JPS6353820B2 - - Google Patents
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- JPS6353820B2 JPS6353820B2 JP58070312A JP7031283A JPS6353820B2 JP S6353820 B2 JPS6353820 B2 JP S6353820B2 JP 58070312 A JP58070312 A JP 58070312A JP 7031283 A JP7031283 A JP 7031283A JP S6353820 B2 JPS6353820 B2 JP S6353820B2
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、レーザ光線を光フアイバーにて加工
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 to a processed or affected area using an optical fiber and performs welding, cutting, incision, evaporation, etc. of the affected area. .
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
る光フアイバー方式とがある。ミラー関節方式
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、導波路として光フアイバ
ーの実用化が望まれてきている。Conventional configurations and their problems Laser processing equipment or laser surgery equipment that uses YAG laser light or CO 2 laser light has a method of guiding the laser light to the processing site or surgical site by using a plurality of reflecting mirrors to guide the laser beam. There are two methods: the so-called mirror joint method, which guides The mirror joint method has problems such as operability during processing or surgery and misalignment of the mirror angle due to vibration, and to solve these drawbacks, it has been desired to put optical fiber into practical use as a waveguide.
YAGレーザ光に対しては、石英フアイバーが
用いられ、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KRS−５等が挙げら
れている。 For YAG laser light, quartz fiber is used, and for CO 2 laser light, KRS-5, a mixed crystal of thallium iodide and thallium bromide, etc., is used.
KRS−５は非常に脆く、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。 KRS-5 is extremely brittle and has the disadvantage of breaking if bent beyond a certain curvature, so it must be used with care and with curvature limits.
曲率制限にもかかわらずフアイバーが折損した
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 local 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、KRS−５が溶融する時に生じる蒸気は
人体にとつて何らかの影響を与える可能性がある
ため、先に述べたフアイバー破損を防ぐとともに
光フアイバーの劣化状態を、常時監視する事は、
フアイバーを使用する上で絶対必要であつた。 In addition, the steam generated when KRS-5 melts may have some effect on the human body, so it is important to prevent the fiber damage mentioned above and constantly monitor the deterioration state of the optical fiber.
This was absolutely necessary when using fiber.
ところが、監視の手段として、従来からの種々
のものが試みられて来たがいずれも不完全なもの
であつた。例えば、フアイバー全長に電気抵抗か
温度によつて変化する樹脂テープを巻きつけて、
溶融または破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という手段が考えられた。し
かしこの場合には樹脂テープ等により光フアイバ
ーの大きな利点がある可撓性を損なつたり、フア
イバーの光透過特性に影響を及ぼしたりして、フ
アイバーの特性に、悪影響を与えた。 However, although various conventional monitoring methods have been tried, they have all been incomplete. For example, by wrapping a resin tape that changes depending on electrical resistance or temperature around the entire length of the fiber,
A method of monitoring rapid temperature increases due to melting or breakage through a resin tape was considered. However, in this case, the resin tape or the like adversely affected the properties of the fiber by impairing its flexibility, which is a great advantage of the optical fiber, and affecting the light transmission properties of the fiber.
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、光フアイバー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出射される光エ
ネルギーを出射中にも監視できるようにすること
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 it is an object of the present invention to reliably monitor the deterioration or damage state of an optical fiber and also to monitor the emitted light energy even while it is being emitted. With the goal.
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光
フアイバーと、前記レーザ光線を集光し、前記光
フアイバーに入射させる入射側集光レンズと、前
記光フアイバーから出射されるレーザ光線を再び
集光結像させる出射側集光レンズとを具備し、前
記入射側集光レンズと前記光フアイバーの間で、
前記入射側集光レンズから前記光フアイバーの先
端に入射する円錐形状の光束の外側に配置され、
入射される光エネルギーを受光検出する入射側受
光素子と、前記光フアイバーの出射端と前記出射
側集光レンズとの間で前記出射側集光レンズに入
射する円錐形状の光束の外側に配設されて前記光
フアイバーから出射される光エネルギーを受光検
出する出射側受光素子と、前記入射側受光素子と
前記出射側受光素子の出力を増幅し、二つの出力
を比較処理をする制御部とにより、前記光フアイ
バーの状態を常時監視することを特徴とするレー
ザ加工装置である。Structure of the Invention The present invention includes a laser beam generating means, an optical fiber that transmits the laser beam generated by the laser beam generating means, an incident side condensing lens that condenses the laser beam and makes it enter the optical fiber, an output-side condensing lens that refocuses and images the laser beam emitted from the optical fiber, and between the input-side condenser lens and the optical fiber,
disposed outside the cone-shaped light flux that enters the tip of the optical fiber from the incident side condensing lens,
an incident-side light receiving element that receives and detects incident optical energy; and a conical light beam that is disposed between the output end of the optical fiber and the output-side condensing lens and outside the conical light beam that enters the output-side condensing lens. an output-side light-receiving element that receives and detects the optical energy emitted from the optical fiber; and a control unit that amplifies the outputs of the input-side light-receiving element and the output-side light-receiving element and compares the two outputs. , a laser processing apparatus characterized in that the state of the optical fiber is constantly monitored.
