レーザメス及びレーザを用いた除去方法
【課題】短パルスレーザ光源では、光発生器の外部に設けられた光学部品の作用より短パルス出力が実現されるため、一般的にサイズが大きく、装置全体として大型化するという問題があった。従来に比して小型化し得るレーザメス及びレーザを用いた除去方法を提案する。
【解決手段】緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させる。そして、このパルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光させる。
【解決手段】緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させる。そして、このパルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織の切除あるいは歯の漂白などに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザメスとして、半導体レーザを用いてパルス光を発生するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−９０９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、短パルスレーザ光源では、光発生器の外部に設けられた光学部品の作用より短パルス出力が実現される。このため短パルスレーザ光源は、一般的にサイズが大きく、装置全体として大型化するという問題があった。
【０００４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して小型化し得るレーザメス及びレーザを用いた除去方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するため本発明は、レーザメスであって、半導体レーザと、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する光学レンズとを有する。
【０００６】
また本発明は、レーザを用いた除去方法であって、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する集光ステップとを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、半導体レーザに対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を除去対象の部位に集中させることができる。半導体レーザに対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、本発明では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。かくして、従来に比して小型化し得るレーザメス及びレーザを用いた除去方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
［１．皮膚切除整形装置の構成］
［２．短パルスレーザ光源の構成］
［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−３．駆動電圧の制御］
［３．動作及び効果］
［４．他の実施の形態］
【０００９】
［１．皮膚切除整形装置の構成］
図１に示すように、この本一実施の形態の皮膚切除整形装置１は、レーザメス２と、コンピュータ３と、レジン噴出部４と、カラーインク噴出部５とによって構成される。
【００１０】
レーザメス２は、短パルスレーザ光源１０を有し、該短パルスレーザ光源１０の出射先にはＥＯＭ（Electro Optical Modulator（電気光学変調器））１１が配される。ＥＯＭ１１は、光場の位相ポジションを可変させて、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光の屈折率を変化させる。
【００１１】
この位相ポジションは、位相制御部１２によって所定間隔ごとに可変される。位相ポジションが可変されない場合、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光は、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter（偏光ビームスプリッタ））１３を透過する一方、位相ポジションが可変される場合、ＰＢＳ１３を反射することとなる。
【００１２】
このようにレーザメス２は、ＥＯＭ１１、位相制御部１２及びＰＢＳ１３によって、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光の光路を、第１の導波路又は第２の導波路へ交互に切り換えることができるようになされている。
【００１３】
またレーザメス２は、ＰＢＳ１３を透過するレーザ光（一方の導波路上のレーザ光）についてはダイクロイックミラー１４を介して対物レンズ１５に導き、該対物レンズ１５により皮膚面の切除部位に集光する。この結果、切除部位はレーザ光のエネルギーで気化される（アブレーション）。
【００１４】
これに対してレーザメス２は、ＰＢＳ１３を反射するレーザ光（他方の導波路上のレーザ光）についてはミラー１６を介してＳＨＧ（Seconds Harmonic Generation）素子１７に導く。ＳＨＧ素子１７は、例えば４０５［ｎｍ］でなる短パルスレーザ光源１０のレーザ光を紫外波長領域のレーザ光（第２高調波）として発生する。
【００１５】
レーザメス２は、このＳＨＧ素子１７から得られるレーザ光を、ミラー１８及びダイクロイックミラー１４を介して対物レンズ１５に導き、該対物レンズ１５により皮膚面の切除部位に集光する。この結果、切除部位は変性し、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率が上昇することになる。
【００１６】
このようにレーザメス２は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することができるようになされている。
【００１７】
したがってこの皮膚切除整形装置１は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光だけを照射する場合に比して、アブレーションによる切除を効率よく行い得るようになされている。
【００１８】
一方、コンピュータ３は、入力部としてのマウスを有し、該マウスから、切除部位をケアすべき命令が与えられた場合、位相制御部１２に対して、光路の切り換えを停止するとともにレーザ光がＰＢＳ１３を反射する導波路上レーザ光が導かれるように位相を変更すべき命令を与える。したがって皮膚面には、レーザメス２から、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光が照射されずに、該レーザ光よりも高波長でなる紫外波長領域のレーザ光が照射されることとなる。
【００１９】
またコンピュータ３は、マウスから切除部位をケアすべき命令が与えられた場合、レジン噴射部４に対してレジン噴射命令を与える。この場合、レジン噴射部４は、該レジン噴射部４に接続されるノズルＮＬからＵＶレジンを噴射する。このＵＶレジンは、レーザメス２から照射される紫外波長領域のレーザ光によって硬化し、この結果、アブレーションによる切除部位が、モイストヒーリング（湿潤療法）効果として、傷跡が残り難い状態で早期に復帰することとなる。
【００２０】
このようにこの皮膚切除整形装置１は、レーザメス２によってアブレーション切除のみならず、該切除部位に対して傷跡が残り難い状態で早期に復帰させる処理を自動的に施すことができるようになされている。
【００２１】
これに加えてこの皮膚切除整形装置１では、アブレーション工程ではアブレーションの補助光として、モイストヒーリング工程ではＵＶレジンの硬化として紫外波長領域のレーザ光を共用するため、該共用しない場合に比して小型化することができる。
【００２２】
さらにこのコンピュータ３は、マウスから、正常部位と同化させるべき命令が与えられた場合、可視光カメラＣＬから与えられる撮像データを取り込み、該撮像データに基づいて、切除部位の周辺部分における皮膚色を認識する。
【００２３】
そしてコンピュータ３は、認識した皮膚色の色を噴射すべき命令をカラーインク噴射部５に与える。この場合、カラーインク噴射部５は、命令に応じた色となるようにインクの混合割合を調整し、該調整したインクを、該カラーインク噴射部５に接続されるノズルＮＬから噴射する。この結果、切除部位で硬化するＵＶレジンが正常の皮膚色に染まり、該切除部位が正常の皮膚色と同化することとなる。
【００２４】
このようにこの皮膚切除整形装置１は、切除部位を正常の皮膚色と同化させることができるようになされている。
【００２５】
［２．短パルスレーザ光源の構成］
次に、短パルスレーザ光源１０の構成を具体的に説明する。図２に示すように、この短パルスレーザ光源１０は、レーザ制御部２１と半導体レーザ２２とから構成される。
【００２６】
半導体レーザ２２は、半導体発光を用いる一般的な半導体レーザ（例えばソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３）でなる。この半導体レーザ２２は、レーザ制御部２１による駆動電圧制御（詳しくは後述する）のもとに、レーザ光をパルス出力するようになされている。
【００２７】
