(57)【要約】  痛みが少なく小さい穴径の穿刺が可能なレーザユニットを提供すること。レーザユニット（１）は、レーザを照射するレーザロッド（３）と、照射部から照射されるレーザ光を集光するレンズ（７）と、レーザ光が入射する側の面は鏡部、レーザ光が出射する側の面は表面平均粗さＲａの粗部を持つレーザ透過板（９）とを有する。この構成により、レーザ透過板（９）を通過した後のレーザ光は、粗部により散乱することで、皮膚に照射されるレーザ光の強度は、中心に集中しないものとなる。また、レーザ光が粗部を通過するときに衝撃波を発生することで、エネルギが予め放出される。
2009072270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する照射部と、
前記照射部から照射されるレーザ光を集光するためのレンズと、
前記レーザ光の照射光路に、前記レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを配置するレーザユニット。
【請求項２】
前記照射部から照射されるレーザ光の波長が２〜３μｍであり、前記レーザ透過板の一方の面の所定の粗さの平均値Ｒａは０．３μｍ〜１μｍである請求項１記載のレーザユニット。
【請求項３】
前記レーザ透過板のレーザ光の出射側の面において、レーザ光が通過する部分のみもしくはレーザ光が通過する部分を含む一部分を所定の粗さに形成する請求項１記載のレーザユニット。
【請求項４】
前記レーザ透過板の所定の粗さを持つ部分を、被照射物に接触可能にする請求項１記載のレーザユニット。
【請求項５】
前記照射部から照射されるレーザ光の波長が２〜３μｍであり、前記レーザ透過板の厚さ０．１〜０．３ｍｍである請求項１記載のレーザユニット。
【請求項６】
前記レーザ透過板は、ダンパー付き部材で支持される請求項１記載のレーザユニット。
【請求項７】
前記レーザ透過板は、前記レンズと被照射物との間に配置される請求項１記載のレーザユニット。
【請求項８】
前記レーザ透過板は、前記照射部と前記レンズの間に配置される請求項１記載のレーザユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザは加工、医療、計測などの分野で急速に広く使用されている。これらレーザの種類は、固体レーザをはじめ、気体レーザ、ファイバレーザ、自由電子レーザなどがある。また、レーザの発振モードには、連続波（ＣＷ）、パルスモードなどがあり、パルス幅、波長などは任意に設定することができる。【０００３】
このなかで固体レーザについて説明する。固体レーザは、レーザユニット内に備えられた固体レーザロッドに、励起光を照射してレーザ光を取り出す装置である。メイマンが初めてルビーでレーザを発振したのが固体レーザの始まりである。また、イットリウム、アルミニウム、ガーネットの頭文字をとったＹＡＧをロッド母材とする固体レーザが有名である（例えば特許文献１参照）。【０００４】
図１は、従来の固体レーザユニットの断面図である。【０００５】
図１に示すように、固体レーザユニットは、基本的に、レーザ光を発振するレーザロッド３と、発振したレーザ光を増幅するための反射鏡４及び反射鏡５と、レーザロッド３に光エネルギを照射するためのフラッシュランプ６と、フラッシュランプ６を発光させるための電源８と、フラッシュランプ６の全体を覆い、光を反射してレーザロッド３に照射する鏡筒２とを有する。【０００６】
反射鏡４及び反射鏡５の代わりに、レーザロッド３の端面に反射膜が形成されている場合もある。反射膜とは誘電体多層膜などであり、蒸着などの方法で形成される。反射鏡５の反射率が８０％〜９５％に設定され、反射鏡４の反射率が９９．５％以上のほぼ全反射に設定されることで、レーザの増幅が可能となる。さらに、レーザロッド３から出射されたレーザ光を、レーザロッド３の出射軸線上に配置したレンズ７で、一点に絞って強度を上げ、レンズの焦点近辺に皮膚を配置し穿刺によって血液を噴出する。【０００７】
このようなレーザユニットで皮膚を穿刺する場合、レーザが皮膚の内部まで浸透しないように、レーザは水分に吸収される波長を有している方がよく、３μｍもしくは１０μｍ近辺が良いとされている。
【特許文献１】特開平７−１１５２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザによって穿刺を行う場合、皮膚に照射されたレーザは水分のＯ−Ｈ基を振動することで、水分を一瞬のうちに蒸発する。このときに水分とともに皮膚の細胞まで一緒に蒸散し、同時に血管を傷つけることで血液を噴出する。【０００９】
しかしながら、蒸散に使われなかったエネルギは皮膚の深部まで浸透し、痛点を刺激することで痛みとして感じてしまう。この痛みとレーザの皮膚に対する入射角との関係は、入射角が大きいほど、すなわちレンズの焦点距離が近いほど痛く、逆の場合は痛くないというのが実験で分かっている。また、レーザ出力／穿刺径の面積（フリューエンスと呼んでいる）で蒸散に必要なエネルギが定義される。このフリューエンスを同じにして、レーザ出力を小さくするには、穿刺径を小さくすればよい。【００１０】
したがって、痛くないようにレンズの焦点距離を長くして、エネルギが小さくて済むように穿刺径を小さくすればよいが、レーザの波動的な性質上レンズの焦点距離を長くすると、集光径の大きさを一定以下にすることができないため、小さい集光径で痛くない穿刺ができるレーザユニットを実現することができないという課題があった。【００１１】
本発明は、このような問題を解決したもので、痛みが少なく小さい穴径の穿刺が可能なレーザユニット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】
【００１２】
本発明のレーザユニットは、レーザ光を照射する照射部と、前記照射部から照射されるレーザ光を集光するためのレンズと、前記レーザ光の照射光路に、前記レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを配置する構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザ光の照射光路に、レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板を配置することにより、痛みが少なく小さい穴径の穿刺が可能なレーザユニットを実現する。【００１４】
すなわち、レーザ透過板を通過した後のレーザ光は、その周辺部分が散乱するとともに、被照射物に照射されるレーザ光の強度は、中心に集中しないものとなる。このため、レーザ光は所定の大きさまで絞られる。更に、レーザ光がレーザ透過板の鏡面側から所定の粗さの部分を通過するときに衝撃波を発生することで、衝撃波としてのエネルギが予め放出されるため、被照射物が皮膚（特に指）などの場合に、痛みが少ないレーザユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のレーザユニットの断面図
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザユニットの断面図
【図３】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の断面図
【図４Ａ】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の断面図
【図４Ｂ】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の平面図
【図５】上記実施の形態に係るレーザユニットのフラッシュランプの断面図
【図６】上記実施の形態に係るレーザユニットの動作状態の説明図
【図７Ａ】上記実施の形態に係るレーザユニットの性能を示す説明図
【図７Ｂ】上記実施の形態に係るレーザユニットの性能を示す説明図
【図８】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザを皮膚に照射した際にアブレーションによって発生する蒸散物の飛散の様子を説明する図
【図９】上記実施の形態に係るレーザユニットの構成図
【図１０】上記実施の形態に係るレーザユニットの構成図
【図１１】上記実施の形態に係るレーザユニットが適用される実験装置の概要を表にして示す図