実施例の説明
本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して
説明する。第１図は本発明の一実施例における
CO2レーザメスの外観であり、１はCO2レーザ発
振管及びこれより発射されたCO2レーザ光線を集
光するための集光レンズ等が組み込まれたハウジ
ング、２はこの電源及び制御部、３はハウジング
１を所定の高さに支持するための支柱、４は、内
部にKRS−５等の赤外光用光フアイバーが組み
込まれた曲率制限型の保護管、５は、保護管４を
ハウジング１に固定するためのコネクタ部、６
は、光フアイバー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
術者が手に持つて操作する部分である。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
This is the external appearance of the CO 2 laser scalpel. 1 is a housing that incorporates a CO 2 laser oscillation tube and a condensing lens for condensing the CO 2 laser beam emitted from the tube, 2 is the power supply and control unit, and 3 4 is a curvature-limited protective tube with an infrared optical fiber such as KRS-5 incorporated inside the housing 1, and 5 is a support tube for supporting the housing 1 at a predetermined height. Connector part for fixing to 1, 6
This is a handpiece that is held and operated by the surgeon and incorporates a condensing lens for condensing infrared light emitted from an optical fiber.
第２図の破線内は、レーザ加工装置またはレー
ザメスの導光路部の説明図である。第２図におい
て、６は発振管より出射されたCO2レーザビーム
７を集光する入射側集光レンズ、８はKRS−５
等で構成されたフアイバーで前記集光されたレー
ザビームが前記フアイバーの入射端９で入射す
る。１０は熱電対等により構成される入射側受光
素子であり、入射側集光レンズ６と同軸にある。 The area within the broken line in FIG. 2 is an explanatory diagram of a light guide path section of a laser processing device or a laser scalpel. In Fig. 2, 6 is an incident side condensing lens that condenses the CO 2 laser beam 7 emitted from the oscillation tube, and 8 is a KRS-5
The focused laser beam is incident on the input end 9 of the fiber. Reference numeral 10 denotes an incident-side light-receiving element composed of a thermocouple or the like, and is coaxial with the incident-side condensing lens 6.
フアイバー８の中を伝播したレーザビームは、
出射端１１より出射され、出射側集光レンズ１２
で照射部１３に集光する。１４は、前記入射側受
光素子と同じ型の受光素子であり、前記出射端１
１と同軸にある。１５は、入射側受光素子１０と
出射側受光素子１４から得られる電気信号を処理
する制御部であり、破線外のシヤツター開閉駆動
回路１６または、図示してないが、発振管駆動回
路にオン・オフ信号を送る。第３図は入射側受光
素子１０と出射側受光素子１４である受光素子の
正面図である。 The laser beam propagated inside the fiber 8,
The light is emitted from the light emitting end 11, and the light is emitted from the light emitting side condensing lens 12.
The light is focused on the irradiation section 13. 14 is a light-receiving element of the same type as the light-receiving element on the incident side;
It is on the same axis as 1. Reference numeral 15 denotes a control unit that processes electrical signals obtained from the incident side light receiving element 10 and the output side light receiving element 14, and controls the shutter opening/closing drive circuit 16 outside the broken line or the oscillation tube drive circuit (not shown). Send off signal. FIG. 3 is a front view of the light receiving elements, which are the light receiving element 10 on the incident side and the light receiving element 14 on the output side.
