(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療部位に治療レーザ光を照射するレーザ治療装置において、レーザ電源に直列接続され、波長の異なる治療レーザ光を出射する複数の半導体レーザ光源と、各半導体レーザ光源の陽極と陰極に接続され、前記レーザ電源から流れる駆動電流値を調整可能な電子スイッチと、各半導体レーザ光源について、電気入力に対するレーザ出力の効率であるレーザ変換効率データを記憶するメモリと、治療に使用する半導体レーザ光源を選択する選択信号により各電子スイッチの作動を制御するとともに、使用する半導体レーザ光源に対応するレーザ変換効率データを取り出し、レーザ変換効率データに基づいて駆動電流値を調整するように電子スイッチを制御する制御手段と、を備えることを特徴とするレーザ治療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治療部位に治療レーザ光を照射して治療を行うレーザ治療装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
皮膚科や形成外科等で使用されているレーザ治療装置は、ほとんどの場合が単一波長の治療用レーザ光である。まれに、血管病変や皮膚色素疾患の治療用にNd:YAGレーザの基本波（1064nm）とその２倍波（532nm）の組合わせた装置や、レーザ脱毛と血管病変の治療のためのAlexandriteレーザ（755nm）とNd:YAGレーザ（1064nm）、皮膚色素疾患や血管病変の治療のためのAlexandriteレーザ（755nm）とNd:YAGレーザ（1064nm）とその２倍波（532nm）の組合わせた多波長の装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置は、効率の悪い固体レーザであったため、必要とされる電源や冷却機の能力から小型化は困難であった。また、複数のレーザ光源で構成する場合、レーザ光源毎にその電源を組入れているため、装置自体が大きくなったり、価格的にも高価な装置になってしまう問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術を鑑み、小型、低価格で個々のレーザ光源を駆動でき、さらにはレーザ波長を広域に選べるレーザ治療装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）  治療部位に治療レーザ光を照射するレーザ治療装置において、レーザ電源に直列接続され、波長の異なる治療レーザ光を出射する複数の半導体レーザ光源と、各半導体レーザ光源の陽極と陰極に接続され、前記レーザ電源から流れる駆動電流値を調整可能な電子スイッチと、各半導体レーザ光源について、電気入力に対するレーザ出力の効率であるレーザ変換効率データを記憶するメモリと、治療に使用する半導体レーザ光源を選択する選択信号により各電子スイッチの作動を制御するとともに、使用する半導体レーザ光源に対応するレーザ変換効率データを取り出し、レーザ変換効率データに基づいて駆動電流値を調整するように電子スイッチを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について一実施形態を挙げて説明する。図１に示す様に、１はレーザ装置本体である。本体１にはファイバケーブル４によりハンドピース２０が繋がれている。レーザ装置本体１の内部には、波長700nmの半導体レーザ光源１１、800nmの半導体レーザ光源１２、900nmの半導体レーザ光源１３、1000nmの半導体レーザ光源１４を備える。この装置は、これら４つの波長を同時に組合わせて出射したり、単独波長で動作させたりできる。各半導体レーザ光源１１〜１４は、多数の半導体レーザが連なるリニアアレー型半導体レーザである。また、各レーザ光源１１〜１４は、その動作温度を検知するためのサーミスタ１１ａ〜１４ａ、レーザ出力を検知するための図示なきフォトダイオードが内部に組込まれている。各レーザ光源１１〜１４の冷却は、リニアアレー型半導体レーザを構成するパッケージ全体を冷却する他、パッケージ内にペルチェ効果を応用したElectric Thermo-coolerを組み込み、半導体レーザを直接冷却することでも良い。
【０００７】
