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CN112236698B - 光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置 - Google Patents

光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置 Download PDF

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Abstract

以利用简单的结构高效地对激光的光束轮廓进行变换为目的，而具备：第一光纤，其将进行了导波的光从第一端面输出；以及第二光纤，其是将光输入第二端面并对光进行导波的多模光纤，第二光纤的纤芯径大于第一光纤的第一端面处的纤芯径，从第一端面输出的光在与第二光纤的光轴分开的位置，沿相对于第二端面倾斜的方向向第二端面的纤芯部输入。

Description

光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置
技术领域
本发明涉及光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置。
背景技术
已知将插入有光纤的导管向患者的体内插入而进行治疗的技术。这样的技术例如用于激光烧灼装置。激光烧灼装置例如将导管插入患者的体内，并从光纤的前端输出烧灼用的激光而朝向患部等对象部位照射，从而进行治疗。需要说明的是，激光烧灼装置有时也为了将激光向患者的表皮照射而使用。
对于烧灼用的激光的光束轮廓而言，有时顶帽形状比具有尖锐峰值的高斯形状优选。光束轮廓为顶帽形状的激光与高斯形状的激光相比，例如不会对对象部位沿深度方向施加过度的光能，并且能够均匀地对更广面积施加光能。公开了将激光的光束轮廓变换为顶帽形状的各种技术(专利文献1～5)。像这样对光束轮廓进行变换也被称作均质化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017-535810号公报
专利文献2：日本特开2017-051985号公报
专利文献3：日本特开2015-188900号公报
专利文献4：日本特表2014-503856号公报
专利文献5：日本特开2017-173371号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1～4的技术为了变换为顶帽形状而使用特殊的光纤或者需要追加的特殊的光学元件，因此并不是简单的结构。另外，专利文献5的技术使激光的光轴倾斜地向用于变换为顶帽形状的光纤的光轴输入，但光束轮廓的变换不一定高效，为了进行充分的变换，对于该光纤来说需要一定程度的长度。
本发明是鉴于上述内容完成的，其目的在于，提供能够利用简单的结构高效地对激光的光束轮廓进行变换的光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题并达成目的，本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器具备：第一光纤，其将进行了导波的光从第一端面输出；以及第二光纤，其是将所述光输入第二端面并对所述光进行导波的多模光纤，所述第二光纤的纤芯径大于所述第一光纤的所述第一端面处的纤芯径，从所述第一端面输出的所述光在与所述第二光纤的光轴分开的位置，沿相对于所述第二端面倾斜的方向向所述第二端面的纤芯部输入。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述第一端面与所述第二端面不平行。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述第一光纤的所述第一端面与所述第二光纤的所述第二端面熔接，在熔接面上所述第一光纤的光轴与所述第二光纤的光轴分开并且相互倾斜。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述第一端面相对于所述第一光纤的光轴倾斜，或者所述第二端面相对于所述第二光纤的光轴倾斜。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述光束轮廓变换器具备使所述光发生折射的光学元件，所述光学元件配置在所述第一光纤的所述第一端面与所述第二光纤的所述第二端面之间。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，根据所述第一光纤的所述第一端面处的包层直径Φ1和所述第二光纤的所述第二端面处的纤芯直径Φ2，从所述第一端面输出的所述光向所述第二光纤输入的输入位置与所述第二光纤的光轴的距离D由(1)式表示。
(Φ2-Φ1)/2＞D≥Φ1/2 (1)
