レーザ照射装置におけるドーナツプロファイルの解 …ruby 694.3 色素疾患...

レーザ照射装置におけるレーザ照射装置におけるドーナツプロファイルの解明ドーナツプロファイルの解明

（株）ニデック（株）ニデック技術開発部技術開発部

村上村上なほなほ

レーザ照射装置について

• 皮膚への侵達度

• 各種レーザの吸収曲線

• 脱毛の仕組み

• スキンリジュビネーションの仕組み

侵達度

種類波長(nm) 適応疾患主な吸収対象

KTP 532 単純性血管腫

苺状血管腫ヘモグロビン

Dye 585,590 単純性血管腫ヘモグロビン

Ruby 694.3 色素疾患

脱毛メラニン

Alexandrite 755 色素疾患、血管腫

脱毛

メラニン

ヘモグロビン

Diode 800,810 サージカル

脱毛

メラニン

ヘモグロビン

Nd：YAG 1064 色素疾患

脱毛メラニン

Er:YAG 2940 Hard Tissue（歯、骨）Skin Resurfacing 水

CO2 10600 各種小腫瘤（Ablation）レーザーメス

水

吸収曲線

脱毛のしくみ

レーザーに光線をあてることにより、皮下の黒い毛および毛根部に熱が吸収されます。

レーザー光線

その後の放熱によって毛球部に熱的損傷が与えられます。

数日～1週間かけて自然に

毛が抜け落ちます。こうして脱毛が行われます。

スキンリジュビネーションのしくみ

衰えたコラーゲン線維にレーザーを照射し、コラーゲン線維を再生・増殖させ、お肌の内部から若返りを促します。

レーザー光線

加齢や紫外線などの影響により、コラーゲン線維が衰え、小ジワやたるみが生じています。

角質

真皮

表皮

コラーゲン

シワ

LD

Laser Diode Array

Bundle Fiber

Optical Converter

Optical Fiber

Galvano Mirror

Cooling Window

問題発生！！（ドーナツプロファイルの出現）

照射面でのプロファイル

LD

Laser Diode Array

Bundle Fiber

Optical Converter

Optical Fiber

Galvano Mirror

Cooling Window

原因はココにあり

ドーナツプロファイルの理由として考えられた事

（１）バンドルファイバからレーザ光が斜めに出射している。

（３）レーザダイオード一つ一つの出力が均一でない。

（２）バンドルファイバと導光ファイバで光軸ズレがある。

原因追求のためシミュレーション

• CODEVの提供するマクロ FIBERCLDを

使用。

（指定した面範囲の前にNSSファイバーを

挿入することが可能）

• 照明解析を用いて、導光ファイバ出射端での強度分布を確認する。

マクロFIBERCLDについて

in FIBERCLD #1 #2 #3 #4 #5 #6Inputs: #1 surface to insert fiber in front of

#2 fiber diameter#3 cladding (outer) diameter#4 fiber length#5 fiber material #6 cladding material

光学系描画図

NIK 10-Sep-03

Y:5.00 MM X:20.00 MM

Optical Fiber

Optical Converter

Bundle Fiber

LD

Laser Diode Array

Bundle Fiber

Optical Converter

Optical Fiber

Galvano Mirror

Cooling Window

光源に設定

受光面２に設定

照射面

共役

受光面１に設定

光源の設定


（１）バンドルファイバからレーザ光が斜めに（１）バンドルファイバからレーザ光が斜めに出射している。出射している。



Bundle FiberOptical Converter

Optical Fiber


(1)斜入射の場合0° (3°) (6°)

導光ファイバ

入射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance

Total flux 0.29360E-03 WattsMax irradiance 0.12133E+00 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2

1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance

Total flux 0.19558E-03 WattsMax irradiance 0.97211E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2

導光ファイバ

出射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ

出射端での XYプロファイル

NIK 17-Sep-03

Distance along profile in MM

relative irradiance (Watts/CM^2)

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 19-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 19-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0




（２）バンドルファイバと導光ファイバで光軸ズ（２）バンドルファイバと導光ファイバで光軸ズレがある。レがある。

Bundle FiberOptical Converter

Optical Fiber

（２）バンドルファイバと導光ファイバの光軸ズレがある。

(2)光軸ズレがある場合0mm 0.05mm 0.1mm

導光ファイバ

入射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ

出射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ


NIK 26-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 27-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

04:53:17

NIK 27-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

透過率 100% 99.8% 97.6%

(2)光軸ズレがある場合

0.2mm 0.3mm 0.4mm

導光ファイバ

入射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ

出射端での

分布1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ


11:27:49

NIK 27-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

18:02:31

NIK 27-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

00:26:26

NIK 27-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

透過率 82.2% 63.1% 44.5%



（３）レーザダイオード一つ一つの出力が均（３）レーザダイオード一つ一つの出力が均一でない。一でない。


Bundle FiberOptical Converter Optical Fiber


（３）LDの出力が不均一な場合

1 2 3導光ファイバ

入射端での

分布

1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ

出射端での

分布

1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ


NIK 17-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 17-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 17-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

（３）LDの出力が不均一な場合

4 5 6導光ファイバ

入射端での

分布

1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ

出射端での

分布

1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


導光ファイバ


NIK 17-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 18-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

NIK 18-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

結果

バンドルファイバにおいて、中央部に位置バンドルファイバにおいて、中央部に位置するＬＤの出力が周辺部に位置するＬＤのするＬＤの出力が周辺部に位置するＬＤの出力と比較して低い場合に、導光ファイバ出力と比較して低い場合に、導光ファイバ出射端でドーナツプロファイルが出現しそ出射端でドーナツプロファイルが出現しそう！！う！！

プロファイル実測

バンドルファイバ出射端導光ファイバ出射端

プ

ロ

フ

ァ

イ

ル

プロファイル計算

バンドルファイバ出射端導光ファイバ出射端強度分布

プ

ロ

フ

ァ

イ

ル1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


1.0000 MM

1.0000 MM

0.0000

1.0000

0.5000

relative irradiance


06:10:05

NIK 18-Sep-03



-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x= 0.0 y= 0.0 A= 0.0

まとめまとめ

•• ＣＯＤＥＶの提供するマクロＣＯＤＥＶの提供するマクロＦＩＢＥＲＣＬＤＦＩＢＥＲＣＬＤとと照明解析を利用することにより、ドーナツ照明解析を利用することにより、ドーナツプロファイルの原因を解明することが出プロファイルの原因を解明することが出来た。来た。

•• ＬＤ一つ一つの出力をコントロールすれば、ＬＤ一つ一つの出力をコントロールすれば、照射面における分布を自由に変えること照射面における分布を自由に変えることも可能な事がわかった。も可能な事がわかった。

ＣＯＤＥＶへの要望ＣＯＤＥＶへの要望

• ファイバを曲げた状態でもシミュレーション出来るようにして欲しい

• 計算時間を短縮化して欲しい

（ファイバ長を長くするとスポットダイアグラム、照明解析等の計算時間が長くなる）

ORAORAセミナーセミナー2003.10.242003.10.24

ENDEND

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