【図１２】図１１の実験装置により作製されたレーザユニットによる穿刺の痛みを、針式と比較して示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００１７】
まず、本発明の基本的な構成について説明する。【００１８】
本発明のレーザユニットは、レーザを照射するレーザ照射部と、レーザ照射部から照射されるレーザ光を集光するレンズと、レーザ光が入射する側の面は鏡面であり、レーザ光が出射する側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを有する。【００１９】
[レーザ照射部]
レーザ照射部は、水分に吸収されるレーザ波長を有するものであればガスレーザでも固体レーザでも半導体レーザで励起したレーザでもよいが、ここでは固体レーザの場合について説明を行う。【００２０】
固体レーザは、エルビウムＥｒ、ネオジウムＮｄ、又はホロニウムＨｏなどのイオンが含まれるレーザ活性種となる希土類イオン又は遷移金属イオンがドープされたレーザロッドとこのレーザロッド活性種を励起するための光を照射するためのフラッシュランプと、フラッシュランプの光を外に漏らさず効率よくレーザロッドに集光するための鏡筒から構成される。固体レーザの例には、ルビーレーザ、ガラスレーザ、ＹＡＧレーザなどが含まれる。【００２１】
レーザ光の被照射物を人体の皮膚とし、皮膚を穿刺するためのものとする場合には、レーザロッドは、エルビウムＥｒを５０％程度ドープしたＹＡＧレーザからなるロッドであることが好ましい。ＹＡＧレーザは、ＹＡＧ単結晶であっても、ＹＡＧセラミックスであってもよい。ＹＡＧセラミックスとは、ＹＡＧ微結晶を固めて作られた多結晶体である。【００２２】
本発明のレーザユニットに配置されるレーザ照射部は、皮膚に穿刺するための特徴を有している必要がある。すなわち、レンズに入射される前のレーザの照射径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍぐらいがよく、レーザの出力は３０ｍＪ〜２００ｍＪぐらいが好ましい。【００２３】
単結晶からなるレーザロッドは、棒の先端に付着させた単結晶の種を、るつぼに入れられた約２０００℃の溶融材料に接触させた後、徐々に上方へ引き上げることで、種結晶を成長させて作製されうる。このときの引き上げは、数ヶ月かけて行う。【００２４】
また、セラミックスからなるレーザロッドは、粉体の材料を型に詰め込んで圧力をかけて成型した後、セラミックスとして焼結させる。焼結の温度は、例えばＹＡＧであれば１７５０℃程度である。焼結の際に、内部の気泡を適切に排除することで、適当なレーザロッドを作製することができる。【００２５】
[励起光源]
本発明のレーザ発射装置に配置される励起光源は、一般的には固体レーザロッドと沿うように配置される。励起光源がＬＤ（レーザダイオード）のようなものであれば、レーザロッドの端面の延長線上に配置して励起光源をレーザロッドの端面から入射する場合もある。【００２６】
固体レーザロッドに沿うように配置されている励起光源は、固体レーザロッドの全体に励起光を均一に照射することができるので、安定したレーザ光を得ることができる。【００２７】
励起光源は、固体レーザロッドを励起させる光を発することができる部材であれば特に制限はないが、フラッシュランプであってもよい。フラッシュランプのランプ管の直径は約２〜８ｍｍであることが好ましく、レーザロッドに沿うように棒状で形成されていればよい。【００２８】
このようなフラッシュランプは、ガラス管の中にキセノンやクリプトンなどの不活性ガスを封入し、両端に電極を用意して、中にスパークコイルを形成して作製することができる。特に、封入ガスをキセノンとするフラッシュランプは高輝度が得られる。【００２９】
[鏡筒]
本発明のレーザ発射装置に配置される鏡筒は、その内部に励起光源を包み込む。鏡筒の内面は、励起光源からの光を反射する。鏡筒の内面で反射した光が、レーザロッドに集光するように光を反射する。【００３０】
鏡筒内面で反射した光をレーザロッドに集光するには、例えば、鏡筒の形状を、楕円にした形状として、その楕円の２つの焦点にレーザロッドとフラッシュランプを配置すればよい。それにより、鏡筒内面で反射した光が、ロッド側面に均一に照射する。【００３１】
もちろん、励起光源からの光が鏡筒の内面で反射されてレーザロッドに集光照射されるのであれば、鏡筒の形状は特に限定されない。【００３２】
鏡筒の内面は励起光を反射できればよいが、例えば、前記内面は、アルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプ、又はガラス他に銀をコーティングしたタイプ、セラミックスなどがある。【００３３】
[反射鏡又は反射膜]
本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドから発振されたレーザが増幅されるように、出射軸に沿った固体レーザロッドの前後に、反射鏡を設けることが好ましい。出射方向後方に配置された反射鏡の反射率を９９．５％以上のほぼ全反射にするとともに、出射方向前方に配置された反射鏡の反射率を８０〜９５％に調整することにより、増幅されたレーザ光が出射方向前方の反射鏡を通過して発射される。反射率が９９．５％以上のほぼ全反射鏡は、例えば、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、又は低吸収誘電体多層膜コート面である。一方、反射率が８０〜９５％の反射鏡は、例えば、低吸収誘電体多層膜コート面である。【００３４】
一方、本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドの前後に設けられる反射鏡の代わりに、レーザ出射方向前後の固体レーザロッドの端面自体を、反射鏡の役割をする膜で被膜してもよい。反射鏡の役割をする膜（「反射膜」ともいう）は、例えば光の吸収を抑制した誘電体の多層膜である。【００３５】
固体レーザロッドの前及び後ろのいずれか一方の端面だけが反射膜で被膜されていてもよく、両方の端面が反射膜で被膜されていてもよい。【００３６】
[レンズ]
本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドから出射されたレーザ光を、所定の位置に集光するためのレンズを有していることが好ましい。レンズは、サファイアガラス、ホウ珪酸ガラス、又は出射されたレーザを劣化させることなく透過させて集光できるのであれば、フッ化カルシウムなどのフッ化物で形成されてもよい。【００３７】
[レーザ透過板]
本発明のレーザユニットは、レーザ光が被験者に照射される前に痛みを軽減するためのレーザ透過板を有していることが好ましい。レーザ透過板の片側は表面平均粗さＲａが０．３μｍ〜１μｍであり、他方の片面は鏡面であることが好ましい。レーザ透過板の材料としては、レーザの波長が透過できる材料であることが望ましい。これはレーザのパワーをできるだけ減衰しないためである。２〜３μｍのレーザ光であればサファイアガラス・石英・人工石英・フッ化系ガラスなどが好ましいが、レーザ透過板の厚みは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度なので硼珪酸ガラスでもよい。所定の粗さを出すためには、両面を数ｎｍ以下に鏡面加工された物の片面を、鈴定盤の上に粒径１５μｍ程度の砥粒を配布した上に鏡面加工された物を置いて、ラップして作製する。粗さのコントロールは砥粒のサイズ、材料で行う。【００３８】
所定の粗さの領域は、最低の領域としてレーザ光が通過する部分だけでもよいが、組み立て上のばらつきや所定の粗さの部分を作製する際のばらつきを考慮して、レーザ光が通過する部分を含んだ部分でもよい。一部分を加工するにはレーザ透過板の加工しない部分をマスキングして加工するとよい。この際の加工にはガラスを溶かす溶液でエッチングする方が加工しやすい。【００３９】
[レーザユニットの用途]
本発明のレーザユニットは、人体（特に指先）にレーザ光を照射して、アブレーションによって穿刺孔を形成して、検査用の血液を得るために使用される。例えば、レーザユニットは、血液検査装置の穿刺部材として用いることができる。その場合には、単パルスもしくは数回のパルスを照射すればよいので、基本的には血液検査装置は冷却する必要はない。しかし、数回のパルスを照射する場合は、若干の冷却をした方が装置の性能を保つことができる。【００４０】
