(57)【要約】【課題】レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を照射することが可能なレーザー照射装置を提供すること。【解決手段】レーザー照射装置１は、レーザー光源１０と、照明光源５０と、複合型光ファイバー２０と、レーザー光を対象物に照射するように構成された光学系３０であって、対象物に照射された照明光のうち対象物によって反射された光の少なくとも一部を画像用光とするように構成された光学系３０と、画像用光を受光することによって対象物の画像を生成する撮像装置８０と、光学系３０が第１の位置にあるときに撮像装置８０によって生成された対象物の第１の画像と、光学系３０が第２の位置にあるときに撮像装置８０によって生成された対象物の第２の画像とに少なくとも基づいて表示用画像を生成するように構成された画像生成部９０とを備える。【選択図】図1
2020175446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザー照射装置として、レーザー光伝送用光ファイバーと、対象物の観察を行うための画像伝送用光ファイバーとが組み合わされた複合型光ファイバーを用いたレーザー照射装置が存在している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、上述の複合型光ファイバーを備えたレーザー照射装置の場合、複合型光ファイバーの内部中央に、画像伝送に関与しないレーザー光伝送用光ファイバーが組み込まれているため、画像伝送用光ファイバーで得られる画像の中央部分にブランク領域が生じ、レーザー光が対象物に照射される領域および／または照射された領域の状況を確認することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１６０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を照射することが可能なレーザー照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザー照射装置は、対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置であって、前記レーザー照射装置は、前記レーザー光を出射するように構成されたレーザー光源と、前記対象物に照明光を照射するように構成された照明光源と、前記レーザー光源から出射された前記レーザー光を伝送するように構成されたレーザー光伝送用光ファイバーと画像用光を伝送するように構成された画像伝送用光ファイバーとを備える複合型光ファイバーと、前記レーザー光伝送用光ファイバーを介して伝送された前記レーザー光を前記対象物に照射するように構成された光学系であって、前記対象物に照射された前記照明光のうち前記対象物によって反射された光の少なくとも一部を前記画像用光として前記画像伝送用光ファイバーに入射するように構成された光学系と、前記レーザー光が前記対象物に照射される第１の位置と、前記レーザー光が前記対象物に照射されない第２の位置との間で前記光学系を移動させるように構成された光学系駆動部と、前記光学系によって前記画像伝送用光ファイバーに入射され前記画像伝送用光ファイバーによって伝送された前記画像用光を受光することによって前記対象物の画像を生成する撮像装置と、前記光学系が前記第１の位置にあるときに前記撮像装置によって生成された前記対象物の第１の画像と、前記光学系が前記第２の位置にあるときに前記撮像装置によって生成された前記対象物の第２の画像とに少なくとも基づいて表示用画像を生成するように構成された画像生成部と
を備える。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、前記光学系駆動部は、前記対象物に前記レーザー光を照射しないときにのみ前記光学系を移動させるように構成されていてもよい。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、前記レーザー光は、パルス状のレーザー光であってもよい。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、前記光学系駆動部は、前記パルス状のレーザー光のパルスのタイミングに同期して前記光学系を移動させるように構成されていてもよい。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、前記パルス状のレーザー光は、ＱＣＷ（疑似連続発振）レーザー光であってもよい。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、前記画像生成部は、少なくとも前記第１の画像および前記第２の画像中の共通の部分を特定し、前記特定された共通の部分に基づいて少なくとも前記第１の画像および前記第２の画像を重ね合わせることにより、前記表示用画像を生成するように構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の１つの実施形態では、前記レーザー伝送用光ファイバーは、前記複合型光ファイバーの中心に配置されており、前記画像伝送用光ファイバーは、前記レーザー伝送用光ファイバーの周囲でかつ前記レーザー伝送用光ファイバーと同軸に配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の１つの実施形態では、前記画像生成部によって生成された前記表示用画像を表示する表示部をさらに備えていてもよい。
【００１４】
本発明の１つの実施形態では、前記レーザー照射装置は、前記対象物に対して加工を行う装置であってもよい。
【００１５】
