニー　　１
　ｑ　　− 装置の原理図、第２図は同装置の反射光検出素子と反射
光の関係を示した斜視図、第３図は光ファイバからの反
射光の性質を示した特性図、第４図は光ファイバが正常
な状態から損傷状態に変化した時の反射光検出素子の出
力と光ファイバの伝送効率の時間変化を示した特性図で
ある。 ２−−レーザ光線、３−一集光しンズ、５−−光ファイ
バ、９−−ハンドピース、１２−−ハンドピース収納部
、１３−−ハンドピース収納検出器、１４−一吸収板、
１５−−シャッタ、１７一一反射光検出素子、１９−−
反射光、２０−導光ファイバ損傷状態認識回路、２ｌ−
−ＣＰＵ代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第
３図 及、−偽書　　　　　（良） 第４ｆｆ１ 時同

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光線発生手段と、レーザ光線の外部への出
   射を制御するシャッタと、レーザ光線を伝送する光ファ
   イバと、この光ファイバを収納する光ファイバケーブル
   と、この光ファイバケーブルのレーザ光線の出射部であ
   るハンドピースを収納し、このハンドピースから出射す
   るレーザ光線を吸収する吸収体と、前記ハンドピースが
   収納してあるか否かを検出するハンドピース収納検出手
   段とからなるハンドピース収納部と３レーザ光線を集光
   して前記光ファイバに入射させる集光レンズと、この集
   光レンズにより集光される円錐状光束を取り巻く位置に
   配置して前記光ファイバからの拡い角度の反射光を受光
   検知する反射光検出素子と、この反射光検出素子の出力
   から前記光ファイバの損傷状態を認識する光ファイバ損
   傷認識回路と、前記レーザ光線発生手段と前記シャッタ
   と前記ハンドピース収納検出手段と前記光ファイバ損傷
   認識回路の駆動または取り込みの制御を行なう中央制御
   回路とからなるレーザ加工装置。
2. （２）反射光検出素子の受光する反射光は、全角で３０
   度以上である特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装
   置。
3. （３）中央制御回路は、ハンドピースがハンドピース収
   納部に収納した事をハンドピース収納検出手段によって
   認識した後に、シャッタの開放を行なってレーザ光線を
   光ファイバに入射させ、次に前記光ファイバ損傷状態認
   識回路の出力から前記光ファイバは正常である時だけ、
   レーザ光線の外部照射を可能にする事を特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のレーザ加工装置。