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述第二光纤的纤芯径比所述第一光纤的所述第一端面处的纤芯径大1.5倍以上。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，在所述第二光纤进行导波而输出的光的光束轮廓为顶帽形状。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述光束轮廓变换器具备多个所述第一光纤。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，从多个所述第一光纤各自的所述第一端面输出的所述光在与所述第二光纤的光轴分开的距离彼此不同的位置，向所述第二端面的纤芯部输入。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述光束轮廓变换器具备选择机构，所述选择机构从多个所述第一光纤中的任一个选择性地使所述光输出。
本发明的一个方案所涉及的光束轮廓变换器的特征在于，所述第一光纤具有使纤芯部及包层部朝向所述第一端面侧缩径为锥状而成的锥部。
本发明的一个方案所涉及的导管装置的特征在于，具备：所述光束轮廓变换器；以及导管主体，其供所述光束轮廓变换器的至少一部分插入。
本发明的一个方案所涉及的激光烧灼装置的特征在于，具备：所述光束轮廓变换器；以及激光光源，其向所述第一光纤输出作为烧灼用的激光的所述光。
发明效果
根据本发明，起到能够利用简单的结构高效地将激光的光束轮廓变换为顶帽形状这样的效果。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的激光烧灼装置的概要结构的示意图。
图2是示出光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图3是示出激光的输出输入状态的图。
图4A是示出模拟结果的图。
图4B是示出模拟结果的图。
图4C是示出模拟结果的图。
图5A是示出实施方式2所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图5B是示出实施方式2所涉及的光束轮廓变换器的激光的输出输入状态的示意图。
图6A是示出实施方式3所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图6B是示出实施方式3所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图7是示出实施方式4所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图8是示出实施方式5所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图9是示出实施方式6所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图10A是示出实施方式7所涉及的光束轮廓变换器的激光的输出输入状态的图。
图10B是示出实施方式8所涉及的光束轮廓变换器的激光的输出输入状态的图。
图11是示出实施方式9所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图12是示出实施方式10所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图13A是示出实施方式11所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。
图13B是示出实施方式11所涉及的光束轮廓变换器的截面的示意图。
图13C是示出实施方式11所涉及的光束轮廓变换器的激光的输出输入状态的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。需要说明的是，并不通过以下说明的实施方式来对本发明进行限定。另外，在附图的记载中，对相同或者对应的要素适当标注了相同的附图标记。另外，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时与现实不同。而且，在附图的相互之间有时也包括彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。另外，在图中适当示出了xyz坐标轴，由此说明方向。
(实施方式1)
图1是示出实施方式1所涉及的激光烧灼装置的概要结构的示意图。激光烧灼装置1000具备激光光源1001、输出光纤1002、连接部1003、监视装置1004以及导管装置100。导管装置100具备导管主体110、光学元件120以及光束轮廓变换器10。光束轮廓变换器10至少具备光纤1、光纤2以及壳体3。
激光光源1001具备光纤激光器等激光光源，并将烧灼用的激光L1向输出光纤1002输出。输出光纤1002是单模光纤或者多模光纤。输出光纤1002经由连接部1003而与光束轮廓变换器10的光纤1光学连接。由此，激光光源1001能够将激光L1向光纤1输出。