１７は、アルマイトまたはポリイミドなどの少
なくとも表面は電気的に絶縁されているリング状
のうすい板であり、表面には異種金属１８，１９
が蒸着されている。２０は、異種間金属の内接点
であり２１は外接点である。２２（リング状斜線
部）はレーザ光から、前記外接点を隠すための反
射率の高いドーナツ形状の遮断板である。２３は
レーザ光が照射される部分であり、レーザ光エネ
ルギーがこの部分に照射されることによつて、内
接点２０と外接点２１に温度差を生じ、異種間金
属の熱超電力により、内接点２０と外接点２１に
電位差を生じ、電極２４に円周に積分された電位
差を生じる。 17 is a ring-shaped thin plate made of alumite or polyimide, and at least the surface thereof is electrically insulated, and the surface is coated with dissimilar metals 18, 19.
is deposited. 20 is an internal contact between dissimilar metals, and 21 is an external contact. 22 (ring-shaped hatched portion) is a donut-shaped shielding plate with high reflectance for hiding the external contact point from the laser beam. Reference numeral 23 denotes a part to which laser light is irradiated, and by irradiating this part with laser light energy, a temperature difference is created between the inner contact point 20 and the outer contact point 21, and the internal temperature is increased due to the thermal superpower of the dissimilar metals. A potential difference is generated between the contact point 20 and the outer contact point 21, and a potential difference integrated over the circumference is generated at the electrode 24.
１０の入射側受光素子は、第２図の入射側集光
レンズ６から、光フアイバーの入射端９に入射す
る円錐形状の光束の外側（すなわち加工、手術等
に使用されない部分）に配置され、円錐形状の光
束の外側の２３の部分だけに入射レーザ光（第２
図の２５の破線）が照射され、入射レーザ光エネ
ルギに比例した電圧が電極２４に出力される。 The incident-side light-receiving element 10 is arranged outside the cone-shaped light beam that enters the incident end 9 of the optical fiber from the incident-side condensing lens 6 in FIG. The incident laser beam (second
25 in the figure) is irradiated, and a voltage proportional to the incident laser light energy is output to the electrode 24.
出射側受光素子１４は、第２図の出射端１１か
ら、出射側集光レンズ１２に入射する円錐形状の
光束の外側（加工、手術等に使用されない光エネ
ルギー部）に配置され、円錐形状の光束の外側の
出射レーザ光（第２図の２６の破線）が２２の部
分だけに照射され、光フアイバー８からの出射エ
ネルギーに比例した電圧が電極２４に出力され
る。 The output-side light-receiving element 14 is arranged outside the cone-shaped light flux that enters the output-side condensing lens 12 from the output end 11 in FIG. The emitted laser beam on the outside of the light beam (broken line 26 in FIG. 2) is irradiated only on the portion 22, and a voltage proportional to the emitted energy from the optical fiber 8 is outputted to the electrode 24.
第４図に制御部１５を図示する。２７，２８は
低ドリフト、高利得のオペアンプであり、入射受
光素子１０と、出射受光素子１４の出力を充分に
大きな出力で変換するものである。２９は、オペ
アンプ２７，２８の二つの出力を差動増幅する差
動アンプである。 FIG. 4 illustrates the control section 15. 27 and 28 are low-drift, high-gain operational amplifiers that convert the outputs of the input light receiving element 10 and the output light receiving element 14 with sufficiently large outputs. 29 is a differential amplifier that differentially amplifies the two outputs of the operational amplifiers 27 and 28.
３０，３１は差動アンプ２９の出力を監視する
コンパレータであり、差動アンプ２９の出力が＋
Ｖより大きい時は、コンパレータ３０がハイの出
力をし、差動アンプ２９の出力が−Ｖより小さい
時は、コンパレータ３１がハイの出力をする。 30 and 31 are comparators that monitor the output of the differential amplifier 29, and the output of the differential amplifier 29 is +
When the output voltage is higher than V, the comparator 30 outputs a high level, and when the output of the differential amplifier 29 is lower than -V, the comparator 31 outputs a high level.
３２は、コンパレータ３０とコンパレータ３１
の出力を論理和をとるORゲートであり、ハイ出
力によつてレーザ管からのレーザ光が光フアイバ
ーに入射されるのを停止させるための信号源であ
る。 32 is a comparator 30 and a comparator 31
This is an OR gate that logically ORs the outputs of , and is a signal source that stops the laser light from the laser tube from entering the optical fiber when the output is high.
