JP2011232247A - Light-shielding device and measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遮光装置及び測定装置に関する。特に、高出力のレーザー光の光路を遮光する遮光装置及び、レーザー光を用いた測定装置に関する。 The present invention relates to a light shielding device and a measuring device. In particular, the present invention relates to a light-shielding device that shields an optical path of high-power laser light and a measurement device using laser light.
レーザー光を用いた装置としては、レーザー測定器、レーザー加工機、レーザー治療器などがある。このようなレーザー光を用いた装置においては、レーザーが高出力な場合、レーザー光の漏れをなくすため光路に遮光装置を設けている。このような遮光装置において、光路長の変化に対応して伸縮するレーザー加工機用の遮光装置が特許文献１に開示されている。図７は特許文献１で開示された伸縮可能な遮光装置６００である。走査駆動する加工ヘッド部に繋がるベース部材６０５に伸縮可能なジャバラ形状の伸縮部材６４０が取り付けられている。伸縮部材６４０は支持部材６３０を介してガイド部材６１０に支持されている。また、ガイド部材６１０にはスライドベアリング６２２を介して摺動部材６２０が支持されている。さらに、摺動部材６２０は導光管５５０の端部５５５に取り付けられている。このような装置構成により、加工ヘッドを走査駆動することによって生じるベース部材６０５と導光管５５０の端部５５５との間の光路長の変化に対応するものである。
Examples of the apparatus using laser light include a laser measuring device, a laser processing machine, and a laser treatment device. In such an apparatus using laser light, when the laser output is high, a light-shielding device is provided in the optical path to eliminate leakage of the laser light. In such a light-shielding device, Patent Document 1 discloses a light-shielding device for a laser processing machine that expands and contracts in response to a change in optical path length. FIG. 7 shows an extendable
特許文献１に記載されている遮光装置６００では、ジャバラ形状の伸縮部材を用いている。このようなジャバラ形状の部材が伸縮するとバネのように作用する。伸縮部材の伸縮によって発生した荷重は伸縮部材６４０に取り付けられたベース部材６０５を介して加工ヘッド部に伝播する。このような荷重は加工ヘッド部を走査駆動する駆動機構に対して負荷となる。また、ジャバラ形状の伸縮部材は、部材の収縮時と伸張時で発生する荷重が大きく異なる。このため加工ヘッド部の走査機構に対する負荷も大きく変動するので、加工ヘッドの走査速度などを安定して駆動できないという課題がある。また、駆動機構は伸縮部材で発生する最大の荷重が加わった場合においても駆動させなければならないので、駆動機構に強力なモーターを必要とするとともに、駆動機構に係わる構成部品の強度を十分なものにしなければならない。よって、このような部品から構成されるレーザー機器は、大型で高コストになるという課題がある。
In the
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、レーザー光を対象物に導く光学系を安定して走査駆動でき、かつ小型なレーザー機器用遮光装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a compact light shielding device for laser equipment that can stably scan and drive an optical system that guides laser light to an object. That is.
本発明の遮光装置は、対象物に対し移動可能に構成された前記対象物にレーザー光を導くための第一光学系と前記第一光学系にレーザー光を導く第二光学系との間の光路を遮光するよう設けられた複数の遮光筒と、前記遮光筒を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられた軸受と、を有する遮光装置であって、前記複数の遮光筒は入れ子状に重なり合うよう夫々の内径及び外径が異なっており、前記第一光学系に設けられた軸受と前記支持部に設けられた軸受とは、同じ案内軸に摺動可能に嵌合していることを特徴とする。 The light shielding device of the present invention is provided between a first optical system for guiding laser light to the object configured to be movable with respect to the object and a second optical system for guiding laser light to the first optical system. A light-shielding device having a plurality of light-shielding tubes provided to shield an optical path, a support member that supports the light-shielding tube, and a bearing provided on the support member, wherein the plurality of light-shielding tubes are nested. The bearings provided in the first optical system and the bearing provided in the support portion are slidably fitted to the same guide shaft so that they overlap each other. It is characterized by.
本発明の測定装置は、レーザー光を発生する光源と、対象物を保持する保持板と、前記対象物に対し移動可能に構成された前記対象物にレーザー光を導くための第一光学系と、前記第一光学系に設けられた軸受と、前記第一光学系にレーザー光を導く第二光学系と、前記第一光学系と前記第二光学系との間の光路を遮光するよう設けられた複数の遮光筒と、前記遮光筒を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられた軸受と、を有する測定装置であって、前記複数の遮光筒は入れ子状に重なり合うよう夫々の内径及び外径が異なっており、前記第一光学系に設けられた軸受と前記支持部に設けられた軸受とは、同じ案内軸に摺動可能に嵌合していることを特徴とする。 The measuring apparatus of the present invention includes a light source that generates laser light, a holding plate that holds the object, and a first optical system that guides the laser light to the object configured to be movable with respect to the object. A bearing provided in the first optical system, a second optical system for guiding laser light to the first optical system, and a light path between the first optical system and the second optical system. A plurality of light shielding cylinders, a support member for supporting the light shielding cylinders, and a bearing provided on the support member, wherein the plurality of light shielding cylinders have inner diameters so as to be nested. And the outer diameter is different, and the bearing provided in the first optical system and the bearing provided in the support portion are slidably fitted to the same guide shaft.
