JPS5857767A

JPS5857767A - レ−ザ装置

Info

Publication number: JPS5857767A
Application number: JP56157243A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Ishiwatari; 石渡　裕政
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1983-04-06
Also published as: JPS6259918B2

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】本発明はレーザ装置の中でも特に光伝送ファイバラ用い
るものに関し、その目的とするところは光伝送ファイバ
の折損や溶解を確実Ｉζ検出してレーザの発振を停止さ
せて、安全を確保するこきにある。

光伝送ファイバを用いるレーザ装置として外科用レーザ
メス装置を挙げることができる。波長１０６μ（１（７
）（Ｑ、レーザを光源とするレーザメス装置では、レー
ザ光を手術部位に導く方法として２ｍＭの方法がある。

その−っはξラー関ｊ［Ｉ５型と外し、Ｆ！！ＩＬ数の
ミラーを用いてレーザ光を任趣の位置。

方向に導く方法であり、もう一つの方法は細く可撓性に
富んだ光ファイバの中にレーザ光を通して任意の位置、
方向に導く方法である。

通常の光通信に用いられる石英を主材料とする光ファイ
バは、可撓性に非常に富んでおり、また可視光から近赤
外域の１．〜！！牌位までは低損失で光を伝送できる。

しかし外科用レーザメスの光源として用いられる波長１
０．６μ　のＣＯ□レーザ光は殆んど通さない、そのた
め％Ｃｏｔレーザメス用の光ファイバとしては波長ＩＱ
、６Ｐｍ　　に対する光透過特性の比較的良好な材料、
例えばブロムヨウ化タリウム（一般にＫＲＳ　−６と秤
ばれる）をファイバ状に加工して用いられる。しかしこ
のＫＲＳ　−５の光ファイバは多結晶構造を有す為ため
に脆く、ある曲率以上に曲げると折れると云う欠点があ
る。

−例として直径１ｍのＫＲＳ−５の光ファイバの場合に
は曲率半径約１鯛が限界であり、これ以上に曲げると折
れてしまう、このため光ファイバを曲率制限型の外被で
覆い、ある曲率までは殆んど抵抗なく自由に曲げられる
が、一定の１亭以上には曲がらないようにして用い、安
全性がｉ１１保されているのが現状である。しかし、万
一使用中に光ファイバが途中で折れた場合には、破断面
が多結晶であるために滑らかにならず、破！ｌｒ面での
光の吸収が著しく増加し、破断面の温度か上昇して、つ
いには破断面の溶解が生じる。ＫＲＳ−６の溶解する温
度は約８５０°Ｃであり、破断面周囲の温度も上昇し、
放っておくと外被にまで影魯がおよび、危険な状態にな
る。また、もしも光ファイバの破断が原因となってレー
ザ光が光ファイバの外被から外へ直接用るような事が生
じると危険は更に高まる。

このような事態になることを避けるために光ファイバの
温度を測定して、温度上昇が検出された場合に直ちにレ
ーザの発振を停止させるよう制卸する仁とが４えられる
。光ファイバの湿度を検出する具体例としては、湿度に
よって一気抵抗が変化する樹脂テープまたはフィルムを
光ファイバの周囲に巻く方法などが考えられる。しかし
この方法の場８−基こは、保存中に何らかの原因で光フ
ァイバが折れてもレーザ光を通してみるまでは破断を検
出できないと云う欠点がある。またＫＲＳ　−５０〕光
フアイバは前述のように折れＪ６＜、脆＆Ａσ〕で、電
気抵抗が温度によって変化する前記６ｄ＊テープやフィ
ルムを光ファイバの周囲にｍ着して巻くことは技術的に
困難である７と同時に、上記のようにして巻いた樹脂テ
ープまたはフィルムの一部分の電気抵抗が変化したとし
ても、樹脂テープまたはフィルムの端部から見た抵抗は
殆んど変化せず。

電気抵抗変化による光ファイバの折損、溶解検出は容易
でない。

そこで本発明はＣ０ｗレーザ光とは異なる波長の第２の
光を用いて破断面の有無を１１こ検出して、上記欠点を
回避したものであって、以下本発明の一実施例としてレ
ーザメス装置の場合を鉤に挙げて図面に基づいて説明す
る、（１）は錫ｌの光源としてのレーザ発振器で、　Ｃ
Ｏｚレーザ光を発生する。