在导管装置100中，导管主体110由树脂等具有挠性的材料构成。导管主体110也可以具有由激光透过性优异的材质构成的激光输出窗111。需要说明的是，为了进行说明，在图1中将导管主体110透明表示。光束轮廓变换器10的至少一部分、即光纤1的一部分和光纤2以及壳体3插入导管主体110的腔。另外，光学元件120在导管主体110的腔内配置于激光输出窗111的附近，并与光束轮廓变换器10的光纤2光学连接。
图2是示出光束轮廓变换器10的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10除了光纤1、光纤2、壳体3以外，还具备套管4、光纤固定构件5a、5b、树脂6、受光元件7以及电线8。
第一光纤即光纤1是具备纤芯部1a和包层部1b的单模或者多模的光纤。光纤1例如为阶跃折射率型、渐变折射率型的多模光纤，但并没有特别限定。对于光纤1，例如纤芯径为105μm，包层径为125μm，数值孔径(NA)为0.15，但并没有特别限定。
光纤1具有作为第一端面的端面1c。端面1c与x轴平行，并相对于光纤1的光轴OX1倾斜，光纤1的光轴OX1作为纤芯部1a的中心轴且沿z方向延伸。即，光纤1是所谓的进行了斜切的光纤。光纤1将进行了导波的激光L1从端面1c输出。
第二光纤即光纤2是具备纤芯部2a和包层部2b的多模光纤。光纤2例如是阶跃折射率型、渐变折射率型的多模光纤，但没有特别限定。光纤2的纤芯径大于光纤1的端面1c处的纤芯径，例如大1.5倍以上。对于光纤2，例如纤芯径为400μm，包层径为440μm，NA为0.22，但没有特别限定。
光纤2具有作为第二端面的端面2c。在本实施方式1中，端面2c与光纤2的光轴OX2正交，并与xy平面平行，光纤2的光轴OX2作为纤芯部2a的中心轴且沿z方向延伸。需要说明的是，纤芯部2a既可以是在端面2c露出的状态，也可以是在端面2c这面进一步设置了透镜、透过膜等的状态等。另外，端面2c并不限定于平面状，也可以是凸面状、凹面状等非平面状。光纤2将从光纤1的端面1c输出的激光L1向端面2c的纤芯部2a输入，并对激光L1进行导波。进行了导波的激光L1作为激光L2向光学元件120输出。光学元件120对激光L2进行会聚而使光路弯曲，并使激光L2从导管主体110的激光输出窗111输出。
在此，关于光纤1的端面1c处的包层直径Φ1与光纤2的端面2c处的纤芯直径Φ2，从端面1c输出的光向光纤2的端面2c输入的输入位置与光纤2的光轴OX2之间的距离D优选由以下的(1)式表示。
(Φ2-Φ1)/2＞D≥Φ1/2 (1)
具体地，在光纤1的端面1c处的包层直径Φ1为125μm，光纤2的纤芯直径Φ2为400μm的情况下，(1)式成为(400-125)/2＝135.5＞D≥125/2＝62.5。因此，距光轴的距离D优选为62.5μm以上且135.5μm以下。
壳体3例如是圆筒体，且收容光纤1的包括端面1c在内的端部和光纤2的包括端面2c在内的端部。另外，壳体3具有对激光L1中未与光纤2的纤芯部2a结合的成分即杂散光进行遮挡、吸收，以不向外部泄漏的功能。壳体3为了高效地对由已吸收的杂散光产生的热量进行散热，优选由铝等热传导率高的材料构成。
套管4例如是由氧化锆构成的圆筒体，供光纤1穿过固定，且被斜切成一端侧与端面1c共面。光纤固定构件5a例如是由金属构成的圆筒体，并经由套管4而将光纤1固定于壳体3。树脂6将套管4与光纤固定构件5a紧贴固定。光纤固定构件5b例如是由金属构成的圆筒体，并将光纤2固定于壳体3。通过将光纤1和光纤2固定于壳体3，从而将光纤1与光纤2的相对位置关系固定。在本实施方式1中，光纤1的光轴OX1与光纤2的光轴OX2一致。
受光元件7例如由光电二极管构成，且接收上述的杂散光的一部分即杂散光L3，并将与其受光强度相应的电流信号向电线8输出。电线8如图1所示的那样与监视装置1004连接。监视装置1004具有接收电流信号并基于电流信号对激光L1的强度进行监视的功能。另外，监视装置1004具有基于监视到的激光L1的强度而向激光光源1001输出规定的控制信号的功能。
接下来，参照图2、图3对光束轮廓变换器10的功能进行详述。图3是示出激光的输出输入状态的图，并且是从z轴的负方向观察图2的光纤1、2而得到的图。光纤1将从激光光源1001输入并进行了导波的激光L1从端面1c输出。端面1c相对于光轴OX1倾斜。其结果是，由于纤芯部1a与壳体3内的空间的折射率差，从端面1c输出的激光L1在与yz面平行的面内向从光轴OX1倾斜的方向行进。需要说明的是，激光L1的光束轮廓P1设为高斯形状。
端面1c与端面2c不平行且分开了适当的距离(例如，在光轴上为100μm以下)。另外，光纤2的纤芯径大于光纤1的端面1c处的纤芯径。其结果是，从端面1c输出的激光L1以低损失的方式向端面2c的纤芯部2a输入。激光L1在输入时，在从光纤2的光轴OX2分开了距离D的位置，向相对于端面2c倾斜的方向输入。在该情况下，从端面1c输出的激光L1在从光纤2的光轴OX2分开的位置向端面2c的纤芯部2a输入的不久之前和不久之后，均相对于光纤2的光轴OX2倾斜。
