JPS58185146A - 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】 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。

近年、生体組成の蒸散や切開には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、との導光路装置にょ３べ一゛ り前記赤外レーザー光を手術部位に導びくようにしてい
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ＫＲＩ−５等の７・ロゲン化物
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いるミラー関
節型の導光路装置により導び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１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−Ｎｅ　レーサー等により表示する必要がある
。そして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光（以下１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に行なうことができる。

しかし前述したような光ファイバーを用いた導光路の場
合はＣＯ２ガスレーザー等の作業光とＨｅ−Ｎｏレーザ
ー等のガイド光を同時に通すことができる材料はまだ開
発されそいない。そのため作業光を導び〈光ファイバー
とは別に可視光を導び〈光ファイバーを設ける必要があ
るが、その際には以下に述べる２点の問題がある。

第１点として例えばＣＯ２ガスレーザー光の波長は１ｏ
、６μｍであるのに対し、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光の波長
は０．６μｍであり１桁も波長が短いためレンズの屈折
率が異なり、焦点距離が異なる。しだがってもし作業光
とガイド光のファイバー出射端を揃え、再光を単レンズ
で集光するように構成すると、ガイド光の集光結像点が
赤外光の集光結像点よりもレンズ側寄りに位置してしま
う。そこで、この欠点を防止するためにはガイド光用光
ファイバーの出射端を赤外光用光ファイバーの出射端よ
りも突出するように構成すればよいわけだが。

５ペー二゛ このような構成にすると作業用光フアイバー出射端から
送出された赤外光によりガイド用光ファイバーの出射端
が焼損してしまうという欠点を有する。

捷だ第２点として作業光とガイド光の光フアイバー出射
端を単に並設しだのでは、出射位置が同一でないために
レンズでの結像位置が互いに離れてし一４ｒ、正確に集
光点すなわち作業点を表示することができない。

本発明は上記欠点に鑑み、複数のガイド光用光ファイバ
ーを作業光用光ファイバーの外周に設けるとともに、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レーザー加工装置
を提供するものである。

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Ｃ０２
レーザー光線とＨｅ−Ｎｅレーザー先光６ベー ンとの照射制御を行なうレーザー装置本体、２は支柱３
に支持され後述するＣ０２ガスレーザー元線および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
は後述するようにＫｆｔＳ−６を材料とする作業光用光
ファイバーと、石英を材料とするガイド光用ファイバー
とを内部に設けさらにその外部を保護用可撓管により被
覆しである光フアイバーケーブルで、ファイバーコネク
ター６を介して−・ウジング部２に接続されている。乙
は光フアイバーケーブル５を介してハウジング部２より
送出されたＣＯ２ガスレーザー光線オｊ　ヒＨｅ　−Ｎ
ｅ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
持って作業を行なう。

以下、第２図を用いハウジング部２、ファイバーケーブ
ル５．ファイバーコネクタ６およびハンドピース部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７７・−
２−・ 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　−Ｎｅガスレ
ーザー光線の発振管、２Ｃおよび２ｄはノ・ウジング部
２内部に設けられた鏡、２ｅおよび２ｆ［ハウジング部
２内部に設けられたＺｎＳ　ｅを材料とする凸レンズ、
６ａはＫＨ２−５を材料とする光フアイバ−ケーブル６
内部に設けられた作業光用光ファイバーである。６ｂは
メタクリルを材料とする細い複数のファイバーを束とし
たガイド光用光ファイバーで、その出射端近傍では作業
光用光ファイバー５ａを覆うようにして設けられている
。７ａｌｄハンドピ一ス部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。

次に第３図および第４図を用い、ハンドピース部７にお
ける作業光用光ファイバー５ａおよびガイド光月光ファ
イバー６ｂの構成をさらに詳細に説明する。なお、第３
図は第２図のハンドピース部７の部分拡大図、第４図は
同断面図で、第３図。

第４図において、８は熱収縮チューブ９により作業光用
光ファイバー６８に固定されている金属パイプである。

同図から明らかなようにハンドピース部子において複数
のガイド光用光ファイバー５ｂは作業光用光ファイバー
６ａと同軸をなすように金属パイプ８の外周に接着固定
されている。まだ作業光用光ファイバー６ａの出射端は
ガイド光用光ファイバー５ｂよりも突出して設けられて
いる。

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。

ま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１ｏ、６μｍの００２ガスレ
ーザー光線および波長ｏ、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２ｅにより一旦絞られてか
ら作業光用光ファイバー６ａの入射端に入射され、作業
光用光ファイバー５ａを介して、作業光用光ファイバー
６８の出射端から一定の拡がり角をもって出射される。