本発明によれば、レーザー光の光路に沿って配置される遮光筒を省スペースに設置することができる。また、遮光筒を伸縮と伸張させる時の駆動力を等しくすることができる。これによりレーザー光を対象物に導く光学系を安定して走査駆動でき、かつ小型なレーザー機器用遮光装置を提供することができる。 According to the present invention, the light-shielding cylinder arranged along the optical path of the laser beam can be installed in a space-saving manner. Further, the driving force when the light shielding cylinder is extended and contracted can be made equal. As a result, an optical system that guides laser light to the object can be stably scanned and driven, and a small-sized light shielding device for laser equipment can be provided.
本発明の適用できる遮光装置について、図面を用いて説明する。以降の説明においては、レーザー光を用いた測定装置に適用される遮光装置の形態について説明するが、本発明の遮光装置はこのような測定装置に限られず、レーザー加工機用やレーザー治療器用等、レーザー光を用いる装置であればどのような装置にも適用できる。 A light shielding device to which the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. In the following description, the form of a light shielding device applied to a measuring device using laser light will be described. However, the light shielding device of the present invention is not limited to such a measuring device, but for a laser processing machine, a laser treatment device, etc. Any device that uses laser light can be applied.
以降の説明では、光イメージング技術を用いた測定装置に適用される遮光装置の構成例について説明する。レーザーなどの光源から被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源から発生したパルス光を被検体である生体に照射し、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を検出する。この光音響波発生機序を、光音響効果と呼び、光音響効果により発生した弾性波を音響波と呼ぶこととする。腫瘍などの被検部位は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。この膨張の際に発生する音響波を音響波検出器で検出し、受信信号（電気信号）を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内の、光音響効果により発生した音響波の音圧分布を画像データとして取得することができる。このようにして得られる画像データを基にして、生体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布を得ることができる。 In the following description, a configuration example of a light shielding device applied to a measurement device using optical imaging technology will be described. Research on an optical imaging apparatus that irradiates a subject with light from a light source such as a laser and images information in the subject obtained based on incident light is being actively promoted in the medical field. As one of the optical imaging techniques, there is Photo Acoustic Tomography (PAT: PAT). In PAT, pulsed light generated from a light source is irradiated onto a living body that is a subject, and acoustic waves generated from living tissue that absorbs the energy of pulsed light that has propagated and diffused in the living body are detected. This photoacoustic wave generation mechanism is called a photoacoustic effect, and an elastic wave generated by the photoacoustic effect is called an acoustic wave. A test site such as a tumor often absorbs more light than the surrounding tissue and expands instantaneously because the absorption rate of light energy is often higher than that of the surrounding tissue. An acoustic wave generated during the expansion is detected by an acoustic wave detector to obtain a reception signal (electric signal). By mathematically analyzing this received signal, the sound pressure distribution of the acoustic wave generated by the photoacoustic effect in the subject can be acquired as image data. Based on the image data obtained in this way, an optical characteristic distribution in the living body, in particular, an absorption coefficient distribution can be obtained.
ＰＡＴを用いた測定装置について、図１〜３を用いて説明する。図１は測定装置の上面図、図２は図１の測定装置をＹ方向から見た側面図、図３は図２の測定装置をＸ方向から見た部分断面図である。図１及び図２において、１００は基台、２００はレーザー光源、３００は導光光学系、４００は伸縮遮光装置、５００は光学系、６００は音響波検出器、７００は走査駆動機構、８００は被検体保持装置、９００は信号処理装置、Ｅは被検体（対象物）である。被検体Ｅは、例えば、***などの生体組織である。以下、各構成要素の詳細を説明する。 A measuring apparatus using PAT will be described with reference to FIGS. 1 is a top view of the measuring apparatus, FIG. 2 is a side view of the measuring apparatus of FIG. 1 viewed from the Y direction, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the measuring apparatus of FIG. 1 and 2, 100 is a base, 200 is a laser light source, 300 is a light guide optical system, 400 is a telescopic light shielding device, 500 is an optical system, 600 is an acoustic wave detector, 700 is a scanning drive mechanism, and 800 is An object holding apparatus, 900 is a signal processing apparatus, and E is an object (object). The subject E is a living tissue such as a breast, for example. Details of each component will be described below.