レーザ制御部２１は、パルス生成器２１Ａ及びＬＤ（Laser Diode）ドライバ２１Ｂとから構成される。図３（Ａ）に示すように、パルス生成器２１Ａは、離散的にパルス状の生成信号パルスＳＬｗを発生するパルス信号ＳＬを生成し、ＬＤドライバ２１Ｂに供給する。このときパルス生成器２１Ａは、例えば外部機器の制御に応じて、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルを制御する。
【００２８】
図３（Ｂ）に示すように、ＬＤドライバ２１Ｂは、パルス信号ＳＬを所定の増幅率で増幅することにより、生成信号パルスＳＬｗに対応して駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、半導体レーザ２２に供給する。駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値は、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルに応じて決定される。
【００２９】
半導体レーザ２２は、このレーザ駆動電圧ＤＪに応じてレーザ光ＬＬをパルス出力する。
【００３０】
このように短パルスレーザ光源１０は、レーザ制御部２１の制御により、半導体レーザ２２からレーザ光を直接的にパルス出力するようになされている。
【００３１】
［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
レーザの特性を表すいわゆるレート方程式は、次式
【００３２】
【数１】
【００３３】
とされる。この（１）式における「Γ」は閉込め係数、「τｐｈ」は光子寿命、「τｓ」はキャリア寿命、「Ｃｓ」は自然放出結合係数、「ｄ」は活性層厚、「ｑ」は電荷素量、「ｇmax」は最大利得、「Ｎ」はキャリア密度、「Ｓ」は光子密度、「Ｊ」は注入キャリア密度、「ｃ」は光速、「Ｎ０」は透明化キャリア密度、「ｎｇ」は群屈折率をそれぞれ表す。
【００３４】
一般的な半導体レーザでは、注入キャリア密度Ｊ（すなわちレーザ駆動電圧ＤＪ）の増大に応じてキャリア密度Ｎが飽和状態の少し手前から発光が開始される。そして、注入キャリア密度Ｊの増大に伴って光子密度Ｓ（すなわち出射光強度）が増大することとなる。
【００３５】
ここで、（１）式に示したレート方程式から、発光開始時間τｄを算出することができる。すなわち発振以前のため光子密度Ｓ＝０とすると、（１）式は次式
【００３６】
【数２】
【００３７】
と表すことができる。この（２）式におけるキャリア密度Ｎをスレショールド値Ｎｔｈとすると、発光開始時間τｄは次式
【００３８】
【数３】
【００３９】
と表すことができる。この（３）式からも分かるように、発光開始時間τｄは注入キャリア密度Ｊに反比例する。この注入キャリア密度Ｊの振幅は、レーザ駆動電圧ＤＪが大きいと、発光開始直後に緩和振動によって最も大きい第１波として現れ、第２波、第３波と徐々に減衰し、安定化に至る。
【００４０】
一般的なレーザ光源では、半導体レーザに対して緩和振動の殆どみられない条件（電圧値）となる比較的小さいレーザ駆動電圧ＤＪを印加することにより、敢えて出射開始直後の出射光強度の差異を小さくし、レーザ光ＬＬの出力を安定させている。
【００４１】
本実施の形態による短パルスレーザ光源１０では、緩和振動を生じさせて、レーザ光の瞬間的な出射光強度の最大値が安定値よりも増大（例えば１．５倍以上）される。
【００４２】
すなわち図４に示すように、レーザ制御部２１は、緩和振動を生じさせるための電圧値（以下、これを振動電圧値αと呼ぶ）の駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、これを半導体レーザ２２に印加する（図４（Ｂ））。駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅は、発光開始時間τｄと振動周期ｔａとを加算（τｄ＋ｔａ）した時間（以下、これを電流波供給時間βと呼ぶ）とされる。
【００４３】
これにより短パルスレーザ光源１０は、図４（Ｃ）に示すように、半導体レーザ２２から緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（以下、これを振動出力光ＬＭｐと呼ぶ）を出射することができるようになされている。
【００４４】
また短パルスレーザ光源１０は、大きな電圧値でなるレーザ駆動電圧ＤＪを印加する時間を短縮することができるため、半導体レーザ２２の過発熱などにより生じる当該半導体レーザ２２の不具合を抑制することができるようになされている。
【００４５】
ちなみに、振動電圧値αよりも小さい振動電圧値βでなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ２２に印加した場合（図４（Ｄ））、出射光強度の比較的小さい振動出力光ＬＭｐ（図４（Ｅ））が半導体レーザ２２から出射される。
【００４６】
ここで、一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３ＶＦ）に対して、比較的大きなレーザ駆動電圧ＤＪを印加した時に測定された出射光強度を、図５に示す。この図からも分かるように、光子密度Ｓにみられた緩和振動が出射光強度として実際に生じる。なお図５では、レーザ駆動電圧ＤＪを半導体レーザに対して矩形のパルス状に供給した場合に得られたレーザ光ＬＬの波形を示している。
【００４７】
このように短パルスレーザ光源１０は、緩和振動モードを実行した場合、緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を、半導体レーザ２２から出射することができるようになされている。
【００４８】
［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
ここで、駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を変化させた場合のレーザ光ＬＬの変化を測定した実験の結果について説明する。
【００４９】
まず、図６において、この実験で用いた、短パルスレーザ光源１０から出射されたレーザ光ＬＬを分析する光測定装置５０の構成を示す。
【００５０】
この光測定装置５０では短パルスレーザ光源１０における半導体レーザ２２から出射されたレーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１に供給される。レーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１によって発散光から平行光に変換され、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５２を介して集光レンズ５３へ入射される。
【００５１】
この実験では、この集光レンズ５３によって集光された後のレーザ光ＬＬが、光サンプルオシロスコープ５４（浜松ホトニクス株式会社製、Ｃ８１８８−０１）及び光スペクトルアナザイザ５５（株式会社エーディーシー製、Ｑ８３４１）により測定及び分析された。
【００５２】
またこの実験では、コリメータレンズ５１及び集光レンズ５３間にパワーメータ５６（株式会社エーディーシー製、Ｑ８２３０）が設置され、レーザ光ＬＬの出射光強度が測定された。なおこの実験では、ＢＰＦ５２は必要に応じて設置又は除去された。
【００５３】
図７及び図８において、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを変化させたときに得られたレーザ光ＬＬの出射光強度について、光スペクトルアナライザ１７によって測定した結果を示す。ちなみに、この測定において、ＢＰＦ５２は設置されていない。
【００５４】
図７に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが６［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形にはピークが大きなピークが複数見られることから、当該レーザ光は振動出力光ＬＭｐといえる。
【００５５】
一方、図８に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが４２［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が見られた。
【００５６】
このことから、振動電圧値αよりも大きな特異電圧値β（すなわち最大電圧値Ｖｍａｘ）でなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ２２に供給した場合、振動出力光ＬＭｐとはその波形及び波長の異なるレーザ光ＬＬが出力されることが分かる。なお、発光開始時間τｄも上述したレート方程式から導かれる（３）式とは一致しなかった。
【００５７】
このレーザ光ＬＬの波長は、安定化時におけるレーザ光の波長よりも約６［ｎｍ］（６±２［ｎｍ］以内）短波長側にピークを有することが確認されている。以下、このレーザ光ＬＬを特異出力光ＬＡｐと呼び、当該特異出力光ＬＡｐを出力する半導体レーザ２２のモードを特異モードと呼ぶ。
【００５８】
ちなみに、短波長側にピークをもつのは、最大電圧値Ｖｍａｘの上昇に伴いレーザ光ＬＬが振動出力光ＬＭｐから特異出力光ＬＡｐへ変化する過程において、長波長側のピークが徐々に減衰し、代りに短波長側のピークが増大していくものと考えられる。
【００５９】
