JP3718127B2

JP3718127B2 - Medical laser transmission equipment

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Publication number: JP3718127B2
Application number: JP2001007017A
Authority: JP
Inventors: 光信宮城; 祐次加藤; 晃史本郷; 吉秀岡上
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2001269355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外波長領域、可視領域及び紫外波長領域の広範囲に及ぶ波長帯の光を伝送するために好適な可撓性を有する中空導波路を用いた医療用レーザ伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長２μｍ以上の赤外光は、医療、工業加工、計測、化学等の様々な分野で用いられている。特に、波長２．９μｍ帯のＥｒ−ＹＡＧ（エルビウム−イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、５μｍ帯のＣＯ（一酸化炭素ガス）レーザ、１０．６μｍ帯のＣＯ₂（炭酸ガス）レーザは発振効率が高いために高出力が得られ、又、水に対して大きな吸収を持つため、医療用の治療機器や工業加工用等の光源として極めて重要である。
【０００３】
ところで、従来の通信用に使用されている石英系の光ファイバは、波長２μｍ以上では分子振動による赤外吸収が大きく極めて高損失になる。このため、石英系の光ファイバは、上記のような赤外領域のレーザ光を伝送する導波路として使用することができない。そこで、応用範囲の広い赤外波長帯で用いる新しいタイプの光導波路の開発が活発になっている。
【０００４】
現在、研究開発がなされている波長２μｍ以上の赤外光用の導波路は、大別して２種類あり、充実タイプのいわゆる赤外ファイバと、中空導波路とがある。赤外ファイバの材料は、大別して３つあり、重金属酸化物ガラス（ＧｅＯ₂、ＧｅＯ₂−Ｓｂ₃Ｏ₃等）と、カルコゲナイドガラス（Ａｓ−Ｓ、Ａｓ−Ｓｅ等）、ハロゲン化物とに分けられる。ハロゲン化物は、更にハライドガラス（ＺｎＣｌ₂、ＣｄＦ₃−ＢａＦ₂−ＺｒＦ₄等）と、結晶性金属ハロゲン化物（ＫＲＳ−５（ＴｌＢｒとＴｌＩとの混晶）、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＫＣｌ等）とに分けられる。
【０００５】
一方、中空導波路は、構造、材料、形状等の観点から種々の導波路が提案並びに試作されている。その中で、特に金属パイプ内部に高反射コーティングを施した誘電体内装金属中空導波路は、大電力のレーザ加工に適用することを目的としたものであり、ゲルマニウムや硫化亜鉛等の誘電体をニッケル等の金属パイプの内面に設けて導波路を形成している。
【０００６】
この導波路の製造方法を説明すると、まず、エッチングが可能なアルミニウム等の母材となるパイプの外周にゲルマニウムや硫化亜鉛等の赤外領域において透明な無機材料の薄膜をスパッタリング法で形成し、更に、その外周に電気メッキ法を用いて厚肉のニッケル層を形成し、最後に母材パイプを化学的にエッチング除去する手順で実施される。なお、ゲルマニウム又は硫化亜鉛薄膜と機械的強度を保つ厚肉のニッケル層との間に銀薄膜を介在させると、更なる低損失の特性を備えた導波路を得ることができる。
【０００７】
現在までに、伝送損失０．０５ｄＢ／ｍ、伝送容量３ｋＷを達成し、金属板の切断及び溶接に用いるに十分なエネルギーを持つレーザ光を伝送できることが確認されている。このような中空導波路は、充実タイプの赤外ファイバと比較して、入出力端での反射損失が少なく、また冷却効率が高いので、特に、大電力伝送に有利である。
【０００８】
一方、紫外波長帯においても、エキシマレーザ等のレーザ化学分野で重要な光源が存在する。しかし、充実タイプの光ファイバでは、レイリー散乱により短波長ほど損失が急増し、伝送路として使用することが本質的にできない。また、誘電体として、ゲルマニウムや硫化亜鉛を内装した中空導波路は、ゲルマニウムや硫化亜鉛が紫外光に対し不透明であるため、使用できない。ＣａＦ₂やフッ素樹脂等で紫外光に対して透明な誘電体も幾つか提案されているが、紫外光伝送に要求される膜厚の精度、均一性、内壁面の表面粗さ（極めて小さくしなければならない）等を達成することが製造上極めて困難であった。そのため、従来、このような紫外領域における導波路の研究開発は、ほとんどなされていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、赤外波長帯で用いる充実タイプの光ファイバは一般に屈折率が高い材料により構成されており、光入出射端面での反射損失が大きいために大電力伝送には不向きである。特に、上記した従来のガラス質の赤外光ファイバは一般に融点や軟化点が低いため、僅かな反射損失でも光ファイバ端面に損傷が生じやすい。更に、殆どのガラス質の赤外光ファイバの透過域は、波長６〜７μｍ以下であり、波長１０．６μｍのＣＯ₂レーザ光を伝送することは困難である。
【００１０】
又、結晶性の赤外ファイバは、透過域がＣＯ₂レーザ光の波長帯１０．６μｍまで達するものがあるが、繰り返しの曲げによって塑性変形が生じたり、また潮解性が大きい等、長期間の信頼性に問題がある。一方、従来の製造方法による無機材料を内装した中空導波路は、製作工程が複雑で量産化には限界があり、導波路の細径化や長尺化が困難である。上記した誘電体内装金属中空導波路では、内装する薄膜はスパッタリング法により形成されるので、その導波路の長さは製造装置に依存し、実際に製作される導波路の長さはせいぜい数メートルである。
【００１１】
又、導波路の内径は、最終工程でエッチングされる母材パイプの外径になるが、母材パイプは完全に除去されなければならず、そのために導波路の内径を小さくすることができない。現状の導波路内径の最小は０．８〜１ｍｍ程度である。導波路径が大きいほど機械的に曲げ難くなり、又、曲げ損失が増大する。更に、多くの高次モードのレーザ光が伝搬するので、集光特性が劣化するという問題もある。
【００１２】
又、上記した様に紫外波長領域においては、短波長ほどレイリー散乱による損失が増加し、通常の光ファイバは極めて高損失になる。中空導波路では、紫外光伝送に適用できる誘電体は存在しているものの、製造上の多くの課題を克服することは困難である。このため、紫外光伝送導波路の開発は殆ど行われていないのが現状である。しかし、レイリー散乱が無視しうる点を考慮すれば、中空構造の導波路が有望と考えられる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、広範囲の波長帯におけるレーザ光を低損失に伝送でき、かつ量産性及び信頼性に優れた中空導波路を用いた医療用レーザ伝送装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、不可視領域の波長帯の治療用であるレーザ光を発振する不可視光レーザ発振装置を具備したレーザ伝送装置本体と、このレーザ伝送装置本体に連結され前記不可視光レーザ発振装置から入射するレーザ光を伝送する中空導波路と、この中空導波路の先端に装着され患部に向けてレーザ光を照射する治具とを有する医療用レーザ伝送装置において、前記中空導波路は、中空基材の内面に、伝送する波長２μｍ以上の赤外光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層を最内層に含む交互多層膜からなる誘電体層が形成されている中空導波路であって、前記交互多層膜が屈折率の異なる複数のポリイミド樹脂からなる中空導波路であり、前記レーザ伝送装置本体は、アシストガスを導入するガス供給手段を有し、前記中空導波路の中空部および前記治具を介して前記アシストガスを患部に噴射する医療用レーザ伝送装置を提供する。
上記構成によれば、中空導波路内に入射された光の殆どが中空領域を伝搬し、中空導波路を構成する中空基材の内面に設けられたポリイミド樹脂層は、伝達する赤外波長域から紫外波長域までの広範囲の波長の光に対して透明性を示すと共に、誘電体内装中空導波路における誘電体として理想的な屈折率を有し、このポリイミド樹脂層で吸収される光の量は極めて僅かであるため、低損失に光伝送を行うことができる。しかも、ポリイミド樹脂は高い耐熱性及び耐吸湿性を有しているため、大電力のレーザ光の伝達にも十分耐えることができ、信頼性に優れている。
ガス供給手段によって中空導波路内部へ流入させるアシストガスは、患部へ噴射するためのアシストガスとして用いることができるだけでなく、塵埃、水分等の侵入防止や中空導波路自体の冷却に利用することができる。
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、レーザ発振装置を具備したレーザ伝送装置本体と、このレーザ伝送装置本体に連結され前記レーザ発振装置から入射するレーザ光を伝送する中空導波路と、この中空導波路の先端に装着され患部に向けてレーザ光を照射する治具とを有する医療用レーザ伝送装置において、前記中空導波路は、中空基材の内面に、伝送する波長２μｍ以上の赤外光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層を最内層に含む交互多層膜からなる誘電体層が形成されている中空導波路であって、前記交互多層膜が屈折率の異なる複数のポリイミド樹脂からなる中空導波路であり、前記レーザ発振装置は、可視領域の波長帯の目標照射用レーザ光を発振する可視光レーザ発振器と、不可視領域の波長帯の治療用レーザ光を発振する不可視光レーザ発振器とを備え、前記レーザ伝送装置本体は、前記可視光レーザ発振器および前記不可視光レーザ発振器から発振される前記レーザ光の重畳を行って前記単一の中空導波路に入射できる重畳切替手段と、前記重畳切替手段の後段で前記中空導波路にアシストガスを導入するガス供給手段とを備え、前記中空導波路の中空部および前記治具を介して前記アシストガスを患部に噴射する医療用レーザ伝送装置を提供する。
上記構成によれば、目標照射用レーザ光と治療用レーザ光を重畳することにより、例えば、最初にＨｅ−Ｎｅレーザ光等の可視光のみを照射して目標を定め、次いで赤外レーザ光等の目に見えないレーザ光側に切り替えるだけでなく、可視レーザ光と不可視レーザ光とを重畳すれば、不可視レーザ光を安全に目標に対して照射することができる。
【００１６】
ポリイミド樹脂層には、２０〜３５ｗｔ％のフッ素を含有させることが好ましい。ポリイミド樹脂層に含有させたフッ素は、過度に含有させると、ポリイミド樹脂層の耐熱性の低下、線膨張係数の増大や付着力の低下を招くが、フッ素の含有量が２０〜３５ｗｔ％の範囲では実用上支障をきたすことはなく、ポリイミド樹脂中のＣＨ基による吸収損失を抑制することができると共に理想的な屈折率となるようにポリイミド樹脂層の屈折率を制御することができる。