第５図ａ〜ｄに差動アンプ２９の出力ａと、出
射側受光素子１４の出力ｂと入射側受光素子１０
の出力ｃと、レーザ発振管の出力ｄの一例を示
す。まず発振管から10Wのレーザ光を出射させ
（第５図の１）、次に出力を20Wに変化させ（第５
図の２）、しばらく後に、フアイバーが劣化を始
め（第５図の３）、フアイバー断線が発生した
（第５図４）という場合を仮定した。 5a to 5d show the output a of the differential amplifier 29, the output b of the output side light receiving element 14, and the input side light receiving element 10.
An example of the output c of the laser oscillation tube and the output d of the laser oscillation tube is shown. First, a 10W laser beam is emitted from the oscillator tube (1 in Figure 5), then the output is changed to 20W (5th point).
2), the fiber begins to deteriorate after a while (3 in FIG. 5), and fiber breakage occurs (4 in FIG. 5).
第５図ｃの入射側受光素子１０の出力は第５図
ｄのレーザ発振管の出力と、入射側受光素子１０
の時定数を除いて同じであることを示す。第５図
ｄの出射側受光素子１４の出力は光フアイバーが
劣化する前までは、第５図ｃと同じであるが、３
の劣化を始めた瞬間から局部的な溶融による散乱
（特に入出射端）またはクラツクを生じたことに
よる乱反射などの原因から出射角が拡がり、第２
図のレーザ光２６の量が増し、出射側受光素子１
４の２３の部分に大きなレーザ光が照射され出力
が増大する。その後、フアイバーが断線して出射
側１１から、出射されなくなり、ゼロになる。差
動アンプの出力ｄは正常な１〜３の間はゼロを示
し、フアイバーの劣化が始まり出射角が拡がつた
時（３〜４の間）はハイ出力を示し、フアイバー
が断線した瞬間にロー出力を示す。 The output of the light receiving element 10 on the incident side in FIG. 5c is the output of the laser oscillation tube in FIG.
Show that they are the same except for the time constant. The output of the light receiving element 14 on the output side in FIG. 5d is the same as that in FIG. 5c until the optical fiber deteriorates;
The moment the deterioration begins, the emission angle expands due to causes such as scattering due to local melting (especially at the input/output ends) or diffuse reflection due to cracks, and the second
The amount of laser light 26 in the figure increases, and the output side light receiving element 1
A large laser beam is irradiated onto the portion 23 of 4, and the output increases. Thereafter, the fiber is disconnected and no longer emitted from the emission side 11, resulting in zero radiation. The output d of the differential amplifier shows zero during the normal range of 1 to 3, and shows a high output when the fiber starts to deteriorate and the output angle widens (between 3 and 4), and the moment the fiber breaks, it shows a high output. Indicates low output.
つまり、第５図ａにおいて、差動アンプ出力が
斜線の範囲にある時には、フアイバーは正常であ
るとみなし、斜線外の部分に出力が入る時には、
フアイバーに何らかの支障が発生したとみなし、
２つのコンパレータ２９，３０とORゲート３２
を通して、フアイバー不良を発振管側の制御部１
５に知らせ、ただちに、入射集光レンズ６への入
射を停止する。入射集口レンズ６への入射停止
は、発振管の発振停止や、シヤツター開閉駆動回
路１６によるシヤツターの閉成で行なうことがで
きる。 In other words, in Fig. 5a, when the differential amplifier output is within the shaded range, the fiber is considered normal, and when the output is outside the shaded area,
It is assumed that some kind of trouble has occurred with the fiber,
Two comparators 29, 30 and OR gate 32
control unit 1 on the oscillation tube side to detect fiber defects.
5 and immediately stops the light from entering the incident condenser lens 6. The incidence of light onto the entrance condenser lens 6 can be stopped by stopping the oscillation of the oscillation tube or by closing the shutter using the shutter opening/closing drive circuit 16.
発明の効果
以上のように本発明は光フアイバーから出射さ
れる光エネルギーの一部分を光束の全周にわたり
受光検出するドーナツ型の出射側受光素子を設け
るとともにの出射端からの出射光と光フアイバー
に入射する入射光を常時比較することにより、光
フアイバの出射角度が拡がる初期段階の劣化や
や、完全断線のどちらも、瞬時に認識し、レーザ
光の光フアイバーへの入射を停止することができ
る。また、入射側と出射側のレーザ光出力を比較
しているため、レーザ発振管の変動に対して、誤
動作を生じない。さらに、光フアイバーに検出体
をまきつけたりしないので光フアイバーの特性を
変える様な負担をかけることがないものである。Effects of the Invention As described above, the present invention provides a donut-shaped output-side light-receiving element that receives and detects a portion of the light energy emitted from the optical fiber over the entire circumference of the light beam, and also connects the output light from the output end to the optical fiber. By constantly comparing the incident light, it is possible to instantly recognize both initial stage deterioration in which the output angle of the optical fiber widens and complete disconnection, and to stop the laser light from entering the optical fiber. Furthermore, since the laser light outputs on the incident side and the output side are compared, malfunctions do not occur due to fluctuations in the laser oscillation tube. Furthermore, since the optical fiber is not wrapped around the detection object, there is no burden that would change the characteristics of the optical fiber.