基台１００は、レーザー光源２００、導光光学系３００、伸縮遮光装置４００の端部、走査駆動機構７００、被検体保持装置８００を取り付けるためのベースになる部材である。
The
レーザー光源２００は、被検体Ｅに照射する特定波長のナノ秒オーダーのパルス光を発生するレーザー光源である。レーザー光源２００が発する光の波長は、生体組織を構成する水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、などの吸収スペクトルに応じた波長を選定する。一例としては、生体内部組織の主成分である水の吸収が小さいため光が良く透過し、脂肪、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのスペクトルに特徴がある６００−１５００ｎｍ範囲が適当である。具体的なレーザー光源２００の例としては、異なる波長を発生する半導体レーザー、波長可変レーザーなどで構成すると良い。
The
導光光学系３００（第二光学系）は、レーザー光源２００から射出されたレーザー光を光学系５００（第一光学系）に導くために設けられている光学部品である。レーザー光源２００から射出されたレーザー光は、平板ガラスや直角プリズムに金属蒸着膜や誘電体多層膜を形成した部材で構成されているミラー３０１及び３０２で反射されて光学系５００へと導かれる。また、レーザー光源２００とミラー３０１及び３０２の間の光路には、アルミニウムなどの金属材料から成る円筒の内径部に黒色塗装などの反射防止処理をした部材で構成されている遮光筒３１１及び３１２が設けられている。
The light guide optical system 300 (second optical system) is an optical component provided to guide the laser light emitted from the
伸縮遮光装置４００は、内径及び外径の異なる複数の遮光筒である円筒部材４０１〜４０５と、円筒部材４０１〜４０４を支持する支持部材４３２〜４３４と、案内軸７０１及び７０２と、を備える。円筒部材４０１〜４０５は、光学系５００と導光光学系３００との間の光路を遮光し、前段の円筒部材が後段の円筒部材に嵌合してレーザーの光軸方向に入れ子状に重なり合う。本発明において、複数段に設けられた円筒部材は、伸張する向きである光学系５００（第一光学系）側が前段とし、収縮する向きである導光光学系３００（第二光学系）側が後段とする。光学系５００の移動に伴って各円筒部材の重なり量を変化させることにより、全体として伸縮可能な構造となっている。図１に示すように、伸縮遮光装置４００に導かれたレーザー光束は、光学系５００に設けられたミラー５０１によってＹ方向に反射され、レンズ５０２及び５０３を通って被検体Ｅに到達する。図２は図１のＹ方向から見た側面図である。図２（ａ）は伸張時の状態、図２（ｂ）は収縮時の状態を示している。円筒部材４０１〜４０５は前述の遮光筒３１１と同様の部材で構成することができる。内径及び外径の最も大きな最後段の円筒部材４０１の端部は基台１００に取り付けられ、内径及び外径の最も小さな一段目の円筒部材４０５の端部は第一光学系である光学系５００に連結されている。
The telescopic
また、円筒部材４０１〜４０４の端部の内径部には夫々、第一軸受部材４１１〜４１４が取り付けられている。円筒部材４０１に設けられた第一軸受部材４１１は、前段の円筒部材４０２の外径部に嵌合している。同様に、第一軸受部材４１２は円筒部材４０３の外径部に、第一軸受部材４１３は円筒部材４０４の外径部に、第一軸受部材４１４は円筒部材４０５の外径部に、夫々嵌合している。第一軸受部材は、一例としてポリアセタール、フッ素樹脂、などから成る固体軸受から構成される。さらに、円筒部材４０２〜４０５には、抜け止め部材４２２〜４２５が設けられている。抜け止め部材４２２の外径は第一軸受部材４１１の内径よりも大きくなっている。同様に、抜け止め部材４２３の外径は第一軸受部材４１２の内径よりも大きく、抜け止め部材４２４の外径は第一軸受部材４１３の内径よりも大きく、抜け止め部材４２５の外径は第一軸受部材４１４の内径よりも大きく、なっている。抜け止め部材は、円筒部材と第一軸受部材を嵌め合わせた後に取り付けされる。このような構成により、円筒部材４０１〜４０５はレーザー光軸方向に摺動可能に保持され、伸張時には抜け止め部材４２２〜４２５と第一軸受部材４１１〜４１４により、円筒部材４０１〜４０５の重なり部分を保持することができる。
Moreover, the 1st bearing members 411-414 are attached to the internal diameter part of the edge part of the cylindrical members 401-404, respectively. The
円筒部材４０２〜４０４には、支持部材４３２〜４３４が取り付けられている。支持部材には円柱形状の案内軸７０１及び７０２に嵌合する第二軸受部材４４２〜４４４及び第三軸受部材４５２〜４５４が取り付けられ、円筒部材を光軸方向に摺動可能に保持する。支持部材４３２〜４３４に設けられた第二軸受部材４４２〜４４４及び第三軸受部材４５２〜４５４により、円筒部材が重力方向（図の−Ｚ方向）へ倒れることが抑制される。図３（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）に示されるように、第二軸受部材４４２〜４４４には案内軸７０１に嵌合する丸穴が設けられ、また第三軸受部材４５２〜４５４には案内軸７０２に嵌合する長穴が設けられている。第三軸受部材４５２〜４５４により、案内軸７０１を中心とした回転方向の移動が拘束されるので、第二軸受部材と第三軸受部材を取り付けた支持部材は、案内軸７０１及び７０２の軸方向にのみ摺動可能に保持されている。このような軸受部材は前述の第一軸受部材と同様の部材で構成することができる。また、第一軸受部材４１１〜４１４、支持部材４３２〜４３４、第二軸受部材４４２〜４４４、第三軸受部材４５２〜４５４は、円筒部材４０１〜４０５の収縮時の全長を短くするために各部材の伸縮方向の幅を薄くすることが好ましい。