【００１７】
ポリイミド樹脂層は、単層のほか、ポリイミド樹脂層と、これとは別の屈折率を有する透明な誘電体層とを交互に設けた多層構造にすることもできる。これにより、屈折率の異なる２種類の透明材料が交互に配設される結果、伝送損失を更に低減させることができる。
【００１８】
中空基材は、燐青銅又はステンレスから成る金属材料を用いた構成にすることができる。中空基材に燐青銅を用いた場合は、曲げによる塑性変形が生じ難いという特長を持ち、又、中空基材にステンレスを用いた場合は、化学的に安定であるという特長を持ち、且つ内壁表面粗さの小さいものを安価に入手できるという利点ある。両金属共に金や銀の中空基材に比較して安価でありながら、導波路の耐久性を高めることができる。
【００１９】
中空領域内でレーザ光を反射させながら伝搬するため、少なくともその内壁が金属であることが望ましく、金属製の中空基材又は非金属性材料の内面に少なくとも１種類の金属薄膜を形成したものが特に好ましい。金属製の中空基材は、その内面に中空基材とは異なる金属材料による金属薄膜を設けることができる。そして、中空基材は、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ガラスのいずれかから成る非金属材料が用いられ、その内面に少なくとも１種類の金属薄膜が形成された構成にすることができる。中空基材が金属製の場合、その内面に中空基材とは異なる金属材料による金属薄膜を設けることにより、ポリイミド樹脂層の付着力を高めることができる。中空基材が非金属製の場合、この材料にフッ素樹脂、シリコン樹脂等を用いると、これらは可撓性及び耐薬品性に優れているため、使用用途が広くなる。又、ガラスを用いた場合、表面粗さが極めて小さいことから伝送損失を低減することができる。
【００２０】
金属薄膜としては、金、銀、銅、モリブデン、ニッケルのいずれかを用いることができる。金属薄膜として金、銀、銅等の貴金属を用いた場合、その複素屈折率の絶対値が大きいため、低損失の中空導波路を得ることができる。金属薄膜としてモリブデンを用いた場合は、硬質で傷が付き難く、ニッケル層を中空基材と貴金属層との間に介在させることにより、貴金属層を直接中空基材に形成する場合よりも強い付着力を実現することができる。
【００２１】
このような中空導波路は、金属製又は内面に少なくとも１種類の金属薄膜が形成された非金属製の中空基材内にポリイミド前駆体溶液を加圧供給し、ついでポリイミド前駆体溶液を中空基材内から排出した後、加熱乾燥し、中空基材の内壁にポリイミド樹脂層を形成する工程を繰り返し実施し、所定の膜厚のポリイミド樹脂層を形成することによって製造することができる。
【００２２】
この製造方法におけるポリイミド前駆体溶液は、ジメチルアセトアミド又はＮ−メチル−２−ピロリドンの溶媒により粘度が１００ｃｐ以下に希釈され、不揮発分である樹脂分含有量が３〜１０ｗｔ％の溶液を用いることが好ましい。又、上記製造方法にあっては、加熱乾燥において乾燥ガスをポリイミド前駆体溶液を塗布した中空基材の中空部に供給することができる。
【００２３】
金属製又は、内面に金属薄膜が形成された非金属製でパイプ状の中空基材に対し、その内部にポリイミド前駆体溶液を加圧供給し、ついでポリイミド前駆体溶液を中空基材内から排出することにより、中空基材の内面全域にポリイミド前駆体溶液の薄い層が形成される。この状態で乾燥を行えば、中空基材の内壁にポリイミド樹脂層が形成される。この結果、簡単な方法によってポリイミド樹脂層を均一に形成することができる。
【００２４】
更に、ポリイミド樹脂層の膜厚及びその均一性は、ポリイミド前駆体溶液の粘度及び不揮発分である樹脂分含有量によって大きく左右されるが、ジメチルアセトアミド又はＮ−メチル−２−ピロリドンの溶媒により粘度が１００ｃｐ以下になるように希釈し、又、不揮発分である樹脂分含有量を３〜１０ｗｔ％にしたポリイミド前駆体溶液は、希釈したことにより均一な膜厚を得るように作用し、又、最適値に選定された樹脂分含有量は膜厚制御を容易にするように作用する。
【００２５】
中空基材内に供給された乾燥ガスは、中空基材内面のポリイミド前駆体溶液の薄い層を急速に乾燥させ、乾燥時間を短縮するように機能する。又、上記したポリイミド樹脂内装中空導波路をレーザ伝送装置に装着すれば、赤外波長領域から紫外波長領域までの広い範囲で存在する種々のレーザ光を伝送することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の医療用レーザ伝送装置に用いられる中空導波路の一実施の形態を示す断面図である。中空導波路は、図１に示すように、中空基材としての金属パイプ１、この金属パイプ１の内面に設けられたポリイミド樹脂層２、このポリイミド樹脂層２の内面によって形成される中空領域３の各々から誘電体内装金属中空導波路４が形成されている。
【００２７】
誘電体内装金属中空導波路４に入射される光（レーザ光）は、中空領域３とポリイミド樹脂層２との境界及びポリイミド樹脂層２と金属パイプ１との境界で反射を繰り返しながら伝搬する。一般に、導波路内を伝搬するレーザ光に対して金属材料は光の吸収が大きく、レーザエネルギーは金属層内に深く入り込まない。したがって、光学的には、ポリイミド樹脂層２に接する金属層の厚さは、スキンデプス以上あれば十分である。
【００２８】
金属パイプ１は光学的に伝送特性に関与するだけでなく、導波路４の機械的強度を保つ働きも担っている。ポリイミド樹脂層２に接する金属は、例えば、銀や金等のように複素屈折率の絶対値が大きいほど低損失になる。なお、金属パイプ１に銀や金のパイプを用いることは、導波路の低損失化に有効であるが、経済性及び機械的特性を考慮すると、実用的ではない。
【００２９】
金属パイプ１の他の例には、安価で機械的特性に優れた厚肉の金属パイプ（例えば、曲げによる塑性変形が生じ難い燐青銅パイプ、化学的に安定で内壁表面粗さの小さいステンレスパイプ等）の内面に、別の金属材料からなる金属薄膜（例えば、複素屈折率の絶対値が特に大きい金、銀、銅、或いは無電解メッキによって強い付着力を有するニッケル等）を形成した構成の金属パイプがある。この場合のポリイミド樹脂層２に接する金属薄膜層は、その膜厚がスキンデプス以上あれば十分である。
【００３０】
ここで、ポリイミド樹脂層２は、低屈折率で紫外領域から赤外領域までの広い波長領域で透明である樹脂材を用いるが、この種のポリイミド樹脂は赤外波長帯で有機物固有の複数の吸収ピークを有し、この吸収ピークは波長に対して離散的に存在する。この吸収ピーク波長は、例えば、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ、ＣＯレーザ、ＣＯ₂レーザ等の実用上重要なレーザの発振波長とは一致していない。
【００３１】
赤外領域において、材料固有の吸収ピークを有する波長帯以外でもポリイミド樹脂の吸収係数は、ゲルマニウムや硫化亜鉛等の無機物に比較すれば大きい。しかし、充実タイプの光ファイバと異なり、中空導波路は伝送されるレーザエネルギーの殆どが損失の無い中空領域３に集中し、僅かなレーザエネルギーのみがポリイミド樹脂層２の内部を伝搬するので、伝送損失は極めて小さくなる。
【００３２】
又、誘電体内装金属中空導波路では、内装される誘電体薄膜の屈折率が２1/2に近いほど、伝送損失は小さくなることが知られている（例えば、「A.Hongo, K.Morosawa, T.Shiota, Y.Matsuura, M.Miyagi, IEEE J.Quantum Electron., vol.26,1510,1990」に開示されている）。従来用いられていたゲルマニウムの屈折率は４、硫化亜鉛が２．３であるのに対し、本発明で用いるポリイミド樹脂層２の屈折率は１．５〜１．６程度であり、より低損失の導波路を得ることができる。また、屈折率が低いということは、内装する薄膜の膜厚許容範囲が広くなることを意味し、製作上も有利である。このように、ポリイミド樹脂は、内装する誘電体としてほぼ理想的な屈折率を有していることがわかる。
【００３３】
更に、ポリイミド樹脂を用いることの最大の利点は、その耐熱性にある。上記のように、ポリイミド樹脂層中を伝搬するレーザエネルギーは僅かであるが、吸収されたレーザエネルギーは全て熱に変換されるので、特に、本発明のような高エネルギーを持つレーザ光の伝送路において耐熱性は重要である。ポリイミド樹脂以外の有機材料でも低屈折率で比較的吸収の小さい材料は存在するが、熱変形や熱分解による損失の増加、有害物質の発生等の懸念がある。これに対し、ポリイミド樹脂は、３２０℃以上のガラス転移点と５００℃以上の熱分解温度を有しており、耐熱性に優れている。このことから、本発明の目的とするレーザ光伝送には最適である。
【００３４】
又、ポリイミド樹脂は、その一部をフッ素に置換することにより、ＣＨ基による吸収損失を抑制すると共に、屈折率を低下させて理想的な値である２^1/2に更に近づけることができる。更に、ポリイミド樹脂の吸湿性を低減し、長期信頼性を向上させることができる。ＯＨ基による吸収が赤外領域に存在するので、ポリイミド樹脂の吸湿性は、特に、赤外光伝送において重要である。但し、フッ素化の過剰は、耐熱性の低下、線膨張係数の増大、及び付着力の低下を招くことになる。
【００３５】
そこで、本発明では２０〜３５ｗｔ％のフッ素を含有しているポリイミド樹脂を推奨する。例えば、ポリイミド樹脂に３５ｗｔ％のフッ素を含有させた場合、中赤外領域における屈折率は約１．５となり、３２０℃のガラス転移点と５００℃の熱分解温度を維持することができる。又、フッ素を含有していないポリイミド樹脂と比較して、吸湿性は約１／５以下、すなわち０．２％以下に抑えることができる。
【００３６】
又、図１の中空導波路において、金属パイプ１の代わりに金属薄膜層を内装した非金属パイプを用いることができる。この一例を示したのが図２である。フッ素樹脂パイプやシリコン樹脂パイプ、或いはガラスパイプ等を素材にした非金属パイプ５の内面の全域には金属薄膜６が形成され、更に、この金属薄膜６の内面の全域にはポリイミド樹脂層７が形成されている。
【００３７】
非金属パイプ５としては、フッ素樹脂パイプやシリコン樹脂パイプが可撓性及び耐薬品性に優れており、ガラスパイプは内面の表面粗さが極めて小さいので、伝送損失低減に有効である。特に、石英ガラスパイプは、耐薬品性に優れているだけでなく、長尺化が容易である。ガラスパイプの機械的強度は、パイプ表面に樹脂を塗布することにより飛躍的に向上させることができ、小さな曲げ半径でも破断を生じることなく曲げることができる。
【００３８】
金属薄膜６は、複素屈折率の絶対値が特に大きい金、銀、銅、或いは硬質で傷の付き難いモリブデンが適している。光学的には、これらの金属膜を１層設けるのみで十分であるが、金属膜の付着力を高めたい場合には、非金属パイプと内装する金属薄膜との間に別の金属膜、例えば、ニッケル層を介在させればよい。非金属パイプ内に無電解のニッケルめっき液を流入して排出することにより、付着力に優れたニッケル層を容易に形成することができる。