本発明の１つの実施形態では、前記レーザー照射装置は、前記対象物に対して治療を行う装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を照射することが可能なレーザー照射装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザー照射装置１の構成の一例を示す図。
【図２】複合型光ファイバー２０の断面構造の一例を示す図。
【図３】（ａ）は、光学系３０が第１の位置にあるときの画像用光の経路および光学系３０が第１の位置にあるときのレーザー光の経路の一例を示す図、（ｂ）は、光学系３０が第１の位置にあるときに撮像される対象物の第１の画像の一例を示す図。
【図４】（ａ）は、光学系３０が第２の位置にあるときの画像用光の経路の一例を示す図、（ｂ）は、光学系３０が第２の位置にあるときに撮像される対象物の第２の画像の一例を示す図。
【図５】画像生成部９０によって生成される表示用画像の一例を示す図。
【図６】画像生成部９０によって生成される表示用画像の他の一例を示す図。
【図７】レーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングおよび光学系駆動部４０のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
１．レーザー照射装置の基本的な構成
本発明は、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を照射することが可能なレーザー照射装置を実現する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザー照射装置１の構成の一例を示す。
【００２１】
レーザー照射装置１は、レーザー光を出射するように構成されたレーザー光源１０と、レーザー光源１０から出射されたレーザー光を伝送するように構成されたレーザー光伝送用光ファイバー２１と画像用光を伝送するように構成された画像伝送用光ファイバー２２とを備える複合型光ファイバー２０と、レーザー光伝送用光ファイバー２１を介して伝送されたレーザー光を対象物Ａに照射するように構成された光学系３０とを含む。
【００２２】
レーザー照射装置１によるレーザー光の対象物Ａへの照射は、レーザー光源１０から出射されたレーザー光が、波長フィルタ７０を介して複合型光ファイバー２０のレーザー光伝送用光ファイバー２１を通って、光学系３０を介して対象物Ａに照射されることによって達成される。図１に示される実線矢印は、レーザー光源１０から出射されたレーザー光が対象物Ａに照射されるまでの経路の一例を示す。
【００２３】
レーザー照射装置１は、対象物Ａに照明光を照射するように構成された照明光源５０をさらに含む。
【００２４】
レーザー照射装置１による照明光の対象物Ａへの照射は、照明光源５０から出射された照明光が、照明用光ファイバー６０から対象物Ａに向けて照射されることによって達成される。図１に示される右向きの破線矢印は、照明光源５０から出射された照明光が対象物Ａに照射されるまでの経路の一例を示す。
【００２５】
レーザー照射装置１の光学系３０は、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部を画像用光として画像伝送用光ファイバー２２に入射するようにさらに構成されている。レーザー照射装置１は、光学系３０によって画像伝送用光ファイバー２２に入射され画像伝送用光ファイバー２２によって伝送された画像用光を受光することによって対象物Ａの画像を生成する撮像装置８０をさらに含む。
【００２６】
レーザー照射装置１による対象物Ａの画像の撮像は、画像用光が、光学系３０を介して複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２を通って、波長フィルタ７０を介して撮像装置８０に入力されることによって達成される。図１に示される左向きの破線矢印は、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部が撮像装置８０に入力されるまでの経路の一例を示す。
【００２７】
図２は、複合型光ファイバー２０の断面構造の一例を示す。図２に示される例では、レーザー光伝送用光ファイバー２１は、コア２１ａと、コア２１ａの周囲にあるクラッド２１ｂとを含む。コア２１ａは、例えば、純粋シリカから形成されている。クラッド２１ｂは、例えば、純粋シリカにフッ素および／またはボロンを添加したものから形成されている。図２に示される例では、画像伝送用光ファイバー２２は、複数のコア２２ａと、複数のコア２２ａの周囲にあるクラッド２２ｂとを含む。複数のコア２２ａのそれぞれは、例えば、純粋シリカから形成されている。クラッド２２ｂは、例えば、純粋シリカにフッ素および／またはボロンを添加したものから形成されている。図２に示される例では、画像伝送用光ファイバー２２は、多数のコア２２ａが共通のクラッド２２ｂにより一体化されて、多数の島状のコア２２ａと、これらの周囲に連続して形成された海状のクラッド２２ｂとからなる海島構造をなしているものの場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、画像伝送用光ファイバー２２は、１つのコア２２ａに１つのクラッド２２ｂを備えた小径の光ファイバーを多数束ねたものであってもよい。
【００２８】
図１を再び参照して、レーザー照射装置１は、レーザー光が対象物Ａに照射される第１の位置と、レーザー光が対象物Ａに照射されない第２の位置との間で光学系３０を移動させるように構成された光学系駆動部４０をさらに含む。
【００２９】