在作为多模光纤的光纤2对激光L1进行导波的期间，从激光L1中产生作为子午光线进行导波的高斯形状的光束轮廓的成分和作为斜(skew)光线进行导波的面包圈形状的光束轮廓的成分。其结果是，对于光纤2所输出的激光L2，子午光线与斜光线混合，而成为具有顶帽形状的光束轮廓P2的激光。即，光纤2作为对光束轮廓进行变换的光纤而发挥功能。
此时，使从端面1c输出的激光L1在从光纤2的光轴OX2分开的位置(偏置了的位置)处向相对于端面2c倾斜的方向输入端面2c的纤芯部2a，由此斜光线以比较短的导波距离更进一步产生。其结果是，能够利用光纤2高效地进行光束轮廓变换。进而，由此能够缩短由于大口径或NA大而比较高价的光纤2的使用长度，因此能够以低成本实现高效的光束轮廓变换器10。另外，光束轮廓变换器10不使用特殊的光纤、追加的特殊的光学元件，从而以简单的结构来实现。另外，优选的是，如果光纤2的纤芯径比光纤1的端面1c处的纤芯径大1.5倍以上，则能够利用更低损失且更短的光纤2进行光束轮廓变换。
另外，这样的简单的结构、低成本、高效的光束轮廓变换器10通过应用于通常在每次使用中废弃的导管装置100，从而能够实现低成本的导管装置100。
需要说明的是，在该光束轮廓变换器10中，使光轴OX1与光轴OX2一致，并使端面1c与端面2c不平行，由此实现了激光L1在从光轴OX2分开的位置向相对于端面2c倾斜的方向输入的输入状态。然而，光束轮廓变换器10的结构能够以实现上述输入状态的方式变形。例如，也可以使光轴OX1与光轴OX2不一致，还可以使光轴OX1与光轴OX2不平行。
另外，通过对端面1c的相对于光轴OX1的倾斜角度、端面1c与端面2c的距离、纤芯部1a的纤芯径及折射率与纤芯部2a的纤芯径及折射率的组合进行适当调整，能够对子午光线的成分与斜光线的成分之比进行调整，而对激光L2的光束轮廓进行调整。例如，也能够设为接近高斯形状的顶帽形状、或接近面包圈形状的顶帽形状。需要说明的是，顶帽形状设为与次数m为3以上的超高斯形状相似的形状或者大致相似的形状的轮廓。超高斯的场U由以下的式子表示。需要说明的是，ω0是光斑半径，r是距中心的距离。
U＝exp[-(r/ω0)m]
接下来，使用模拟计算的结果对光束轮廓变换器10的效果进行说明。将光纤1的特性设定为：纤芯径为105μm、包层径为125μm、纤芯部1a的折射率为1.56、包层部1b的折射率为1.53、端面1c的法线相对于光轴OX1的倾斜角度为8°、激光L1的扩散角为7°。另外，将光纤2的特性设定为：纤芯径为400μm、包层径为440μm、纤芯部2a的折射率为1.56、包层部2b的折射率为1.53、长度为1m。并且，以使从光轴OX2的偏置量即距离D为0mm、0.05mm或者0.125mm的方式对相互平行的光轴OX1与光轴OX2的位置关系进行调整，并对从光纤2输出的激光L2的光束轮廓进行了模拟计算。
图4A、图4B以及图4C是示出模拟结果的图。图4A、图4B以及图4C分别是距离D为0mm、0.05mm以及0.125mm的情况。白色表示光的强度高的区域。在距离D为0mm的情况下，光的强度高的区域狭窄，且是大致高斯形状。即，确认了在距离D为0mm的情况下，在长度1m的光纤2中，斜光线的成分不会充分产生，光束轮廓变换不会充分进行。另一方面，在距离D为0.05mm的情况下，光的强度高的区域成为更宽的顶帽形状，而在距离D为0.125mm的情况下，光的强度高的区域进一步成为宽的顶帽形状。因此，确认了通过使距离D大于0，能够更高效地利用长度1m的光纤2进行光束轮廓变换。
以下对光束轮廓变换器的其他实施方式进行说明。以下的实施方式所涉及的光束轮廓变换器均能够在激光烧灼装置1000及导管装置100中替换光束轮廓变换器10而使用。另外，以下的实施方式所涉及的光束轮廓变换器均可以根据需要而适当具备与光束轮廓变换器10相同的壳体、套管、光纤固定构件、树脂、受光元件以及电线等。
(实施方式2)
图5A是示出实施方式2所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。图5B是示出激光的输出输入状态的示意图，且是从z轴的负方向观察图5A的光纤1、2而得到的图。
在该光束轮廓变换器10A中，进行了斜切的光纤1的端面1c与光纤2的端面2c熔接。此时，在熔接面上，光纤1的光轴(未图示)与光纤2的光轴OX2在y方向上分开。由此，虽然端面1c与端面2c平行，但光纤1的光轴与光纤2的光轴OX2在与yz平面平行的面内相互倾斜。
在光束轮廓变换器10A中，利用上述结构，实现了激光L1在从光轴OX2分开的位置向相对于端面2c倾斜的方向输入的输入状态。因此，在光束轮廓变换器10A中，与光束轮廓变换器10同样地得到简单的结构、低成本、高效这样的效果。
在此，在使外径彼此不同的光纤熔接的情况下，反射返回光向输入侧的光纤的包层入射，由此成为树脂等发热的原因。于是，为了对树脂等的发热进行抑制，优选在输入侧的光纤的覆盖部中的熔接部侧设置散热部。散热部例如通过涂覆散热硅酮而构成。
(实施方式3)
图6A及图6B是示出实施方式3所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10B具备光纤1B1、1B2、1B3、选择机构9以及光纤2。