【００３９】
なお、金属パイプ或いは非金属パイプの内面に内装された金属膜の厚さは５０μｍ以下にすることが望ましく、それ以上では金属薄膜の内部応力及び線膨張係数の違いにより付着力の低下を招く恐れがある。図１及び図２に示す実施の形態においては、金属中空導波路の内面に透明薄膜であるポリイミド層が１層のみ形成された導波路になっている。このような内装導波路では、屈折率の異なる２種類の透明材料を交互に多層に内装することにより、更に伝送損失の低減を図ることができる。この一例を示したのが図３である。
【００４０】
金属パイプ１（又は金属薄膜を内装した非金属パイプでもよい）の内面には、夫々屈折率が等しいポリイミド樹脂層２ａ，２ｃと、夫々屈折率が等しい他の誘電体層２ｂ，２ｄ（ここでは４層の例を示したが、２層以上であれば何層でもよい）を交互に形成して多層化し、交互多層膜９を設けた構成にしている。この場合、内装する２種類のポリイミド樹脂層２ａ，２ｃと、他の誘電体層２ｂ，２ｄとの屈折率の差が多いほど、或いは交互多層膜の層数が多いほど損失低減の効果は大きくなる。そして、他の誘電体層２ｂ，２ｄの誘電体材料には、有機、無機を問わず、透明で屈折率が異なる材料であれば、使用可能である。特に、ポリイミド樹脂は、上記したようにフッ素の含有量によって屈折率を制御することができる。したがって、他の誘電体層２ｂ，２ｄとしてポリイミド樹脂層２ａ，２ｃとは屈折率が異なるポリイミド樹脂を用いて、屈折率の異なる２種類のポリイミド樹脂の交互多層膜としてもよい。これは同種の材料の組み合わせであることから、付着力等の信頼性を高めることができる。
【００４１】
交互多層膜９の組み合わせとしては、ポリイミド樹脂等の有機誘電体ばかりでなく、他の誘電体層２ｂ，２ｄとして無機誘電体を用いるなど、無機誘電体との組み合わせも可能である。無機誘電体はポリイミド樹脂よりも屈折率の高いものが多く存在し、赤外領域において透明な無機誘電体にはゲルマニウム、硫化亜鉛、ヨウ化銀等がある。これらの材料は全てポリイミド樹脂よりも高い屈折率をもち、特にヨウ化銀は無電解で銀薄膜を形成した後、これを化学的にヨウ素化することにより、容易にヨウ化銀の薄膜をパイプ内に形成することができる。本発明は、このようなポリイミド樹脂と有機或いは無機誘電体からなる交互多層膜を内装した中空導波路においても有効である。
【００４２】
なお、図３の例では、最内層には、他の誘電体層２ｄが形成されているが、この誘電体層２ｄの内面に、更にポリイミド層を形成し、そのポリイミド樹脂層を最内層としてもよく、どの材料を最内層とするか否か、或いは２種類の材料の順番は、各層の屈折率の大きさ、膜厚等により決定される。次に、図４の構成図を参照して図１に示した中空導波路の製造方法について説明する。
【００４３】
ポリイミド前駆体溶液は、ジメチルアセトアミド又はＮ−メチル−２−ピロリドンの溶媒によって希釈することが可能であり、パイプ１内に注入して直接に成膜することができ、その膜厚は樹脂分含有量、粘度などの使用条件によって制御することができる。このようにして形成した膜は、ポリイミド樹脂特有の耐熱性、耐薬品性等を有している。
【００４４】
図４に示すように、容器１０内には、溶媒によって希釈されたポリイミド前駆体溶液１１（例えば、東レ株式会社製の「トレニース」、日立化成株式会社製の「ＯＰＩ」等）が収容されている。容器１０の上方には電磁石１２が設置され、溶液流入管１３の一部を成す可撓性の管１３ａに接続されており、この管１３ａは三方弁１４を介して溶液流入管１３に連通している。溶液流入管１３の端部には、金属製或いは金属薄膜を内装した非金属製のパイプ１５（このパイプが中空導波路となる）が着脱可能に接続されており、このパイプ１５の終端には溶液流出管１６の端部が着脱可能に接続されている。この溶液流出管１６の途中には三方弁１７が配設され、ポンプ１８側に分岐している。又、三方弁１７には真空ポンプ１９が接続されている。
【００４５】
ポリイミド前駆体溶液１１の排出後、リニアモータ２２を駆動すると、温度調節器２１によって温度が１００℃に調節されている乾燥機２０はパイプ１５を覆うことのできる位置まで移動し、この状態で約１０分間の乾燥が行われる。これにより、パイプ１５の内面に付着したポリイミド前駆体溶液１１の溶媒が蒸発し、図１に示した様なポリイミド樹脂層２が形成される。このとき、溶液流入側及び流出側の三方弁１４，１７を切り替え、真空ポンプ１９を作動させて、パイプ１５の内部に乾燥ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス等）を供給すれば、ポリイミド樹脂層の脱水乾燥が促進される。又、乾燥終了後は、リニアモータ２２が駆動され、乾燥機２０はホームポジションに戻される。
【００４６】
ポリイミド樹脂層２が所望の厚さになるまで上記した工程を繰り返し実行し、最後に３５０℃程度に温度設定された乾燥機２０によって約１時間の乾燥を実施すれば、パイプ１５内にポリイミド樹脂層２の薄膜を有する中空導波路が形成される。この場合も、パイプ１５内に窒素などの乾燥ガスを供給することにより、ポリイミド樹脂層を完全に脱水乾燥させることができる。なお、以上の製造工程は、プログラマブルコントロールを用いた制御により、完全自動化にすることが可能である。
【００４７】
図４においては、パイプ１５を直線状態に保持しているが、パイプ１５をコイル状に束ねて加熱乾燥が可能な密閉容器内に収納し、この密閉容器内部でパイプ１５を加熱すれば、長尺な導波路の形成も容易である。又、パイプ１５がフッ素樹脂パイプやシリコン樹脂パイプである場合、高温に加熱した乾燥ガスを用いてパイプ１５の内部のみを加熱すればよい。これにより、ポリイミドの乾燥温度よりも耐熱性が低い樹脂パイプであっても、中空導波路の製造が可能になる。
【００４８】
本実施の形態で説明した製作方法においては、ポリイミド前駆体溶液１１はジメチルアセトアミド又はＮ−メチル−２−ピロリドン溶媒によって粘度１００ｃｐ以下に希釈することが膜厚の均一性を実現するために重要である。特に、粘度１０〜５０ｃｐで作製されたポリイミド樹脂層では、導波路内面側の表面粗さを０．０３μｍ以下上にすることが可能である。更に、このポリイミド前駆体溶液１１の粘度１００ｃｐ以下である範囲においては、不揮発分である樹脂分含有量は３〜１０ｗｔ％であることが望ましい。なお、樹脂分含有量が３ｗｔ％未満である場合、ポリイミド樹脂層形成の工程を繰り返す回数が増大し、重ね塗りの結果、膜厚が不均一になることが懸念される。又、樹脂分含有量が１０ｗｔ％以上では、１回の工程でポリイミド樹脂層が厚くなりすぎ、ポリイミド樹脂層内でのレーザエネルギーの吸収が無視できなくなる。更に、樹脂分含有量が３〜１０ｗｔ％以外で成膜したポリイミド樹脂層は、伝送損失が高く、また伝送特性の再現性も悪いものであり、３〜１０ｗｔ％以外では膜厚制御が難しく、又、膜の付着力が低下しているものと予測される。
【００４９】
このような粘度及び樹脂分含有量を調整したポリイミド前駆体溶液を用いることにより、内径が２００〜５００μｍ程度（或いは、それ以下）の細径中空基材であっても、内径が１ｍｍ以上の太径中空基材であっても、その内面に容易に所望の膜厚を有するポリイミド樹脂層を形成することができる。図５は中空導波路の内装誘電体の膜厚と光の伝送損失との関係を示し、ポリイミド樹脂内装銀中空導波路と従来のゲルマニウム内装銀中空導波路とを比較した結果が示されている。
【００５０】
横軸は内装するゲルマニウム（破線特性）及びポリイミド樹脂（実線特性）膜の膜厚を示し、縦軸はＨＥ₁₁モードの伝送損失を夫々示している。ただし、ここでは伝送する光は波長１０．６μｍのＣＯ₂レーザ光とし、導波路内径は８００μｍとする。ゲルマニウムの屈折率が４であるのに対し、上記したようにポリイミド樹脂の屈折率は１．５〜１．６の低い値である。
【００５１】
本発明のポリイミド樹脂内装銀中空導波路は、従来のゲルマニウム内装銀中空導波路と比較して、夫々の最適膜厚における最低損失が約１／３に低減されることがわかる。更に、伝送損失は内装する薄膜の膜厚に対して周期的に変化するが、ポリイミド樹脂を内装した場合には膜厚に対する伝送損失の変化が緩やかとなり、製作上の薄膜の膜厚許容範囲を広くとることができる。又、ＣＯ₂レーザ光を伝送する場合、ポリイミド樹脂膜の膜厚が約１．４μｍのときに伝送損失が最小値になることがわかる。この最適膜厚は、伝送するレーザ光の波長によって夫々異なるが、図５に示したＣＯ₂レーザ光の伝送に限らず、ポリイミド樹脂の吸収波長帯を除く任意の波長に対しても同様に伝送するレーザ光の波長に従って最適な膜厚を設定すれば、低損失な導波路を実現することができる。
【００５２】
図６はポリイミド樹脂を用いて実際に製造された中空導波路を伝搬する光の波長と伝送損失との関係を示している。図中、横軸は波長を示し、縦軸は伝送損失を示す。なお、比較のため、ポリイミド樹脂層を内装していない銀中空導波路の損失特性も合わせて示している。特性曲線は、波長６〜９μｍの範囲で数個のポリイミド固有の吸収ピークが見られるが、その他の波長域において低損失となり、特に赤外領域において、実用上重要なＥｒ−ＹＡＧレーザ（２．９μｍ）、ＣＯレーザ（５μｍ）、ＣＯ₂レーザ（１０．６μｍ）の発振波長では、吸収ピークは見られない。したがって、これらのレーザ光は低損失で伝送することができる。
【００５３】
ところで、本実施の形態で説明した導波路では、その内部にＨｅ−Ｎｅレーザなどの可視光を重畳又は切り替えて伝送させることができる。これは、目に見えないレーザ光を安全に目的物に照射するために極めて有効である。更に、同時に乾燥させた空気、窒素、炭酸ガス等の気体を中空導波路内部に流入できるのも、中空導波路の大きな特長である。これらの乾燥ガスは、導波路内部への粉塵や水分の侵入を防止するだけでなく、導波路の冷却にも効果がある。更に、例えば、医療用においては、レーザ光と同時に患部へ空気、窒素、炭酸ガス等のアシストガスを噴射する必要があるが、導波路が中空であるために、別経路で導入することなく中空導波路を利用することができる。このような考えによるレーザ伝送装置の構成について以下に説明する。
【００５４】