このような構成において、後段の円筒部材の内径部に設けられた第一軸受部材は前段の円筒部材の外径部にガイドされ、抜け止め部材は円筒部材の内径にガイドされる。また、第二軸受部材は案内軸７０１にガイドされ、第三軸受部材は案内軸７０２にガイドされる。そして、光学系５００が後述する走査駆動機構７００により被検体上（対象物上）を移動すると、円筒部材は、光軸方向に摺動する。伸張時は図２（ａ）に示すように、全ての抜け止め部材が第一軸受部材に突き当てられた状態となり、収縮時は図２（ｂ）に示すように全ての第一軸受部材に支持部材と円筒部材４０５のフランジ部が突き当てられた状態となっている。さらに、円筒部材が伸縮する時には、各軸受部材の摺動による摩擦力が生じるが、前述の特許文献１で示したような伸縮状態と伸張状態での荷重変動は生じない。このため後述する走査駆動機構７００により、安定した駆動によりレーザー光を被検体Ｅに導くことができる。案内軸７０１及び７０２は円柱形状の鋼材の表面を硬化処理した部材で構成され、双方の軸は平行に配置されて基台１００に取り付けられている。
In such a configuration, the first bearing member provided in the inner diameter portion of the subsequent cylindrical member is guided by the outer diameter portion of the previous cylindrical member, and the retaining member is guided by the inner diameter of the cylindrical member. The second bearing member is guided by the
光学系５００（第一光学系）は、レーザー光を被検体Ｅに導くために設けられている光学部品である。ミラー３０２から光学系５００に導かれたレーザー光を被検体Ｅ方向に反射するミラー５０１とレーザー光のビーム径を拡大するレンズ５０２及び５０３で構成されている。光学系５００から射出されたレーザー光は後述する被検体保持装置８００に取り付けられた保持板８０１を透過して被検体Ｅに導かれる。また、光学系５００は、走査駆動機構７００により被検体に対し移動可能に構成される。後述の保持板８０１が設けられる場合は、保持板を介して被検体上を移動する。光学系５００は、基板７０３上に設けられて支持され、基板７０３には第四軸受部材７０４、第五軸受部材７０５が設けられている。
The optical system 500 (first optical system) is an optical component that is provided to guide laser light to the subject E. It is composed of a
図３（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。図３（ｂ）のように第四軸受部材７０４には案内軸７０１に嵌合する丸穴が設けられ、第五軸受部材７０５には案内軸７０２に嵌合する長穴が設けられている。第四軸受部材７０４及び第五軸受部材７０５は、案内軸７０１および７０２の軸方向に低摩擦で動作することができるものであり、リニアブッシュや固体軸受などで構成されている。基板７０３の上面には、光学系５００が設けられており、下面には第四軸受部材７０４及び第五軸受部材７０５が取り付けられている。第五軸受部材７０５により、案内軸７０１を中心とした回転方向の移動が拘束されるので、基板７０３は案内軸７０１及び７０２の軸方向にのみ摺動可能に保持されている。本発明においては、円筒部材を支持する支持部材に設けられた第二及び第三軸受部材が嵌合する案内軸７０１及び７０２に、光学系５００の走査駆動用の第四及び第五軸受部材も夫々嵌合する。つまり、支持部材に設けられた第二軸受部材と、光学系５００を支持する基板に設けられた第四軸受部材とが、同じ案内軸７０１に摺動可能に嵌合する。同様に、支持部材に設けられた第三軸受部材と、光学系５００を支持する基板に設けられた第五軸受部材とが、同じ案内軸７０２に摺動可能に嵌合する。これは、被検体を保持する保持板と案内軸とが略平行、つまり、光学系５００が被検体に対してレーザー光を照射する照射方向と光学系５００の移動方向とが交差（略直交）する構成を取ることにより可能となる。このように、第二軸受部材と第四軸受部材とが同じ案内軸７０１に嵌合し、第三軸受部材と第五軸受部材とが同じ案内軸７０２に摺動可能に嵌合することで、伸縮遮光装置を省スペースに実現することが可能となる。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. As shown in FIG. 3B, the