光学系駆動部４０の駆動により、光学系３０が第１の位置と第２の位置との間で移動する。これにより、撮像装置８０によって撮像される対象物Ａの画像の撮像領域を変化させることが可能である。
【００３０】
以下、図３、図４を参照して、光学系３０が第１の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第１の画像および光学系３０が第２の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第２の画像について説明する。なお、図３、図４では、対象物Ａが第１の部分Ａ１と第２の部分Ａ２とに分割されている場合を例にとり説明するが、本発明はこの例に限定されない。第１の部分Ａ１は対象物Ａのうち、接合部Ｗよりも上側の部分を示している。第２の部分Ａ２は対象物Ａのうち、接合部Ｗよりも下側の部分を示している。対象物Ａが対象物の第１の部分Ａ１と対象物の第２の部分Ａ２とに分割されている例を説明する理由は、光学系３０が第１の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第１の画像の撮像領域と光学系３０が第２の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第２の画像の撮像領域とが異なることを明確にするためという説明上の理由である。従って、本発明が、対象物Ａが対象物の第１の部分Ａ１と対象物の第２の部分Ａ２とに分割されていない場合も包含することは明らかである。
【００３１】
図３（ａ）は、光学系３０が第１の位置にあるときの画像用光の経路および光学系３０が第１の位置にあるときのレーザー光の経路の一例を示す。図３（ｂ）は、光学系３０が第１の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第１の画像の一例を示す。
【００３２】
図３（ａ）に示されるように、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部は、画像用光として、第１の位置の光学系３０を介して、複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２に入射される。画像伝送用光ファイバー２２に入射された画像用光は、画像伝送用光ファイバー２２を介して、撮像装置８０に入力され、撮像装置８０によって第１の画像として撮像される。図３（ａ）に示される点線矢印は、画像用光が対象物Ａから第１の位置の光学系３０を介して画像伝送用光ファイバー２２に伝送されるまでの経路の一例を示す。図３（ａ）に示される実線矢印は、レーザー光が対象物Ａに照射されるまでの経路の一例を示す。
【００３３】
図３（ｂ）に示されるように、第１の画像の中央には、レーザー光伝送用光ファイバー２１が存在するために撮像装置８０によって撮像されない領域が存在する。この撮像されない領域をブランク領域という。図３（ｂ）において、Ｗは、対象物Ａの第１の部分Ａ１と対象物Ａの第２の部分Ａ２との接合部（溶接ライン）を示す。ここで、レーザー光は、接合部Ｗに向けて照射されることにより、対象物Ａの第１の部分Ａ１と対象物Ａの第２の部分Ａ２との接合部Ｗの溶接を行うものとする。さらに、接合部Ｗに向けて照射されるレーザー光の領域を接合部Ｗに沿って移動させることによって、接合部Ｗ全体にわたり溶接を行うものとする。
【００３４】
第１の画像が、レーザー光が照射される前に撮像されるものの場合、第１の画像のブランク領域の中に、レーザー光が照射される領域が含まれる。また、第１の画像が、レーザー光が照射された後に撮像されるものの場合、第１の画像の中のブランク領域の中にレーザー光が照射された領域が含まれることになる。このため、第１の画像を確認したとしても、レーザー光が接合部Ｗ上に照射されるのかおよび／または照射されたのかを確認することができない。
【００３５】
図４（ａ）は、光学系３０が第２の位置にあるときの画像用光の経路の一例を示す。図４（ｂ）は、光学系３０が第２の位置にあるときに撮像される対象物Ａの第２の画像の一例を示す。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部は、画像用光として、第２の位置の光学系３０を介して、複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２に入射される。画像伝送用光ファイバー２２に入射された画像用光は、画像伝送用光ファイバー２２を介して、撮像装置８０に入力され、撮像装置８０によって第２の画像として撮像される。図４（ａ）に示される点線矢印は、画像用光が対象物Ａから第２の位置の光学系３０を介して画像伝送用光ファイバー２２に伝送されるまでの経路の一例を示す。図４（ａ）に示される実線矢印は、光学系３０の第１の位置からの移動方向を示す。
【００３７】
図４（ｂ）に示されるように、第２の画像の中央には、レーザー光伝送用光ファイバー２１が存在するために撮像装置８０によって撮像されない領域が存在する。この撮像されない領域をブランク領域という。図４（ｂ）において、Ｗは、対象物Ａの第１の部分Ａ１と対象物Ａの第２の部分Ａ２との接合部（溶接ライン）を示す。ここで、レーザー光は、接合部Ｗに向けて照射され、対象物Ａの第１の部分Ａ１と対象物Ａの第２の部分Ａ２との接合部Ｗの溶接を行うものとする。さらに、接合部Ｗに向けて照射されるレーザー光の領域を接合部Ｗに沿って移動させることによって、接合部Ｗ全体を溶接するものとする。レーザー光が照射される前に撮像される第２の画像の場合、第２の画像のブランク領域の中に、レーザー光が照射される領域が含まれることはない。また、レーザー光が照射された後に撮像される第２の画像の場合、第２の画像のブランク領域の中に、レーザー光が照射された領域が含まれることはない。このため、第２の画像を確認することによって、レーザー光が接合部Ｗ上に照射されるのかおよび／または照射されたのかを確認することができる。