また、パワーメータ５６による測定（半導体レーザ２２としてソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３を使用）の結果、この特異ピークＡＰＫの出射光強度は、約１２［Ｗ］と緩和振動モードにおけるレーザ光ＬＬの最大の出射光強度（約１〜２［Ｗ］）と比して、非常に大きいことが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこの出射光強度は図面には表われていない。
【００６０】
またストリークカメラ（図示せず）による分析の結果、特異ピークＡＰＫは、ピーク幅が１０［ｐｓ］程度であり、緩和振動モードにおけるピーク幅（約３０［ｐｓ］）と比して、小さくなることが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこのピーク幅は図面には表われていない。
【００６１】
また特異スロープＡＳＰは、その波長が通常モードにおけるレーザ光ＬＬの波長と同一であり、最大の出射光強度は約１〜２［Ｗ］程度であった。
【００６２】
以上のように、半導体レーザ２２に対して、緩和振動を生じさせる電圧値よりもさらに大きい特異電圧値でβなるレーザ駆動電圧ＤＪが印加された場合、図９に示すように、最初に出現する特異ピークＡＰＫと、続いて出現するスロープＡＳＰとからなる特異出力光ＬＡｐが出射される。なおこの実験とは異なる半導体レーザを用いた場合であっても、同様の結果が得られている。
【００６３】
本実施の形態による短パルスレーザ光源１０では、レーザ制御部２１が、半導体レーザ２２に対し、振動電圧値αでなるレーザ駆動電圧ＤＪだけでなく、該振動電圧値αよりもさらに大きい特異電圧値βでなるレーザ駆動電圧ＤＪし得るようになされている。
【００６４】
これによりレーザ制御部２１は、図９に示したように、半導体レーザ２２を特異モードに遷移させ、レーザ光ＬＬとして、当該半導体レーザ２２から非常に大きい特異ピークＡＰＫを有する特異出力光ＬＡｐを出射させることができる。
【００６５】
［２−３．駆動電圧の制御］
ところで、本実施の形態による短パルスレーザ光源１０には、コンピュータ１５（図１）から、図１０に示すように、パルス生成器２１Ａにおける設定パルスＳＬｓのパルス幅Ｗｓと、当該設定パルスＳＬｓの高さＨｓとの設定情報が与えられる。
【００６６】
短パルスレーザ光源１０は、この設定情報に示される設定内容にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることにより、ＬＤドライバ２１Ｂによって生成される駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘ及び生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を切り換える。
【００６７】
例えば、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が増大され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。
【００６８】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を小さくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが小さくなる。
【００６９】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。
【００７０】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が小さく、特異スロープＡＳＰも小さくなる。
【００７１】
このようにこの短パルスレーザ光源１０は、コンピュータ１５（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることで、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を可変することができる。このことは既に本出願人により確認されている。
【００７２】
また短パルスレーザ光源１０は、コンピュータ１５（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号レベルを振動電圧値αとすることで、緩和振動パルスのレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を得ることもできる。
【００７３】
以上のようにこの短パルスレーザ光源１０は、駆動電圧ＤＪにおける駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を切り換えることにより、緩和振動モード又は特異モードの切り換えに加えて、特異モードでの特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫのレベル（高さ）を調整し得るようになされている。
【００７４】
［３．動作及び効果］
以上の構成において、この皮膚切除整形装置１は、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧ＤＪを半導体レーザ２２に印加する。これにより皮膚切除整形装置１は、半導体レーザ２２から緩和振動パルスのレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）又はパルス状の特異ピークＡＰＫをもつレーザ光ＬＬを出力させる（主に図４又は図９参照）。
【００７５】
そして皮膚切除整形装置１は、このレーザ光ＬＬを、対物レンズ１５によって皮膚面の切除部位に集光する（主に図１参照）。
【００７６】
したがってこの皮膚切除整形装置１では、半導体レーザ２２に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を切除部位に集中させることができる。
【００７７】
半導体レーザ２２に対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、この皮膚切除整形装置１では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。これに加えてこの皮膚切除整形装置１では、瞬間的に強いレーザ光をサンプリング部位に集中させることができるため、切断線の線幅を狭くでき、また切除部位のダメージを低減することもできる。
【００７８】
また、この皮膚切除整形装置１は、パルス状の駆動電圧ＤＪ（駆動電圧パルスＤＪｗ）に対する電圧値を切り換えて、特異ピークＡＰＫの強度を調整する（主に図１０参照）。
【００７９】
したがってこの皮膚切除整形装置１では、例えば皮膚厚の相違あるいは組織の相違に応じて、当該切除対象に対する特異ピークＡＰＫのレベル、つまりパルス強度を調整できる。この結果、例えば、切除対象を、皮膚に代えて歯とする場合であっても、皮膚と同様に、アブレーションによって歯の歯垢を除去又は歯を削除することが可能となる。また切除対象に応じたパルス強度を選択できるということは、装置の消費電力の低減、生物サンプルに対するダメージの緩和の観点で有用となる。
【００８０】
また、この皮膚切除整形装置１は、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えることにより、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を調整する（主に図１０参照）。
【００８１】
すなわちこの皮膚切除整形装置１では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制することが可能である。この特異スロープＡＳＰはアブレーションでは不要であり、正常組織に対するダメージの要因になる場合も否定できない。したがって、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制できるということは、正常組織に対するダメージの緩和の観点で有用となる。
【００８２】
さらに、この皮膚切除整形装置１は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射する（主に図１参照）。
【００８３】
高波長でなるレーザ光は切除部位を変性させて、該切除部位に対する、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率を上昇させる。したがってこの皮膚切除整形装置１では、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光だけを照射する場合に比して、アブレーションによる切除を効率よく行い得るようになされている。
【００８４】
特に、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することは、当該レーザ光の導波路として光ファイバーを適用する場合に有利となる。すなわち、光ファイバーを高出力のレーザ光（特にＵＶレーザ光）の導波路として用いた場合、該光ファイバーの劣化（損傷）が大きいため、一般には光ファイバー以外の比較的大型な導波路に代替される。
【００８５】
しかしこの皮膚切除整形装置１では、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光が、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率を上昇させるための高波長レーザ光として所定間隔ごとに変換される。このため、レーザ光の出力を高めることが困難な状況下（導波路として光ファイバーを適用する場合等）であっても、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光を用いてアブレーション切除が可能となる。