光纤1B3具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1B3a、包层部1B3b，并与连接部1003光学连接。光纤1B3对从连接部1003输入来的激光L1进行导波并向选择机构9输出。
选择机构9将输入来的激光L1向光纤1B1、1B2中的任一个选择性地输出。即，选择机构9具有从光纤1B1、1B2中的任一个中选择性地输出激光L1的功能。选择机构9例如构成为包括光开关，并从未图示的控制器等输入控制信号，而对激光L1的输出对象进行切换。
作为第一光纤的光纤1B1具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1B1a和包层部1B1b。另外，光纤1B1具有作为第一端面的斜切的端面1B1c。作为第一光纤的光纤1B2具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1B2a和包层部1B2b。另外，光纤1B2具有作为第一端面的斜切的端面1B2c。光纤1B1、1B2各自的光轴在y方向上彼此不同的位置沿z方向延伸。
在此，如图6A所示，在激光L1从光纤1B1输出的情况下，当向端面2c的纤芯部2a输入时，在从光纤2的光轴OX2分开了距离D1的位置，激光L1向相对于端面2c倾斜的方向输入。其结果是，光纤2进行光束轮廓变换，将具有规定的顶帽形状即光束轮廓P2B1的激光L2B1输出。
另一方面，如图6B所示，在激光L1从光纤1B2输出的情况下，当向端面2c的纤芯部2a输入时，在从光纤2的光轴OX2分开了比距离D1小的距离D2的位置，激光L1向相对于端面2c倾斜的方向输入。其结果是，光纤2进行光束轮廓变换，将具有与光束轮廓P2B1不同的顶帽形状即光束轮廓P2B2的激光L2B2输出。
即，从端面1B1c、1B2c输出的各个激光L1在从光纤2的光轴OX2分开的距离彼此不同的位置向纤芯部2a输入。
这样，在光束轮廓变换器1OB中，能够对使激光L1从光纤1B1输出或者从光纤1B2输出进行切换。由此，光束轮廓变换器10B与光束轮廓变换器10同样地是简单的结构、低成本、高效的，并且能够对具有彼此不同的顶帽形状的光束轮廓的激光进行切换而进行输出。
需要说明的是，在光束轮廓变换器10B中，也可以代替选择机构9而采用以下那样的选择机构。即，在光纤1B1的与端面1B1c相反的一侧的端部以及光纤1B2的与端面1B2c相反的一侧的端部分别设置输入侧光连接器。另一方面，在连接部1003设置输出侧光连接器。并且，也可以采用以能够连接输出侧光连接器与输入侧光连接器中的任一方的方式构成的选择机构。光束轮廓变换器10B具备两根光纤1B1、1B2来作为多根第一光纤，但也可以设为具备三根以上的第一光纤的结构。在该情况下，三根以上的第一光纤例如可以使用光纤束来构成。
(实施方式4)
图7是示出实施方式4所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10C具备光纤1C及光纤2C。
作为第一光纤的光纤1C具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1Ca和包层部1Cb。光纤1C具有作为第一端面的端面1Cc。端面1Cc与沿z方向延伸的光纤1C的光轴(未图示)正交，并与xy平面平行。
作为第二光纤的光纤2C具备与光纤2中的对应要素相同的结构的纤芯部2Ca和包层部2Cb。光纤2C具有作为第二端面的端面2Cc。端面2Cc与x轴平行，并相对于沿z方向延伸的光纤2C的光轴OX2C倾斜。即，光纤2C是所谓的进行了斜切的光纤。另外，端面1Cc与端面2Cc不平行。另外，光纤1C的光轴与光纤2C的光轴OX2C平行，但在y方向上分开。
在光束轮廓变换器10C中，光纤1C将进行了导波的激光L1从端面1Cc输出。从端面1Cc输出的激光L1沿z方向行进。
由于光纤2C的纤芯径大于光纤1C的纤芯径，因此从端面1Cc输出的激光L1在从光轴OX2C分开的位置向端面2Cc的纤芯部2Ca输入。在此，端面2Cc相对于z轴倾斜。其结果是，由于纤芯部2Ca与壳体3内的空间之间的折射率差，从端面2Cc输入的激光L1在端面2Cc处向在与yz面平行的面内从光轴OX2C倾斜方向输入。即，从光纤1C输出的激光L1与光纤2C的光轴OX2C平行直到输入纤芯部2Ca的不久之前，但在从光纤2C的光轴OX2C分开的位置输入端面2Cc的纤芯部2Ca之后，向相对于光纤2C的光轴OX2C倾斜的方向发生折射。由此，在光束轮廓变换器10C中，与光束轮廓变换器10的情况同样地，光纤2C作为对光束轮廓进行变换的光纤而发挥功能，并将激光L2输出。其结果是，光束轮廓变换器10C能够利用简单的结构低成本并且高效地进行光束轮廓变换。
需要说明的是，只要实现激光L1在从光轴OX2C分开的位置向相对于端面2Cc倾斜的方向输入的输入状态即可。因此，也可以对光束轮廓变换器10C的结构进行变形，而使光纤1C的光轴与光轴OX2C不平行。
另外，通过对端面2Cc相对于光轴OX2C的倾斜角度、端面1Cc与端面2Cc的距离、纤芯部1Ca的纤芯径及折射率与纤芯部2Ca的纤芯径及折射率的组合进行适当调整，能够对激光L2的光束轮廓进行调整。