また、人体から出血させるためのレーザユニットは、小さい印加電圧で効率よくレーザを照射できる。【００４１】
本発明のレーザユニットを、皮膚を穿刺するために使用する場合には、小型であること（例えば１５ｍｍ角×長さ５０ｍｍ以下の大きさ）が好ましい。また、励起光源がフラッシュランプである場合は、入力電圧が２００Ｖ〜７００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００μＦ〜９００μＦ（好ましくは入力電圧が２００Ｖ〜４００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００〜３００μＦ）であることが好ましく、出力が２０ｍＪ〜１２０ｍＪであることが好ましい。【００４２】
集光するレンズの焦点距離は１０ｍｍ〜３５ｍｍが好ましく、１５ｍｍ〜２０ｍｍであるとより好ましい。また、皮膚をアブレーションするときにレーザ光の光路上にあるレンズがアブレーションされた物質によって汚染されることがあるため、レーザに対して透過性のあるレンズカバーを設けることが好ましく、レーザに対して透過性のあるレンズカバーは、約０．１〜１．０ｍｍの厚みのガラス、もしくはテフロン（登録商標）などのフッ素系プラスチックなどがよい。更に、レーザ穿刺時の痛み軽減のために前記カバーの形状を、片側は表面平均粗さＲａが０．３μｍ〜１μｍであり、他方の片面は鏡面であるレーザ透過板とするとよい。【００４３】
（実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係るレーザユニットの断面図である。【００４４】
図２に示すように、レーザユニット１は、鏡筒２、レーザロッド３、反射鏡４、反射鏡５、フラッシュランプ６、レンズ７、電源８、及びレーザ透過板９を備えて構成される。【００４５】
鏡筒２の内面は、反射鏡に加工されている。反射鏡は、アルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプ又はガラス他に銀をコーティングしたタイプ、セラミックスで形成したタイプなどのいずれでもよい。鏡筒２の形状は、フラッシュランプ６で発光した光が鏡筒２の内面で反射されてレーザロッド３に集光照射されるのであれば、図示の形状に限定されず、円又は曲率を持った他の形状でもかまわない。【００４６】
鏡筒２の断面は、円又は楕円形状をしており、レーザロッド３は基本的には円筒形であるが角柱形状などであってもよい、フラッシュランプ６も基本的には円筒形である。【００４７】
レーザロッド３は、エルビウムでドープしたＹＡＧレーザ（Ｅｒ：ＹＡＧ）を用いる。より具体的には、レーザロッド３は、Ｅｒ（エルビウム）を５０％ドープしたＹＡＧレーザ（Ｅｒ：ＹＡＧ）である。ただし、レーザロッド３は、エルビウムＥｒ・ネオジウムＮｄ・ホロニウムＨｏなどがドープされた固体ＹＡＧ結晶などであってもよく、他のレーザロッドであってもかまわない。【００４８】
レーザロッド３の形状を円柱としたが、他の形状でもかまわない。円柱の側面は励起光が反射しない程度に粗面化されている。レーザロッド３は、直径１ｍｍ〜４ｍｍ、長さ１０ｍｍ〜６０ｍｍの円柱としたが、その寸法は任意に設定すればよい。【００４９】
レーザロッド３の一方の端面には反射鏡４が配置され、他方の端面には反射鏡５が配置される。反射鏡４の反射率は９９．５％以上のほぼ全反射とする一方、反射鏡５の反射率は８０％〜９５％に調整されている。反射鏡４は、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、又は低吸収誘電体コート（例えば、ＳｉＯ２）とする。反射鏡５は、ジルコニア，タンタルなどとＳｉＯ２の多層膜誘電体コートである。【００５０】
反射鏡４及び反射鏡５（出力ミラー）によりレーザロッド３から発振したレーザ光が増幅され、増幅されたレーザ光が反射鏡５を通過して、レーザが発射される。【００５１】
前述の通り、レーザユニット１は、誘導放出により増幅されたレーザ光が、反射鏡５を通過して、さらにレンズ７によって所定の位置に集光される。レンズ７の材質などは前述の通りである。レンズの後にレーザ透過板をレーザが鏡面から所定の粗さを持つ面の方向へ通過するように配置することで、レーザ穿刺時の痛みを緩和することができる。【００５２】
フラッシュランプ６は、ランプ管の内部にキセノンガスを封入したフラッシュランプである。フラッシュランプ６のランプ管の内直径は２〜８ｍｍである。通常フラッシュランプ６はレーザロッド３に対して平行に配置されている。なお、レーザロッド３を挟み込むように、フラッシュランプ６を２本配置してもよい。【００５３】
フラッシュランプ６の両端の電極に約２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加後、約５〜１０ｋＶの電圧を瞬間的にトリガ電圧として印加すると、スパークコイルが昇圧して、封入されたキセノンガスがイオン化され、電気が流れてキセノンガスが放電されて発光する。【００５４】
レンズ７は、レーザロッド３の長手方向の軸上に位置しており、レーザロッド３から照射されたレーザ光を一点に集中するようにしている。レンズ７の焦点距離は短いほど集光したときの集光径が小さく、長いほど集光径は大きくなる。また、焦点距離が短いとレーザを集光するための集光角度が大きく、集光部にレーザが集中するため、レーザの波動としての性質である衝撃波が発生しやすくなる。この衝撃を緩和するには焦点距離を長くすればよいが、焦点距離を長くすると集光径は大きくなるし、穿刺を行うためには大きいレーザのパワーが必要になる。【００５５】
電源８は、レーザ光を照射するための電源部である。【００５６】
レーザ透過板９は、レーザ光が入射する側の面は鏡面、レーザ光が出射する側の面は、例えば表面平均粗さＲａの表面粗さを持つ。上述したように、レーザ透過板９の材料としては、サファイアガラス・石英・人工石英・フッ化系ガラスなどが好ましいが、硼珪酸ガラスでもよい。また、所定の粗さを出すためには、両面を数ｎｍ以下に鏡面加工された物の片面を、鈴定盤の上に粒径１５μｍ程度の砥粒を配布した上に鏡面加工された物を置いて、ラップして作製する。【００５７】
図３は、上記レーザ透過板９の断面図である。【００５８】
図３に示すように、レーザ透過板９は、所定の粗さを持つ粗部１４と鏡面１５を持ち、粗部１４は平均粗さ値Ｒａが０．３μｍ〜１μｍにしている。【００５９】
図４Ａは、上記レーザ透過板９の断面図、図４Ｂは、上記レーザ透過板９の平面図である。図４Ａ及び図４Ｂにより、レーザ透過板９の支持方法を説明する。【００６０】
レーザ透過板９は、レーザ光通過時の粗い方の面に衝撃波を生じる。そこで、弾力性の無い部材でレーザ透過板９を支持するとレーザ透過板９の一部に曲げ応力が集中するので、レーザ光を繰り返し通過させると一部が劣化して破壊されてしまう。そのため、図４に示す支持部１３の材料を、弾力性を持つ部材であるシリコンやポリウレタンなどのゴム、スチロールなどの発泡剤、りん青銅などのばね性部材で支持するとよい。支持部１３の弾力性は特にレーザ透過板９の粗い部分を支持する部分に適用するとよい。また、両面に用いると更に効果は増加する。【００６１】
以下、上述のように構成されたレーザユニット１について動作を説明する。【００６２】
まず、レーザユニット１の基本動作を説明する。【００６３】
図２に示すように、電源８によってフラッシュランプ６から発射された励起光は、レーザロッド３の内部に入り、ドープされたレーザ動作物質（本例ではエルビウムＥｒ）を励起させて光を発生させる。発生した光は、反射鏡４とレーザロッド３と反射鏡５の間を反射して共振するとともに増幅される。誘導放出により増幅されたレーザ光の一部は、反射鏡５を通過する。反射鏡５を通過したレーザ光はレンズ７を透過して出射し、レーザ透過板９を通過して集光する。【００６４】
次に、具体的な例を挙げて、レーザユニット１の動作を説明する。【００６５】