【００８６】
以上の構成によれば、半導体レーザ２２に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を切除部位に集中させることができるようにしたことにより、切除対象に対する効率を低減させずに従来に比して小型化し得る皮膚切除整形装置１を実現できる。
【００８７】
［４．他の実施の形態］
上述の実施の形態では、パルス状の特異ピークをもつレーザ光の光路を、所定間隔ごとに第１の導波路又は第２の導波路に切り換える光路切換手段を有する皮膚切除整形装置１が採用された。しかしながら光路切換手段が省略された皮膚切除整形装置が採用されてもよい。
【００８８】
また、光路切換手段は、上述の実施の形態ではＥＯＭ１１、位相制御部１２及びＰＢＳ１３によって実現された。しかしながら光路切換手段はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator（音響光学変調器））、位相制御部及びＰＢＳによって、また複数の光学レンズの組み合わせによって光路切換手段が実現されてもよい。
【００８９】
上述の実施の形態では、切除部位及びその周囲を撮像する可視光カメラＣＬが、切除部位の色を認識するために用いられた。この色認識用に代えてまたは色認識用に加えて、切除部位及びその周囲の表示用として、可視光カメラＣＬが用いられる形態であってもよい。
【００９０】
また、切除部位及びその周囲の表示用として、可視光カメラＣＬに代えてテラヘルツ域カメラが適用可能である。テラヘルツ波は、生体表面で反射する可視光と異なり、該生体表面下における浅い組織層で反射する。したがって、テラヘルツ域カメラを適用した場合、血管が介在する層（真皮層）の面を画像として表示することが可能となる。この結果、テラヘルツ域カメラで撮像された画像を表示させることで、切除部位のうち、自然止血し難い１［ｍｍ］以上の血管が存在する部分を確認しながら切除作業させるといったことが可能となる。
【００９１】
なお、血管をクランプするアームが移動可能に設けられるようにしてもよい。このようにすれば、切除部位のうち１［ｍｍ］以上の血管が露出するように切開し、アームで血管をクランプしてからアブレーション切除することが可能である。また、アブレーション切除後に、切断された血管端面をレジンで接着することによって、無出血で切除手術することも可能となる。
【００９２】
また上述の実施の形態では、切除対象として皮膚が適用された。しかしながら切除対象はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、歯あるいは内蔵等、皮膚以外の組織が切除対象とされてもよい。
【００９３】
なお、例えば内視鏡手術の場合、導波路として光ファイバーが要することになるが、上述したように、該光ファイバーを用いたとしても、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光を用いてアブレーション切除が可能となる。この点で、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することは特に有用となる。また、手術では止血用としてＡｒレーザが一般に用いられる。これに対し、上述のように、青紫波長のレーザ光を出射する短パルスレーザ光源１０を用いた形態では、従来に比して大幅に小型化できる。これに加えて、この短パルスレーザ光源１０では、緩和振動を発生させ又は特異ピークＡＰＫの強度が調整可能であるため、止血速度をコントロールすることも可能となる。
【００９４】
別例として歯科臨床の場合、近年では、ＴｉＯ２（二酸化チタン）を含む過酸化水素漂白剤が歯の漂白で用いられる。ＴｉＯ２は可視域の短波長側の光に対して強い吸収性をもつため、上述のように、青紫波長のレーザ光を出射する短パルスレーザ光源１０を用いた形態では、ＴｉＯ２の光触媒作用によって、従来よりも漂白効率を向上させることができる。
【００９５】
また上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて特異スロープＡＳＰが抑制された。しかしながら抑制手段はこの実施の形態のように電気的抑制に代えて、光学的抑制により実現するようにしてもよい。
【００９６】
具体的には、半導体レーザ２２と、対物レンズ１２Ａとの間におけるレーザ光の光路上に、使用すべき半導体レーザ２２から出射されるレーザ光の波長を中心とする所定波長域の波長をカットするＢＰＦを設ける。例えば図８で上述したように、特異スロープＡＳＰは半導体レーザ２２から出射されるレーザ光と同等の波長となる一方、特異ピークＡＰＫはレーザ光の波長よりも短波長となる。したがって、当該ＢＰＦを設けることで、特異スロープＡＳＰを選択的に抑制することができる。
【００９７】
また上述の実施の形態では、短パルスレーザ光源がパルス幅による特異スロープと立上スロープによるモードとの双方が制御された。しかしながら他の実施の形態として、いずれか一方の制御を実行する形態が適用されてもよい。
【００９８】
また上述の実施の形態では、パルス幅による特異スロープの制御と同時に駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながら他の実施の形態として、制御と調整のいずれか一方を実行する形態が適用されてもよい。
【００９９】
また上述の実施の形態では、設定パルスＳＬｓの高さＨｓの設定により駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながらこの調整手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、ＬＤドライバ２１Ｂにおける増幅率を変化させることにより最大電圧値Ｖｍａｘを調整する調整手法が適用できる。
【０１００】
また上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗとして矩形状のパルス電流が供給された。しかしながら供給手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、短時間に亘って大きな振動電圧値αでなるパルス電流が供給されてもよく、また正弦波状でなる駆動電圧パルスＤＪｗが供給されてもよい。
【０１０１】
また上述の実施の形態では、半導体レーザ２２として一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３など）が用いられた。要は、ｐ型とｎ型の半導体を用いてレーザ発振を行ういわゆる半導体レーザであれば良い。また敢えて緩和振動を大きく生じさせやすくした半導体レーザを用いることがさらに好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、生物実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】皮膚切除整形装置の構成を示す略線／ブロック図である。
【図２】短パルスレーザ光源の構成を示す略線／ブロック図である。
【図３】パルス信号とレーザ駆動電圧を示す略線図である。
【図４】駆動電流と出射光強度の説明に供する略線図である。
【図５】実際の発光波形を示す略線図である。
【図６】光測定装置の構成を示す略線図である。
【図７】実験結果（１）を示すグラフである。
【図８】実験結果（２）を示すグラフである。
【図９】特異出力光の波形を示す略線図である。
【図１０】パルス幅による特異出力光の制御の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１……皮膚切除整形装置、２……レーザメス、３……コンピュータ、４……レジン噴射部、５……カラーインク噴射部、１０……短パルスレーザ光源、１１……ＥＯＭ、１２……位相制御部、１３……ＰＢＳ、１４……ダイクロイックミラー、１５……対物レンズ、１６，１８……ミラー、１７……ＳＨＧ素子、２１Ａ……パルス生成部、２１Ｂ……ＬＤドライバ、２２……半導体レーザ、τｄ……発光開始時間、ＤＪ……レーザ駆動電圧、ＤＪｗ……駆動電圧パルス、ＬＬ……レーザ光、ＳＬ……パルス信号、ＳＬｗ……生成信号パルス、ＬＭｐ……振動出力光、ＬＡｐ……特異出力光、ＡＰＫ……特異ピーク、ＡＳＰ……特異スロープ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織の切除あるいは歯の漂白などに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザメスとして、半導体レーザを用いてパルス光を発生するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−９０９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、短パルスレーザ光源では、光発生器の外部に設けられた光学部品の作用より短パルス出力が実現される。このため短パルスレーザ光源は、一般的にサイズが大きく、装置全体として大型化するという問題があった。
【０００４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して小型化し得るレーザメス及びレーザを用いた除去方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するため本発明は、レーザメスであって、半導体レーザと、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する光学レンズとを有する。