第１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２図は同装置の原理図、第３図
は同装置の一部品の平面図、第４図は同装置の一
部分の装置のブロツク線図、第５図は同装置説明
のための波形図である。
６……入射側集光レンズ、７……レーザ光、８
……光フアイバー、９……入射端、１０……入射
側受光素子、１１……出射端、１２……出射側集
光レンズ、１４……出射側受光素子、１５……制
御部。
FIG. 1 is a perspective view of a laser processing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of the device, FIG. 3 is a plan view of a part of the device, and FIG. 4 is a part of the device. FIG. 5 is a block diagram of the device and a waveform diagram for explaining the device. 6...Incidence side condensing lens, 7...Laser light, 8
. . . Optical fiber, 9 . . . Incident end, 10 .
Claims (1)
手段より発生するレーザ光線を伝送する光フアイ
バーと、前記レーザ光線を集光し、前記光フアイ
バーに入射させる入射側集光レンズと、前記光フ
アイバーから出射されるレーザ光線を再び集光結
像させる出射側集光レンズとを具備し、前記入射
側集光レンズと前記光フアイバーの間で、前記入
射側集光レンズから前記光フアイバーの先端に入
射する円錐形状の光束の外側に配置され、入射さ
れる光エネルギーの一部分を受光検出する入射側
受光素子と前記光フアイバーの出射端と前記出射
側集光レンズとの間で前記出射側集光レンズに入
射する円錐形状の光束の外側に配設されて前記光
フアイバーから出射される光エネルギーの一部分
を前記光束の全周にわたり受光検出するドーナツ
型の出射側受光素子と、前記入射側受光素子と前
記出射側受光素子からの２つの出力を比較し、前
記光フアイバーの状態を常時監視するとともに、
少なくとも前記光フアイバの初期段階の劣化、完
全断線を検出する制御部とを備えたことを特徴と
するレーザ加工装置。1. A laser beam generating means, an optical fiber that transmits the laser beam generated by the laser beam generating means, an incident side condensing lens that condenses the laser beam and makes it enter the optical fiber, and an optical fiber that outputs the laser beam from the optical fiber. and an exit-side condensing lens that condenses and images the laser beam again, and the laser beam enters the tip of the optical fiber from the input-side condenser lens between the input-side condenser lens and the optical fiber. A light-receiving element on the input side that is disposed outside the conical light beam and receives and detects a part of the incident light energy, and a light-receiving element on the output side that receives and detects a part of the incident light energy, and a light-receiving element on the output side between the output end of the optical fiber and the condenser lens on the output side. a donut-shaped output-side light-receiving element that is disposed outside an incident conical light beam and receives and detects a portion of the optical energy emitted from the optical fiber over the entire circumference of the light beam; the input-side light-receiving element; Comparing two outputs from the light-receiving element on the output side and constantly monitoring the state of the optical fiber,
A laser processing apparatus comprising: a control unit that detects at least initial stage deterioration and complete disconnection of the optical fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070312A JPS59194734A (en) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | Laser processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070312A JPS59194734A (en) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | Laser processing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59194734A JPS59194734A (en) | 1984-11-05 |
| JPS6353820B2 true JPS6353820B2 (en) | 1988-10-25 |
Family
ID=13427806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58070312A Granted JPS59194734A (en) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | Laser processing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59194734A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5777935A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Agency Of Ind Science & Technol | Safety device for photoconductive path |
| JPS57142244A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surgical device |
-
1983
- 1983-04-20 JP JP58070312A patent/JPS59194734A/en active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5777935A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Agency Of Ind Science & Technol | Safety device for photoconductive path |
| JPS57142244A (en) * | 1981-02-27 | 1982-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surgical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59194734A (en) | 1984-11-05 |
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