（２）はレーザ発振器（１）からの光ビームを集光する
−１のレンズ、仁の第１のレンズ（２）によって所定の
大赤さに集光された光ビームの位ｗＩｔに光ファイバ（
３）の入射端面（８ａ’Ｐｋ設置してレーザ発振器（す
からの光ビームを有効に光ファイバ（３）に導＜１１（
４）は第２のレンズで、光ファイバ（３）の出射−面（
８ｂ）２＞為う出射された光を集光する。なお、一点鎖
線（５）は説明の便宜のために光ビームの径路を表わし
たものである。（６）は第２の光源、（７）は給３のレ
ンズで、第２の光源（６）からの光を光ファイバー）に
入射させる。（８ンはビームスプリッタで、レーザ発！
＃ｋｉ（１）からの光を殆んど１００％透過させると同
時に、光ファイバ（３）の内部で反射して入射端向（ａ
ａ塵ら＾び出射する石２の光源（６）の光を効率よく反
射させる。

（９）は第４のレンズで、ビームスプリッタ（８）で反
射した光を集光する、ＯＯは第４のレンズ（旬で集光さ
れた光を検出する光検出器、Ｉは信号処理回路、（６）
はレーザ発振器制＃Ｉ４Ｊ回路、に）は表示誓報装−で
ある・次に動作に基づいて構成を詳細に＆明する。

レーザ発振器（１）から出射した光ビームは第１のレン
ズ（２）で集光されて光ファイバ（３）の入射＠向（ａ
ａ）に入射する。光ファイバ（３）の出１１４１ｕ（ａ
ｂＢ。

ら出射される光ビームは、光ファイバ（Ａ）の屈折率や
構造および入射端面（８りにおける入射角などによって
決まる鉱がり角で出射し％第２のレンズ（４）がこの光
ビームを焦点（０）に所定のスポットサイズで集光して
レーザメスとして必要なエネルギー密度が得られる。な
お、■面では説明の便宜上、光ファイバ（コ）は直線状
に書かれているが、光エネルギーｌＯワット〜５０ワッ
トを伝送する光ファイバｅ）は面径１ｗｉ度となり１手
術のための動作をするに充分な可撓性を有し、従って任
意な曲線状を呈している。

光ファイバ（３）の破断を検出する目的のために設けら
れた前記ｔＨ２の光源（６）の波長は、レーザ発振器（
］）の波長とは異なり、かつ光ファイバＣ３）の透過ス
ペクトル特性に合致し、更に光源おＪびこれに対応する
光検出器が容易に入手できる波長に愈はれる１例えば、
１μ前後の波長は光ｉ信でも用いられているため光源お
よび光検出器が容易であり、光ファイバ（３）の材料と
してＫＨ８−６を用いる場合には透過性も比較的良好で
ある。もし、光ファイバ（３）の光透過特性がａＪ組視
光領域まで拡がっていれば、第２の光源（６）として可
視光を用いることもできる。また同様に１μｍ〜１０μ
ｍの波長範囲の光を用いることも可能である。

第８のレンズ（７）の光軸は光ファイバ（３）の光軸に
対しである角度を有するように配設され、この角度は前
記第８の光線（勾からの光が反射するとき。

この反射光が第１のレンズＱ）→ビームスブリフタ（慕
）→第４のレンズ（９ンを通って光検出器ＱＯに入射し
ないような角度でなければならない、云いかえると、光
ファイバ（３）の入射端面（ａ鳳）で反射す石前記ｔＨ
２の光源（６）からの光が光検出！ｋＪに入射しないよ
うに第８のレンズ（７）の光軸が傾けられる。この角度
は前記レーザ光の光束の大きさや％酊記ｆｉＡｌのレン
ズ（２）の焦点距離などによりて変わるが、おおよそ１
０度以上とする必要がある。