音響波検出器６００は、受信した音響波による機械的な変化を受信信号（電気信号）に変換する電気機械変換素子である圧電素子等から構成される。癌などの腫瘍の成長に伴う新生血管の形成は、腫瘍のサイズが２−３ｍｍ以上になる場合に増大することが知られている。このため電気機械変換素子としては、光音響効果により数ｍｍ以下の光吸収体から発生した０．５ＭＨｚ−数１０ＭＨｚの音響波の検出に適した、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、静電容量型の電気機械変換素子を用いても良い。音響波検出器６００は、光学系５００が設けられた基板７０３上に一体的に設けられることが好ましい。被検体上を光学系５００と同期して移動可能に構成されると、複数の位置で音響波を受信でき、ＳＮ比の高い受信信号を得ることができる。
The
走査駆動機構７００は、前述した光学系５００や音響波検出器６００を、被検体Ｅに対して案内軸の方向に走査駆動するためのものである。走査駆動機構７００は、滑車であるプーリー７０６及び７０７、モーター７０８、ベルト７０９から構成されている。基台１００にプーリー７０６とモーター７０８が取り付けられ、モーター７０８の回転軸にプーリー７０７が取り付けられている。プーリー７０６及び７０７にはベルト７０９が取り付けられ、さらにベルト７０９の一部が第四軸受部材７０４のハウジングに固定されている。このような構成により、不図示のコントローラーによりモーター７０８を回転させると、プーリー７０６及び７０７とベルト７０９により回転運動が直線運動に変換される。ベルト７０９に固定された第四軸受部材７０４に駆動力が伝達され、光学系５００と音響波検出器６００が案内軸７０１及び７０２に沿って走査駆動される。
The
被検体保持装置８００は、被検体Ｅを測定装置に固定するために設けられている。この装置を備える目的は、測定中に被検体Ｅが動き、測定位置が変化することを防ぐことや、被検体Ｅを圧迫挟持して薄くし被検体Ｅの深部に光を到達しやすくすることである。被検体保持装置８００は、保持板８０１と、可動保持板８０２と、スライダー８０３と、リードスクリュー８０４と、ベアリング８０５と、ハンドル８０６と、から構成されている。
The
保持板８０１は平板形状の部材で構成され基台１００に取り付けられている。保持板８０１の一方の面側は被検体Ｅに接触して被検体Ｅを保持し、反対側の面側には前述の光学系５００や音響波検出器６００が不図示の音響マッチング剤を介して設けられている。保持板８０１は、光音響効果により発生した音響波に対して高透過特性と低減衰特性を有するとともに、レーザー光源２００が発する光に対しても高い透過特性と低い減衰特性を有することが好ましい。このような保持板８０１を構成する材料の例としては、石英ガラス、ポリメチルペンテンポリマー、ポリカーボネート、アクリル、などがある。また、マッチング剤の一例としては、水、ひまし油、音響波検査用ジェル、などがある。
The holding
可動保持板８０２は、保持板８０１と同様に平板形状の部材で構成される。可動保持板８０２には、基台１００に取り付けられたスライダー８０３及びリードスクリュー８０４が取り付けられている。スライダー８０３は、光学系５００の照射方向に低摩擦で動作することができるものであり、リニアベアリングや固体軸受などで構成されている。リードスクリュー８０４は、基台１００にベアリング８０５を介して回転可能に取り付けられている。また、リードスクリュー８０４にはハンドル８０６が取り付けられており、ハンドル８０６の回転操作により可動保持板８０２を光学系５００の照射方向（光学系５００によりレーザー光を被検体に照射する方向）に移動させることができる。
The
信号処理装置９００は、音響波検出器６００が出力する受信信号を用いて、光音響効果により発生した音響波の音圧分布等を画像データとして生成するものである。また、このようにして得られた画像データを基にして、ＨｂとＨｂＯ２の吸収係数分布を画像データ化しても良い。
The
（伸縮遮光装置４００の各設定条件）
次に伸縮遮光装置４００を構成する各部材の最適な構成に関して説明する。第一軸受部材と円筒部材の外径部との嵌合部、第二軸受部材と案内軸７０１との嵌合部、第三軸受部材と案内軸７０２との嵌合部には、夫々嵌合隙間がある。このため円筒部材４０２、４０３、４０４には、嵌合隙間に対応した量だけ傾きが生じる。この傾き量が大きくなるとレーザー光束と円筒部材が干渉し、所望の光強度が得られなくなる。このため上述した夫々の嵌合部の嵌合隙間をレーザー光束と円筒部材の干渉が生じず、且つスムーズな伸縮駆動が可能になるように設定することが必要である。図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）は、このための設定条件を説明するための模式図である。
(Each setting condition of the expansion / contraction light shielding device 400)
Next, the optimum configuration of each member constituting the stretchable
円筒部材４０２、４０３、４０４のうち最初にレーザー光束と干渉する可能性があるものは、支持部材４３４が設けられた二段目の円筒部材４０４である。第一段目の円筒部材４０５は光学系５００に連結されているため、ほとんど傾かない。
Of the
図４（ａ）は、三段目の円筒部材に設けられた第一軸受部材４１３と二段目の円筒部材４０４の外径部との関係を示している。円筒部材４０４の外径をｄａ、第一軸受部材４１３の幅をｔａ、第一軸受部材４１３の内径をｄａ＋Δｄａ、円筒部材４０４が第一軸受部材４１３に対して最も倒れた時の傾き角度をθａとする。この時θａは、
FIG. 4A shows the relationship between the
で表される。θａが微小な場合、概ね It is represented by When θ a is very small,
となる。 It becomes.