リニアアレー型半導体レーザの各半導体レーザを出射したレーザ光は、それぞれに対応して配置されたレンズ２１により各ファイバ２２の入射端面２２ａにそれぞれ集光されて入射される。各ファイバ２２は出射端面２２ｂで束ねられており、各半導体レーザから出射されたレーザ光はファイバ出射側でまとめられ、波長選択性のある高出力レーザ光として治療に利用される。尚、各レーザ光源１１〜１４の出射ビームの照射密度が照射面において均等になることが好ましい。そのため、各レーザ光源１１〜１４のファイバ２２の１本１本の分布がファイバ２２の束ねられた断面において略等しくなる様に出射端面２２ｂで束ねられている。
【０００８】
また、エイミング光源１５から出射するエイミング光は、集光レンズ２３により集光され、ファイバ２４の入射端面２４ａに入射する。ファイバ２４の出射端面２４ｂはファイバ２２の出射側端面２２ｂと共にその中心に束ねられており、エイミング光はファイバ２４を出射後、治療用レーザ光と同様の光路を進行する。本実施形態ではエイミング光源１５には６３０ｎｍの波長の赤色半導体レーザを利用している。１６はエイミング光源１５用のレーザ電源である。
【０００９】
束ねられた各ファイバ２２、２４の出射端面２２ｂ、２４ｂ（ファイババンドル部）から出射するレーザ光（治療用レーザ光及びエイミング光）はコリメータレンズ２５ａ、集光レンズ２５ｂにより集光され、１本のファイバケーブル４に入射する。ファイバケーブル４からハンドピース２０に導光されたレーザ光は、ハンドピース２０内に設けられた集光レンズ１９により患部で焦点を結ぶように集光される。
【００１０】
コリメータレンズ２５ａと集光レンズ２５ｂの間には、出力検出光学系３０が設けられている。３１は出力センサであり、ビームスプリッター３２によってレーザ光の一部が取出され出力センサ３１に向けられる。その光路上には、集光レンズ３３、レーザ光強度を減衰させるためのアッテネータ３４、出力センサ３１の波長感度特性を補正する補正フィルター３５が配置されている。出力センサ３１はフォトダイオードであるため、波長感度特性がある。異なる波長のレーザ出力が一定であっても、サンプリングされるフォトダイオードのレーザ出力値は波長によって異なってしまう。補正フィルター３５は、それぞれの波長によるその透過率を変化させることにより、波長によって異なる出力センサ３１の感度を補正するためのものである。補正フィルター３５により、波長700nm、800nm、900nm、1000nmの波長特性がフラットにされる。出力センサ３１で得られたレーザ出力信号は、設定されたレーザ出力値と比較され、設定された出力値を維持できるように監視されている。
３７は安全シャッターであり、ソレノイド３８の駆動によりレーザ光の光路上に挿脱される。
【００１１】
次に半導体レーザ光源１１〜１４を駆動する電気回路について説明する。半導体レーザ光源１１〜１４は、図１に示すように、レーザ用電源７と直列に接続され、レーザ用電源７により定電流駆動される。各半導体レーザ光源１１〜１４が直列に接続されているため、各半導体レーザ光源１１〜１４にそれぞれ１つずつ電源を設けなくても良い。１つの半導体レーザ用電源７で全ての半導体レーザ光源を駆動することができるため、コストを少なく押さえることができる。
【００１２】
治療用のレーザ波長を選択的にしたり、波長の組み合わせをするために、各レーザ光源１１〜１４の陽極（Anode）と陰極（Cathode）にトランジスタ等の電子スイッチ４１〜４４が並列接続されている。必要とされる波長のレーザ光源からレーザ光を出射させる場合、制御部１０からの指示によりそのスイッチを開いて定電流がレーザ光源にレーザ電源７から供給されるようにする。また、不要な波長のレーザ光源はそのスイッチを閉じて、レーザ光源に電流が流れない様にする。
【００１３】
以上のような構成を有するレーザ治療装置において、その動作について以下に説明する。
術者は、予めコントロールパネル８に設けられた各種のスイッチでレーザ波長の選択、レーザ出力、照射時間等の適切な治療レーザ照射条件を設定する。そして、コントロールパネル８で待機状態のStandbyから照射可能なReadyへのスイッチを押すと、安全シャッター３７が閉じられた状態で、試験的に半導体レーザ光源１１〜１４からレーザ光が出射される。制御部１０は出力センサ３１で得られたレーザ出力を設定されたレーザ出力値と比較し、設定値になるようにレーザ用電源７からの駆動電流を調整した後、安全シャッター３７を開く。勿論、異常なレーザ出力が検出された場合は、安全シャッター３７を開かず、その旨をコントロールパネル８上の図示なき表示窓とビープ音等の音で術者に知らせる。また、レーザ照射中に異常があった場合も、制御部１０は安全シャッター３７を直ちに閉じ、レーザ光の照射を中止し、コントロールパネル８上の表示窓と音で術者に知らせる。