ＣＯ□レーザメスに用・いられる光ファイバは、一般に
大きな屈折率を有するため、その入射端面に斜めに入射
される光でも光フアイバ内部へと伝播しえる特赦があり
１本発明はこの性質を効果的に利用している０例えば光
ファイバ０〕の材料としてＫＨ２−５を用いる場合、波
長１／ａｎに対する屈折率は約２．６という大きな値を
示し、光ファイバ０）の開口数はＬＯになる。即ち、入
射端面（８ａ）に殆んど平行に入射される光でも屈折し
て光ファイバ（３）内に入射し、しかも光ファフイバ（
３）内で全反射を繰り返しながら出射端面＜ｓｂ’）−
、伝わって行く。

光ファイバＱ）内に入射された第２の光＆Ｉ　（５７か
らの光は、光ファイバ（３）内を伝擢して出射Ｎｋ（ｓ
ｂ）に達すると、一部は出射−面（ｓｂ）から光ファイ
バ（３）の外部へ出射し、一部は出射端ＦｋＪ（Ｊｌａ
）から反射される。　ｒｔｆ記出射端画端面ｂ）はＣ（
ｈレーザ光を低損失で効率的に４くために波長１０６μ
ｍ　に対して反射防止膜が施されているが、１ａ６μｍ
と丸なる波長の光に対しては反射防止効果が殆んどな（
、叱２の光源（６）からの光は出射端面（８ｂ）で組折
率差によって定まる反射率で　　　−反射するこの値は
ＫＨ２−５の場合、約ＩＴ％であり、前記第２の光源（
６）としてＣＯ，レーザ光のｒ＆民と異なる波長に選ば
れたのはこのためである。

光ファイバ（３）の出射端面（ｌｂ）で反射した前記第
２の光源（６）からの光は、光ファイバ（３）の内部を
入射−面（８ａ）に向って逆方向に進行し、入射端面（
１１！１）から光ファイバ０）の外部に出射され、１１
記第１のレンズ（２）を逆方向に通ってビームスプリッ
タ（８）に入射する。ビームスプリッタ−）はＧｅ　、
　Ｚｏｎｅ。

またはＣｄＴｅ　　などの材料による平行平向板の表面
にＣ（ｈレーザ光に対する反射防止膜を〜施したものを
用いるか、または前記レーザ光が偏光している場合には
同様の材料から成る平行平面板を前記レーザ光に対して
ブリュースター角となるよう配設される。

光ファイバ（３ンの入射端面（Ｊｌａ）Ｊζも出射端＆
　（８ｂ）と同様に波長１０．６μｍに対する反射防止
膜が施されているが、一部のＣＯ冨レしザ先は入射＠ｔ
ｈＩ（８ａ）で反射して再び光路を逆に進んでビームス
プリンタ（＋１）に入射するが、該ビームスプリフタ（
８）では、この光に対しても前記反射防止膜が効果的゛
・に作用するか、又はブリュースター角が効果的に作用
するため、殆んど１００％透−して反射されない、従っ
て、ビームスプリフタ（２）で反射した光の中にはＣｏ
ｔレーザ光は殆んど含まれておらず、鮪記光ファイバ（
ｓ）内で反射して入射端面（ｌｈ）から出射した前記ｆ
ｌｉｔの光源（６）からの光だけである。ｔｔｕＩｌｔ
！＠ｚの光＠　（ｌＢ）の波長としてＣヘレーザ光の波
長と異なる波長が選ばれたもう一つの理由はこのためで
ある。しかし、光検出器（２）の前にＣ０ル−ザ光をカ
ットするフィルタ〔図示せず〕を入れておく方が好まし
い。

ビームスプリフタ（ＩＩ）で反射した第２の光源（６）
からの光はＩＩ４のレンズ（９）で光検出′＃ｊｊｌｌ
ＩＧに焦点を結び、該光検出器（至）の出力信号を信号
処理回＃６ｍ１）に入力して必要な信号処理を行い、そ
の結果を用いてレーザ発振器制御回路（ロ）を駆動しレ
ーザ発振器（１３の出力を制御する。