図７は、本発明のレーザ伝送装置の一実施の形態を示す模式的構成図である。装置本体２３の内部には、不可視光レーザ発振器２４（ＣＯ₂レーザ、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等）及び可視レーザ発振器２５（Ｈｅ−Ｎｅレーザ等）が設置され、両発振器の出力光を導く光路は途中で１本化されるが、その結合部位にはシャッター２６が設置され、不可視光レーザ又は可視レーザの一方のみを選択できるようになっている。また、シャッター２６の後段の光路内には、アシストガス２７を導入できるように構成されている。更に、光路には中空導波路２８が連結され、その先端には集光用のレンズ等を備えた治具２９が装着されている。なお、３０は中空導波路２８をつり下げるためのスタンドである。図７のレーザ伝送装置においては、まず、不可視光レーザ発振器２４の出力が中空導波路２８側に出ないようにシャッター２６を図示の状態から起立させて不可視光レーザ発振器２４の光路を閉じ、可視レーザ発振器２５の可視レーザ光のみを通過させる。ついで、治具２９を例えば患部等に向け、可視レーザにより目視により治具２９を患部に照準を合わせる。この後、シャッター２６を図示したように略４５°傾けて不可視光レーザ発振器２４側に切り替え、シャッター２６で反射させて導いた不可視光レーザ光を患部に照射する。また、必要に応じて、レーザ光と同時に患部へ空気、窒素、炭酸ガス等のアシストガス２７を導入する。
【００５５】
なお、図７において、シャッター２６の代わりに不可視光を反射し、可視光を透過することのできるビームコンバイナを図示のように４５°傾けて固定してもよく、その場合には、各レーザ発振器２４，２５のオン・オフを切り替えることで各レーザ光の切り替え、重畳を制御することができる。本発明者らは、上記の構成による導波路及び図７によるレーザ伝送装置について医療分野への適応性を確認する為、ＣＯ₂レーザの伝送及びＥｒ−ＹＡＧレーザの伝送を行った。尚、ＣＯ₂レーザは止血しながら切開が可能であるため、レーザメスへの利用が可能である。又、Ｅｒ−ＹＡＧレーザは、歯や骨などの硬組織の切削に適している。実験に用いた中空導波路は、内径７００μｍ、外径８５０μｍ、長さ１メートルの導波路であり、ＣＯ₂レーザによる切開及びＥｒ−ＹＡＧレーザによる歯の切削を実際に試みたところ、いずれも良好な結果を得ることができた。特に、Ｅｒ−ＹＡＧレーザを伝送したところ、透過率８０％以上、入力パワー３００ｍＪ（１０ＰＰＳ）を得ることができた。Ｅｒ−ＹＡＧレーザは、エアタービンに取り付けたドリルに取って代わる硬組織の切削治療機器として、歯科治療の分野で特に注目されているが、本発明の導波路を用いれば容易に目的の装置を構成することができる。
【００５６】
なお、図６で示した特性は、波長２μｍ以上の広い赤外波長帯で低損失になるように膜厚を設定した導波路であるが、ポリイミド樹脂層の膜厚を波長に対して適宜設定することにより、ポリイミド固有の吸収ピークの波長を除けば、紫外から赤外の広範囲な波長域にわたる低損失導波路の実現が可能である。又、図５及び図６では、ポリイミド樹脂を１層のみ内装した導波路の作用を示したが、上記のように、ポリイミド樹脂と、これとは別の屈折率をもつ透明薄膜との交互多層膜を内装した中空導波路では、伝送損失低減の効果が更に顕著に現れる。
【００５７】
以上述べたように、本実施の形態に係る医療用レーザ伝送装置によれば、中空基材の内面に、伝送する光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層が形成された中空導波路を用いているので、低損失に光伝送を行うことができる。しかも、ポリイミド樹脂は高い耐熱性及び耐吸湿性を有しているため、大電力のレーザ光の伝達にも十分耐えることができ、信頼性にも優れている。また、この中空導波路により赤外波長領域から紫外波長領域までの広い範囲で存在する種々のレーザ光を伝送することが可能である。
【００５８】
また、本実施の形態に係る中空導波路の製造方法によれば、中空の金属導波路の中にポリイミド前駆体溶液を流入させ、これを排出させた後に乾燥を行うことにより、金属導波路の内面にポリイミド樹脂層が容易に形成される。このポリイミド樹脂層の厚さは、流入、排出及び加熱乾燥工程の回数、溶液粘度、樹脂分含有量の製造条件によって任意かつ高精度に制御することができ、また、このような簡単な方法によってポリイミド樹脂層を均一に形成することができる。更に、この製造方法は、可撓性の優れた細い径の導波路の製造にも適用でき、しかも形成される導波路の長さは製造装置に依存せず、長尺化も容易である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の医療用レーザ伝送装置によれば、中空導波路の中空基材の内面に、伝送する光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層が形成されているので、低損失に光伝送を行うことができる。しかも、ポリイミド樹脂は高い耐熱性及び耐吸湿性を有しているため、大電力のレーザ光の伝達にも十分耐えることができ、信頼性にも優れている。
また、赤外波長領域から紫外波長領域までの広い範囲で存在する種々のレーザ光を伝送することが可能である。
また、ガス供給手段によって中空導波路内部へ流入させるアシストガスは、患部へ噴射するためのアシストガスとして用いることができるだけでなく、塵埃、水分等の侵入防止や中空導波路自体の冷却に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の医療用レーザ伝送装置に用いられる中空導波路の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の医療用レーザ伝送装置に用いられる中空導波路の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明の医療用レーザ伝送装置に用いられる中空導波路の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図４】図１に示した中空導波路の製造装置を示す構成図である。
【図５】図１に示した中空導波路の内装誘電体の膜厚と光の伝送損失の関係を示す特性図である。
【図６】図１に示した中空導波路内を伝搬する光の波長と伝送損失の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の医療用レーザ伝送装置の一実施の形態を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
１金属パイプ
２，２ａ，２ｃポリイミド樹脂層
２ｂ，２ｄ他の誘電体層
３，８中空領域
４誘電体内装金属中空導波路
５非金属パイプ
６金属薄膜
７ポリイミド樹脂層
９交互多層膜
１０容器
１１ポリイミド前駆体溶液
１２電磁石
１３溶液流入管
１４，１７三方弁
１５パイプ
１６溶液流出管
１８ポンプ
１９真空ポンプ
２０乾燥機
２１温度調節器
２２リニアモータ
２３装置本体
２４不可視光レーザ発振器
２５可視レーザ発振器
２６シャッター
２７アシストガス
２８中空導波路
２９治具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a medical laser transmission device using a flexible hollow waveguide suitable for transmitting light in a wide wavelength band of an infrared wavelength region, a visible region, and an ultraviolet wavelength region. .
[0002]
[Prior art]
Infrared light having a wavelength of 2 μm or more is used in various fields such as medical treatment, industrial processing, measurement, and chemistry. In particular, an Er-YAG (erbium-yttrium, aluminum, garnet) laser with a wavelength of 2.9 μm, a CO (carbon monoxide gas) laser with a 5 μm band, and a CO with a 10.6 μm band. ₂ Since the (carbon dioxide) laser has high oscillation efficiency, a high output can be obtained, and since it has a large absorption with respect to water, it is extremely important as a light source for medical treatment equipment and industrial processing.
[0003]
By the way, a silica-based optical fiber used for conventional communication has a large infrared absorption due to molecular vibration and a very high loss at a wavelength of 2 μm or more. For this reason, the silica-based optical fiber cannot be used as a waveguide for transmitting laser light in the infrared region as described above. Therefore, development of a new type of optical waveguide for use in an infrared wavelength band having a wide application range has been active.
[0004]
Currently, there are roughly two types of waveguides for infrared light having a wavelength of 2 μm or more, which are being researched and developed. There are so-called infrared fibers and hollow waveguides. There are three main types of infrared fiber materials, heavy metal oxide glass (GeO). ₂ , GeO ₂ -Sb _Three O _Three Etc.), chalcogenide glasses (As-S, As-Se, etc.) and halides. The halide is further a halide glass (ZnCl ₂ , CdF _Three -BaF ₂ -ZrF _Four Etc.) and crystalline metal halides (KRS-5 (mixed crystal of TlBr and TlI), AgCl, AgBr, KCl, etc.).