【０００６】
また本発明は、レーザを用いた除去方法であって、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する集光ステップとを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、半導体レーザに対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を除去対象の部位に集中させることができる。半導体レーザに対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、本発明では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。かくして、従来に比して小型化し得るレーザメス及びレーザを用いた除去方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
［１．皮膚切除整形装置の構成］
［２．短パルスレーザ光源の構成］
［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−３．駆動電圧の制御］
［３．動作及び効果］
［４．他の実施の形態］
【０００９】
［１．皮膚切除整形装置の構成］
図１に示すように、この本一実施の形態の皮膚切除整形装置１は、レーザメス２と、コンピュータ３と、レジン噴出部４と、カラーインク噴出部５とによって構成される。
【００１０】
レーザメス２は、短パルスレーザ光源１０を有し、該短パルスレーザ光源１０の出射先にはＥＯＭ（Electro Optical Modulator（電気光学変調器））１１が配される。ＥＯＭ１１は、光場の位相ポジションを可変させて、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光の屈折率を変化させる。
【００１１】
この位相ポジションは、位相制御部１２によって所定間隔ごとに可変される。位相ポジションが可変されない場合、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光は、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter（偏光ビームスプリッタ））１３を透過する一方、位相ポジションが可変される場合、ＰＢＳ１３を反射することとなる。
【００１２】
このようにレーザメス２は、ＥＯＭ１１、位相制御部１２及びＰＢＳ１３によって、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光の光路を、第１の導波路又は第２の導波路へ交互に切り換えることができるようになされている。
【００１３】
またレーザメス２は、ＰＢＳ１３を透過するレーザ光（一方の導波路上のレーザ光）についてはダイクロイックミラー１４を介して対物レンズ１５に導き、該対物レンズ１５により皮膚面の切除部位に集光する。この結果、切除部位はレーザ光のエネルギーで気化される（アブレーション）。
【００１４】
これに対してレーザメス２は、ＰＢＳ１３を反射するレーザ光（他方の導波路上のレーザ光）についてはミラー１６を介してＳＨＧ（Seconds Harmonic Generation）素子１７に導く。ＳＨＧ素子１７は、例えば４０５［ｎｍ］でなる短パルスレーザ光源１０のレーザ光を紫外波長領域のレーザ光（第２高調波）として発生する。
【００１５】
レーザメス２は、このＳＨＧ素子１７から得られるレーザ光を、ミラー１８及びダイクロイックミラー１４を介して対物レンズ１５に導き、該対物レンズ１５により皮膚面の切除部位に集光する。この結果、切除部位は変性し、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率が上昇することになる。
【００１６】
このようにレーザメス２は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することができるようになされている。
【００１７】
したがってこの皮膚切除整形装置１は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光だけを照射する場合に比して、アブレーションによる切除を効率よく行い得るようになされている。
【００１８】
一方、コンピュータ３は、入力部としてのマウスを有し、該マウスから、切除部位をケアすべき命令が与えられた場合、位相制御部１２に対して、光路の切り換えを停止するとともにレーザ光がＰＢＳ１３を反射する導波路上レーザ光が導かれるように位相を変更すべき命令を与える。したがって皮膚面には、レーザメス２から、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光が照射されずに、該レーザ光よりも高波長でなる紫外波長領域のレーザ光が照射されることとなる。
【００１９】
またコンピュータ３は、マウスから切除部位をケアすべき命令が与えられた場合、レジン噴射部４に対してレジン噴射命令を与える。この場合、レジン噴射部４は、該レジン噴射部４に接続されるノズルＮＬからＵＶレジンを噴射する。このＵＶレジンは、レーザメス２から照射される紫外波長領域のレーザ光によって硬化し、この結果、アブレーションによる切除部位が、モイストヒーリング（湿潤療法）効果として、傷跡が残り難い状態で早期に復帰することとなる。
【００２０】
このようにこの皮膚切除整形装置１は、レーザメス２によってアブレーション切除のみならず、該切除部位に対して傷跡が残り難い状態で早期に復帰させる処理を自動的に施すことができるようになされている。
【００２１】
これに加えてこの皮膚切除整形装置１では、アブレーション工程ではアブレーションの補助光として、モイストヒーリング工程ではＵＶレジンの硬化として紫外波長領域のレーザ光を共用するため、該共用しない場合に比して小型化することができる。
【００２２】
さらにこのコンピュータ３は、マウスから、正常部位と同化させるべき命令が与えられた場合、可視光カメラＣＬから与えられる撮像データを取り込み、該撮像データに基づいて、切除部位の周辺部分における皮膚色を認識する。
【００２３】
そしてコンピュータ３は、認識した皮膚色の色を噴射すべき命令をカラーインク噴射部５に与える。この場合、カラーインク噴射部５は、命令に応じた色となるようにインクの混合割合を調整し、該調整したインクを、該カラーインク噴射部５に接続されるノズルＮＬから噴射する。この結果、切除部位で硬化するＵＶレジンが正常の皮膚色に染まり、該切除部位が正常の皮膚色と同化することとなる。
【００２４】
このようにこの皮膚切除整形装置１は、切除部位を正常の皮膚色と同化させることができるようになされている。
【００２５】
［２．短パルスレーザ光源の構成］
次に、短パルスレーザ光源１０の構成を具体的に説明する。図２に示すように、この短パルスレーザ光源１０は、レーザ制御部２１と半導体レーザ２２とから構成される。
【００２６】
半導体レーザ２２は、半導体発光を用いる一般的な半導体レーザ（例えばソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３）でなる。この半導体レーザ２２は、レーザ制御部２１による駆動電圧制御（詳しくは後述する）のもとに、レーザ光をパルス出力するようになされている。
【００２７】
レーザ制御部２１は、パルス生成器２１Ａ及びＬＤ（Laser Diode）ドライバ２１Ｂとから構成される。図３（Ａ）に示すように、パルス生成器２１Ａは、離散的にパルス状の生成信号パルスＳＬｗを発生するパルス信号ＳＬを生成し、ＬＤドライバ２１Ｂに供給する。このときパルス生成器２１Ａは、例えば外部機器の制御に応じて、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルを制御する。
【００２８】
図３（Ｂ）に示すように、ＬＤドライバ２１Ｂは、パルス信号ＳＬを所定の増幅率で増幅することにより、生成信号パルスＳＬｗに対応して駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、半導体レーザ２２に供給する。駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値は、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルに応じて決定される。
【００２９】
半導体レーザ２２は、このレーザ駆動電圧ＤＪに応じてレーザ光ＬＬをパルス出力する。
【００３０】
このように短パルスレーザ光源１０は、レーザ制御部２１の制御により、半導体レーザ２２からレーザ光を直接的にパルス出力するようになされている。
【００３１】
［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
レーザの特性を表すいわゆるレート方程式は、次式
【００３２】
【数１】
【００３３】
とされる。この（１）式における「Γ」は閉込め係数、「τｐｈ」は光子寿命、「τｓ」はキャリア寿命、「Ｃｓ」は自然放出結合係数、「ｄ」は活性層厚、「ｑ」は電荷素量、「ｇmax」は最大利得、「Ｎ」はキャリア密度、「Ｓ」は光子密度、「Ｊ」は注入キャリア密度、「ｃ」は光速、「Ｎ０」は透明化キャリア密度、「ｎｇ」は群屈折率をそれぞれ表す。
【００３４】
一般的な半導体レーザでは、注入キャリア密度Ｊ（すなわちレーザ駆動電圧ＤＪ）の増大に応じてキャリア密度Ｎが飽和状態の少し手前から発光が開始される。そして、注入キャリア密度Ｊの増大に伴って光子密度Ｓ（すなわち出射光強度）が増大することとなる。