(实施方式5)
图8是示出实施方式5所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10D具有如下结构，该结构具备光纤1C及光纤2，且在光纤1C的端面1Cc与光纤2的端面2c之间配置有三角棱镜11。
在光束轮廓变换器1OD中，光纤1C将进行了导波的激光L1从端面1Cc输出。从端面1Cc输出的激光L1沿z方向行进，并向三角棱镜11输入。三角棱镜11是使激光L1发生折射的光学元件的一例，并以使激光L1的行进方向成为在与yz面平行的面内从z轴倾斜的方向的方式发生折射。其结果是，激光L1在从光轴OX2分开的位置向光纤2的端面2c的纤芯部2a输入，并且在端面2c处向在与yz面平行的面内从光轴OX2倾斜的方向输入。由此，光纤2将进行了光束轮廓变换的激光L2输出。其结果是，在光束轮廓变换器10D中，与光束轮廓变换器10的情况同样地，能够利用简单的结构低成本并且高效地进行光束轮廓变换。
需要说明的是，三角棱镜11也可以与光纤2的端面2c相接而设置。在该情况下，从光纤1C的端面1Cc输出的激光L1与光纤2的光轴OX2平行直到输入三角棱镜11的不久之前，但由三角棱镜11折射，而在向端面2c的纤芯部2a输入时相对于光轴OX2倾斜。另外，三角棱镜11也可以与光纤1C的端面1Cc相接而设置。即使在该情况下，激光L1也在输入端面2c的纤芯部2a的不久之后向从光轴OX2倾斜的方向输入。
(实施方式6)
图9是示出实施方式6所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10E具有如下结构，该结构在图8所示的光束轮廓变换器10D的结构中，将三角棱镜11替换成作为使激光L1发生折射的光学元件的一例的透镜11E。
透镜11E以使光轴OX3与光纤1C的光轴及光纤2的光轴OX2均不一致的方式配置在端面1Cc与端面2c之间。由此，与光束轮廓变换器10D的情况同样地，从端面1Cc输出的激光L1由透镜11E折射成使激光L1的行进方向成为在与yz面平行的面内从z轴倾斜的方向。其结果是，激光L1在从光轴OX2分开的位置向光纤2的端面2c的纤芯部2a输入，并且在端面2c处向在与yz面平行的面内从光轴OX2倾斜的方向输入。由此，光纤2将进行了光束轮廓变换的激光L2输出。其结果是，在光束轮廓变换器10E中，与光束轮廓变换器10的情况同样地，能够利用简单的结构低成本并且高效地进行光束轮廓变换。
需要说明的是，透镜11E也可以与光纤2的端面2c相接而设置。在该情况下，从光纤1C的端面1Cc输出的激光L1与光纤2的光轴OX2平行直到输入透镜11E的不久之前，但由透镜11E折射，而在向端面2c的纤芯部2a输入时相对于光轴OX2倾斜。另外，透镜11E也可以与光纤1C的端面1Cc相接而设置。在该情况下，激光L1也在输入端面2c的纤芯部2a的时间点向从光轴OX2倾斜的方向输入。
(实施方式7、8)
在光束轮廓变换器10中，如图2及图3所示，激光L1当在光纤1中输出之后，在与yz平面平行并且包括光轴OX1、OX2在内的平面内行进，并向光纤2输入。然而，激光L1的输出输入状态并不限于此。例如，在图10A所示的实施方式7所涉及的光束轮廓变换器10F中，光纤1的光轴与光纤2的光轴OX2分开并形成与zx平面平行的面。激光L1当在光纤1中输出之后，在与yz平面平行并且相对于z轴倾斜的方向上行进，并向光纤2输入。在该情况下，激光L1的行进方向与光轴OX2处于扭转的位置关系。此时，光纤1配置成使端面1c与xy面平行。
另外，在图10B所示的实施方式8所涉及的光束轮廓变换器10G中，光纤1的光轴与光纤2的光轴OX2分开并形成与zx平面平行的面。激光L1当在光纤1中输出之后，在相对于xy平面、yz平面、zx平面均倾斜的方向行进，并向光纤2输入。在该情况下，激光L1的行进方向与光轴OX2也处于扭转的位置关系。此时，光纤1配置成从图10A的光纤1的状态起以光轴为中心顺时针旋转了45°左右的状态。即，也可以如图10A及图10B那样，使激光L1的行进方向与光轴OX2处于扭转的位置关系。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以使第二光纤的光轴与向第二光纤输入的激光的行进方向处于扭转的位置关系。
(实施方式9)
图11是示出实施方式9所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10H具备两根光纤1H及光纤2。
两根光纤1H分别具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1Ha和包层部1Hb。另外，各个光纤1H具有相对于各自的光轴倾斜的端面1Hc。而且，各个光纤1H具有使纤芯部1Ha、包层部1Hb朝向端面1Hc侧缩径为锥状而成的锥部1Hd。