【００３８】
図１を再び参照して、レーザー照射装置１は、撮像装置８０によって撮像される複数の画像（例えば、図３（ｂ）に示される第１の画像および図４（ｂ）に示される第２の画像）に基づいて表示用画像を生成する画像生成部９０を備えている。画像生成部９０は、レーザー光が照射される光学系３０が第１の位置にあるときに撮像される第１の画像と、レーザー光が照射されない光学系３０が第２の位置にあるときに撮像される第２の画像とに少なくとも基づいて表示用画像を生成する。
【００３９】
図５は、画像生成部９０によって生成される表示用画像の一例を示す。
【００４０】
表示用画像Ｉａ＋ｂは、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとに少なくとも基づいて生成される。図５に示される例では、表示用画像Ｉａ＋ｂは、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとを重ね合わせることによって得られるが、これに限定されない。第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとに少なくとも基づいて生成される限り、表示用画像Ｉａ＋ｂは任意の態様で生成されることが可能である。
【００４１】
ここで、第１の画像Ｉａは、図３（ｂ）に示される第１の画像と同じものであるが、後述する説明の都合上、符号Ｓで示される部分を太く表示している。第２の画像Ｉｂは、図４（ｂ）に示される第２の画像と同じものであるが、後述する説明の都合上、符号Ｓで示される部分を太く表示している。なお、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとは、互いに異なる時刻に撮像された画像である。第１の画像Ｉａが第２の画像Ｉｂよりも時間的に前に撮像された画像であり、第２の画像Ｉｂが第１の画像Ｉａよりも時間的に後に撮像された画像である。
【００４２】
第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとを重ね合わせる際の基準としては、任意の基準を採用することが可能である。例えば、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとの間で共通の部分（図５において符号Ｓで示される部分）である接合部Ｗのエッジ部を基準として用いることが可能である。接合部Ｗのエッジ部とは、対象物Ａの第１の部分Ａ１のうち第２の部分Ａ２に対向する側面および／または対象物Ａの第２の部分Ａ２のうち第１の部分Ａ１に対向する側面のことである。接合部Ｗのエッジ部は、場所により大きさや形状が異なる特徴点（うねりや微小な凹凸）を有している。したがって、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとを比較することにより、接合部Ｗのエッジ部が有する特徴点のうち両方の画像に存在する特徴点を抽出し、その特徴点を共通の部分と特定することが可能である。この場合、表示用画像Ｉａ＋ｂを生成することは、共通の部分Ｓを特定することと、共通の部分Ｓを基準として第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとを重ね合わせることによって達成される。これにより、表示用画像Ｉａ＋ｂは、第１の画像Ｉａよりも図５に示される領域Ｍの分だけ広い領域を有することになる。
【００４３】
図５に示される表示用画像Ｉａ＋ｂから理解されるように、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとを重ね合わせることによって、第１の画像Ｉａにおいて存在したブランク領域（図５の下側の点線円）と第２の画像Ｉｂにおいて存在したブランク領域（図５の上側の点線円）とを相互に補うことによって、表示用画像Ｉａ＋ｂから両方のブランク領域をなくすことが可能である。これにより、第１の画像Ｉａの全領域および第２の画像Ｉｂの全領域を確認することが可能である。
【００４４】
このように、画像生成部９０によって生成された表示用画像Ｉａ＋ｂを用いて、第１の画像Ｉａでは確認できなかったレーザー光が照射される領域および／または照射された領域を確認することが可能である。これにより、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながら、レーザー光を対象物Ａに照射することが可能である。さらに、第１の画像と第２の画像とを重ね合わせることにより視野が拡がるため、レーザー光が照射される位置および／または照射された位置をさらに正確かつ容易に確認することが可能である。
【００４５】
次に、図６を参照して、本発明の画像生成部９０によって生成される他の表示用画像を説明する。
【００４６】
図６は、画像生成部９０によって生成される表示用画像の他の一例を示す。図６に示される例では、レーザー光が照射される対象物ＡがＢという文字からなる模様を有し、Ｂの文字を形づける線のうち中央に位置する線に向けてレーザー光を照射するものとして説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｂの文字の他の部分、他の文字、曲線など様々な模様に向けてレーザー光を照射する場合も包含されることは明らかである。
【００４７】
図６に示す例では、第１の画像Ｉ’ａと第２の画像Ｉ’ｂとを重ね合わせる際の基準として、第１の画像Ｉａと第２の画像Ｉｂとの間で共通の部分（図６において符号Ｓ’で示される部分）を基準として用いることが可能である。