【００３５】
ここで、（１）式に示したレート方程式から、発光開始時間τｄを算出することができる。すなわち発振以前のため光子密度Ｓ＝０とすると、（１）式は次式
【００３６】
【数２】
【００３７】
と表すことができる。この（２）式におけるキャリア密度Ｎをスレショールド値Ｎｔｈとすると、発光開始時間τｄは次式
【００３８】
【数３】
【００３９】
と表すことができる。この（３）式からも分かるように、発光開始時間τｄは注入キャリア密度Ｊに反比例する。この注入キャリア密度Ｊの振幅は、レーザ駆動電圧ＤＪが大きいと、発光開始直後に緩和振動によって最も大きい第１波として現れ、第２波、第３波と徐々に減衰し、安定化に至る。
【００４０】
一般的なレーザ光源では、半導体レーザに対して緩和振動の殆どみられない条件（電圧値）となる比較的小さいレーザ駆動電圧ＤＪを印加することにより、敢えて出射開始直後の出射光強度の差異を小さくし、レーザ光ＬＬの出力を安定させている。
【００４１】
本実施の形態による短パルスレーザ光源１０では、緩和振動を生じさせて、レーザ光の瞬間的な出射光強度の最大値が安定値よりも増大（例えば１．５倍以上）される。
【００４２】
すなわち図４に示すように、レーザ制御部２１は、緩和振動を生じさせるための電圧値（以下、これを振動電圧値αと呼ぶ）の駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、これを半導体レーザ２２に印加する（図４（Ｂ））。駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅は、発光開始時間τｄと振動周期ｔａとを加算（τｄ＋ｔａ）した時間（以下、これを電流波供給時間βと呼ぶ）とされる。
【００４３】
これにより短パルスレーザ光源１０は、図４（Ｃ）に示すように、半導体レーザ２２から緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（以下、これを振動出力光ＬＭｐと呼ぶ）を出射することができるようになされている。
【００４４】
また短パルスレーザ光源１０は、大きな電圧値でなるレーザ駆動電圧ＤＪを印加する時間を短縮することができるため、半導体レーザ２２の過発熱などにより生じる当該半導体レーザ２２の不具合を抑制することができるようになされている。
【００４５】
ちなみに、振動電圧値αよりも小さい振動電圧値βでなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ２２に印加した場合（図４（Ｄ））、出射光強度の比較的小さい振動出力光ＬＭｐ（図４（Ｅ））が半導体レーザ２２から出射される。
【００４６】
ここで、一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３ＶＦ）に対して、比較的大きなレーザ駆動電圧ＤＪを印加した時に測定された出射光強度を、図５に示す。この図からも分かるように、光子密度Ｓにみられた緩和振動が出射光強度として実際に生じる。なお図５では、レーザ駆動電圧ＤＪを半導体レーザに対して矩形のパルス状に供給した場合に得られたレーザ光ＬＬの波形を示している。
【００４７】
このように短パルスレーザ光源１０は、緩和振動モードを実行した場合、緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を、半導体レーザ２２から出射することができるようになされている。
【００４８】
［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
ここで、駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を変化させた場合のレーザ光ＬＬの変化を測定した実験の結果について説明する。
【００４９】
まず、図６において、この実験で用いた、短パルスレーザ光源１０から出射されたレーザ光ＬＬを分析する光測定装置５０の構成を示す。
【００５０】
この光測定装置５０では短パルスレーザ光源１０における半導体レーザ２２から出射されたレーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１に供給される。レーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１によって発散光から平行光に変換され、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５２を介して集光レンズ５３へ入射される。
【００５１】
この実験では、この集光レンズ５３によって集光された後のレーザ光ＬＬが、光サンプルオシロスコープ５４（浜松ホトニクス株式会社製、Ｃ８１８８−０１）及び光スペクトルアナザイザ５５（株式会社エーディーシー製、Ｑ８３４１）により測定及び分析された。
【００５２】
またこの実験では、コリメータレンズ５１及び集光レンズ５３間にパワーメータ５６（株式会社エーディーシー製、Ｑ８２３０）が設置され、レーザ光ＬＬの出射光強度が測定された。なおこの実験では、ＢＰＦ５２は必要に応じて設置又は除去された。
【００５３】
図７及び図８において、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを変化させたときに得られたレーザ光ＬＬの出射光強度について、光スペクトルアナライザ１７によって測定した結果を示す。ちなみに、この測定において、ＢＰＦ５２は設置されていない。
【００５４】
図７に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが６［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形にはピークが大きなピークが複数見られることから、当該レーザ光は振動出力光ＬＭｐといえる。
【００５５】
一方、図８に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが４２［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が見られた。
【００５６】
このことから、振動電圧値αよりも大きな特異電圧値β（すなわち最大電圧値Ｖｍａｘ）でなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ２２に供給した場合、振動出力光ＬＭｐとはその波形及び波長の異なるレーザ光ＬＬが出力されることが分かる。なお、発光開始時間τｄも上述したレート方程式から導かれる（３）式とは一致しなかった。
【００５７】
このレーザ光ＬＬの波長は、安定化時におけるレーザ光の波長よりも約６［ｎｍ］（６±２［ｎｍ］以内）短波長側にピークを有することが確認されている。以下、このレーザ光ＬＬを特異出力光ＬＡｐと呼び、当該特異出力光ＬＡｐを出力する半導体レーザ２２のモードを特異モードと呼ぶ。
【００５８】
ちなみに、短波長側にピークをもつのは、最大電圧値Ｖｍａｘの上昇に伴いレーザ光ＬＬが振動出力光ＬＭｐから特異出力光ＬＡｐへ変化する過程において、長波長側のピークが徐々に減衰し、代りに短波長側のピークが増大していくものと考えられる。
【００５９】
また、パワーメータ５６による測定（半導体レーザ２２としてソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３を使用）の結果、この特異ピークＡＰＫの出射光強度は、約１２［Ｗ］と緩和振動モードにおけるレーザ光ＬＬの最大の出射光強度（約１〜２［Ｗ］）と比して、非常に大きいことが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこの出射光強度は図面には表われていない。
【００６０】
またストリークカメラ（図示せず）による分析の結果、特異ピークＡＰＫは、ピーク幅が１０［ｐｓ］程度であり、緩和振動モードにおけるピーク幅（約３０［ｐｓ］）と比して、小さくなることが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこのピーク幅は図面には表われていない。
【００６１】
また特異スロープＡＳＰは、その波長が通常モードにおけるレーザ光ＬＬの波長と同一であり、最大の出射光強度は約１〜２［Ｗ］程度であった。
【００６２】
以上のように、半導体レーザ２２に対して、緩和振動を生じさせる電圧値よりもさらに大きい特異電圧値でβなるレーザ駆動電圧ＤＪが印加された場合、図９に示すように、最初に出現する特異ピークＡＰＫと、続いて出現するスロープＡＳＰとからなる特異出力光ＬＡｐが出射される。なおこの実験とは異なる半導体レーザを用いた場合であっても、同様の結果が得られている。
【００６３】
本実施の形態による短パルスレーザ光源１０では、レーザ制御部２１が、半導体レーザ２２に対し、振動電圧値αでなるレーザ駆動電圧ＤＪだけでなく、該振動電圧値αよりもさらに大きい特異電圧値βでなるレーザ駆動電圧ＤＪし得るようになされている。
【００６４】
これによりレーザ制御部２１は、図９に示したように、半導体レーザ２２を特異モードに遷移させ、レーザ光ＬＬとして、当該半導体レーザ２２から非常に大きい特異ピークＡＰＫを有する特異出力光ＬＡｐを出射させることができる。
【００６５】
［２−３．駆動電圧の制御］
ところで、本実施の形態による短パルスレーザ光源１０には、コンピュータ１５（図１）から、図１０に示すように、パルス生成器２１Ａにおける設定パルスＳＬｓのパルス幅Ｗｓと、当該設定パルスＳＬｓの高さＨｓとの設定情報が与えられる。