図５は、フラッシュランプ６の状態を示す断面図である。図６は、レーザ光がレンズ７を通過後、レーザ透過板９で衝撃波を発生して所定の位置に集光されているレーザの動作状態を説明する図である。図７は、レーザ透過板９の有り無し時の性能を説明する図である。図８は、レーザを皮膚に照射した際にアブレーションによって発生する蒸散物の飛散の様子を説明する図である。なお、本装置を駆動させるための回路部の図示は省略されている。【００６６】
図５に示すように、フラッシュランプ６の管面に取り付けられた導電性膜１０と、フラッシュランプ６のランプ管内部の陰電極１１（−電極）との間に、７ｋＶ〜９ｋＶのトリガ電圧を印加すると同時に、フラッシュランプ６内の陰電極１１と陽電極１２間に２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加して発光させる。【００６７】
このときフラッシュランプ６内の電極間の電圧印加時間を２００μｓｅｃ〜２ｍｓｅｃとして、パルス発光させる。本実施の形態のレーザユニット１のレーザロッド３は、Ｅｒを５０％ドープしたＥｒ：ＹＡＧであるため、発光した励起光はレーザロッド３に取り込まれる。これにより励起したＥｒ分子が安定状態に戻るときの発光が、反射鏡４と反射鏡５の間で誘導放出により増幅されて、その一部が反射鏡５を通過して放出する。【００６８】
その結果、本実施の形態のレーザユニット１から、波長２．９４μｍのレーザ光が発射（出射）する。発射したレーザは、焦点距離２５ｍｍのレンズ７を通過して、レーザ透過板９によって衝撃波を発生させられてレンズ７の先端から２５ｍｍ離れた位置に集光することができる。【００６９】
図６に示すように、レーザ光はレーザ透過板９の鏡部１５から入射され、粗部１４の面を通過する際に矢印で示した衝撃波を生じる。同時に、入射光が破線で示した部分で若干散乱されることにより、指などの穿刺部の痛みを少なくすることができる。【００７０】
発射されたレーザ光のプロファイラー（：オフィール社製ＰＹＲＯＣＡＭＩＩＩ）をみる。【００７１】
図７は、レーザ透過板９の有り無し時の性能を説明する図であり、縦軸に強度、横軸に距離をとる。【００７２】
図７Ａは、レーザ透過板９無し、図７Ｂは、レーザ透過板９有りである。この図７のようなデータが得られる。【００７３】
図７Ａに示すように、レーザ透過板９が無い場合：レーザ強度が中心に集中していた部分がレーザ透過板９を追加すると、図７Ｂに示すように中心への強度の集中が緩和しているのが分かる。【００７４】
この結果、穿刺時の痛みが緩和する。また、図８に示したようにレーザで皮膚Ａを穿刺すると、アブレーションによって発生した蒸散物Ｂがレンズの方向に向かって飛散する。レーザ透過板９は、この蒸散物Ｂの汚染からレンズを保護する機能も有している。このためにはレーザ透過板９はレンズを保持しているケースとの間に隙間を持たないような構造を有しており、蒸散物Ｂが通り抜けないようにしている。【００７５】
レーザ透過板９は、図６に示すようにレンズ７と皮膚Ａの間に配置してもよいが、レーザ透過板９の場所によってレーザ光の通過する大きさが異なるため、レーザ光のレーザ透過板９を通過する損失が異なり、組み立て時のばらつきによってレーザ光の性能にばらつきがでる可能性が生じる。但し、レンズ７と穿刺部位との間に位置するため、レーザ光で穿刺部位をアブレーションした際に発生する蒸散物からレンズ７を保護することが可能であるという効果がある。【００７６】
図９は、レーザ透過板９がレンズ７とレーザロッド３との間にあるレーザユニットの構成図である。【００７７】
図９に示すように、レーザユニットは、レーザロッド３とレンズ７の間にレーザ透過板９を配置する。レーザ透過板９の場所によってレーザ光の通過する大きさは異ならないため、レーザ光のレーザ透過板９を通過する際の損失は変化しないという効果がある。しかし、図６と図９のどちらの構成の場合においても穿刺時の痛みを軽減できるという効果は同じである。【００７８】
図１０はレーザ透過板９が皮膚と接触した位置に配置した場合のレーザユニットの構成図である。【００７９】
レーザ透過板９の位置として、図１０に示すように穿刺部位に直接、所定の粗さの部分を接触させてもよい。この場合、レーザ光のアブレーションによって蒸散された物はレーザ透過板に付着する。そのため、付着した蒸散物をふき取る機構を有するか、毎回交換することが必要である。このように直接レーザ透過板９を接触させると、穿刺物である皮膚Ａとレーザ透過板９の光に対する屈折率は空気の場合より近づくため、図１０のＡ部のようにレーザ光はほとんど屈折されずに皮膚内部に侵入することになる。従ってレーザ光穿刺時の痛みはより軽減されることとなる。【００８０】
図１１は、本実施の形態のレーザユニット１が適用される実験装置の概要を表にして示す図である。図１１に示すように、レーザロッド３の材料は、Ｅｒ：ＹＡＧ  直径Φ２ｍｍ、長さ３５ｍｍとする。フラッシュランプ６の外径４ｍｍ、アーク長２９ｍｍ、フラッシュランプ６の入力電圧３５０Ｖ（コンデンサ容量３００μＦ）とする。レーザ透過板９は、厚み０．１５ｍｍ硼珪酸ガラスを用い、レーザ光が出射する側の面は表面平均粗さＲａ０．３μｍに作製する。レーザ透過板９の粗部１４は、例えば１５μｍ砥粒で研磨して作製する。【００８１】
図１２は、図１１の実験装置により作製されたレーザユニット１による穿刺の痛みを、針式と比較して示す図である。被験者は９名（成人男性）である。まず、通常ガラスを用いた従来装置では、針式より痛い、針式と同等、針式より痛くないがそれぞれ、６名、２名、１名であった。これに対して、本実施の形態のレーザ透過板９では、針式より痛い、針式と同等、針式より痛くないがそれぞれ、０名、３名、６名であった。特に、従来装置では針式より痛いと回答した人が６名であるのに対し、本実施の形態では０名であった。逆に、従来装置では針式より痛くないと回答した人が１名であるのに対し、本実施の形態では６名であった。この判定結果から、本実施の形態のレーザユニット１は、従来装置に比べて痛みレベルについては明らかに少ないことが確かめられた。【００８２】
従来装置では、蒸散に使われなかったエネルギは、皮膚の深部まで浸透し、痛点を刺激することで痛みとして感じさせてしまうことに原因がある。本実施の形態では、レーザ透過板９の粗部１４は、ガラスが砥粒で研磨して作製されることで、いわゆるすりガラスとなっている。このすりガラスがレーザ光と皮膚の間に挿入されることで、レーザ光を適当に分散させることで減痛効果を得ることができる。また、図７Ｂに示すように、レーザ光はレーザ光中心において散乱し、中心への強度の集中が緩和されていることが実験により確かめられた。【００８３】
更に、レーザ光がレーザ透過板９の鏡部１５側から粗部１４を通過するときに、粗部１４において衝撃波を発生する。衝撃波としてのエネルギが予め放出されるため、皮膚などの場合に、痛みが少なくなる。【００８４】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、レーザユニット１は、レーザを照射するレーザロッド３と、照射部から照射されるレーザ光を集光するレンズ７と、レーザ光が入射する側の面は鏡部１５、レーザ光が出射する側の面は表面平均粗さＲａの粗部１４を持つレーザ透過板９とを有する。この構成により、レーザ透過板９を通過した後のレーザ光は、粗部１４により散乱することで、皮膚に照射されるレーザ光の強度は、中心に集中しないものとなる。また、レーザ光が粗部１４を通過するときに衝撃波を発生することで、エネルギが予め放出される。これらの理由により、被照射物が皮膚（特に指）などの場合に、痛みが少ないレーザユニット１を実現することができる。【００８５】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。【００８６】
上記各実施の形態ではレーザユニットという名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、レーザ装置、穿刺装置等であってもよい。【００８７】
また、上記レーザユニットを構成する各部、例えばレーザロッドの種類、その数及び接続方法などはどのようなものでもよい。【００８８】
２００７年１２月４日出願の特願２００７−３１３２７３の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係るレーザユニットは、レーザユニット等の採血手段により皮膚から採血し、血液の成分を分析する血液分析装置に適用することができる。
【図１】