[0005]
On the other hand, various waveguides have been proposed and prototyped from the viewpoint of structure, material, shape, and the like. Among them, the dielectric-incorporated metal hollow waveguide with a highly reflective coating inside the metal pipe is intended for application to high-power laser processing, and dielectrics such as germanium and zinc sulfide are used. A waveguide is formed on the inner surface of a metal pipe such as nickel.
[0006]
Explaining the manufacturing method of this waveguide, first, a thin film of an inorganic material transparent in the infrared region such as germanium or zinc sulfide is formed by sputtering on the outer periphery of a pipe that becomes a base material such as aluminum that can be etched, Further, a thick nickel layer is formed on the outer periphery using an electroplating method, and finally the base material pipe is chemically removed by etching. If a silver thin film is interposed between a germanium or zinc sulfide thin film and a thick nickel layer that maintains mechanical strength, a waveguide having further low loss characteristics can be obtained.
[0007]
To date, it has been confirmed that a laser beam having a transmission loss of 0.05 dB / m and a transmission capacity of 3 kW can be transmitted with sufficient energy for cutting and welding a metal plate. Such a hollow waveguide is particularly advantageous for high-power transmission because it has less reflection loss at the input / output ends and higher cooling efficiency than a solid-type infrared fiber.
[0008]
On the other hand, even in the ultraviolet wavelength band, there are important light sources in the field of laser chemistry such as excimer lasers. However, in a full-type optical fiber, the loss increases rapidly as the wavelength becomes shorter due to Rayleigh scattering, and cannot be used as a transmission line. In addition, a hollow waveguide with germanium or zinc sulfide as a dielectric cannot be used because germanium and zinc sulfide are opaque to ultraviolet light. CaF ₂ Several dielectrics that are transparent to ultraviolet light such as fluororesin have been proposed. However, the film thickness accuracy and uniformity required for ultraviolet light transmission, and the surface roughness of the inner wall (unless It has been extremely difficult to achieve the above. For this reason, there has been little research and development on waveguides in the ultraviolet region.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a solid type optical fiber used in the infrared wavelength band is generally made of a material having a high refractive index, and is not suitable for high power transmission because of a large reflection loss at the light incident / exit end face. In particular, since the above conventional glassy infrared optical fiber generally has a low melting point and softening point, even a slight reflection loss tends to damage the end face of the optical fiber. Furthermore, most glassy infrared optical fibers have a transmission range of 6 to 7 μm or less, and CO of 10.6 μm wavelength. ₂ It is difficult to transmit laser light.
[0010]
A crystalline infrared fiber has a transmission range of CO. ₂ Some laser beams reach up to 10.6 μm, but there are problems with long-term reliability, such as plastic deformation due to repeated bending and high deliquescence. On the other hand, a hollow waveguide having an inorganic material built therein by a conventional manufacturing method has a complicated manufacturing process and has a limit in mass production, and it is difficult to reduce the diameter and length of the waveguide. In the above-described dielectric-embedded metal hollow waveguide, the thin film to be built is formed by sputtering, so the length of the waveguide depends on the manufacturing equipment, and the length of the actually manufactured waveguide is at most several meters. It is.
[0011]
Further, the inner diameter of the waveguide becomes the outer diameter of the base material pipe to be etched in the final process, but the base material pipe must be completely removed, so that the inner diameter of the waveguide cannot be reduced. The minimum of the current waveguide inner diameter is about 0.8 to 1 mm. The larger the waveguide diameter, the more difficult it is to bend mechanically, and the bending loss increases. Furthermore, since many high-order mode laser beams propagate, there is also a problem that the condensing characteristic is deteriorated.
[0012]
Further, as described above, in the ultraviolet wavelength region, the loss due to Rayleigh scattering increases as the wavelength becomes shorter, and the ordinary optical fiber has a very high loss. In hollow waveguides, there are dielectrics applicable to ultraviolet light transmission, but it is difficult to overcome many manufacturing problems. For this reason, the development of an ultraviolet light transmission waveguide has hardly been developed. However, considering the point that Rayleigh scattering can be ignored, a hollow waveguide is considered promising.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a medical laser transmission apparatus using a hollow waveguide that can transmit laser light in a wide wavelength band with low loss and is excellent in mass productivity and reliability.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser transmission apparatus main body including an invisible laser oscillating apparatus that oscillates a laser beam for treatment in a wavelength band in the invisible region, and the laser transmission apparatus main body connected to the laser transmission apparatus main body. In the medical laser transmission device, comprising: a hollow waveguide that transmits laser light incident from an optical laser oscillation device; and a jig that is attached to the tip of the hollow waveguide and that emits laser light toward the affected part. In the waveguide, a dielectric layer composed of an alternating multilayer film including a polyimide resin layer that is transparent to the wavelength band of infrared light having a wavelength of 2 μm or more to be transmitted is formed on the inner surface of the hollow base material. A hollow waveguide, wherein the alternate multilayer film is made of a plurality of polyimide resins having different refractive indexes. The laser transmission apparatus main body has a gas supply means for introducing an assist gas, and injects the assist gas into the affected area through the hollow portion of the hollow waveguide and the jig. Doctor A therapeutic laser transmission device is provided.
According to the above configuration, most of the light incident on the hollow waveguide propagates through the hollow region, and the polyimide resin layer provided on the inner surface of the hollow base material constituting the hollow waveguide transmits the infrared wavelength region. The amount of light absorbed by this polyimide resin layer that is transparent to light in a wide range of wavelengths from the UV to the UV wavelength region and has an ideal refractive index as a dielectric in a dielectric-embedded hollow waveguide Is extremely small, so that optical transmission can be performed with low loss. In addition, since the polyimide resin has high heat resistance and moisture absorption resistance, it can sufficiently withstand the transmission of high-power laser light and is excellent in reliability.
The assist gas introduced into the hollow waveguide by the gas supply means can be used not only as an assist gas for injecting into the affected area, but also for preventing entry of dust, moisture, etc. and cooling the hollow waveguide itself. it can.
[0015]
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser transmission device main body provided with a laser oscillation device, a hollow waveguide connected to the laser transmission device main body and transmitting laser light incident from the laser oscillation device, and the hollow In the medical laser transmission device having a jig attached to the distal end of the waveguide and irradiating the affected part with laser light, the hollow waveguide transmits to the inner surface of the hollow base material Infrared with a wavelength of 2 μm or more Polyimide resin layer that is transparent to the wavelength band of light Alternating multilayer film containing A dielectric layer made of A hollow waveguide, wherein the alternate multilayer film is made of a plurality of polyimide resins having different refractive indexes. The laser oscillation device includes a visible light laser oscillator that oscillates target irradiation laser light in a visible wavelength band, and an invisible laser oscillator that oscillates therapeutic laser light in an invisible wavelength band. The laser transmission device main body includes superimposition switching means that can superimpose the laser light oscillated from the visible light laser oscillator and the invisible light laser oscillator and can enter the single hollow waveguide; Gas supply means for introducing an assist gas into the hollow waveguide after the switching means, and the assist gas is injected into the affected area through the hollow portion of the hollow waveguide and the jig. Doctor A therapeutic laser transmission device is provided.
According to the above configuration, by superimposing the target irradiation laser beam and the treatment laser beam, for example, first, the target is determined by irradiating only visible light such as He-Ne laser beam, and then the infrared laser beam or the like. In addition to switching to the invisible laser beam side, if the visible laser beam and the invisible laser beam are superimposed, the invisible laser beam can be safely irradiated to the target.
[0016]
The polyimide resin layer preferably contains 20 to 35 wt% fluorine. If the fluorine contained in the polyimide resin layer is excessively contained, the heat resistance of the polyimide resin layer is decreased, the linear expansion coefficient is increased, and the adhesive force is decreased. However, the fluorine content is in the range of 20 to 35 wt%. Thus, there is no practical problem, absorption loss due to CH groups in the polyimide resin can be suppressed, and the refractive index of the polyimide resin layer can be controlled so as to have an ideal refractive index.
[0017]
In addition to a single layer, the polyimide resin layer may have a multilayer structure in which a polyimide resin layer and a transparent dielectric layer having a different refractive index are alternately provided. As a result, two types of transparent materials having different refractive indexes are alternately arranged, so that transmission loss can be further reduced.
[0018]
The hollow base material can be configured using a metal material made of phosphor bronze or stainless steel. When phosphor bronze is used for the hollow base material, it has the feature that plastic deformation due to bending hardly occurs, and when stainless steel is used for the hollow base material, it has the feature that it is chemically stable and has an inner wall. There is an advantage that a material having a small surface roughness can be obtained at low cost. While both metals are cheaper than gold or silver hollow base materials, the durability of the waveguide can be enhanced.
[0019]
In order to propagate while reflecting the laser beam in the hollow region, it is desirable that at least the inner wall is a metal, and a metal hollow base material or a nonmetallic material formed with at least one metal thin film on the inner surface. Particularly preferred. The metal hollow base material can be provided with a metal thin film made of a metal material different from the hollow base material on the inner surface. And the non-metallic material which consists of either a fluororesin, a silicon resin, or glass is used for a hollow base material, It can be set as the structure by which the at least 1 sort (s) of metal thin film was formed in the inner surface. When the hollow substrate is made of metal, the adhesion of the polyimide resin layer can be increased by providing a metal thin film made of a metal material different from the hollow substrate on the inner surface. When the hollow base material is made of a non-metal, use of a fluororesin, a silicon resin, or the like for this material widens the usage because it is excellent in flexibility and chemical resistance. Further, when glass is used, the transmission loss can be reduced because the surface roughness is extremely small.
[0020]
As the metal thin film, any of gold, silver, copper, molybdenum, and nickel can be used. When a noble metal such as gold, silver or copper is used as the metal thin film, a low-loss hollow waveguide can be obtained because the absolute value of the complex refractive index is large. When molybdenum is used as the metal thin film, it is hard and hard to be scratched. By attaching a nickel layer between the hollow base material and the noble metal layer, it is stronger than when forming the noble metal layer directly on the hollow base material. Attaching power can be realized.
[0021]
In such a hollow waveguide, a polyimide precursor solution is pressurized and supplied into a hollow base material made of metal or a non-metal having at least one metal thin film formed on the inner surface, and then the polyimide precursor solution is hollowed out. After discharging from the inside of the material, it can be manufactured by heating and drying, repeatedly forming a polyimide resin layer on the inner wall of the hollow base material, and forming a polyimide resin layer having a predetermined thickness.