９７・−０ そして作業光用光ファイバー５ａの出射端から出射され
だＣ０２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　−Ｈｅガスレーザ
ー光線は鏡２ｃ、２ｄを介し凸レンズ２ｆにより一旦絞
られてからガイド光用光ファイバー５ｂの入射端に入射
され、ガイド光用光ファイバー６ｂを介して、ガイド光
用光ファイバー６ｂの出射端から一定の拡がり角をもっ
て出射される。

そして作業光用光ファイバー６ｂの出射端から出射され
たＨｅ　−Ｎｅ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に結像される。また前
述したようにガイド光月光ファイバー５ｂは作業光用光
ファイバー６ａと同軸となるように設けられていること
により。

光軸と直角方向の結像位置も一致する。さらにガイド光
月光ファイバー５ｂのそれぞれの出射端は１０／：、−
： 作業光用光ファイバー５ａの出射端に対し環状になるよ
う配置されているためマクロ的にみてガイド用光ファイ
バー６ｂの出射端外径は作業光月光ファイバー６ａの出
射端よりも大きいが、ガイド光の結像倍率を作業光の結
像倍率を小さく設定しておくことにより焦点Ｐにおける
集光像を作業光の集光像に一致させることができる。

次に第６図を用いて、凸レンズ７ａ、７ｂと光ファイバ
ー５ａ、５ｂの出射端との位置関係について説明する。

第５図に艷いて、６ａ′は作業光用光ファイバー６ａの
出射端、６ｂ′はガイド光用光ファイバー６ｂの出射端
、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。

まず集光用凸しンズ了ａおよび補正用凸レンズ７ｂの材
料をＺｎＳ　ｅとし波長１０．６μｍのｃｏ２　　ガス
レーザー光（作業光）に対する各レンズ７ａ。

７ｂの焦点距離をそれぞれｆ＋　、　ｆ２　　とすれば
、波長０．６μｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光（ガイド光）
に対する各レンズ７ａ、７ｂの焦点距離は約ｏ、５ｓｆ
１゜０．５ｓｆ２とな９．焦点距離はやや短かくなる。

壕だ補正用凸レンズ７ｂのＣＯ２ガスレーザー光に対す
る前焦点位置をＦｌｌ、後焦点位置をＦ１２とすれば、
Ｈｅ−Ｎｅガスレーザー光の前焦点位置および後焦点位
置はそれぞれＦ’Ｎ　＞　Ｆｊ２　　の点となる。また
同様に集光用凸レンズγａのＣ０２カスレーザー光に対
する前焦点位置をＦ２１．後焦点位置をＦ２２とすれば
、Ｈｅ　−Ｎｅガスレーザー光の前焦点位置および後焦
点位置はそれぞれＦ２＋　＋　Ｆ２２　の点となる。

そこでガイド光用光ファイバー５ｂの出射端ｔｓｂの実
像は補正用凸レンズ了すによりＱ点に形成される。この
Ｑ点を前焦点位置Ｆ２１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・り一５ｂの出射端６　ｂ’から出射されたガ
イド光はＰ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ａｌ　、ａ’ｌ　、　ｂｌ
　、ｂ：　、ａ２　。

ｂ２を用いて示すと。

１／／＋１／ｌユ１７ ８、ｂｌ　　　　荀　　　°゛”゛（１）１７　’　＋
　”ｂ２　＝　””’　　　　・・・・・・・・・　（
２）２ となるような関係を有している。

また作業光用光ファイバー６ａの出射端５ａはＦＮの点
よりも補正用凸レンズ７ｂ側に配置さねているため、補
正用凸レンズ７ｂにより虚像がＱ点に形成される。この
虚像を集光用レンズ了ａにより実像としてＰ点に一致さ
せるために１、．１／１ １／（ｂ、＋ｂ１＋　ａ２　）　　　　ｂ２−／ｆ２　
　　・”・＝　　（３）１／ａ１−１／ｂ１−１／ｆ１
・・・・・−（４）を満足させるような位置に作業光用
光ファイバー・、・、１．：・ ５ａの出射端５　’ａを設けている。すなわち先ず第１
．２式よりＪ　、　ｂＨ、＆’２　、　ｂ２を決定し、
第３式よりｂｌを決め、第４式よりａｌを決めればよい
。