2009072270.tif 000003
【図２】
2009072270.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009072270.tif 000015
【図１２】
2009072270.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月1日(2010.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する照射部と、
前記照射部から照射されるレーザ光を集光するためのレンズと、
前記レーザ光の照射光路に、前記レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを配置するレーザユニット。
【請求項２】
前記照射部から照射されるレーザ光の波長が２〜３μｍであり、前記レーザ透過板の一方の面の所定の粗さの平均値Ｒａは０．３μｍ〜１μｍである請求項１記載のレーザユニット。
【請求項３】
前記レーザ透過板のレーザ光の出射側の面において、レーザ光が通過する部分のみもしくはレーザ光が通過する部分を含む一部分を所定の粗さに形成する請求項１記載のレーザユニット。
【請求項４】
前記レーザ透過板の所定の粗さを持つ部分を、被照射物に接触可能にする請求項１記載のレーザユニット。
【請求項５】
前記照射部から照射されるレーザ光の波長が２〜３μｍであり、前記レーザ透過板の厚さ０．１〜０．３ｍｍである請求項１記載のレーザユニット。
【請求項６】
前記レーザ透過板は、ダンパー付き部材で支持される請求項１記載のレーザユニット。
【請求項７】
前記レーザ透過板は、前記レンズと被照射物との間に配置される請求項１記載のレーザユニット。
【請求項８】
前記レーザ透過板は、前記照射部と前記レンズの間に配置される請求項１記載のレーザユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザは加工、医療、計測などの分野で急速に広く使用されている。これらレーザの種類は、固体レーザをはじめ、気体レーザ、ファイバレーザ、自由電子レーザなどがある。また、レーザの発振モードには、連続波（ＣＷ）、パルスモードなどがあり、パルス幅、波長などは任意に設定することができる。
【０００３】
このなかで固体レーザについて説明する。固体レーザは、レーザユニット内に備えられた固体レーザロッドに、励起光を照射してレーザ光を取り出す装置である。メイマンが初めてルビーでレーザを発振したのが固体レーザの始まりである。また、イットリウム、アルミニウム、ガーネットの頭文字をとったＹＡＧをロッド母材とする固体レーザが有名である（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、従来の固体レーザユニットの断面図である。
【０００５】
図１に示すように、固体レーザユニットは、基本的に、レーザ光を発振するレーザロッド３と、発振したレーザ光を増幅するための反射鏡４及び反射鏡５と、レーザロッド３に光エネルギを照射するためのフラッシュランプ６と、フラッシュランプ６を発光させるための電源８と、フラッシュランプ６の全体を覆い、光を反射してレーザロッド３に照射する鏡筒２とを有する。
【０００６】
反射鏡４及び反射鏡５の代わりに、レーザロッド３の端面に反射膜が形成されている場合もある。反射膜とは誘電体多層膜などであり、蒸着などの方法で形成される。反射鏡５の反射率が８０％〜９５％に設定され、反射鏡４の反射率が９９．５％以上のほぼ全反射に設定されることで、レーザの増幅が可能となる。さらに、レーザロッド３から出射されたレーザ光を、レーザロッド３の出射軸線上に配置したレンズ７で、一点に絞って強度を上げ、レンズの焦点近辺に皮膚を配置し穿刺によって血液を噴出する。
【０００７】
このようなレーザユニットで皮膚を穿刺する場合、レーザが皮膚の内部まで浸透しないように、レーザは水分に吸収される波長を有している方がよく、３μｍもしくは１０μｍ近辺が良いとされている。
【特許文献１】特開平７−１１５２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザによって穿刺を行う場合、皮膚に照射されたレーザは水分のＯ−Ｈ基を振動することで、水分を一瞬のうちに蒸発する。このときに水分とともに皮膚の細胞まで一緒に蒸散し、同時に血管を傷つけることで血液を噴出する。
【０００９】
しかしながら、蒸散に使われなかったエネルギは皮膚の深部まで浸透し、痛点を刺激することで痛みとして感じてしまう。この痛みとレーザの皮膚に対する入射角との関係は、入射角が大きいほど、すなわちレンズの焦点距離が近いほど痛く、逆の場合は痛くないというのが実験で分かっている。また、レーザ出力／穿刺径の面積（フリューエンスと呼んでいる）で蒸散に必要なエネルギが定義される。このフリューエンスを同じにして、レーザ出力を小さくするには、穿刺径を小さくすればよい。
【００１０】
したがって、痛くないようにレンズの焦点距離を長くして、エネルギが小さくて済むように穿刺径を小さくすればよいが、レーザの波動的な性質上レンズの焦点距離を長くすると、集光径の大きさを一定以下にすることができないため、小さい集光径で痛くない穿刺ができるレーザユニットを実現することができないという課題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決したもので、痛みが少なく小さい穴径の穿刺が可能なレーザユニット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】
【００１２】
本発明のレーザユニットは、レーザ光を照射する照射部と、前記照射部から照射されるレーザ光を集光するためのレンズと、前記レーザ光の照射光路に、前記レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを配置する構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザ光の照射光路に、レーザ光の入射側の面は鏡面であり、レーザ光の出射側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板を配置することにより、痛みが少なく小さい穴径の穿刺が可能なレーザユニットを実現する。
【００１４】
すなわち、レーザ透過板を通過した後のレーザ光は、その周辺部分が散乱するとともに、被照射物に照射されるレーザ光の強度は、中心に集中しないものとなる。このため、レーザ光は所定の大きさまで絞られる。更に、レーザ光がレーザ透過板の鏡面側から所定の粗さの部分を通過するときに衝撃波を発生することで、衝撃波としてのエネルギが予め放出されるため、被照射物が皮膚（特に指）などの場合に、痛みが少ないレーザユニットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明の基本的な構成について説明する。
【００１７】
本発明のレーザユニットは、レーザを照射するレーザ照射部と、レーザ照射部から照射されるレーザ光を集光するレンズと、レーザ光が入射する側の面は鏡面であり、レーザ光が出射する側の面は所定の粗さを持つレーザ透過板とを有する。
【００１８】
[レーザ照射部]
レーザ照射部は、水分に吸収されるレーザ波長を有するものであればガスレーザでも固体レーザでも半導体レーザで励起したレーザでもよいが、ここでは固体レーザの場合について説明を行う。
【００１９】
固体レーザは、エルビウムＥｒ、ネオジウムＮｄ、又はホロニウムＨｏなどのイオンが含まれるレーザ活性種となる希土類イオン又は遷移金属イオンがドープされたレーザロッドとこのレーザロッド活性種を励起するための光を照射するためのフラッシュランプと、フラッシュランプの光を外に漏らさず効率よくレーザロッドに集光するための鏡筒から構成される。固体レーザの例には、ルビーレーザ、ガラスレーザ、ＹＡＧレーザなどが含まれる。
【００２０】
レーザ光の被照射物を人体の皮膚とし、皮膚を穿刺するためのものとする場合には、レーザロッドは、エルビウムＥｒを５０％程度ドープしたＹＡＧレーザからなるロッドであることが好ましい。ＹＡＧレーザは、ＹＡＧ単結晶であっても、ＹＡＧセラミックスであってもよい。ＹＡＧセラミックスとは、ＹＡＧ微結晶を固めて作られた多結晶体である。