【００４８】
図６に示される表示用画像Ｉ’ａ＋ｂから理解されるように、第１の画像Ｉ’ａと第２の画像Ｉ’ｂとを重ね合わせることによって、第１の画像Ｉ’ａにおいて存在したブランク領域（図６の下側の点線円）と第２の画像Ｉ’ｂにおいて存在したブランク領域（図６の上側の点線円）とを相互に補うことによって、表示用画像Ｉ’ａ＋ｂから両方のブランク領域をなくすことが可能である。これにより、図５で示された例と同様の効果を奏することが可能である。
【００４９】
２．レーザー照射装置の構成要素の詳細な説明
図１を再び参照して、レーザー照射装置１の構成要素を詳細に説明する。
【００５０】
〔レーザー光源１０〕
レーザー光源１０は、レーザー光を出射するように構成されている。レーザー光源１０により出射されるレーザー光の波長、レーザー光源１０の種類はいずれも、任意であるが、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。レーザー光源１０により出射されるレーザー光の波長は、例えば、可視域から近赤外域までの波長範囲内の波長である。
【００５１】
レーザー照射装置１を溶接などの加工に用いる場合には、レーザー照射装置１として、例えばＹＡＧレーザーや高出力のファイバーレーザーを用いてもよい。レーザー照射装置１をＰＤＴなどの治療に用いる場合には、レーザー照射装置１として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いてもよい。レーザー光源１０として、例えば、アルゴンレーザー、色素レーザー、Ｈｏ：ＹＡＧレーザーなどの光源を用いてもよい。レーザー光源１０は、パルス状のレーザー光を発振するレーザー光源であってもよいし、疑似的に連続発振するパルス状のレーザー光を発振するＱＣＷレーザー光源であってもよいし、レーザー光を連続発振するＣＷレーザー光源であってもよい。
【００５２】
パルス状のレーザー光を照射する場合、パルス状のレーザー光のデューティー比（照射ＯＮ／ＯＦＦ１周期に占める照射ＯＮの時間割合）は、任意であるが、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。例えば、溶接などの加工において加工部の溶損を引き起こす可能性がある場合には冷却時間を増やすために、デューティー比を低くする（照射ＯＦＦの時間を長く）のが好ましい。また、デューティー比を連続的にまたは不連続的に変更してもよい。
【００５３】
パルス状のレーザー光の繰り返し周波数（１秒間に繰り返される照射ＯＮ／ＯＦＦの回数）は、いずれも任意であるが、治療、加工などの照射目的および後述するパルス状のレーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦに同期して光学系を移動させるのに必要な時間に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。また、繰り返し周波数を連続的または不連続的に変更してもよい。
【００５４】
レーザー光の平均出力・ピーク出力は任意であるが、対象物の治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。例えば、溶接などの加工には平均出力３００Ｗ、ピーク出力３ｋＷのものを用いるのが好ましく、ＰＤＴなどの治療には平均出力６０〜１００Ｗのものを用いるのが好ましい。
【００５５】
〔複合型光ファイバー２０〕
複合型光ファイバー２０は、レーザー光伝送用光ファイバー２１と画像伝送用光ファイバー２２とを備えている。図１〜図４に示される実施形態では、複合型光ファイバー２０は、レーザー光伝送光ファイバー２１が複合型光ファイバー２０の中心に配置され、画像伝送用光ファイバー２２がレーザー光伝送用光ファイバー２１の周囲でかつレーザー照射用光ファイバー２１と同軸に配置されている構成である場合として説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザー光伝送用光ファイバー２１が複合型光ファイバー２０の中心に配置されていなくてもよいし、画像伝送用光ファイバー２２がレーザー光伝送用光ファイバー２１の周囲に設けられていなくてもよいし、画像伝送用光ファイバー２２がレーザー照射用光ファイバー２１と同軸に配置されていなくてもよい。
【００５６】
複合型光ファイバー２０の外径、長さは、いずれも任意であるが、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。複合型光ファイバー２０は、例えば、外径が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであり、長さが１ｍ〜数十ｍである。
【００５７】
〔光学系３０〕
光学系３０は、レーザー光伝送用光ファイバー２０を介して伝送されたレーザー光を対象物Ａに照射するように構成されている。光学系３０は、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部を画像用光として画像伝送用光ファイバー２２に入射するようにさらに構成されている。光学系３０は、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましく、例えば、対物レンズおよび／または走査用素子である。また、対物レンズおよび／または走査用素子は、それぞれ１つの光学素子により構成されてもよいし、複数の光学素子により構成されていてもよい。また、図１に示される例では、光学系３０はレーザー光伝送用光ファイバー２１を介して伝送されたレーザー光のみを対象物Ａに照射する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザー光伝送用光ファイバー２１を介して伝送されたレーザー光と画像伝送用光ファイバー２２を介して伝送された照明光とを対象物Ａに照射するようにしてもよい。