図４（ｂ）は、第二軸受部材４４４と案内軸７０１及び第三軸受部材４５４と案内軸７０２との関係を示している。案内軸７０１及び案内軸７０２の外径をｄｂ、第二軸受部材４４４及び第三軸受部材４５４の幅をｔｂ、第二軸受部材４４４の内径及び第三軸受部材４５４の嵌め合い寸法をｄｂ＋Δｄｂとする。また、第二軸受部材４４４が案内軸７０１に対して最も倒れた時の傾き角度及び第三軸受部材４５４が案内軸７０２に対して最も倒れた時の傾き角度をθｂとする。この時θｂは、
FIG. 4B shows the relationship between the
で表される。θｂが微小な場合、概ね It is represented by When θ b is very small,
となる。 It becomes.
図４（ｃ）は、円筒部材４０３に円筒部材４０４の一部が重なった場合を示している。第一軸受部材４１３の内径と案内軸７０１の外径との距離をｐ、円筒部材４０４の外径と第二軸受部材４４４の内径との距離をｑとする。また、円筒部材４０４の第一軸受部材４１３との接触部から支持部材４３４までの長さ（外径部の長さ）をＬｘ、円筒部材４０４が第一軸受部材４１３に対して最も倒れた時の傾き角度をθｃとする。この時θｃは、
FIG. 4C shows a case where a part of the
で表される。θｃが微小な場合、概ね It is represented by When θ c is very small,
となる。円筒部材４０４の外筒部の長さをＬとするとＬｘは、
It becomes. When the length of the outer cylindrical portion of the
の範囲で変化する。θｃが最大になるのは、 It varies in the range. θ c is maximized
の時である。θｃが微小な場合、概ねＬｘ＝ｔａとなり、ｍａｘθｃ＝θａとなる。また、θｃが最小になるのは、Ｌｘ＝Ｌの時である。 Is the time. If theta c is small, consisting substantially L x = t a, and the a maxθ c = θ a. Also, θ c is minimized when L x = L.
円筒部材４０４は、図４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）で示したθａ、θｂ、θｃのうち一番小さな角度だけ傾くことになる。ここで、レーザー光束径をｄＬ、円筒部材４０４の内径をｄｍとする。この時、θａ＞θｂならば、
The
θｂ＞θａならば、 If θ b > θ a ,
の条件を満たすとレーザー光束と円筒部材の干渉を回避することができる。 If this condition is satisfied, interference between the laser beam and the cylindrical member can be avoided.
本実施形態の伸縮遮光装置４００においては、第一軸受部材、第二軸受部材、第三軸受部材の３種類の軸受部材を設けている。この軸受部材の全ての嵌合隙間を小さくする必要は無く、円形断面部材の嵌め合いの場合は一つの軸径と回転方向を拘束する２種類の嵌合隙間を小さくすれば良い。このような部材を実際に設計する場合、第一軸受部材の嵌合隙間を小さくすると、第一軸受部材と嵌合する複数個の円筒部材の外径部を高精度に製作する必要がある。円筒部材は全長が長いので外径部の全てを高精度に製作すると部品のコストが高くなる。また、組立も高精度に行わなければ成らない。このため円筒部材或いは組立に微小なずれが生じた時に伸縮駆動の動きが悪くなる可能性がある。一方、第二及び第三軸受部材の嵌合隙間を小さくすると、これらの軸受部材と嵌合するのは案内軸７０１及び７０１の２つである。これらの案内軸は、形状が単純で高精度に製作することが容易である。
In the telescopic light-shielding
第一軸受部材の嵌合隙間を小さくするとθａを小さくすることができるが、前述したように円筒部材４０４は、θａ、θｂ、θｃ、のうち一番小さな角度だけ傾くことになるので、θａ及びｍａｘθｃを小さくせずθｂを小さくするように各部材を設計することが好ましい。円筒部材の全長は軸受部材の光軸方向の幅に比べて十分に長いのでｍｉｎθｃを小さくすることは容易である。θａ＞θｂの時、
If the fitting clearance of the first bearing member is reduced, θ a can be reduced. However, as described above, the
の条件を満たすとレーザー光束と円筒部材の干渉を回避することができる。
設計の一例として、
If this condition is satisfied, interference between the laser beam and the cylindrical member can be avoided.
As an example of design,
とすると、概ね Then almost
となる。長さの単位はｍｍである。 It becomes. The unit of length is mm.
