JP4148771B2

JP4148771B2 - 医療機械のレーザ装置

Info

Publication number: JP4148771B2
Application number: JP2002381326A
Authority: JP
Inventors: 正幸籾内; 泰造江野; 義明後藤; 秀夫提橋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004208903A; US20040133191A1; US6908461B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のレーザビームを同軸に重畳して射出するレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームを利用した医療機械は、非接触で治療部位の光凝固、除去、切開等しており、又治療の種類により使用されるレーザビームの色、即ち波長が異なっており、医療機械のレーザビーム射出源であるレーザ装置では複数の波長のレーザビームを医療機械に供給することが望まれる。
【０００３】
複数の波長のレーザビームを射出するレーザ装置として、従来、図５で示されるものがあり、該レーザ装置を用いた医療機械（スリットランプ）１９を図６で示している。
【０００４】
図５はレーザ装置の概念を示しており、図中１はレーザ装置を示し、２は該レーザ装置１からのレーザビームを医療機械１９に導く伝播用光ファイバを示しており、前記レーザ装置１の出力部と前記伝播用光ファイバ２とは光コネクタ３で、着脱可能に接続されている。
【０００５】
レーザ光源ユニット１０はレーザビーム発光源として、λ1 の波長のレーザビーム７を射出する第１レーザ発振器４、λ2 の波長のレーザビーム８を射出する第２レーザ発振器５、λ3 の波長のレーザビーム９を射出する第３レーザ発振器６を具備しており、前記第１レーザ発振器４、前記第２レーザ発振器５、前記第３レーザ発振器６から射出された前記レーザビーム７，８，９は合波装置１１により同軸上に重畳される様になっている。
【０００６】
該合波装置１１は前記レーザビーム７の光軸上に第１合波器１２、第２合波器１３を有し、前記レーザビーム８の光軸上に折返しミラー１４を有し、前記レーザビーム９の光軸上に折返しミラー１５を有している。前記第１合波器１２はλ1 の波長の前記レーザビーム７を透過するが、λ2 の波長の前記レーザビーム８を反射し、前記第２合波器１３は前記レーザビーム７、レーザビーム８を透過するがλ3 の波長の前記レーザビーム９は反射するものである。
【０００７】
前記第１レーザ発振器４から発せられた前記レーザビーム７は前記第１合波器１２、第２合波器１３を透過して集光レンズ１７に入射し、前記レーザビーム８は前記折返しミラー１４、第１合波器１２で反射され、前記レーザビーム７と同一光軸上に重畳して前記第２合波器１３を透過して前記集光レンズ１７に入射し、前記レーザビーム９は前記折返しミラー１５、前記第２合波器１３で反射され前記レーザビーム７、レーザビーム８と同一光軸上に重畳して同軸マルチレーザ１６として前記集光レンズ１７に入射される。該集光レンズ１７は前記同軸マルチレーザ１６を集光して前記光コネクタ３を介して前記伝播用光ファイバ２に入射させる。該伝播用光ファイバ２は前記同軸マルチレーザ１６を光凝固装置、スリットランプ等の医療機械に導く。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のレーザ装置では、前記レーザビーム７、レーザビーム８、レーザビーム９の光軸が完全に一致することは難しく、更に該レーザビーム７、レーザビーム８、レーザビーム９が同一の開口数（ＮＡ）を持っているとは限らない。前記集光レンズ１７で集光されたレーザビーム７、レーザビーム８、レーザビーム９の開口数が異なっていると、前記光コネクタ３での結合時に全ての前記レーザビーム７，８，９が光損失なく前記伝播用光ファイバ２に入射することは難しく、又光軸のずれなく、完全に同一の条件で前記伝播用光ファイバ２に入射することは困難である。
【０００９】
この為、治療部位にレーザビームを照射した場合に、照射点で光強度分布斑が生じる等の不具合を発生する虞れがあった。