[0022]
The polyimide precursor solution in this production method is a solution in which the viscosity is diluted to 100 cp or less with a solvent of dimethylacetamide or N-methyl-2-pyrrolidone, and the resin content, which is a non-volatile content, is 3 to 10 wt%. preferable. Moreover, in the said manufacturing method, dry gas can be supplied to the hollow part of the hollow base material which apply | coated the polyimide precursor solution in heat drying.
[0023]
Pressurize and supply the polyimide precursor solution to the inside of a hollow base material made of metal or non-metal with a metal thin film formed on the inner surface, and then discharge the polyimide precursor solution from the inside of the hollow base material By doing so, a thin layer of the polyimide precursor solution is formed over the entire inner surface of the hollow substrate. If drying is performed in this state, a polyimide resin layer is formed on the inner wall of the hollow base material. As a result, the polyimide resin layer can be uniformly formed by a simple method.
[0024]
Furthermore, the film thickness and uniformity of the polyimide resin layer are greatly influenced by the viscosity of the polyimide precursor solution and the resin content, which is a non-volatile content, but the viscosity depends on the solvent of dimethylacetamide or N-methyl-2-pyrrolidone. Is diluted to 100 cp or less, and the polyimide precursor solution in which the resin content, which is a non-volatile content, is 3 to 10 wt%, acts to obtain a uniform film thickness by dilution, The resin content selected as the optimum value acts to facilitate film thickness control.
[0025]
The drying gas supplied into the hollow substrate functions to rapidly dry a thin layer of the polyimide precursor solution on the inner surface of the hollow substrate, thereby shortening the drying time. Further, if the polyimide resin-incorporated hollow waveguide described above is attached to a laser transmission device, various laser beams existing in a wide range from the infrared wavelength region to the ultraviolet wavelength region can be transmitted.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a hollow waveguide used in the medical laser transmission apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the hollow waveguide includes a metal pipe 1 as a hollow base material, a polyimide resin layer 2 provided on the inner surface of the metal pipe 1, and a hollow region 3 formed by the inner surface of the polyimide resin layer 2. A dielectric-embedded metal hollow waveguide 4 is formed from each of the above.
[0027]
Light (laser light) incident on the dielectric-embedded metal hollow waveguide 4 propagates while being repeatedly reflected at the boundary between the hollow region 3 and the polyimide resin layer 2 and at the boundary between the polyimide resin layer 2 and the metal pipe 1. In general, a metal material absorbs a large amount of light with respect to laser light propagating in a waveguide, and laser energy does not penetrate deeply into the metal layer. Therefore, optically, it is sufficient that the thickness of the metal layer in contact with the polyimide resin layer 2 is not less than the skin depth.
[0028]
The metal pipe 1 not only optically participates in transmission characteristics but also has a function of maintaining the mechanical strength of the waveguide 4. The metal in contact with the polyimide resin layer 2 has a lower loss as the absolute value of the complex refractive index is larger, such as silver or gold. Note that the use of a silver or gold pipe for the metal pipe 1 is effective for reducing the loss of the waveguide, but is not practical in consideration of economic efficiency and mechanical characteristics.
[0029]
Other examples of the metal pipe 1 include a thick metal pipe that is inexpensive and excellent in mechanical properties (for example, a phosphor bronze pipe that is difficult to be plastically deformed by bending, a stainless steel pipe that is chemically stable and has a small inner wall surface roughness). Etc.) on the inner surface of another metal material (for example, gold, silver, copper having a particularly large absolute value of complex refractive index, or nickel having strong adhesive force by electroless plating). There is a metal pipe. In this case, the metal thin film layer in contact with the polyimide resin layer 2 is sufficient if the film thickness is equal to or greater than the skin depth.
[0030]
Here, the polyimide resin layer 2 uses a resin material that has a low refractive index and is transparent in a wide wavelength region from the ultraviolet region to the infrared region. This type of polyimide resin has a plurality of intrinsic properties in the infrared wavelength band. It has an absorption peak, and this absorption peak exists discretely with respect to the wavelength. This absorption peak wavelength is, for example, Er-YAG laser, CO laser, CO ₂ It does not coincide with the oscillation wavelength of a laser that is practically important such as a laser.
[0031]
In the infrared region, the absorption coefficient of the polyimide resin is larger than that of an inorganic substance such as germanium or zinc sulfide other than the wavelength band having an absorption peak unique to the material. However, unlike a solid-type optical fiber, the hollow waveguide concentrates most of the transmitted laser energy in the hollow region 3 where there is no loss, and only a small amount of laser energy propagates inside the polyimide resin layer 2. The loss is very small.
[0032]
In addition, it is known that in the dielectric-embedded metal hollow waveguide, the transmission loss becomes smaller as the refractive index of the dielectric thin film incorporated is closer to 21/2 (for example, “A. Hongo, K. Morosawa”). , T. Shiota, Y. Matsuura, M. Miyagi, IEEE J. Quantum Electron., Vol. 26, 1510, 1990 ”). Conventionally used germanium has a refractive index of 4 and zinc sulfide of 2.3, whereas the polyimide resin layer 2 used in the present invention has a refractive index of about 1.5 to 1.6, and has a lower loss. The waveguide can be obtained. Moreover, a low refractive index means that the allowable range of the film thickness of the thin film to be incorporated is widened, which is advantageous in production. Thus, it can be seen that the polyimide resin has a substantially ideal refractive index as an internal dielectric.
[0033]
Furthermore, the greatest advantage of using a polyimide resin is its heat resistance. As described above, although the laser energy propagating in the polyimide resin layer is small, all the absorbed laser energy is converted into heat, so in particular, the transmission path of laser light having high energy as in the present invention. In this case, heat resistance is important. There are organic materials other than polyimide resins that have a low refractive index and relatively low absorption, but there are concerns such as increased loss due to thermal deformation and thermal decomposition, and generation of harmful substances. On the other hand, the polyimide resin has a glass transition point of 320 ° C. or higher and a thermal decomposition temperature of 500 ° C. or higher, and is excellent in heat resistance. Therefore, it is most suitable for laser light transmission which is an object of the present invention.
[0034]
Further, the polyimide resin is an ideal value by substituting a part of it with fluorine to suppress absorption loss due to CH groups and lower the refractive index. ^1/2 Can be even closer. Furthermore, the hygroscopicity of the polyimide resin can be reduced and long-term reliability can be improved. Since absorption by OH groups exists in the infrared region, the hygroscopicity of the polyimide resin is particularly important in infrared light transmission. However, excessive fluorination causes a decrease in heat resistance, an increase in linear expansion coefficient, and a decrease in adhesion.
[0035]
Therefore, in the present invention, a polyimide resin containing 20 to 35 wt% fluorine is recommended. For example, when 35 wt% fluorine is contained in a polyimide resin, the refractive index in the mid-infrared region is about 1.5, and a glass transition point of 320 ° C. and a thermal decomposition temperature of 500 ° C. can be maintained. In addition, the hygroscopicity can be suppressed to about 1/5 or less, that is, 0.2% or less as compared with a polyimide resin not containing fluorine.
[0036]
Further, in the hollow waveguide of FIG. 1, a non-metal pipe having a metal thin film layer incorporated therein can be used instead of the metal pipe 1. An example of this is shown in FIG. A metal thin film 6 is formed on the entire inner surface of the non-metallic pipe 5 made of a fluororesin pipe, a silicon resin pipe, or a glass pipe, and a polyimide resin layer 7 is formed on the entire inner surface of the metal thin film 6. Is formed.
[0037]
As the non-metallic pipe 5, a fluororesin pipe or a silicon resin pipe is excellent in flexibility and chemical resistance, and the glass pipe has an extremely small surface roughness on the inner surface, which is effective in reducing transmission loss. In particular, quartz glass pipes are not only excellent in chemical resistance but also easy to lengthen. The mechanical strength of the glass pipe can be dramatically improved by applying a resin to the pipe surface, and can be bent without breaking even at a small bending radius.
[0038]
As the metal thin film 6, gold, silver, copper, or molybdenum that is hard and hard to be scratched is particularly suitable for which the absolute value of the complex refractive index is particularly large. Optically, it is sufficient to provide a single layer of these metal films. However, when it is desired to increase the adhesion of the metal film, another metal film, for example, between the non-metal pipe and the metal thin film provided therein, for example, A nickel layer may be interposed. By flowing in and discharging the electroless nickel plating solution into the non-metallic pipe, a nickel layer having excellent adhesion can be easily formed.
[0039]
The thickness of the metal film embedded on the inner surface of the metal pipe or the non-metal pipe is preferably 50 μm or less, and if it is more than that, the adhesive force may be reduced due to the difference in internal stress and linear expansion coefficient of the metal thin film. There is. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the waveguide is formed by forming only one polyimide layer, which is a transparent thin film, on the inner surface of a metal hollow waveguide. In such an internal waveguide, transmission loss can be further reduced by alternately arranging two types of transparent materials having different refractive indexes in multiple layers. An example of this is shown in FIG.
[0040]
On the inner surface of the metal pipe 1 (or a non-metal pipe in which a metal thin film is housed), polyimide resin layers 2a and 2c having the same refractive index and other dielectric layers 2b and 2d having the same refractive index (here, Although an example of four layers is shown, any number of layers may be used as long as there are two or more layers). In this case, the effect of reducing loss increases as the difference in refractive index between the two types of polyimide resin layers 2a, 2c and the other dielectric layers 2b, 2d increases, or as the number of alternating multilayer films increases. Become. As the dielectric material of the other dielectric layers 2b and 2d, any material that is transparent and has a different refractive index can be used regardless of whether it is organic or inorganic. In particular, as described above, the refractive index of the polyimide resin can be controlled by the fluorine content. Therefore, a polyimide resin having a refractive index different from that of the polyimide resin layers 2a and 2c may be used as the other dielectric layers 2b and 2d to form an alternate multilayer film of two types of polyimide resins having different refractive indexes. Since this is a combination of the same kind of materials, reliability such as adhesion can be improved.