次に、導光光学系３００のミラー３０２と光学系５００の位置ずれが生じた場合について説明する。測定装置を構成する部材を組立した場合、各部材に設けた寸法精度の公差の範囲内でずれが生じる。図５はこの時の設定条件を説明するためのものである。図５に示した装置では、導光光学系３００のミラー３０２と光学系５００の位置ずれが生じた場合を示している。ミラー３０２には、このような位置ずれの影響を補正するために、レーザー光の反射位置を基準としてミラーの角度を調節するための不図示の調節機構が設けられている。この調節機構により位置ずれを補正し、レーザー光を光学系５００の光軸に導くことができる。
Next, a case where the misalignment between the mirror 302 of the light guide
この時、設計基準のレーザー光軸に対して調整したレーザー光軸が角度θｄだけ傾いているとする。ミラー３０２におけるレーザー光の反射位置から円筒部材４０４までの長さをＬｄとすると、円筒部材４０４におけるレーザー光軸のＺ方向のずれは
At this time, it is assumed that the adjusted laser optical axis is inclined by the angle θ d with respect to the design-standard laser optical axis. When the length from the laser beam reflection position at the mirror 302 to the
となる。前述した嵌合隙間による円筒部材４０４の設計基準のレーザー光軸に対する傾き角度をθｘとする。レーザー光束と円筒部材の干渉を回避するとともに円筒部材をできるだけ小さくするための条件は、嵌合隙間による円筒部材４０４の傾き角度θｘと設計基準の光軸に対するレーザー光軸の角度θｄを合わせた角度傾いても干渉が生じない場合である。すなわち、
It becomes. The inclination angle with respect to the laser light axis design criteria of the
の条件を満たすように各部材を設計することが好ましい。設計の一例として、 It is preferable to design each member so as to satisfy the above condition. As an example of design,
とすると、９．１５ｍｍ＜ｄｍ−ｄＬとなる。 When, a 9.15mm <d m -d L.
また、円筒部材の径を大きくすることは、レーザー光束と円筒部材の干渉を回避することに有効である。しかしながら、円筒部材が大きくすると伸縮遮光装置４００も大きくなるという不具合が生じる。このためレーザー光束と円筒部材の干渉を回避するとともに円筒部材をできるだけ小さくすることが好ましい。このためθｘとθｄに余裕をもつ且つ必要以上に遮光部材を大きくしないための上限値を２θｘと２θｄにすると良い。この時、
Also, increasing the diameter of the cylindrical member is effective in avoiding interference between the laser beam and the cylindrical member. However, when the cylindrical member is enlarged, there arises a problem that the expansion / contraction
の条件を満たすように各部材を設計することが好ましい。 It is preferable to design each member so as to satisfy the above condition.
以上説明したように、本発明を適用できる遮光装置及び該遮光装置を用いた測定装置では、伸縮時と伸張時の荷重変動が無く、レーザー光が導光される領域のみを遮光することが可能となる。これによりレーザー光を物体に導く光学系を安定して走査駆動でき、かつ小型で低価格なレーザー機器用遮光装置を提供することができる。また、第二及び第四軸受部材と案内軸は円形断面の部材を用いているが、四角形断面の部材を用いることもできる。この場合、案内軸を中心とした回転が生じないので、第三及び第五軸受部材を用いる必要がなくなる。 As described above, the light-shielding device to which the present invention can be applied and the measuring device using the light-shielding device can shield only the region where the laser beam is guided without any load fluctuation during expansion and contraction. It becomes. As a result, it is possible to provide a light-shielding device for laser equipment that can stably scan and drive an optical system that guides laser light to an object, and that is small and inexpensive. The second and fourth bearing members and the guide shaft use circular cross-section members, but quadrilateral cross-section members can also be used. In this case, since rotation about the guide shaft does not occur, it is not necessary to use the third and fifth bearing members.
また、本発明においては、図６に示すように、内径及び外径の最も小さな最後段の円筒部材４０５の端部が基台１００（つまり第二光学系側）に取り付けられ、内径及び外径の最も大きな一段目の円筒部材４０１の端部が第一光学系である光学系５００に連結されるようにしても良い。この場合においても、図４等で説明したように、円筒部材４０２、４０３、４０４のうち最初にレーザー光束と干渉する可能性があるものは、最後段の前段の円筒部材４０４である。また、前述したように円筒部材４０４は、θａ、θｂ、θｃ、のうち一番小さな角度だけ傾くことになるので、θａ及びｍａｘθｃを小さくせずθｂを小さくするように各部材を設計することが好ましい。
In the present invention, as shown in FIG. 6, the end of the
１００ 基台
２００ レーザー光源
３００ 導光光学系
４００ 伸縮遮光装置
５００ 光学系
６００ 音響波検出器
７００ 走査駆動機構
８００ 被検体保持装置
９００ 信号処理装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の遮光筒は入れ子状に重なり合うよう夫々の内径及び外径が異なっており、
前記第一光学系に設けられた軸受と前記支持部に設けられた軸受とは、同じ案内軸に摺動可能に嵌合していることを特徴とする遮光装置。 Provided to shield an optical path between a first optical system for guiding laser light to the object configured to be movable relative to the object and a second optical system for guiding laser light to the first optical system. A light-shielding device having a plurality of light-shielding tubes, a support member that supports the light-shielding tube, and a bearing provided on the support member,
The plurality of light shielding cylinders have different inner and outer diameters so as to be nested,
A light-shielding device, wherein a bearing provided in the first optical system and a bearing provided in the support portion are slidably fitted to the same guide shaft.