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み、複数のレーザビームを同一光軸に重畳して射出するレーザ装置に於いて、少なくとも使用上支障ない程度に重畳でき、又照射点で光強度分布斑が発生しない様なレーザ装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のレーザビーム発光源と、該レーザビーム発光源から発せられるレーザビームを重畳させる合波手段と、該合波手段からのレーザビームが入射されるビームミキシング手段とを少なくとも具備する医療機械のレーザ装置に係り、又前記ビームミキシング手段は光ファイバである医療機械のレーザ装置に係り、又前記ビームミキシング手段は光導波路である医療機械のレーザ装置に係り、又複数のレーザビームは波長が異なり、前記合波手段は波長を選択して透過し、透過波長以外を反射する光学部材を有する医療機械のレーザ装置に係り、又複数のレーザビームは偏光方向が異なり、前記合波手段は偏光板を有する医療機械のレーザ装置に係り、又前記合波手段は複数のレーザビームが入射され、該複数のレーザビームと平行な光軸を有する集光レンズを具備する医療機械のレーザ装置に係り、又前記合波手段はレーザビームが個々に入射される複数の光ファイバを有し、該光ファイバは出力端部が溶着されて一体化された医療機械のレーザ装置に係り、又前記ビームミキシング手段の入射端での反射光を検出する光検出器を具備し、該光検出器が検出結果に基づき前記レーザビーム発光源のレーザビーム発光を制御する医療機械のレーザ装置に係り、更に又前記レーザビーム発光源、合波手段、ビームミキシング手段は一体的に構成され、光コネクタを介して医療機械に着脱可能である医療機械のレーザ装置に係るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付し、その詳細は説明を省略する。
【００１４】
レーザ装置２１は複数のレーザビーム発光源である第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６からなるレーザ光源ユニット１０、前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６から射出される同軸マルチレーザ１６を同一光軸に重畳させる合波装置１１、前記レーザ装置２１からレーザビームを射出する場合の集光レンズ１７を具備している。
【００１５】
更に、前記レーザ装置２１は前記合波装置１１から射出される同軸マルチレーザ１６の光軸上に第２集光レンズ２２、ビームミキシング光ファイバ２３を備えている。前記第２集光レンズ２２は、前記合波装置１１から射出される前記同軸マルチレーザ１６を前記集光レンズ１７の端面に集光させ、前記レーザ装置２１から射出されるレーザビームは前記集光レンズ１７によって光コネクタ３の入射端に集光される。
【００１６】
前記ビームミキシング光ファイバ２３は入射したレーザビームを内部で多重反射させ、多様な伝播モードを励起させ、伝播モード間での干渉を抑制し、射出レーザビームの光強度分布を解消しようとするものである。又、各前記レーザビームを内部で多重反射させることで前記ビームミキシング光ファイバ２３への入射角の相違の影響を除去し、前記ビームミキシング光ファイバ２３から射出されるレーザビームとしては前記レーザビーム７、レーザビーム８、レーザビーム９が完全に同一光軸上に重畳されたものが得られる。
【００１７】
前記ビームミキシング光ファイバ２３は入射したレーザビームを効果的に多重反射させる為、前記ビームミキシング光ファイバ２３をコイル状にするか、或は該ビームミキシング光ファイバ２３のコア径を細くするか、或はコア径を細くし、且つコイル状にする。尚、前記ビームミキシング光ファイバ２３と前記光コネクタ３間の光損失を考慮すると、前記ビームミキシング光ファイバ２３の開口数ＮＡ1 とコア径Ｄ1 の積Ｋ1 は前記伝播用光ファイバ２の開口数ＮＡ2 とコア径Ｄ2 の積Ｋ2 に対し、Ｋ1 ≦Ｋ2 となる様にする。
【００１８】
又、レーザビームの品質を表すパラメータとして、Ｍ²があり、前記レーザ装置２１から射出されるレーザビームのビーム品質のパラメータＭ²が１０≦Ｍ²≦２２となる様に前記レーザ装置２１を構成する光学部材の仕様を決定する。
【００１９】
尚、Ｍ²は以下の如く定義される。
【００２０】
ビームウエストＷ、広がり角Θとし、