【００６６】
短パルスレーザ光源１０は、この設定情報に示される設定内容にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることにより、ＬＤドライバ２１Ｂによって生成される駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘ及び生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を切り換える。
【００６７】
例えば、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が増大され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。
【００６８】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を小さくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが小さくなる。
【００６９】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。
【００７０】
また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が小さく、特異スロープＡＳＰも小さくなる。
【００７１】
このようにこの短パルスレーザ光源１０は、コンピュータ１５（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることで、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を可変することができる。このことは既に本出願人により確認されている。
【００７２】
また短パルスレーザ光源１０は、コンピュータ１５（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号レベルを振動電圧値αとすることで、緩和振動パルスのレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を得ることもできる。
【００７３】
以上のようにこの短パルスレーザ光源１０は、駆動電圧ＤＪにおける駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を切り換えることにより、緩和振動モード又は特異モードの切り換えに加えて、特異モードでの特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫのレベル（高さ）を調整し得るようになされている。
【００７４】
［３．動作及び効果］
以上の構成において、この皮膚切除整形装置１は、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧ＤＪを半導体レーザ２２に印加する。これにより皮膚切除整形装置１は、半導体レーザ２２から緩和振動パルスのレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）又はパルス状の特異ピークＡＰＫをもつレーザ光ＬＬを出力させる（主に図４又は図９参照）。
【００７５】
そして皮膚切除整形装置１は、このレーザ光ＬＬを、対物レンズ１５によって皮膚面の切除部位に集光する（主に図１参照）。
【００７６】
したがってこの皮膚切除整形装置１では、半導体レーザ２２に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を切除部位に集中させることができる。
【００７７】
半導体レーザ２２に対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、この皮膚切除整形装置１では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。これに加えてこの皮膚切除整形装置１では、瞬間的に強いレーザ光をサンプリング部位に集中させることができるため、切断線の線幅を狭くでき、また切除部位のダメージを低減することもできる。
【００７８】
また、この皮膚切除整形装置１は、パルス状の駆動電圧ＤＪ（駆動電圧パルスＤＪｗ）に対する電圧値を切り換えて、特異ピークＡＰＫの強度を調整する（主に図１０参照）。
【００７９】
したがってこの皮膚切除整形装置１では、例えば皮膚厚の相違あるいは組織の相違に応じて、当該切除対象に対する特異ピークＡＰＫのレベル、つまりパルス強度を調整できる。この結果、例えば、切除対象を、皮膚に代えて歯とする場合であっても、皮膚と同様に、アブレーションによって歯の歯垢を除去又は歯を削除することが可能となる。また切除対象に応じたパルス強度を選択できるということは、装置の消費電力の低減、生物サンプルに対するダメージの緩和の観点で有用となる。
【００８０】
また、この皮膚切除整形装置１は、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えることにより、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を調整する（主に図１０参照）。
【００８１】
すなわちこの皮膚切除整形装置１では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制することが可能である。この特異スロープＡＳＰはアブレーションでは不要であり、正常組織に対するダメージの要因になる場合も否定できない。したがって、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制できるということは、正常組織に対するダメージの緩和の観点で有用となる。
【００８２】
さらに、この皮膚切除整形装置１は、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射する（主に図１参照）。
【００８３】
高波長でなるレーザ光は切除部位を変性させて、該切除部位に対する、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率を上昇させる。したがってこの皮膚切除整形装置１では、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光だけを照射する場合に比して、アブレーションによる切除を効率よく行い得るようになされている。
【００８４】
特に、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することは、当該レーザ光の導波路として光ファイバーを適用する場合に有利となる。すなわち、光ファイバーを高出力のレーザ光（特にＵＶレーザ光）の導波路として用いた場合、該光ファイバーの劣化（損傷）が大きいため、一般には光ファイバー以外の比較的大型な導波路に代替される。
【００８５】
しかしこの皮膚切除整形装置１では、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光が、アブレーションに要するエネルギーの吸収効率を上昇させるための高波長レーザ光として所定間隔ごとに変換される。このため、レーザ光の出力を高めることが困難な状況下（導波路として光ファイバーを適用する場合等）であっても、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光を用いてアブレーション切除が可能となる。
【００８６】
以上の構成によれば、半導体レーザ２２に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を切除部位に集中させることができるようにしたことにより、切除対象に対する効率を低減させずに従来に比して小型化し得る皮膚切除整形装置１を実現できる。
【００８７】
［４．他の実施の形態］
上述の実施の形態では、パルス状の特異ピークをもつレーザ光の光路を、所定間隔ごとに第１の導波路又は第２の導波路に切り換える光路切換手段を有する皮膚切除整形装置１が採用された。しかしながら光路切換手段が省略された皮膚切除整形装置が採用されてもよい。
【００８８】
また、光路切換手段は、上述の実施の形態ではＥＯＭ１１、位相制御部１２及びＰＢＳ１３によって実現された。しかしながら光路切換手段はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator（音響光学変調器））、位相制御部及びＰＢＳによって、また複数の光学レンズの組み合わせによって光路切換手段が実現されてもよい。
【００８９】
上述の実施の形態では、切除部位及びその周囲を撮像する可視光カメラＣＬが、切除部位の色を認識するために用いられた。この色認識用に代えてまたは色認識用に加えて、切除部位及びその周囲の表示用として、可視光カメラＣＬが用いられる形態であってもよい。
【００９０】
また、切除部位及びその周囲の表示用として、可視光カメラＣＬに代えてテラヘルツ域カメラが適用可能である。テラヘルツ波は、生体表面で反射する可視光と異なり、該生体表面下における浅い組織層で反射する。したがって、テラヘルツ域カメラを適用した場合、血管が介在する層（真皮層）の面を画像として表示することが可能となる。この結果、テラヘルツ域カメラで撮像された画像を表示させることで、切除部位のうち、自然止血し難い１［ｍｍ］以上の血管が存在する部分を確認しながら切除作業させるといったことが可能となる。
【００９１】