前記一段目の遮光筒の外径部と前記二段目の遮光筒の内径部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記二段目の遮光筒の傾きよりも、前記案内軸と前記支持部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記二段目の遮光筒の傾きのほうが小さいことを特徴とする請求項１に記載の遮光装置。 The first stage light shielding cylinder having the smallest inner diameter among the plurality of light shielding cylinders is connected to the first optical system, and the inner diameter portion of the second stage light shielding cylinder after the first stage light shielding cylinder A bearing for fitting to the outer diameter part of the first stage light shielding cylinder is provided,
More than the inclination of the second stage light shielding cylinder caused by the fitting gap between the outer diameter part of the first stage light shielding cylinder and the bearing provided in the inner diameter part of the second stage light shielding cylinder, the guide shaft and the The light-shielding device according to claim 1, wherein an inclination of the second-stage light-shielding cylinder caused by a fitting gap with a bearing provided in the support portion is smaller.
前記最後段の遮光筒の外径部と前記前段の遮光筒の内径部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記前段の遮光筒の傾きよりも、前記案内軸と前記支持部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記前段の遮光筒の傾きのほうが小さいことを特徴とする請求項１に記載の遮光装置。 The last-stage light-shielding cylinder having the smallest inner diameter among the plurality of light-shielding cylinders is connected to the second optical system. A bearing for fitting to the outer diameter part of the cylinder is provided,
Provided in the guide shaft and the support portion rather than the inclination of the front light-shielding tube caused by the fitting gap between the outer diameter portion of the last light-shielding tube and the bearing provided in the inner diameter portion of the front light-shielding tube. The light-shielding device according to claim 1, wherein an inclination of the light-shielding cylinder in the previous stage generated by a fitting gap with the bearing is smaller.
前記複数の遮光筒は入れ子状に重なり合うよう夫々の内径及び外径が異なっており、
前記第一光学系に設けられた軸受と前記支持部に設けられた軸受とは、同じ案内軸に摺動可能に嵌合していることを特徴とする測定装置。 A light source for generating laser light, a holding plate for holding the object, a first optical system for guiding laser light to the object configured to be movable with respect to the object, and the first optical system. A bearing provided, a second optical system for guiding laser light to the first optical system, and a plurality of light shielding cylinders provided to shield an optical path between the first optical system and the second optical system; A measuring device having a supporting member for supporting the light shielding cylinder, and a bearing provided on the supporting member,
The plurality of light shielding cylinders have different inner and outer diameters so as to be nested,
The measuring apparatus, wherein a bearing provided in the first optical system and a bearing provided in the support portion are slidably fitted to the same guide shaft.
前記一段目の遮光筒の外径部と前記二段目の遮光筒に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記二段目の遮光筒の傾きよりも、前記案内軸と前記支持部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記二段目の遮光筒の傾きのほうが小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載の測定装置。 The first stage light shielding cylinder having the smallest inner diameter among the plurality of light shielding cylinders is connected to the first optical system, and the inner diameter portion of the second stage light shielding cylinder after the first stage light shielding cylinder A bearing that fits to the outer diameter part of the first stage light shielding cylinder is provided,
Rather than the inclination of the second stage light shielding cylinder caused by the fitting gap between the outer diameter part of the first stage light shielding cylinder and the bearing provided in the second stage light shielding cylinder, the guide shaft and the support part The measuring apparatus according to claim 4, wherein an inclination of the second-stage light shielding cylinder caused by a fitting gap with a provided bearing is smaller.
前記最後段の遮光筒の外径部と前記前段の遮光筒の内径部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記前段の遮光筒の傾きよりも、前記案内軸と前記支持部に設けられた軸受との嵌合隙間によって生じる前記前段の遮光筒の傾きのほうが小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載の測定装置。 The last-stage light-shielding cylinder having the smallest inner diameter among the plurality of light-shielding cylinders is connected to the second optical system. A bearing for fitting to the outer diameter part of the cylinder is provided,
Provided in the guide shaft and the support portion rather than the inclination of the front light-shielding tube caused by the fitting gap between the outer diameter portion of the last light-shielding tube and the bearing provided in the inner diameter portion of the front light-shielding tube. The measuring apparatus according to claim 4 or 5, wherein an inclination of the light-shielding cylinder in the previous stage generated by a fitting gap with the bearing is smaller.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2015177823A1 (en) * | 2014-05-19 | 2017-04-20 | システム・インスツルメンツ株式会社 | Analysis equipment |
| WO2017154179A1 (en) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | ギガフォトン株式会社 | Structure for connecting optical unit to optical path pipe |
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2010
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