１３、−・　７ またガイド光の倍率（ｇ＋　／　”＋　）　Ｘ　（ｂ２
／４１２　）　　と、作業光の倍率（ｂＩ／　ａｌ）　
Ｘ　（ｂ２／　（ｂ１＋ｂ’、　十ａ；　）　）とにそ
れぞれの７．イバーの出射端の外径を掛算し、お互いの
値が等しくなるようにパラメータを定めることにより、
ガイド光および作業光の像の大きさを等しくすることが
できる。

以」二のように本実施例によれば、作業光用光ファイバ
ー６ａの外周に複数のガイド光用ファイバーｓｂを設け
るとともに、各光ファイバーの出射端５ａ、５ｂを補正
用レンズ７ｂの位置に対して考慮して設置することによ
り、ガイド光および作業光の最終集光結像の点Ｐに一致
させることができ、またガイド光および作業光の像の大
きさを一致させることができ、さらに光ファイバー６ａ
の外周に複数のガイド光用光ファイバー５ｂを接着し一
体的に設けていることにより、各党ファイバー５ａ、６
ｂをハンドピース部７にそれぞれ固定する必要がなく、
調整が容易となる。壕だガイド光用光ファイバー５ｂは
作業光用光ファイバー５ａよりも十分に細い光ファイバ
ーを用いている１４べ一〕・ コトニより、光フアイバーケーブル６は最終的に可撓性
のよいものとなる。

なお第３図に示すように作業光用光ファイバー６ａの出
射端５ａはガイド光用光ファイバー６ｂの出射端６ｂ’
よりも突出させたが、作業光用光ファイバー５ａの出射
端５　ａ’は第５図に示すＦ＋を点とＦ１′１点との間
に位置させても作業光およびガイド光の結像点を一致さ
せることができることにより、両党ファイバーの出射端
６ｇ、６≦の端面を一致させてＦＮ点と２１（点との間
に位置させてもよい。

以上のように本発明は作業光用光ファイバーよりも細い
複数のガイド光用光ファイバーを前記作業光用光ファイ
バ〜の出射端と同軸になるように前記作業光用光ファイ
バーの外周に設けるとともに、前記作業光用光ファイバ
ーの出射端を第１の凸レンズの前焦点位置後方となるよ
うに配置し、前記第１の凸レンズにより形成される前記
作業光用光ファイバーの出射端の虚像を第２の凸レンズ
により実像として結像さぜ、丑たガイド光用光）１５ アイバーの出射端を第１の凸レンズのｆｊｉｌｌ焦点位
置前方となるように配置し、前記第１の凸レンズにより
形成される前記ガイド光用光ファイバーの出射端の実像
を第２の凸レンズにより前記作業光用光ファイバーの出
射端の結像と一致させるように構成することにより、作
業光とガイド光との集光点を正確に一致させることがで
き、その工業的価値は犬なるものがある。

【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
外観余１視図、第２図は同要部断面図、第３図はハンド
ピース部における光ファイバーの拡大図、第４図は同断
面図、第５図は光学系の位置関係を説明するだめの図で
ある。 ２ａ・・・・Ｃ０２ガスレーザー光線の発振管、２６・
・・・・Ｈｅ−Ｎｅガスレーザー光線の発振管、５ａ、
。 ・・作業光用光ファイバー、６．ｂ−・・・・・ガイド
光用光ファイバー、７ａ・・・・集光用凸レンズ、７ｂ
・・・・・・補正用凸レンズ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業を行なうだめの作業光を発生する作業光発生
   源と、前記作業光発生源から送出される前記作業光を導
   く作業光用光ファイバーと、前記作業光の作業点を確認
   するだめのガイド光を発生するガイド光発生源と、前記
   ガイド光発生源から送出される前記ガイド光を導くとと
   もに。 前記作業光用光ファイバーの外周に前記作業光用光ファ
   イバーと同軸となるように配設された前記作業光用光フ
   ァイバーよりも細い複数のガイド光用光ファイバーと、
   前記作業光用光ファイバーの出射端が前焦点位置後方と
   なるように。 まだ前記ガイド光用光ファイバーの出射端が前焦点位置
   前方となる位置に設置された第１の凸レンズと、前記第
   １の凸レンズを介して形成される前記作業光用光ファイ
   バーの出射端の虚像が実像として結像するとともに、ま
   た前記第１２ベー−・ の凸レンズを介して形成される前記ガイド光用光ファイ
   バーの出射端の実像が前記作業光用光ファイバーの出射
   端の結像点と一致するように設置された第２の凸レンズ
   とを具備するレーザー加工装置。
2. （２）作業光用光ファイバーの出射端をガイド光用光フ
   ァイバーの出射端よりも突出されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のレーザー加工装置。