【００２１】
本発明のレーザユニットに配置されるレーザ照射部は、皮膚に穿刺するための特徴を有している必要がある。すなわち、レンズに入射される前のレーザの照射径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍぐらいがよく、レーザの出力は３０ｍＪ〜２００ｍＪぐらいが好ましい。
【００２２】
単結晶からなるレーザロッドは、棒の先端に付着させた単結晶の種を、るつぼに入れられた約２０００℃の溶融材料に接触させた後、徐々に上方へ引き上げることで、種結晶を成長させて作製されうる。このときの引き上げは、数ヶ月かけて行う。
【００２３】
また、セラミックスからなるレーザロッドは、粉体の材料を型に詰め込んで圧力をかけて成型した後、セラミックスとして焼結させる。焼結の温度は、例えばＹＡＧであれば１７５０℃程度である。焼結の際に、内部の気泡を適切に排除することで、適当なレーザロッドを作製することができる。
【００２４】
[励起光源]
本発明のレーザ発射装置に配置される励起光源は、一般的には固体レーザロッドと沿うように配置される。励起光源がＬＤ（レーザダイオード）のようなものであれば、レーザロッドの端面の延長線上に配置して励起光源をレーザロッドの端面から入射する場合もある。
【００２５】
固体レーザロッドに沿うように配置されている励起光源は、固体レーザロッドの全体に励起光を均一に照射することができるので、安定したレーザ光を得ることができる。
【００２６】
励起光源は、固体レーザロッドを励起させる光を発することができる部材であれば特に制限はないが、フラッシュランプであってもよい。フラッシュランプのランプ管の直径は約２〜８ｍｍであることが好ましく、レーザロッドに沿うように棒状で形成されていればよい。
【００２７】
このようなフラッシュランプは、ガラス管の中にキセノンやクリプトンなどの不活性ガ
スを封入し、両端に電極を用意して、中にスパークコイルを形成して作製することができる。特に、封入ガスをキセノンとするフラッシュランプは高輝度が得られる。
【００２８】
[鏡筒]
本発明のレーザ発射装置に配置される鏡筒は、その内部に励起光源を包み込む。鏡筒の内面は、励起光源からの光を反射する。鏡筒の内面で反射した光が、レーザロッドに集光するように光を反射する。
【００２９】
鏡筒内面で反射した光をレーザロッドに集光するには、例えば、鏡筒の形状を、楕円にした形状として、その楕円の２つの焦点にレーザロッドとフラッシュランプを配置すればよい。それにより、鏡筒内面で反射した光が、ロッド側面に均一に照射する。
【００３０】
もちろん、励起光源からの光が鏡筒の内面で反射されてレーザロッドに集光照射されるのであれば、鏡筒の形状は特に限定されない。
【００３１】
鏡筒の内面は励起光を反射できればよいが、例えば、前記内面は、アルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプ、又はガラス他に銀をコーティングしたタイプ、セラミックスなどがある。
【００３２】
[反射鏡又は反射膜]
本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドから発振されたレーザが増幅されるように、出射軸に沿った固体レーザロッドの前後に、反射鏡を設けることが好ましい。出射方向後方に配置された反射鏡の反射率を９９．５％以上のほぼ全反射にするとともに、出射方向前方に配置された反射鏡の反射率を８０〜９５％に調整することにより、増幅されたレーザ光が出射方向前方の反射鏡を通過して発射される。反射率が９９．５％以上のほぼ全反射鏡は、例えば、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、又は低吸収誘電体多層膜コート面である。一方、反射率が８０〜９５％の反射鏡は、例えば、低吸収誘電体多層膜コート面である。
【００３３】
一方、本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドの前後に設けられる反射鏡の代わりに、レーザ出射方向前後の固体レーザロッドの端面自体を、反射鏡の役割をする膜で被膜してもよい。反射鏡の役割をする膜（「反射膜」ともいう）は、例えば光の吸収を抑制した誘電体の多層膜である。
【００３４】
固体レーザロッドの前及び後ろのいずれか一方の端面だけが反射膜で被膜されていてもよく、両方の端面が反射膜で被膜されていてもよい。
【００３５】
[レンズ]
本発明のレーザ発射装置は、固体レーザロッドから出射されたレーザ光を、所定の位置に集光するためのレンズを有していることが好ましい。レンズは、サファイアガラス、ホウ珪酸ガラス、又は出射されたレーザを劣化させることなく透過させて集光できるのであれば、フッ化カルシウムなどのフッ化物で形成されてもよい。
【００３６】
[レーザ透過板]
本発明のレーザユニットは、レーザ光が被験者に照射される前に痛みを軽減するためのレーザ透過板を有していることが好ましい。レーザ透過板の片側は表面平均粗さＲａが０．３μｍ〜１μｍであり、他方の片面は鏡面であることが好ましい。レーザ透過板の材料としては、レーザの波長が透過できる材料であることが望ましい。これはレーザのパワーをできるだけ減衰しないためである。２〜３μｍのレーザ光であればサファイアガラス・石英・人工石英・フッ化系ガラスなどが好ましいが、レーザ透過板の厚みは０．１ｍｍ〜
０．３ｍｍ程度なので硼珪酸ガラスでもよい。所定の粗さを出すためには、両面を数ｎｍ以下に鏡面加工された物の片面を、鈴定盤の上に粒径１５μｍ程度の砥粒を配布した上に鏡面加工された物を置いて、ラップして作製する。粗さのコントロールは砥粒のサイズ、材料で行う。
【００３７】
所定の粗さの領域は、最低の領域としてレーザ光が通過する部分だけでもよいが、組み立て上のばらつきや所定の粗さの部分を作製する際のばらつきを考慮して、レーザ光が通過する部分を含んだ部分でもよい。一部分を加工するにはレーザ透過板の加工しない部分をマスキングして加工するとよい。この際の加工にはガラスを溶かす溶液でエッチングする方が加工しやすい。
【００３８】
[レーザユニットの用途]
本発明のレーザユニットは、人体（特に指先）にレーザ光を照射して、アブレーションによって穿刺孔を形成して、検査用の血液を得るために使用される。例えば、レーザユニットは、血液検査装置の穿刺部材として用いることができる。その場合には、単パルスもしくは数回のパルスを照射すればよいので、基本的には血液検査装置は冷却する必要はない。しかし、数回のパルスを照射する場合は、若干の冷却をした方が装置の性能を保つことができる。
【００３９】
また、人体から出血させるためのレーザユニットは、小さい印加電圧で効率よくレーザを照射できる。
【００４０】
本発明のレーザユニットを、皮膚を穿刺するために使用する場合には、小型であること（例えば１５ｍｍ角×長さ５０ｍｍ以下の大きさ）が好ましい。また、励起光源がフラッシュランプである場合は、入力電圧が２００Ｖ〜７００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００μＦ〜９００μＦ（好ましくは入力電圧が２００Ｖ〜４００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００〜３００μＦ）であることが好ましく、出力が２０ｍＪ〜１２０ｍＪであることが好ましい。
【００４１】
集光するレンズの焦点距離は１０ｍｍ〜３５ｍｍが好ましく、１５ｍｍ〜２０ｍｍであるとより好ましい。また、皮膚をアブレーションするときにレーザ光の光路上にあるレンズがアブレーションされた物質によって汚染されることがあるため、レーザに対して透過性のあるレンズカバーを設けることが好ましく、レーザに対して透過性のあるレンズカバーは、約０．１〜１．０ｍｍの厚みのガラス、もしくはテフロン（登録商標）などのフッ素系プラスチックなどがよい。更に、レーザ穿刺時の痛み軽減のために前記カバーの形状を、片側は表面平均粗さＲａが０．３μｍ〜１μｍであり、他方の片面は鏡面であるレーザ透過板とするとよい。
【００４２】
（実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係るレーザユニットの断面図である。
【００４３】