【００２１】
ここでλはレーザビームの波長、ω、θは、前記レーザビームの波長λに於ける基本モード（ガウスビーム）のビームウエスト、及び広がり角であり、前記レーザビームの基本モードからのズレをＭ²（Ｍ）で表す。
【００２２】
一般的に、ビームプロダクト（Ｗ・Θ）はレンズ光学系の下では保存量となり、多モードで前記伝播用光ファイバ２に入射したレーザビームでは保存せず、前記伝播用光ファイバ２の長さ、該伝播用光ファイバ２のループ部の曲率に依存し、ファイバ特性で決まる値（Ｄ2 ・ＮＡ2 ／２）迄ビーム品質が劣化する。Ｄ2 は前記伝播用光ファイバ２のコア径である。
【００２３】
該伝播用光ファイバ２を伝播するレーザビームに対しても同様に定義でき、前記伝播用光ファイバ２（コア径Ｄ2 、開口数ＮＡ2 ）への集光ビーム径φ、入射ＮＡi とすれば、前記伝播用光ファイバ２ヘの結合条件（φ≦Ｄ2 、ＮＡi ≦ＮＡ2 ）を考慮して次式が求まる。但し、ＮＡe は前記伝播用光ファイバ２からの出射ＮＡである。

【００２４】
これより次式が求まる。
【００２５】
Ｍ²≦（πＤ2 ／２λ）・ＮＡe
【００２６】
前記レーザ装置２１から射出されるレーザビームのビーム品質のパラメータＭ²が、８≦Ｍ²≦２２の範囲である場合、スリットランプ１９への伝播用の伝播用光ファイバ２として一般的なコア径Ｄ５０μｍ（ＮＡ＝０．１２）とＤ７５μｍ（ＮＡ＝０．１２）が使える。前者の伝播用光ファイバを使う場合、８≦（πφ／２λ）・ＮＡe ≦２２より０．０６≦ＮＡe ≦ＮＡ2 の範囲で総合伝播効率５０％以上が期待できる。
【００２７】
又、後者の伝播用光ファイバを使う場合、同様に０．０６≦ＮＡe ≦０．１で総合伝播効率５０％以上を期待できる。勿論この範囲で断面光強度分布は均一である。ファイバ仕様が異なれば、光ファイバの出射許容範囲も異なるが、レーザビームのビーム特性の許容範囲は変らない。
【００２８】
尚、前記合波装置１１で合波されるレーザビームとしては、λ1 ＞λ2 ＞λ3 であっても、λ1 ＜λ2 ＜λ3 であってもよく、或は偏光方向の異なるレーザビームを用い、第１合波器１２、第２合波器１３が偏光ミラーであってもよく、或はレーザビームの波長、偏光方向を組合わせ、前記第１合波器１２、第２合波器１３、…を波長を選択して透過反射するもの、偏光板を組合わせたものとしてもよい。
【００２９】
上記実施の形態に於いて、治療を行う場合には、前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６を選択して駆動し治療の内容に応じて波長を選択して行う。複数の前記レーザビーム７，８，９は完全又は使用上支障ない程度の同一光軸を有するので、波長の変更をした際にも照射位置がずれるということがない。
【００３０】
又、異なる波長を合成する為、前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６から同時に前記レーザビーム７，８，９を照射してもよい。尚、前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６が照射する該レーザビーム７，８，９の波長としては、例えばＢ：４５０〜５００nm、Ｇ：５００〜５６０nm、Ｏ：５６０〜６１０nm、Ｒ：６１０〜６６０nmが用いられる。
【００３１】
図２は第２の実施の形態を示しており、図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してあり、その説明を省略する。
【００３２】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態中の前記合波装置１１の代りに集光レンズ２５を用い、更に前記第２集光レンズ２２を省略したものである。
【００３３】
該第２の実施の形態では、前記レーザビーム７、前記レーザビーム８、前記レーザビーム９の光軸を前記集光レンズ２５の光軸と平行とし、集光点を前記ビームミキシング光ファイバ２３の入射端面に合致させたものである。
【００３４】
図３は第３の実施の形態を示しており、合波装置２６を光ファイバ２７，２８，２９で構成したものである。
【００３５】
前記第１レーザ発振器４からのレーザビームを集光レンズ３１により前記光ファイバ２７の入射端面に集光させ、前記第２レーザ発振器５からのレーザビームを集光レンズ３２により前記光ファイバ２８の入射端面に集光させ、前記第３レーザ発振器６からのレーザビームを集光レンズ３３により前記光ファイバ２９の入射端面に集光させ、前記光ファイバ２７，２８，２９により前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６によって射出されるレーザビームを重畳させる様にしたものである。即ち、前記光ファイバ２７，２８，２９の射出端部を所要長さに亘って溶着したものであり、溶着により一体化した射出端を前記ビームミキシング光ファイバ２３の入射端に結合させたものである。
【００３６】
図４に示す第４の実施の形態では、前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６のレーザビーム７，８，９の射出強度を制御する様にしたものである。
【００３７】
前記ビームミキシング光ファイバ２３の入射端面に臨接させ、光検出器３５を設け、該光検出器３５からの検出信号を出力制御部３６にフィードバックさせる。
【００３８】
前記レーザビーム７，８，９が前記ビームミキシング光ファイバ２３に入射する際の反射光（散乱光を含む）を前記光検出器３５により検出し、検出信号を基に前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６の出力を制御する。
【００３９】
前記レーザビーム７，８，９の出力を個々に調整する場合は、該レーザビーム７，８，９を個々に前記ビームミキシング光ファイバ２３に入射させ、対応する前記第１レーザ発振器４、第２レーザ発振器５、第３レーザ発振器６を制御すればよい。
【００４０】
尚、前記レーザビーム７，８，９の品質を調整する手段として前記ビームミキシング光ファイバ２３を用いたが、光導波路を使用してもよい。
【００４１】
又、前記レーザ光源ユニット１０が少なくとも青、緑、赤のレーザビームを発する様にし、本発明に係るレーザ装置をレーザディスプレイ用の光源として用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、複数のレーザビーム発光源と、該レーザビーム発光源から発せられるレーザビームを重畳させる合波手段と、該合波手段からのレーザビームが入射されるビームミキシング手段とを少なくとも具備するので、レーザ装置から射出される複数のレーザビームは同一光軸上に重畳され、照射点で光強度分布斑が発生しない。
【００４３】
又、本発明では前記レーザビーム発光源、合波手段、ビームミキシング手段は一体的に構成され、光コネクタを介して医療機械に着脱可能であるので、最適な状態のレーザビームを簡単に医療機械で使用することができる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
【図６】医療機械の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
２伝播用光ファイバ
３光コネクタ
４第１レーザ発振器
５第２レーザ発振器
６第３レーザ発振器
７，８，９レーザビーム
１１合波装置
１２第１合波器
１３第２合波器
２３ビームミキシング光ファイバ
２５集光レンズ
２６合波装置
２７光ファイバ
２８光ファイバ
２９光ファイバ
３５光検出器
３６出力制御部