【００５８】
〔光学系駆動部４０〕
光学系駆動部４０は、レーザー光が対象物Ａに照射される第１の位置とレーザー光が対象物Ａに照射されない第２の位置との間で光学系３０を移動させるように構成されている。光学系駆動部４０は、光学系３０を構成する少なくとも１つの光学素子を駆動する。光学系３０を移動させる光学系駆動部４０の駆動源は任意であるが、移動時間や移動距離などに応じて適宜選択したものを用いるのが好ましく、例えば、電磁アクチュエータであってもよいし、圧電アクチュエータであってもよいし、サーボモータであってもよい。また、図３、図４に示される例では、光学系駆動部４０によって光学系３０が第１の位置に対して一方側（図３および図４における上方向）にのみ移動する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の位置に対して他方側（図３および図４における下方向）に移動させる場合であってもよいし、一方側と他方側の両方にそれぞれ移動させる場合であっても、三次元方向に移動させる場合であってもよい。一方側および／または他方側に移動させる機構として、シリンダ機構やスライド機構などの公知の機構を用いることが可能である。また、三次元方向に移動させる機構としてカム機構など公知の機構を用いることができる。
【００５９】
光学系駆動部４０は、レーザー光が照射されないときに、第１の位置と第２の位置との間で光学系３０を少なくとも１往復移動させ、かつ、レーザー光が照射されるときには、光学系３０が第１の位置にあるように駆動する。レーザー光が照射されるときには常に光学系３０が第１の位置にあるようにすることにより、レーザー光が照射される領域を所望の照射位置から外れることを防止することが可能となる。レーザー光が照射されるときには、光学系３０は必ず第１の位置に配置する必要があるが、レーザー光が照射されないときは、光学系３０は第１の位置に配置されていてもよいし、第２の位置に配置されていてもよい。
【００６０】
図７は、レーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングおよび光学系駆動部４０のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの一例を示す。
【００６１】
図７に示される例では、レーザー光は、周期が５００ｍｓｅｃであり、かつ、デューティー比が２０％であるパルス状のレーザー光である。図７に示される例では、光学系駆動部４０は、パルス状のレーザー光の照射ＯＦＦのタイミングに同期してＯＮする動作を行っている。光学系駆動部４０がＯＮしている２００ｍｓｅｃの間に、光学系駆動部４０は、光学系３０が第１の位置と第２の位置との間で少なくとも１往復移動させるように光学系３０を駆動する。
【００６２】
なお、図７に示される例では、パルス状のレーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングと光学系駆動部４０のＯＮ／ＯＦＦのタイミングとを説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、パルス状のレーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングに代えて、連続発振するレーザー光において適宜行う照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングを用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、図７に示される例では、光学系駆動部４０のＯＮのタイミングをパルス状のレーザー光の照射ＯＦＦに同期して行う場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光学系駆動部４０のＯＮのタイミングをパルス状のレーザー光の照射ＯＮのタイミングに同期して行うようにしてもよいし、光学系駆動部４０のＯＮのタイミングをパルス状のレーザー光の照射ＯＮ／ＯＦＦのタイミングに同期して行わないようにしてもよい。
【００６４】
さらに、図７に示される例では、パルス状のレーザー光のデューティー比、光学系駆動部４０の駆動時間および駆動時間間隔を具体的な値を用いて説明したが、本発明はこれらの値に限定されない。例えば、パルス状のレーザー光のデューティー比、光学系駆動部４０の駆動時間および駆動時間間隔を治療、加工などの照射目的などに応じて適切な値に調整することが可能である。
【００６５】
〔照明光源５０〕
照明光源５０は、対象物Ａに照明光を照射するように構成されている。照明光源５０の種類は任意であるが、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。照明光源５０は、例えば、青、緑、赤の各色を発光可能なＬＥＤランプであってもよいし、キセノンランプであってもよいし、ハロゲンランプであってもよい。例えば、照明光源５０として青、緑、赤の各色を発光可能なＬＥＤランプを用いることによって、任意の色を発光することが可能である。
【００６６】
〔照明光用光ファイバー６０〕