図２に示すように、レーザユニット１は、鏡筒２、レーザロッド３、反射鏡４、反射鏡５、フラッシュランプ６、レンズ７、電源８、及びレーザ透過板９を備えて構成される。
【００４４】
鏡筒２の内面は、反射鏡に加工されている。反射鏡は、アルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプ又はガラス他に銀をコーティングしたタイプ、セラミックスで形成したタイプなどのいずれでもよい。鏡筒２の形状は、フラッシュランプ６で発光した光が鏡筒２の内面で反射されてレーザロッド３に集光照射されるのであれば、図示の形状に限定されず、円又は曲率を持った他の形状でもかまわない。
【００４５】
鏡筒２の断面は、円又は楕円形状をしており、レーザロッド３は基本的には円筒形であるが角柱形状などであってもよい、フラッシュランプ６も基本的には円筒形である。
【００４６】
レーザロッド３は、エルビウムでドープしたＹＡＧレーザ（Ｅｒ：ＹＡＧ）を用いる。より具体的には、レーザロッド３は、Ｅｒ（エルビウム）を５０％ドープしたＹＡＧレーザ（Ｅｒ：ＹＡＧ）である。ただし、レーザロッド３は、エルビウムＥｒ・ネオジウムＮｄ・ホロニウムＨｏなどがドープされた固体ＹＡＧ結晶などであってもよく、他のレーザロッドであってもかまわない。
【００４７】
レーザロッド３の形状を円柱としたが、他の形状でもかまわない。円柱の側面は励起光が反射しない程度に粗面化されている。レーザロッド３は、直径１ｍｍ〜４ｍｍ、長さ１０ｍｍ〜６０ｍｍの円柱としたが、その寸法は任意に設定すればよい。
【００４８】
レーザロッド３の一方の端面には反射鏡４が配置され、他方の端面には反射鏡５が配置される。反射鏡４の反射率は９９．５％以上のほぼ全反射とする一方、反射鏡５の反射率は８０％〜９５％に調整されている。反射鏡４は、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、又は低吸収誘電体コート（例えば、ＳｉＯ２）とする。反射鏡５は、ジルコニア，タンタルなどとＳｉＯ２の多層膜誘電体コートである。
【００４９】
反射鏡４及び反射鏡５（出力ミラー）によりレーザロッド３から発振したレーザ光が増幅され、増幅されたレーザ光が反射鏡５を通過して、レーザが発射される。
【００５０】
前述の通り、レーザユニット１は、誘導放出により増幅されたレーザ光が、反射鏡５を通過して、さらにレンズ７によって所定の位置に集光される。レンズ７の材質などは前述の通りである。レンズの後にレーザ透過板をレーザが鏡面から所定の粗さを持つ面の方向へ通過するように配置することで、レーザ穿刺時の痛みを緩和することができる。
【００５１】
フラッシュランプ６は、ランプ管の内部にキセノンガスを封入したフラッシュランプである。フラッシュランプ６のランプ管の内直径は２〜８ｍｍである。通常フラッシュランプ６はレーザロッド３に対して平行に配置されている。なお、レーザロッド３を挟み込むように、フラッシュランプ６を２本配置してもよい。
【００５２】
フラッシュランプ６の両端の電極に約２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加後、約５〜１０ｋＶの電圧を瞬間的にトリガ電圧として印加すると、スパークコイルが昇圧して、封入されたキセノンガスがイオン化され、電気が流れてキセノンガスが放電されて発光する。
【００５３】
レンズ７は、レーザロッド３の長手方向の軸上に位置しており、レーザロッド３から照射されたレーザ光を一点に集中するようにしている。レンズ７の焦点距離は短いほど集光したときの集光径が小さく、長いほど集光径は大きくなる。また、焦点距離が短いとレーザを集光するための集光角度が大きく、集光部にレーザが集中するため、レーザの波動としての性質である衝撃波が発生しやすくなる。この衝撃を緩和するには焦点距離を長くすればよいが、焦点距離を長くすると集光径は大きくなるし、穿刺を行うためには大きいレーザのパワーが必要になる。
【００５４】
電源８は、レーザ光を照射するための電源部である。
【００５５】
レーザ透過板９は、レーザ光が入射する側の面は鏡面、レーザ光が出射する側の面は、例えば表面平均粗さＲａの表面粗さを持つ。上述したように、レーザ透過板９の材料としては、サファイアガラス・石英・人工石英・フッ化系ガラスなどが好ましいが、硼珪酸ガラスでもよい。また、所定の粗さを出すためには、両面を数ｎｍ以下に鏡面加工された物
の片面を、鈴定盤の上に粒径１５μｍ程度の砥粒を配布した上に鏡面加工された物を置いて、ラップして作製する。
【００５６】
図３は、上記レーザ透過板９の断面図である。
【００５７】
図３に示すように、レーザ透過板９は、所定の粗さを持つ粗部１４と鏡面１５を持ち、粗部１４は平均粗さ値Ｒａが０．３μｍ〜１μｍにしている。
【００５８】
図４Ａは、上記レーザ透過板９の断面図、図４Ｂは、上記レーザ透過板９の平面図である。図４Ａ及び図４Ｂにより、レーザ透過板９の支持方法を説明する。
【００５９】
レーザ透過板９は、レーザ光通過時の粗い方の面に衝撃波を生じる。そこで、弾力性の無い部材でレーザ透過板９を支持するとレーザ透過板９の一部に曲げ応力が集中するので、レーザ光を繰り返し通過させると一部が劣化して破壊されてしまう。そのため、図４に示す支持部１３の材料を、弾力性を持つ部材であるシリコンやポリウレタンなどのゴム、スチロールなどの発泡剤、りん青銅などのばね性部材で支持するとよい。支持部１３の弾力性は特にレーザ透過板９の粗い部分を支持する部分に適用するとよい。また、両面に用いると更に効果は増加する。
【００６０】
以下、上述のように構成されたレーザユニット１について動作を説明する。
【００６１】
まず、レーザユニット１の基本動作を説明する。
【００６２】
図２に示すように、電源８によってフラッシュランプ６から発射された励起光は、レーザロッド３の内部に入り、ドープされたレーザ動作物質（本例ではエルビウムＥｒ）を励起させて光を発生させる。発生した光は、反射鏡４とレーザロッド３と反射鏡５の間を反射して共振するとともに増幅される。誘導放出により増幅されたレーザ光の一部は、反射鏡５を通過する。反射鏡５を通過したレーザ光はレンズ７を透過して出射し、レーザ透過板９を通過して集光する。
【００６３】
次に、具体的な例を挙げて、レーザユニット１の動作を説明する。
【００６４】
図５は、フラッシュランプ６の状態を示す断面図である。図６は、レーザ光がレンズ７を通過後、レーザ透過板９で衝撃波を発生して所定の位置に集光されているレーザの動作状態を説明する図である。図７は、レーザ透過板９の有り無し時の性能を説明する図である。図８は、レーザを皮膚に照射した際にアブレーションによって発生する蒸散物の飛散の様子を説明する図である。なお、本装置を駆動させるための回路部の図示は省略されている。
【００６５】
図５に示すように、フラッシュランプ６の管面に取り付けられた導電性膜１０と、フラッシュランプ６のランプ管内部の陰電極１１（−電極）との間に、７ｋＶ〜９ｋＶのトリガ電圧を印加すると同時に、フラッシュランプ６内の陰電極１１と陽電極１２間に２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加して発光させる。
【００６６】
このときフラッシュランプ６内の電極間の電圧印加時間を２００μｓｅｃ〜２ｍｓｅｃとして、パルス発光させる。本実施の形態のレーザユニット１のレーザロッド３は、Ｅｒを５０％ドープしたＥｒ：ＹＡＧであるため、発光した励起光はレーザロッド３に取り込まれる。これにより励起したＥｒ分子が安定状態に戻るときの発光が、反射鏡４と反射鏡５の間で誘導放出により増幅されて、その一部が反射鏡５を通過して放出する。
【００６７】
その結果、本実施の形態のレーザユニット１から、波長２．９４μｍのレーザ光が発射（出射）する。発射したレーザは、焦点距離２５ｍｍのレンズ７を通過して、レーザ透過板９によって衝撃波を発生させられてレンズ７の先端から２５ｍｍ離れた位置に集光することができる。
【００６８】
図６に示すように、レーザ光はレーザ透過板９の鏡部１５から入射され、粗部１４の面を通過する際に矢印で示した衝撃波を生じる。同時に、入射光が破線で示した部分で若干散乱されることにより、指などの穿刺部の痛みを少なくすることができる。
【００６９】