在该光束轮廓变换器10H中，设为相对于光轴倾斜的各个光纤1H的端面1Hc与光纤2的端面2c熔接。此时，在熔接面上，各光纤1H的光轴与光纤2的光轴OX2在y方向上分开。由此，虽然各个端面1Hc与端面2c平行，但各个光纤1H的光轴与光纤2的光轴OX2在与yz平面平行的面内相互倾斜。需要说明的是，光纤2的纤芯径大于各光纤1H的端面1Hc处的纤芯径。在此，端面1Hc处的纤芯径是使纤芯部1Ha缩径为锥状而得到的前端面处的纤芯径。对于各光纤1H的未缩径的部分的纤芯径而言，也可以大于光纤2的纤芯径。
在光束轮廓变换器10H中，利用上述结构，实现了从各个光纤1H输出的激光L1在从光轴OX2分开的位置向相对于端面2c倾斜的方向输入的输入状态。因此，在光束轮廓变换器10A中，与光束轮廓变换器10同样地得到简单的结构、低成本、高效这样的效果。而且对于光纤1H而言，纤芯部1Ha在锥部1Hd缩径为锥状，因此从端面1Hc处的缩径了的纤芯部1Ha输出比未缩径的情况亮度高的激光L1。其结果是，由光纤2变换了光束轮廓而输出的激光L2也亮度升高。而且，激光L2由两束激光L1合成，因此强度也升高。
(实施方式10)
图12是示出实施方式10所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10I具备两根光纤1I以及光纤2。
两根光纤1I分别具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1Ia和包层部1Ib。另外，各个光纤1I具有端面1Ic。而且，各个的光纤1I具有使纤芯部1Ia、包层部1Ib朝向端面1Ic侧缩径为锥状而成的锥部1Id。需要说明的是，两根光纤1I的端面1Ic与光纤2的端面2c熔接，但图12中，为了说明而将光纤1I与光纤2分离示出。
两根光纤1I例如对图7所示的光纤1C那样的未进行斜切而纤芯径及包层径在长度方向上恒定的两根光纤进行捆扎，并对其端部进行加热收紧而形成锥部1Id。因此，两个锥部1Id成为斜圆台的形状。具体而言，在从x轴的正方向观察两个锥部1Id时，成为以端面1Ic为上底、以锥部1Id的基端侧为下底的梯形的形状。上底和下底均与xy平面平行。另外，在两个锥部1Id的外周面中，对置的一侧以沿z方向延伸的方式线接触，未对置的一侧相对于z轴倾斜。因此，两根光纤1I的锥部1Id的光轴相对于z轴倾斜。
两根光纤1I的端面1Ic与光纤2的端面2c以使锥部1Id的光轴与光轴OX2在y轴方向上分开的状态熔接。其结果是，从两根光纤1I输出的激光L1均在从光轴OX2分开的位置向光纤2的端面2c的纤芯部2a输入，并且在端面2c处向在yz面内从光轴OX2倾斜的方向输入。由此，光纤2将进行了光束轮廓变换的激光L2输出。其结果是，在光束轮廓变换器10I中，与光束轮廓变换器10的情况同样地，能够利用简单的结构低成本并且高效地进行光束轮廓变换。另外，与图11所示的光束轮廓变换器10H的情况同样地，由于由光纤2变换了光束轮廓而输出的激光L2由两束激光L1合成，因此亮度和强度均升高。需要说明的是，与实施方式9的情况同样地，虽然光纤2的纤芯径大于各光纤1I的端面1Ic处的纤芯径，但对于各光纤1I的未缩径的部分的纤芯径而言，也可以大于光纤2的纤芯径。
(实施方式11)
图13A是示出实施方式11所涉及的光束轮廓变换器的主要部分的概要结构的示意图。光束轮廓变换器10J具备七根光纤1J以及光纤2。
七根光纤1J构成在中心的光纤1J的外周排列有六根光纤1J的光纤束。图13B是示出将光纤束在包括中心的光纤1J的光轴且与yz平面平行的面切断而得到的截面的图。七根光纤1J分别具备与光纤1中的对应要素相同的结构的纤芯部1Ja、包层部1Jb。另外，各个光纤1J具有端面1Jc。而且，各个光纤1J具有使纤芯部1Ja、包层部1Jb朝向端面1Jc侧缩径为锥状而成的锥部1Jd。需要说明的是，七根光纤1J的端面1Jc与光纤2的端面2c熔接，但在图13A中，为了说明而将光纤1J与光纤2分离示出。
七根光纤1J例如对未进行斜切而纤芯径及包层径在长度方向上恒定的七根光纤进行捆扎而构成光纤束，并对该光纤束的端部进行加热收紧而形成锥部1Jd。因此，七个锥部1Jd中的位于中心的锥部成为圆台的形状，而位于外周的锥部成为斜圆台的形状。因此，位于外周的六根光纤1J的锥部1Jd的光轴相对于z轴倾斜。
七根光纤1J的端面1Jc与光纤2的端面2c以使位于中心的光纤1J的光轴与光轴OX2一致的方式熔接。其结果是，位于外周的六个锥部1Jd的光轴与光轴OX2以在y轴方向上分开的状态熔接。由此，从位于外周的六根光纤1J输出的激光L1均在从光轴OX2分开的位置向光纤2的端面2c的纤芯部2a输入，并且在端面2c处向在yz面内从光轴OX2倾斜的方向输入。图13C是示出激光的输出输入状态的示意图。需要说明的是，对位于中心的光纤1J省略了记载。
由此，光纤2将进行了光束轮廓变换的激光L2输出。其结果是，在光束轮廓变换器10J中，与光束轮廓变换器10的情况同样地，能够利用简单的结构低成本并且高效地进行光束轮廓变换。另外，由光纤2变换了光束轮廓而输出的激光L2由六束激光L1合成，因此亮度和强度均升高。另外，六束激光L1相对于光纤2的光轴OX2大致轴对称地输入，因此在轴周围的均匀性更高，能够得到进一步优选的光束轮廓。需要说明的是，与实施方式9的情况同样地，虽然光纤2的纤芯径大于各光纤1J的端面1Jc处的纤芯径，但对于各光纤1J的未缩径的部分的纤芯径而言，也可以大于光纤2的纤芯径。