Claims

複数のレーザビーム発光源と、該レーザビーム発光源から発せられるレーザビームを重畳させる合波手段と、該合波手段からのレーザビームが入射され、該レーザビームを内部で多重反射させる光ファイバを用いたビームミキシング手段と、該ビームミキシング手段から射出されるレーザビームを集光して伝播用光ファイバに入射させる集光レンズとを少なくとも具備し、前記ビームミキシング手段はレーザビームの品質のパラメータ（πＷ・Θ／λ）が８≦（πＷ・Θ／λ）≦２２となる様に射出することを特徴とする医療機械のレーザ装置。
但し、Ｗ：レーザビームのビームウエスト、Θ：広がり角、λ：レーザビームの波長とする。
前記ビームミキシング手段である光ファイバの開口数ＮＡ1 と該光ファイバのコア径Ｄ1 の積Ｋ1 は、前記伝播用光ファイバの開口数ＮＡ2 と該伝播用光ファイバのコア径Ｄ2 の積Ｋ2 に対し、Ｋ1 ≦Ｋ2 となる様に構成された請求項１の医療機械のレーザ装置。
複数のレーザビームは波長が異なり、前記合波手段は波長を選択して透過し、透過波長以外を反射する光学部材を有する請求項１の医療機械のレーザ装置。
複数のレーザビームは偏光方向が異なり、前記合波手段は偏光板を有する請求項１の医療機械のレーザ装置。
前記合波手段は複数のレーザビームが入射され、該複数のレーザビームと平行な光軸を有する集光レンズを具備する請求項１の医療機械のレーザ装置。
前記合波手段はレーザビームが個々に入射される複数の光ファイバを有し、該光ファイバは出力端部が溶着されて一体化された請求項１の医療機械のレーザ装置。
前記ビームミキシング手段の入射端での反射光を検出する光検出器を具備し、該光検出器が検出結果に基づき前記レーザビーム発光源のレーザビーム発光を制御する請求項１の医療機械のレーザ装置。
前記レーザビーム発光源、合波手段、ビームミキシング手段は一体的に構成され、光コネクタを介して医療機械に着脱可能である請求項１の医療機械のレーザ装置。