[0041]
As the combination of the alternating multilayer films 9, not only an organic dielectric such as polyimide resin but also an inorganic dielectric such as using an inorganic dielectric as the other dielectric layers 2b and 2d is possible. Many inorganic dielectrics have a higher refractive index than polyimide resin. Examples of inorganic dielectrics that are transparent in the infrared region include germanium, zinc sulfide, and silver iodide. All of these materials have a higher refractive index than polyimide resin. In particular, silver iodide forms a silver thin film electrolessly, and then chemically iodinates it to easily pipe the silver iodide thin film. Can be formed inside. The present invention is also effective in a hollow waveguide in which an alternating multilayer film made of such a polyimide resin and an organic or inorganic dielectric is provided.
[0042]
In the example of FIG. 3, the other dielectric layer 2d is formed in the innermost layer. A polyimide layer is further formed on the inner surface of the dielectric layer 2d, and the polyimide resin layer is used as the innermost layer. In other words, which material is used as the innermost layer or the order of the two types of materials is determined by the size of the refractive index of each layer, the film thickness, and the like. Next, a method of manufacturing the hollow waveguide shown in FIG. 1 will be described with reference to the configuration diagram of FIG.
[0043]
The polyimide precursor solution can be diluted with a solvent of dimethylacetamide or N-methyl-2-pyrrolidone and can be directly injected into the pipe 1 to form a film, the film thickness of which contains the resin component It can be controlled by use conditions such as amount and viscosity. The film thus formed has heat resistance, chemical resistance, and the like peculiar to polyimide resins.
[0044]
As shown in FIG. 4, a polyimide precursor solution 11 (for example, “Trenice” manufactured by Toray Industries, “OPI” manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) diluted with a solvent is accommodated in the container 10. Yes. An electromagnet 12 is installed above the container 10 and connected to a flexible tube 13a that forms a part of the solution inflow tube 13. This tube 13a communicates with the solution inflow tube 13 through a three-way valve 14. ing. A non-metallic pipe 15 made of metal or a metal thin film (this pipe becomes a hollow waveguide) is detachably connected to the end of the solution inflow pipe 13. An end of the solution outflow pipe 16 is detachably connected. A three-way valve 17 is disposed in the middle of the solution outflow pipe 16 and branches to the pump 18 side. A vacuum pump 19 is connected to the three-way valve 17.
[0045]
When the linear motor 22 is driven after the polyimide precursor solution 11 is discharged, the dryer 20 whose temperature is adjusted to 100 ° C. by the temperature controller 21 moves to a position where the pipe 15 can be covered. Drying for 10 minutes is performed. Thereby, the solvent of the polyimide precursor solution 11 adhering to the inner surface of the pipe 15 evaporates, and the polyimide resin layer 2 as shown in FIG. 1 is formed. At this time, if the three-way valves 14 and 17 on the solution inflow side and the outflow side are switched and the vacuum pump 19 is operated to supply the dry gas (inert gas such as nitrogen, argon and helium) into the pipe 15. Further, dehydration and drying of the polyimide resin layer is promoted. Further, after the drying is finished, the linear motor 22 is driven, and the dryer 20 is returned to the home position.
[0046]
If the above steps are repeatedly executed until the polyimide resin layer 2 has a desired thickness, and finally drying is performed for about 1 hour by the dryer 20 whose temperature is set to about 350 ° C., the polyimide resin is put into the pipe 15. A hollow waveguide having a thin film of layer 2 is formed. Also in this case, the polyimide resin layer can be completely dehydrated and dried by supplying a drying gas such as nitrogen into the pipe 15. In addition, the above manufacturing process can be made completely automatic by control using programmable control.
[0047]
In FIG. 4, the pipe 15 is held in a straight state, but if the pipe 15 is bundled in a coil shape and housed in a hermetically sealed container that can be heated and dried, and the pipe 15 is heated inside the hermetic container, the pipe 15 is long. It is easy to form a long waveguide. When the pipe 15 is a fluororesin pipe or a silicon resin pipe, only the inside of the pipe 15 needs to be heated using a dry gas heated to a high temperature. Thereby, even if it is a resin pipe whose heat resistance is lower than the drying temperature of a polyimide, manufacture of a hollow waveguide is attained.
[0048]
In the manufacturing method described in the present embodiment, it is important to dilute the polyimide precursor solution 11 to a viscosity of 100 cp or less with a dimethylacetamide or N-methyl-2-pyrrolidone solvent in order to realize film thickness uniformity. is there. In particular, in a polyimide resin layer manufactured with a viscosity of 10 to 50 cp, the surface roughness on the inner surface side of the waveguide can be increased to 0.03 μm or less. Further, in the range where the viscosity of the polyimide precursor solution 11 is 100 cp or less, the resin content which is a non-volatile content is desirably 3 to 10 wt%. In addition, when resin content is less than 3 wt%, the frequency | count of repeating the process of polyimide resin layer formation increases, and as a result of overcoating, there exists a concern that a film thickness may become non-uniform | heterogenous. On the other hand, if the resin content is 10 wt% or more, the polyimide resin layer becomes too thick in one step, and the absorption of laser energy in the polyimide resin layer cannot be ignored. Furthermore, the polyimide resin layer formed with a resin content other than 3 to 10 wt% has high transmission loss and poor reproducibility of transmission characteristics, and it is difficult to control the film thickness except for 3 to 10 wt%. Moreover, it is estimated that the adhesive force of the film is reduced.
[0049]
By using such a polyimide precursor solution in which the viscosity and resin content are adjusted, even a thin hollow substrate having an inner diameter of about 200 to 500 μm (or less) has a thick inner diameter of 1 mm or more. Even if it is a diameter hollow base material, the polyimide resin layer which has a desired film thickness can be easily formed in the inner surface. FIG. 5 shows the relationship between the film thickness of the inner dielectric of the hollow waveguide and the light transmission loss, and shows the result of comparison between the polyimide resin-incorporated silver hollow waveguide and the conventional germanium-incorporated silver hollow waveguide. .
[0050]
The horizontal axis shows the film thickness of the germanium (dashed line characteristic) and polyimide resin (solid line characteristic) film, and the vertical axis is HE. ₁₁ The transmission loss of each mode is shown. However, here the transmitted light is CO with a wavelength of 10.6 μm. ₂ Laser light is used, and the inner diameter of the waveguide is 800 μm. While the refractive index of germanium is 4, the refractive index of polyimide resin is a low value of 1.5 to 1.6 as described above.
[0051]
It can be seen that the polyimide resin-incorporated silver hollow waveguide of the present invention has a minimum loss of about 1/3 at each optimum film thickness as compared with a conventional germanium-incorporated silver hollow waveguide. Furthermore, the transmission loss periodically changes with the thickness of the thin film that is built in. However, when polyimide resin is used, the change in transmission loss with respect to the film thickness becomes gradual, and the film thickness tolerance for manufacturing is reduced. Can be taken widely. CO ₂ In the case of transmitting laser light, it can be seen that the transmission loss becomes the minimum value when the thickness of the polyimide resin film is about 1.4 μm. The optimum film thickness varies depending on the wavelength of the laser beam to be transmitted, but the CO shown in FIG. ₂ A low-loss waveguide can be realized by setting the optimum film thickness according to the wavelength of the laser light not only for laser light transmission but also for any wavelength except the absorption wavelength band of polyimide resin. Can do.
[0052]
FIG. 6 shows the relationship between the wavelength of light propagating through a hollow waveguide actually manufactured using polyimide resin and transmission loss. In the figure, the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the transmission loss. For comparison, the loss characteristics of a silver hollow waveguide not including a polyimide resin layer are also shown. In the characteristic curve, several absorption peaks peculiar to polyimide are observed in the wavelength range of 6 to 9 μm, but the loss is low in other wavelength ranges. In particular, in the infrared region, an Er-YAG laser (2. 9μm), CO laser (5μm), CO ₂ No absorption peak is observed at the oscillation wavelength of the laser (10.6 μm). Therefore, these laser beams can be transmitted with low loss.
[0053]
By the way, in the waveguide described in this embodiment, visible light such as a He—Ne laser can be superimposed or switched to be transmitted. This is extremely effective for safely irradiating an object with invisible laser light. Furthermore, it is a great feature of the hollow waveguide that a gas such as air, nitrogen, and carbon dioxide gas dried at the same time can flow into the hollow waveguide. These dry gases not only prevent the entry of dust and moisture into the waveguide, but are also effective for cooling the waveguide. Further, for example, in medical use, it is necessary to inject assist gas such as air, nitrogen, carbon dioxide gas into the affected area simultaneously with the laser beam. However, since the waveguide is hollow, it is hollow without being introduced through another path. Waveguides can be used. The configuration of the laser transmission apparatus based on such an idea will be described below.
[0054]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the laser transmission apparatus of the present invention. An invisible laser oscillator 24 (CO ₂ Laser, Er-YAG laser, excimer laser, etc.) and visible laser oscillator 25 (He-Ne laser, etc.) are installed, and the optical path for guiding the output light of both oscillators is unified in the middle. A shutter 26 is installed so that only one of an invisible laser or a visible laser can be selected. The assist gas 27 can be introduced into the optical path downstream of the shutter 26. Further, a hollow waveguide 28 is connected to the optical path, and a jig 29 having a condensing lens or the like is attached to the tip thereof. Reference numeral 30 denotes a stand for suspending the hollow waveguide 28. In the laser transmission apparatus of FIG. 7, first, the shutter 26 is raised from the illustrated state so that the output of the invisible light laser oscillator 24 does not go to the hollow waveguide 28 side, and the light path of the invisible light laser oscillator 24 is closed. Only the visible laser beam of the laser oscillator 25 is allowed to pass. Next, the jig 29 is directed toward the affected area, for example, and the jig 29 is aimed at the affected area visually with a visible laser. Thereafter, the shutter 26 is tilted by approximately 45 ° as shown in the drawing and switched to the invisible light laser oscillator 24 side, and the invisible light laser beam reflected and guided by the shutter 26 is irradiated to the affected part. If necessary, an assist gas 27 such as air, nitrogen, carbon dioxide gas or the like is introduced into the affected area simultaneously with the laser beam.