【００１４】
術者は設定を完了した後、ハンドピース２０を手で保持して患部上に当接させる。そして、エイミング光源１５から出射するエイミング光をレーザ照射したい患部に照準合わせをする。照準合わせが完了すると、フットスイッチ９を踏んでレーザ照射のトリガ信号を制御部１０に送る。制御部１０は設定された照射条件になる様に半導体レーザ用電源７へ信号を送る。また、コントロールパネル８からのレーザ波長（レーザ光源）の選択信号に基づいて、電子スイッチ４１〜４４の開閉動作を制御する。選択された波長のレーザ光源は半導体レーザ用電源７からの定電流により駆動される。
【００１５】
レーザ光源から出射されたレーザ光は、ファイバ２２を通り、コリメータレンズ２５ａと集光レンズ２５ｂにより集光され、ファイバケーブル４に入射する。コリメータレンズ２５ａと集光レンズ２５ｂの間に配置されたビームスプリッター３２によってレーザ光の一部が取出され、出力センサ３１に入射される。異なる波長の半導体レーザ光源１１〜１４が組み合わされて駆動されたとき、出力センサ３１では各波長の出力が合計された値としてレーザ出力が検出される。このとき、補正フィルター３５により波長特性がフラットとされるため、出力センサ３１でトータルパワーとして検出されても、各波長のレーザ光の出力が正しい値として得られ、これが制御部１０にフィードバックされる。検出されたレーザ出力は設定値と比較され、安定した同一の出力となる様に制御される。レーザ出力が許容誤差を超えて出射されようとすれば、制御部１０はレーザ光源の駆動を停止し、レーザ照射を強制停止させる。ファイバケーブル４を通ったレーザ光はハンドピース２０に導光され、集光レンズ１９により患部に照射される。
【００１６】
なお、上記装置では半導体レーザ光源１１〜１４の波長を700〜1000nmとしたが、これに限らず、治療目的に応じて、製造可能な波長範囲の半導体レーザを使用しても良い。また、全て異なる波長とせず、治療目的に合わせて、ある波長の半導体レーザを複数個使用する等して片寄りをもたせても良い。
【００１７】
図２は、上記実施の形態の変容例である。各レーザ光源１１〜１４の電気入力に対するレーザ出力の効率が大きく異なる場合に、この構成が好適である。図２では、図１の電子スイッチ４１〜４４の代わりに、Power MOS FET５１〜５４を用い、レーザ光源１１〜１４の陽極（Anode）、陰極（Cathode）に並列接続している。各レーザ光源１１〜１４のＯＮ／ＯＦＦ選択や、レーザ光源毎に異なるレーザ変換効率を、各Power MOS FET５１〜５４に流す電流の割合を変えて調整させる。例えば、各レーザ光源１１〜１４のレーザ変換効率が、レーザ光源１１では２５％、レーザ光源１２では３５％、レーザ光源１３では３５％、レーザ光源１４では３０％であるとする。各レーザ光源１１〜１４を同じレーザ出力で出射させるには、一番効率の悪いレーザ光源１１に１００％電流を流すためにその並列接続されたPower MOS FET５１を開放（非通電）状態とし、レーザ光源１２、１３は７１．４％、レーザ光源１４は８３．３％の電流値となる様に、制御部１０は各Power MOS FET５２〜５４に流れる電流を制御する。このような制御により、一度に多波長のレーザ光を同出力で照射する治療が行える。各レーザ光源のレーザ変換効率は、予めそのデータを得て制御部１０が持つメモリに記憶しておけば良い。あるいは、コントロールパネル８で照射可能なReadyへのスイッチを押した時点で試験的に半導体レーザ光源１１〜１４からレーザ光が出射されるので、この時に各レーザ光源のレーザ変換効率を求め、そのデータを制御部１０が持つメモリに記憶しても良い。
【００１８】