発射されたレーザ光のプロファイラー（：オフィール社製ＰＹＲＯＣＡＭＩＩＩ）をみる。
【００７０】
図７は、レーザ透過板９の有り無し時の性能を説明する図であり、縦軸に強度、横軸に距離をとる。
【００７１】
図７Ａは、レーザ透過板９無し、図７Ｂは、レーザ透過板９有りである。この図７のようなデータが得られる。
【００７２】
図７Ａに示すように、レーザ透過板９が無い場合：レーザ強度が中心に集中していた部分がレーザ透過板９を追加すると、図７Ｂに示すように中心への強度の集中が緩和しているのが分かる。
【００７３】
この結果、穿刺時の痛みが緩和する。また、図８に示したようにレーザで皮膚Ａを穿刺すると、アブレーションによって発生した蒸散物Ｂがレンズの方向に向かって飛散する。レーザ透過板９は、この蒸散物Ｂの汚染からレンズを保護する機能も有している。このためにはレーザ透過板９はレンズを保持しているケースとの間に隙間を持たないような構造を有しており、蒸散物Ｂが通り抜けないようにしている。
【００７４】
レーザ透過板９は、図６に示すようにレンズ７と皮膚Ａの間に配置してもよいが、レーザ透過板９の場所によってレーザ光の通過する大きさが異なるため、レーザ光のレーザ透過板９を通過する損失が異なり、組み立て時のばらつきによってレーザ光の性能にばらつきがでる可能性が生じる。但し、レンズ７と穿刺部位との間に位置するため、レーザ光で穿刺部位をアブレーションした際に発生する蒸散物からレンズ７を保護することが可能であるという効果がある。
【００７５】
図９は、レーザ透過板９がレンズ７とレーザロッド３との間にあるレーザユニットの構成図である。
【００７６】
図９に示すように、レーザユニットは、レーザロッド３とレンズ７の間にレーザ透過板９を配置する。レーザ透過板９の場所によってレーザ光の通過する大きさは異ならないため、レーザ光のレーザ透過板９を通過する際の損失は変化しないという効果がある。しかし、図６と図９のどちらの構成の場合においても穿刺時の痛みを軽減できるという効果は同じである。
【００７７】
図１０はレーザ透過板９が皮膚と接触した位置に配置した場合のレーザユニットの構成図である。
【００７８】
レーザ透過板９の位置として、図１０に示すように穿刺部位に直接、所定の粗さの部分を接触させてもよい。この場合、レーザ光のアブレーションによって蒸散された物はレーザ透過板に付着する。そのため、付着した蒸散物をふき取る機構を有するか、毎回交換す
ることが必要である。このように直接レーザ透過板９を接触させると、穿刺物である皮膚Ａとレーザ透過板９の光に対する屈折率は空気の場合より近づくため、図１０のＡ部のようにレーザ光はほとんど屈折されずに皮膚内部に侵入することになる。従ってレーザ光穿刺時の痛みはより軽減されることとなる。
【００７９】
図１１は、本実施の形態のレーザユニット１が適用される実験装置の概要を表にして示す図である。図１１に示すように、レーザロッド３の材料は、Ｅｒ：ＹＡＧ  直径Φ２ｍｍ、長さ３５ｍｍとする。フラッシュランプ６の外径４ｍｍ、アーク長２９ｍｍ、フラッシュランプ６の入力電圧３５０Ｖ（コンデンサ容量３００μＦ）とする。レーザ透過板９は、厚み０．１５ｍｍ硼珪酸ガラスを用い、レーザ光が出射する側の面は表面平均粗さＲａ０．３μｍに作製する。レーザ透過板９の粗部１４は、例えば１５μｍ砥粒で研磨して作製する。
【００８０】
図１２は、図１１の実験装置により作製されたレーザユニット１による穿刺の痛みを、針式と比較して示す図である。被験者は９名（成人男性）である。まず、通常ガラスを用いた従来装置では、針式より痛い、針式と同等、針式より痛くないがそれぞれ、６名、２名、１名であった。これに対して、本実施の形態のレーザ透過板９では、針式より痛い、針式と同等、針式より痛くないがそれぞれ、０名、３名、６名であった。特に、従来装置では針式より痛いと回答した人が６名であるのに対し、本実施の形態では０名であった。逆に、従来装置では針式より痛くないと回答した人が１名であるのに対し、本実施の形態では６名であった。この判定結果から、本実施の形態のレーザユニット１は、従来装置に比べて痛みレベルについては明らかに少ないことが確かめられた。
【００８１】
従来装置では、蒸散に使われなかったエネルギは、皮膚の深部まで浸透し、痛点を刺激することで痛みとして感じさせてしまうことに原因がある。本実施の形態では、レーザ透過板９の粗部１４は、ガラスが砥粒で研磨して作製されることで、いわゆるすりガラスとなっている。このすりガラスがレーザ光と皮膚の間に挿入されることで、レーザ光を適当に分散させることで減痛効果を得ることができる。また、図７Ｂに示すように、レーザ光はレーザ光中心において散乱し、中心への強度の集中が緩和されていることが実験により確かめられた。
【００８２】
更に、レーザ光がレーザ透過板９の鏡部１５側から粗部１４を通過するときに、粗部１４において衝撃波を発生する。衝撃波としてのエネルギが予め放出されるため、皮膚などの場合に、痛みが少なくなる。
【００８３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、レーザユニット１は、レーザを照射するレーザロッド３と、照射部から照射されるレーザ光を集光するレンズ７と、レーザ光が入射する側の面は鏡部１５、レーザ光が出射する側の面は表面平均粗さＲａの粗部１４を持つレーザ透過板９とを有する。この構成により、レーザ透過板９を通過した後のレーザ光は、粗部１４により散乱することで、皮膚に照射されるレーザ光の強度は、中心に集中しないものとなる。また、レーザ光が粗部１４を通過するときに衝撃波を発生することで、エネルギが予め放出される。これらの理由により、被照射物が皮膚（特に指）などの場合に、痛みが少ないレーザユニット１を実現することができる。
【００８４】
以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。
【００８５】
上記各実施の形態ではレーザユニットという名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、レーザ装置、穿刺装置等であってもよい。
【００８６】
また、上記レーザユニットを構成する各部、例えばレーザロッドの種類、その数及び接続方法などはどのようなものでもよい。
【００８７】
２００７年１２月４日出願の特願２００７−３１３２７３の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係るレーザユニットは、レーザユニット等の採血手段により皮膚から採血し、血液の成分を分析する血液分析装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】従来のレーザユニットの断面図
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザユニットの断面図
【図３】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の断面図
【図４Ａ】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の断面図
【図４Ｂ】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザ透過板の平面図
【図５】上記実施の形態に係るレーザユニットのフラッシュランプの断面図
【図６】上記実施の形態に係るレーザユニットの動作状態の説明図
【図７Ａ】上記実施の形態に係るレーザユニットの性能を示す説明図
【図７Ｂ】上記実施の形態に係るレーザユニットの性能を示す説明図
【図８】上記実施の形態に係るレーザユニットのレーザを皮膚に照射した際にアブレーションによって発生する蒸散物の飛散の様子を説明する図
【図９】上記実施の形態に係るレーザユニットの構成図
【図１０】上記実施の形態に係るレーザユニットの構成図
【図１１】上記実施の形態に係るレーザユニットが適用される実験装置の概要を表にして示す図
【図１２】図１１の実験装置により作製されたレーザユニットによる穿刺の痛みを、針式と比較して示す図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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