[0055]
In FIG. 7, instead of the shutter 26, a beam combiner that reflects invisible light and can transmit visible light may be fixed at an angle of 45 ° as shown, and in that case, each laser oscillator By switching ON / OFF of 24 and 25, switching and superimposition of each laser beam can be controlled. In order to confirm the applicability of the waveguide having the above configuration and the laser transmission device according to FIG. ₂ Laser transmission and Er-YAG laser transmission were performed. CO ₂ Since the laser can be incised while hemostatic, it can be used for a laser knife. The Er-YAG laser is suitable for cutting hard tissues such as teeth and bones. The hollow waveguide used in the experiment is a waveguide having an inner diameter of 700 μm, an outer diameter of 850 μm, and a length of 1 meter. ₂ When actually attempting cutting with a laser and cutting of a tooth with an Er-YAG laser, good results were obtained. In particular, when an Er-YAG laser was transmitted, a transmittance of 80% or more and an input power of 300 mJ (10 PPS) could be obtained. The Er-YAG laser is attracting particular attention in the field of dental treatment as a hard tissue cutting treatment device that replaces a drill attached to an air turbine. However, if the waveguide of the present invention is used, the target device can be easily obtained. Can be configured.
[0056]
The characteristic shown in FIG. 6 is a waveguide in which the film thickness is set so as to have a low loss in a wide infrared wavelength band having a wavelength of 2 μm or more, but the film thickness of the polyimide resin layer is appropriately set with respect to the wavelength. By doing so, it is possible to realize a low-loss waveguide over a wide wavelength range from ultraviolet to infrared except for the wavelength of the absorption peak unique to polyimide. 5 and 6 show the action of a waveguide in which only one layer of polyimide resin is housed, as described above, alternating multilayers of polyimide resin and a transparent thin film having a different refractive index as described above. In the hollow waveguide with a built-in film, the effect of reducing transmission loss appears more remarkably.
[0057]
As described above, according to the medical laser transmission apparatus according to the present embodiment, the hollow waveguide in which the polyimide resin layer that is transparent to the wavelength band of the light to be transmitted is formed on the inner surface of the hollow base material Therefore, optical transmission can be performed with low loss. Moreover, since the polyimide resin has high heat resistance and moisture absorption resistance, it can sufficiently withstand the transmission of high-power laser light and is excellent in reliability. Further, it is possible to transmit various laser beams existing in a wide range from the infrared wavelength region to the ultraviolet wavelength region by this hollow waveguide.
[0058]
In addition, according to the method for manufacturing a hollow waveguide according to the present embodiment, the polyimide precursor solution is allowed to flow into the hollow metal waveguide, and the polyimide precursor solution is discharged after being discharged. A polyimide resin layer is easily formed on the inner surface. The thickness of this polyimide resin layer can be controlled arbitrarily and with high precision by the production conditions of the number of inflow, discharge and heat drying steps, solution viscosity, and resin content. A polyimide resin layer can be formed uniformly. Furthermore, this manufacturing method can be applied to the manufacture of a thin waveguide having excellent flexibility, and the length of the formed waveguide does not depend on the manufacturing apparatus, and the length can be easily increased.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the medical laser transmission device of the present invention, the polyimide resin layer that is transparent to the wavelength band of the light to be transmitted is formed on the inner surface of the hollow base material of the hollow waveguide. Optical transmission can be performed with low loss. Moreover, since the polyimide resin has high heat resistance and moisture absorption resistance, it can sufficiently withstand the transmission of high-power laser light and is excellent in reliability.
Moreover, it is possible to transmit various laser beams existing in a wide range from the infrared wavelength region to the ultraviolet wavelength region.
Further, the assist gas introduced into the hollow waveguide by the gas supply means can be used not only as an assist gas for injecting into the affected part, but also used for preventing entry of dust, moisture, etc. and cooling the hollow waveguide itself. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a hollow waveguide used in a medical laser transmission apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a hollow waveguide used in the medical laser transmission apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a hollow waveguide used in the medical laser transmission apparatus of the present invention.
4 is a configuration diagram showing a manufacturing apparatus for the hollow waveguide shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the inner dielectric of the hollow waveguide shown in FIG. 1 and the transmission loss of light.
6 is a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength of light propagating through the hollow waveguide shown in FIG. 1 and transmission loss. FIG.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a medical laser transmission device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Metal pipe
2,2a, 2c Polyimide resin layer
2b, 2d Other dielectric layers
3,8 Hollow area
4 Dielectric interior metal hollow waveguide
5 Non-metallic pipe
6 Metal thin film
7 Polyimide resin layer
9 Alternating multilayer film
10 containers
11 Polyimide precursor solution
12 Electromagnet
13 Solution inlet pipe
14,17 Three-way valve
15 pipe
16 Solution outlet pipe
18 Pump
19 Vacuum pump
20 Dryer
21 Temperature controller
22 Linear motor
23 Device body
24 Invisible light laser oscillator
25 Visible laser oscillator
26 Shutter
27 Assist gas
28 Hollow waveguide
29 Jig

Claims

不可視領域の波長帯の治療用であるレーザ光を発振する不可視光レーザ発振装置を具備したレーザ伝送装置本体と、
このレーザ伝送装置本体に連結され前記不可視光レーザ発振装置から入射するレーザ光を伝送する中空導波路と、
この中空導波路の先端に装着され患部に向けてレーザ光を照射する治具とを有する医療用レーザ伝送装置において、
前記中空導波路は、中空基材の内面に、伝送する波長２μｍ以上の赤外光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層を最内層に含む交互多層膜からなる誘電体層が形成されている中空導波路であって、前記交互多層膜が屈折率の異なる複数のポリイミド樹脂からなる中空導波路であり、
前記レーザ伝送装置本体は、アシストガスを導入するガス供給手段を有し、前記中空導波路の中空部および前記治具を介して前記アシストガスを患部に噴射することを特徴とする医療用レーザ伝送装置。A laser transmission device main body including an invisible light laser oscillation device that oscillates a laser beam for treatment in a wavelength band of the invisible region;
A hollow waveguide connected to the laser transmission device main body for transmitting laser light incident from the invisible laser oscillation device;
In a medical laser transmission device having a jig attached to the tip of this hollow waveguide and irradiating a laser beam toward the affected part,
In the hollow waveguide, a dielectric layer made of an alternating multilayer film including a polyimide resin layer that is transparent to a wavelength band of infrared light having a wavelength of 2 μm or more to be transmitted is formed on the inner surface of the hollow base material. Hollow waveguides, wherein the alternating multilayer film is a hollow waveguide made of a plurality of polyimide resins having different refractive indexes ,
The laser transmission apparatus main body has a gas supply means for introducing an assist gas, and ejects the assist gas to the affected area through the hollow portion of the hollow waveguide and the jig. apparatus.

前記不可視光レーザは、ＣＯ₂レーザ、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の医療用レーザ伝送装置。The invisible light laser, CO ₂ laser, Er-YAG laser, medical laser transmission device according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that either of the excimer laser.

レーザ発振装置を具備したレーザ伝送装置本体と、
このレーザ伝送装置本体に連結され前記レーザ発振装置から入射するレーザ光を伝送する中空導波路と、
この中空導波路の先端に装着され患部に向けてレーザ光を照射する治具とを有する医療用レーザ伝送装置において、
前記中空導波路は、中空基材の内面に、伝送する波長２μｍ以上の赤外光の波長帯に対して透明であるポリイミド樹脂層を最内層に含む交互多層膜からなる誘電体層が形成されている中空導波路であって、前記交互多層膜が屈折率の異なる複数のポリイミド樹脂からなる中空導波路であり、
前記レーザ発振装置は、可視領域の波長帯の目標照射用レーザ光を発振する可視光レーザ発振器と、不可視領域の波長帯の治療用レーザ光を発振する不可視光レーザ発振器とを備え、
前記レーザ伝送装置本体は、前記可視光レーザ発振器および前記不可視光レーザ発振器から発振される前記レーザ光の重畳を行って前記単一の中空導波路に入射できる重畳切替手段と、前記重畳切替手段の後段で前記中空導波路にアシストガスを導入するガス供給手段とを備え、前記中空導波路の中空部および前記治具を介して前記アシストガスを患部に噴射することを特徴とする医療用レーザ伝送装置。A laser transmission device main body equipped with a laser oscillation device;
A hollow waveguide connected to the laser transmission device main body and transmitting laser light incident from the laser oscillation device;
In a medical laser transmission device having a jig attached to the tip of this hollow waveguide and irradiating a laser beam toward the affected part,
In the hollow waveguide, a dielectric layer made of an alternating multilayer film including a polyimide resin layer that is transparent to a wavelength band of infrared light having a wavelength of 2 μm or more to be transmitted is formed on the inner surface of the hollow base material. Hollow waveguides, wherein the alternating multilayer film is a hollow waveguide made of a plurality of polyimide resins having different refractive indexes ,
The laser oscillation device includes a visible light laser oscillator that oscillates target irradiation laser light in a visible wavelength band, and an invisible laser oscillator that oscillates therapeutic laser light in an invisible wavelength band,
The laser transmission device main body includes a superposition switching unit that superimposes the laser light oscillated from the visible light laser oscillator and the invisible light laser oscillator and can enter the single hollow waveguide, and the superposition switching unit. And a gas supply means for introducing an assist gas into the hollow waveguide at a later stage, wherein the assist gas is injected into the affected area through the hollow portion of the hollow waveguide and the jig. apparatus.

前記可視光レーザは、Ｈｅ−Ｎｅレーザであり、
前記不可視光レーザは、ＣＯ₂レーザ、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ、エキシマレーザのいずれかであることを特徴とする請求項３記載の医療用レーザ伝送装置。The visible light laser is a He—Ne laser,
The invisible light laser, CO ₂ laser, Er-YAG laser, medical laser transmission device according to claim 3, wherein a is any one of an excimer laser.

前記中空導波路の中空基材が、ステンレス、燐青銅、フッ素、シリコン樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の医療用レーザ伝送装置。The medical laser transmission device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the hollow base material of the hollow waveguide is made of any one of stainless steel, phosphor bronze, fluorine, and silicon resin.

前記中空導波路の中空基材の内面に、厚さ５０μｍ以下の、金、銀、銅、ニッケルのいずれかからなる金属薄膜が形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の医療用レーザ伝送装置。The inner surface of the hollow base of the hollow waveguide, a thickness of less than 50 [mu] m, gold, silver, copper, any of claims 1 to 5, wherein a metal thin film made of any of nickel was formed 1 The medical laser transmission device according to Item.