照明光用光ファイバー６０は、照明光源５０から出射される照明光をレーザー照射装置１の先端近傍まで伝送するように構成されている。図１に示される例は、照明光用光ファイバー６０は、複合型光ファイバー２０の外周を覆うように設けられ、その先端側（図１の右側）が光学系３０の手前に位置し、その後端側（図１の左側）が複合型光ファイバー２０と途中で分岐され、照明光源５０に接続されている場合を示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、照明光用光ファイバーの先端から照射される照明光が対象物に照射される範囲内で、照明光用光ファイバー６０の先端を光学系３０よりも対象物側に位置してもよいし、逆に、照明光用光ファイバー６０の先端を光学系３０に対して対象物側と反対側に位置してもよい。照明光用光ファイバー６０は、治療、加工などの照射目的に応じて適宜選択したものを用いることが好ましい。例えば、照明光用光ファイバー６０として、多成分ガラス光ファイバーを用いることが好ましい。あるいは、照明光用光ファイバー６０として、石英ガラスファイバーやプラスチッククラッドファイバーを用いてもよい。また、図１に示される例は、照明光用光ファイバー６０を複合型光ファイバー２０の周囲を覆うように設けた場合を示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、照明光用光ファイバー６０を複合型光ファイバー２０とは離れた位置などに設けるようにしてもよい。
【００６７】
なお、図１に示される構成において、照明光用光ファイバー６０は必須の構成要素ではない。例えば、複合型光ファイバー２０の画像伝送用光ファイバー２２を介して伝送することによって照明光用光ファイバー６０を省略することが可能である。あるいは、照明光源５０をレーザー照射装置１の先端側（図１の右側）に設け、照明光源５０から直接的に照明光を対象物Ａに照射することによって照明光用光ファイバー６０を省略することが可能である。
【００６８】
〔波長フィルタ７０〕
波長フィルタ７０は、レーザー光源１０から出射されるレーザー光の波長の光を透過し、対象物Ａからの反射光を反射するように構成されている。さらに、波長フィルタ７０は、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部を画像用光として、光学系３０、画像用光ファイバー２２を通った後に受け取り、その画像用光を反射させて撮像装置８０に伝送するように、レーザー光源１０および照明光源５０と複合型光ファイバー２０との間に配置されている。波長フィルタ７０は、例えば、誘電体多層膜を有するダイクロイックビームミラーを用いて構成することが可能である。図１に示される例では、波長フィルタ７０を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長フィルタ７０に代えて、レーザー光源１０と複合型光ファイバー２０とを光学的に接続することを可能にする任意の手段、および／または、複合型光ファイバー２０と撮像装置８０とを光学的に接続することを可能にする任意の手段を用いてもよい。
【００６９】
なお、図１に示される構成において、波長フィルタ７０は必須の構成要素ではない。例えば、複合型光ファイバー２０の後側（図１の左側）において、レーザー光伝送用光ファイバー２１と画像伝送用光ファイバー２２とを分岐させ、レーザー光伝送用光ファイバー２１とレーザー光源１０とを接続し、かつ、画像伝送用光ファイバー２２と撮像装置８０とを接続することにより、波長フィルタ７０を省略することが可能である。
【００７０】
〔撮像装置８０〕
撮像装置８０は、光学系３０によって画像伝送用光ファイバー２２に入射され画像伝送用光ファイバー２２によって伝送された画像用光を受光することによって対象物Ａの画像を生成するように構成されている。撮像装置８０は、例えば、ＣＣＤなどの固体撮像素子を有する二次元カメラであってもよいし、三次元カメラであってもよい。このＣＣＤは、カラーＣＣＤでもよいし、白黒ＣＣＤであってもよい。撮像装置８０のフレームレート（一秒当たりの撮像枚数）は、通常の撮像装置で採用されるＮＴＳＣ方式の一秒当たり３０枚とすることが好ましい。しかし、本発明は、これに限定されない。例えば、より滑らかな画像が必要な場合は、フレームレートを６０枚や１２０枚に高くするなど状況に応じて任意のフレームレートを使用することが可能である。
【００７１】
〔画像生成部９０〕
画像生成部９０は、撮像装置８０によって撮像された第１の画像と第２の画像とに少なくとも基づいて表示用画像を生成するように構成されている。
【００７２】
図５、図６に示される例では、重ね合わせの対象となる画像が１枚の第１の画像と１枚の第２の画像との２枚である場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、任意の枚数の画像を重ね合わせることも可能であり、例えば、複数の第１の画像と複数の第２の画像とを重ね合わせるようにしてもよい。
【００７３】
さらに、複数の画像を重ね合わせる処理において、時間的に連続している複数の画像を重ね合わせるようにしてもよいし、時間的に連続していないいくつかの画像（例えば、時間的に連続している複数の画像から選択されたいくつかの画像）を重ね合わせるようにしてもよい。
【００７４】
さらに、複数の画像を重ね合わせる処理において、レーザー光を照射しているときの第１の画像は、照射した際に発生する高強度の光によるハレーションを起こして画像を重ね合わせる際の基準となる共通の部分が特定できない場合がある。この場合には、ハレーションを起こした画像を重ね合わせに用いることなく、その前後で共通の部分が確認できる画像を重ね合わせに用いるようにしてもよい。
【００７５】
また、時間的に前後する第１の画像と第２の画像とを重ね合わせる際の時間間隔も任意に設定することが可能である。
【００７６】