また、多波長のレーザ光を同時に出力する場合、レーザ光源１１〜１４の出力比を任意に変更することもできる。この場合は、コントロールパネル８が持つ出力設定部によりそれぞれレーザ光源１１〜１４の出力を設定する。制御部１０は、コントロールパネル８で設定されたレーザ出力値となるように、各レーザ光源のレーザ変換効率を考慮して、各Power MOS FET５２〜５４に流れる電流を制御する。各Power MOS FET５２〜５４に流れる電流が制御されるので、各レーザ光源１１〜１４からは設定出力のレーザ光が出射される。例えば、脱毛治療の場合、毛根の深さやメラニンへの吸収率によってレーザ光の波長の出射割合を変えると効果的である。皮膚表面から深い毛根の脱毛には長めの波長を使うと良く、浅い毛根の脱毛には短めの波長を使うと良い。また、例えば、表皮にメラニンの多い肌の脱毛には皮膚の火傷防止のため波長を長めにしたり、メラニンの少ない肌の脱毛には毛根への吸収を良くするため波長を短めにすることもできる。一度に多波長のレーザ光をそれぞれの波長の出射割合を任意に変えて照射することにより、いろいろな毛根の深さの毛の脱毛を一度に効率的に行うことができる。
【００１９】
また、上記実施の形態では、異なる波長のレーザ光源１１〜１４について説明したが、これに限らず、同じ波長の複数の半導体レーザ光源を電気的に直列に接続した場合にも応用できる。例えば、同一波長の２つの半導体レーザ光源を直列接続した場合について説明する。一方の半導体レーザ光源の電気からレーザ出力への変換効率低下や破損が起きてしまった場合、そのまま電流を流しつづけると（出力センサ３１で得られたレーザ出力が設定出力と同じになるようにレーザ電源が駆動されると）、もう一方の半導体レーザ光源に負荷が掛かり、その半導体レーザ光源の劣化を更に招いてしまう。そこで、この場合は、変換効率の低下や破損が起きてしまった半導体レーザ光源を電子スイッチにより直列回路から電気的に切り離し、もう一方の半導体レーザ光源が許容レベル以上の電流が流れないようにする。個々の半導体レーザ光源の変換効率の低下や破損は、そのレーザ光源に設けられたフォトダイオード又は出力センサ３１により検出され、その検出信号が選択信号として利用され、制御部１０により電子スイッチの開閉作動の制御がされる。
【００２０】
また、予め半導体レーザ光源の直列の回路に予備の半導体レーザ光源を備えておけば、このような一部の変換効率の低下や破損が起きた時、それらを回路から電気的に切り離し、予備の半導体レーザ光源を電気的に回路に入れ、性能の低下を防止することもできる。
【００２１】
更に、同一波長の半導体レーザ光源でも個々の出来上がったものごとにレーザ出力の効率が異なる個体差がある。この個体差が大きいと、同じ駆動電流では効率の良い側のレーザ出力が増し、効率の悪い側のレーザ出力が減り、バランスが悪い状態が生じる。もしこの個体差が大きい場合、効率の良い半導体レーザ光源の寿命が短くなり、更に電流を増してレーザ出力を維持させようとすると、加速度的に寿命が短くなる。そのため、Power MOS FET等を使い半導体レーザ光源の個体差を調整できるように個々の駆動電流を調整すれば、効率よくレーザ光を出力することができ、寿命を伸ばすことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型でコストを押さえつつ、個々のレーザ光源を駆動でき、その出力も効率的に制御することができる。さらには、レーザ波長を広域に選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置の光学系と制御系を示すブロック図である。
【図２】変容例である装置の光学系と制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  レーザ装置本体
７  レーザ用電源
８  コントロールパネル
１０  制御部
１１  半導体レーザ光源
１２  半導体レーザ光源
１３  半導体レーザ光源
１４  半導体レーザ光源
３１  出力センサ
３２  ビームスプリッター
３３  集光レンズ
３４  アッテネータ
３５  補正フィルター
４１  電子スイッチ
４２  電子スイッチ
４３  電子スイッチ
４４  電子スイッチ
５１  Power MOS FET
５２  Power MOS FET
５３  Power MOS FET
５４  Power MOS FET
【図１】
0004047047.tif 000002
【図２】
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