なお、血管をクランプするアームが移動可能に設けられるようにしてもよい。このようにすれば、切除部位のうち１［ｍｍ］以上の血管が露出するように切開し、アームで血管をクランプしてからアブレーション切除することが可能である。また、アブレーション切除後に、切断された血管端面をレジンで接着することによって、無出血で切除手術することも可能となる。
【００９２】
また上述の実施の形態では、切除対象として皮膚が適用された。しかしながら切除対象はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、歯あるいは内蔵等、皮膚以外の組織が切除対象とされてもよい。
【００９３】
なお、例えば内視鏡手術の場合、導波路として光ファイバーが要することになるが、上述したように、該光ファイバーを用いたとしても、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光を用いてアブレーション切除が可能となる。この点で、短パルスレーザ光源１０から出射されるレーザ光と、該レーザ光よりもおおよそ高波長でなるレーザ光とを交互に切除部位に照射することは特に有用となる。また、手術では止血用としてＡｒレーザが一般に用いられる。これに対し、上述のように、青紫波長のレーザ光を出射する短パルスレーザ光源１０を用いた形態では、従来に比して大幅に小型化できる。これに加えて、この短パルスレーザ光源１０では、緩和振動を発生させ又は特異ピークＡＰＫの強度が調整可能であるため、止血速度をコントロールすることも可能となる。
【００９４】
別例として歯科臨床の場合、近年では、ＴｉＯ２（二酸化チタン）を含む過酸化水素漂白剤が歯の漂白で用いられる。ＴｉＯ２は可視域の短波長側の光に対して強い吸収性をもつため、上述のように、青紫波長のレーザ光を出射する短パルスレーザ光源１０を用いた形態では、ＴｉＯ２の光触媒作用によって、従来よりも漂白効率を向上させることができる。
【００９５】
また上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて特異スロープＡＳＰが抑制された。しかしながら抑制手段はこの実施の形態のように電気的抑制に代えて、光学的抑制により実現するようにしてもよい。
【００９６】
具体的には、半導体レーザ２２と、対物レンズ１２Ａとの間におけるレーザ光の光路上に、使用すべき半導体レーザ２２から出射されるレーザ光の波長を中心とする所定波長域の波長をカットするＢＰＦを設ける。例えば図８で上述したように、特異スロープＡＳＰは半導体レーザ２２から出射されるレーザ光と同等の波長となる一方、特異ピークＡＰＫはレーザ光の波長よりも短波長となる。したがって、当該ＢＰＦを設けることで、特異スロープＡＳＰを選択的に抑制することができる。
【００９７】
また上述の実施の形態では、短パルスレーザ光源がパルス幅による特異スロープと立上スロープによるモードとの双方が制御された。しかしながら他の実施の形態として、いずれか一方の制御を実行する形態が適用されてもよい。
【００９８】
また上述の実施の形態では、パルス幅による特異スロープの制御と同時に駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながら他の実施の形態として、制御と調整のいずれか一方を実行する形態が適用されてもよい。
【００９９】
また上述の実施の形態では、設定パルスＳＬｓの高さＨｓの設定により駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながらこの調整手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、ＬＤドライバ２１Ｂにおける増幅率を変化させることにより最大電圧値Ｖｍａｘを調整する調整手法が適用できる。
【０１００】
また上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗとして矩形状のパルス電流が供給された。しかしながら供給手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、短時間に亘って大きな振動電圧値αでなるパルス電流が供給されてもよく、また正弦波状でなる駆動電圧パルスＤＪｗが供給されてもよい。
【０１０１】
また上述の実施の形態では、半導体レーザ２２として一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３など）が用いられた。要は、ｐ型とｎ型の半導体を用いてレーザ発振を行ういわゆる半導体レーザであれば良い。また敢えて緩和振動を大きく生じさせやすくした半導体レーザを用いることがさらに好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、生物実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】皮膚切除整形装置の構成を示す略線／ブロック図である。
【図２】短パルスレーザ光源の構成を示す略線／ブロック図である。
【図３】パルス信号とレーザ駆動電圧を示す略線図である。
【図４】駆動電流と出射光強度の説明に供する略線図である。
【図５】実際の発光波形を示す略線図である。
【図６】光測定装置の構成を示す略線図である。
【図７】実験結果（１）を示すグラフである。
【図８】実験結果（２）を示すグラフである。
【図９】特異出力光の波形を示す略線図である。
【図１０】パルス幅による特異出力光の制御の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１……皮膚切除整形装置、２……レーザメス、３……コンピュータ、４……レジン噴射部、５……カラーインク噴射部、１０……短パルスレーザ光源、１１……ＥＯＭ、１２……位相制御部、１３……ＰＢＳ、１４……ダイクロイックミラー、１５……対物レンズ、１６，１８……ミラー、１７……ＳＨＧ素子、２１Ａ……パルス生成部、２１Ｂ……ＬＤドライバ、２２……半導体レーザ、τｄ……発光開始時間、ＤＪ……レーザ駆動電圧、ＤＪｗ……駆動電圧パルス、ＬＬ……レーザ光、ＳＬ……パルス信号、ＳＬｗ……生成信号パルス、ＬＭｐ……振動出力光、ＬＡｐ……特異出力光、ＡＰＫ……特異ピーク、ＡＳＰ……特異スロープ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を上記半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する光学レンズと
を有するレーザメス。
【請求項２】
上記レーザ制御部は、
上記パルス状の駆動電圧に対する電圧値を切り換えて上記特異ピークの強度を調整する、請求項１に記載のレーザメス。
【請求項３】
上記特異ピークに続いて該特異ピークの強度よりも小さく現れる特異スロープを抑制する抑制手段
をさらに有する請求項１に記載のレーザメス。
【請求項４】
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光の光路を、所定間隔ごとに第１の導波路又は第２の導波路に切り換える光路切換手段と、
上記第１の導波路に導かれるレーザ光の波長をその波長よりも高い波長に変換する変換手段と
をさらに有し、
上記光学レンズは、上記第１の導波路又は上記第２の導波路に導かれるレーザ光を、除去対象のサンプルに集光する、請求項２又は請求項３に記載のレーザメス。
【請求項５】
緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する集光ステップと
を有するレーザを用いた除去方法。
【請求項１】
半導体レーザと、
緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を上記半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する光学レンズと
を有するレーザメス。
【請求項２】
上記レーザ制御部は、
上記パルス状の駆動電圧に対する電圧値を切り換えて上記特異ピークの強度を調整する、請求項１に記載のレーザメス。
【請求項３】
上記特異ピークに続いて該特異ピークの強度よりも小さく現れる特異スロープを抑制する抑制手段
をさらに有する請求項１に記載のレーザメス。
【請求項４】
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光の光路を、所定間隔ごとに第１の導波路又は第２の導波路に切り換える光路切換手段と、
上記第１の導波路に導かれるレーザ光の波長をその波長よりも高い波長に変換する変換手段と
をさらに有し、
上記光学レンズは、上記第１の導波路又は上記第２の導波路に導かれるレーザ光を、除去対象のサンプルに集光する、請求項２又は請求項３に記載のレーザメス。
【請求項５】
緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、
上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を除去対象に集光する集光ステップと
を有するレーザを用いた除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−８２２１６（Ｐ２０１０−８２２１６Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５０２３（Ｐ２００８−２５５０２３）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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