図５に示される例では、複数の画像を重ね合わせる際の基準である共通の部分として接合部Ｗのエッジ部を用いる場合、図６に示される例では、複数の画像を重ね合わせる際の基準である共通の部分として対象物に存在する文字などの模様を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、共通の部分として、治療を行う対象物に存在する病変部や加工を行う対象物に存在する孔や突起部など任意の部分を適宜選択することが可能である。これらの共通の部分の抽出は公知の画像認識手法（パターンマッチング）を用いて行うことが可能であるのでその詳細は省略する。
【００７７】
図５、図６に示される例では、第１の画像を第２の画像よりも時間的に前の画像とし、第２の画像を第１の画像よりも時間的に後の画像としたが、本発明は、これに限定されない。例えば、第１の画像を第２の画像よりも時間的に後の画像とし、第２の画像の画像を第１の画像よりも時間的に前の画像としてもよい。
【００７８】
図５、図６に示される例では、複数の画像を重ね合わせる際の基準を複数の画像に共通の部分であるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＧＰＳや加速度センサなど位置検出センサによって光学系の位置を検出し、検出された位置を基準に複数の画像を重ね合わせるようにしてもよい。図５、図６に示される例では、第１の画像と第２の画像との重ね合わせにより、視野が拡がる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の画像の撮像領域を超えない範囲で第２の画像を重ね合わせるようにしてもよい。
【００７９】
〔表示部１００〕
表示部１００は、画像生成部９０によって生成された表示用画像を表示するように構成されている。例えば、表示部１０は、ＣＲＴモニターであってもよいし、液晶モニターであってもよいし、有機ＥＬモニターであってもよい。また、表示部１０は、白黒モニターであってもよいし、カラーモニターであってもよい。表示部１００に表示用画像を表示することにより、レーザー照射装置１の操作者は、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認することが可能である。これにより、所望の照射位置にレーザー光を正確に照射することが可能である。
【００８０】
なお、図１に示される構成において、表示部１００は必須の構成要素ではない。例えば、表示部１００をレーザー照射装置１の一部として実装する代わりに、表示部１００をレーザー照射装置１の外部にある表示装置として実装することも可能である。この場合には、表示装置とレーザー照射装置１とを任意の手段で接続することにより、表示装置を表示部１００に等価なものとして機能させることが可能である。従って、表示部１００を省略することが可能である。あるいは、画像生成部９０によって生成された表示用画像に基づいてロボットなどがレーザー光の照射される領域および／または照射された領域の状況を確認する場合には、表示用画像を表示する必要がない。従って、表示部１００を省略することが可能である。
【００８１】
また、図１〜図４に示される実施形態では、対象物Ａに照射された照明光のうち対象物Ａによって反射された光の少なくとも一部を画像用光として用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、画像用光は、レーザー光が対象物Ａに照射されることによって対象物Ａが加熱されて発する光を含んでいてもよい。
【００８２】
レーザー照射装置１は、対象物Ａに対して加工を行う装置（例えば、対象物Ａに対して溶接、切断、切削、穴あけなどを行う装置）であってもよいし、対象物Ａに対して治療を行う装置（例えば、ＰＤＴや焼灼などを行う装置）であってもよい。
【００８３】
３．レーザー照射装置によって達成される主な効果
上述したように、レーザー照射装置１によれば、レーザー光が照射される第１の位置にあるときに撮像された第１の画像と、レーザー光が照射されない第２の位置にあるときに撮像された第２の画像とを重ね合わせることにより、第１の画像では確認できなかったレーザー光が照射される領域および／または照射された領域を確認することが可能である。これにより、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を所望の照射位置に正確に照射することが可能である。また、複数の画像の重ね合わせにより、視野が拡がるため、レーザー光が照射される位置および／または照射された位置をさらに正確かつ容易に確認することが可能となる。
【００８４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ、その範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、レーザー光が照射される領域および／または照射された領域の状況を確認しながらレーザー光を照射することが可能なレーザー照射装置等を提供するものとして有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１      レーザー照射装置
１０    レーザー光源
２０    複合型光ファイバー
２１    レーザー光伝送用光ファイバー
２２    画像伝送用光ファイバー
３０    光学系
４０    光学系駆動部
５０    照明光源
６０    照明光用光ファイバー
７０    波長フィルタ
８０    撮像装置
９０    画像生成部
１００    表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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