光ファイバ（３）が何らかの原因によって一部にクラッ
クが入ったり、破断する場合、このクラック又は破断面
は鏡面にならずに乱反射向になるため。

破断面において光の吸収が増大して、錦２の光源（６）
からの光もこの破断面で殆んど吸収されて反射される光
社は非常に少なくなる。その結果、光検出器００に入射
する光鳳が減少するので、信号処理回路α９番こよって
光検出器ＱＩＪのこの出力変化を検出し、レーザ発振器
制御回路四をｌ１１１御してレーザ発振器（１）を停止
させ、同時に表示警報装置（１１を起動させて光ファイ
バ切の破断の発生が直ちに操作名および周囲の人々に報
知される。

このように光ファイバ（３）に破断、＠解が発生すると
、光検出器００を介して直ちに信号処理回路Ｑυがこれ
を検知してレーザ発振器制御回路韓および表示警報装ｍ
ｕを動作させるため、安全を十分に確保できる。

また、レーザメスを用いて手術を行う場合には前記＠２
のレンズ（４）を保持する円筒状ハンドピース〔図示せ
ず〕を握って行うため、このハンドど一部は出来るだけ
Ｉ量で、かっ直径２＠１１程度以下が望ましいが１本発
明では光ファイバ（３）の破断検出ノための第２の光源
（ａ）、［８のレンズ（７）、ビームスプリフタ（８）
、＠４のレンズ（９八光検出器（２）および信号処理回
路Ｏυは全て光ファイバ（３）の入射端１ｈｉ（畠ａ）
ａに配設できるため、前記ハンドピースを軽量で直径２
ａＩＨ１程度以下にすることができる。

なお、上記実施例ではレーザメス使用中の光ファイバ（
３）の破断検出について説明したが、レーザメスを使用
していない場合でも前記第２の先願（６）。

光検出器ｏＱ、信号処理針路（２）および表示警報装置
（至）のみを動作させることによって破断検出を行える
。

以上説明のように本発明のレーザ装置によると。

光ファイバの入射端面側に配設した装置によってレーザ
光線の光伝送路としての前記光ファイバの折損・溶解を
Ｗ１実に検出することができ、この検出によってレーザ
の発振を停止させるため取扱い者ならびに周囲の人の安
全を十分に確保できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のレーザ装置の一実＆鉤のレーザメスの構
成図を示す。（１）−・レーザ発振器〔ｔＩｉｌの光源〕％（２／・
・・第１のレンズ、（３）−光ファイバ　（ｌａ）−入
射１１１ｉ向、（８ｂ）・・・出射端面、（６）・・・
第２の光＆Ｆ１．＋７）・−・錦８のレンズ、（８）・
−・ビームスプリフタ、ＱＯ−・・光検出器％Ｉ・・・
信号処理回路、四・−・レーザ発振器制御回路、Ｏａ−
・・表示警報装置代理人　森本義弘

Claims

【特許請求の範囲】Ｌ　レーザ光を発生するｉ！ｌの光源と、レーザ光を集
束するレンズ・と、レーザ光を伝送する可撓性の光ファ
イバと、前記レーザ光と波長が異なる光を発生する第２
の光源と、第２の光源からの光を前記光ファイバの入射
−面に焦点を結ばせるレンズと、前記光ファイバの出射
端面または破断または溶断個所から反射され再び前記入
射端面から出射する前記Ｉ８２の光源からの光を分岐す
るビームスプリッタと、ビームスブリフタで分岐された
光を検出する光検出器と、この光検出器のａ１号を処理
する信号処理回路と、信号部ｆＭｕ路の出力で前記１Ｉ
ｌｖ光諒の出力をＭｅ！ｌする制御細路と、前記信号処
理回路の信号によって動作する表示警報装置とを設けた
レーザ１１１　　ｌｉｔの光源からのレーザ光は先ファイバの光軸
に一致する方向から入射し、ｓＩ２の光源からの光は光
ファイバの光軸に対して傾いた方向から入射するよう構
成した特許請求の範囲第１項記載のレーザＩＡ＊。８、　ビームスプリフタを、第１の光源からのレーザ光
が偏光している場合にレーザ光の波長に対してブリュー
スター角となるよう配設した特許請求の範囲１ｇ１項記
載のレーザ装置。