需要说明的是，在将上述实施方式的光束轮廓变换器例如应用于为了向患者的表皮照射激光而使用的激光烧灼装置的情况下，使用导管主体110、光学元件120不是必须的。
另外，本发明并不被上述实施方式限定。将上述的各实施方式的构成要素适当组合而构成的方式也包括在本发明中。另外，进一步的效果、变形例能够由本领域技术人员容易地导出。因而，本发明的更广泛的方案并不限定于上述的实施方式，而能够进行各种变更。
产业上的可利用性
本发明所涉及的光束轮廓变换器、导管装置以及激光烧灼装置对于从光纤的前端使烧灼用的激光输出并朝向患部等对象部位照射而进行治疗来说是有用的。
附图标记说明
1、1B1、1B2、1B3、1C、1H、1I、1J、2、2C 光纤
1a、1B1a、1B2a、1B3a、1Ca、1Ha、1Ia、1Ja、2a、2Ca 纤芯部
1b、1B1b、1B2b、1B3b、1Cb、1Hb、1Ib、1Jb、2b、2Cb 包层部
1c、1B1c、1B2c、1Cc、1Hc、1Ic、1Jc、2c、2Cc 端面
1Hd、1Id、1Jd 锥部
3 壳体
4 套管
5a、5b 光纤固定构件
7 受光元件
8 电线
9 选择机构
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10I、10J 光束轮廓变换器
11 三角棱镜
11E 透镜
100 导管装置
110 导管主体
111 激光输出窗
120 光学元件
1000 激光烧灼装置
1001 激光光源
1002 输出光纤
1003 连接部
1004 监视装置
D、D1、D2 距离
L1、L2、L2B1、L2B2 激光
L3 杂散光
OX1、OX2、OX2C、OX3 光轴
P1、P2、P2B1、P2B2 光束轮廓。

Claims (10)

1.一种光束轮廓变换器，其特征在于，具备：
第一光纤，其将进行了导波的光从第一端面输出；以及
第二光纤，其是将所述光输入第二端面并对所述光进行导波的多模光纤，
所述第二光纤的纤芯径大于所述第一光纤的所述第一端面处的纤芯径，
从所述第一端面输出的所述光在与所述第二光纤的光轴分开的位置，沿相对于所述第二端面倾斜的方向向所述第二端面的纤芯部输入，
所述光束轮廓变换器具备多个所述第一光纤，
从多个所述第一光纤各自的所述第一端面输出的所述光在与所述第二光纤的光轴分开的距离彼此不同的位置，向所述第二端面的纤芯部输入，
所述光束轮廓变换器具备选择机构，所述选择机构从多个所述第一光纤中的任一个选择性地使所述光输出，
根据所述第一光纤的所述第一端面处的包层直径Φ1和所述第二光纤的所述第二端面处的纤芯直径Φ2，从所述第一端面输出的所述光向所述第二光纤输入的输入位置与所述第二光纤的光轴的距离D由(1)式表示，
(Φ2-Φ1)/2>D≥Φ1/2 (1)。
2.根据权利要求1所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述第一端面与所述第二端面不平行。
3.根据权利要求1所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述第一光纤的所述第一端面与所述第二光纤的所述第二端面熔接，在熔接面上所述第一光纤的光轴与所述第二光纤的光轴分开并且相互倾斜。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述第一端面相对于所述第一光纤的光轴倾斜，或者所述第二端面相对于所述第二光纤的光轴倾斜。
5.根据权利要求1所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述光束轮廓变换器具备使所述光发生折射的光学元件，所述光学元件配置在所述第一光纤的所述第一端面与所述第二光纤的所述第二端面之间。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述第二光纤的纤芯径比所述第一光纤的所述第一端面处的纤芯径大1.5倍以上。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
在所述第二光纤进行导波而输出的光的光束轮廓为顶帽形状。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的光束轮廓变换器，其特征在于，
所述第一光纤具有使纤芯部及包层部朝向所述第一端面侧缩径为锥状而成的锥部。
9.一种导管装置，其特征在于，具备：
权利要求1～8中任一项所述的光束轮廓变换器；以及
导管主体，其供所述光束轮廓变换器的至少一部分插入。
10.一种激光烧灼装置，其特征在于，具备：
权利要求1～8中任一项所述的光束轮廓变换器；以及
激光光源，其向所述第一光纤输出作为烧灼用的激光的所述光。
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