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...
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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
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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
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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
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吸収曲線
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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。
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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
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LD
Laser Diode Array
Bundle Fiber
Optical Converter
Optical Fiber
Galvano Mirror
Cooling Window
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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
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LD
Laser Diode Array
Bundle Fiber
Optical Converter
Optical Fiber
Galvano Mirror
Cooling Window
原因はココにあり
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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。
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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。
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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
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光学系描画図
NIK 10-Sep-03
Y:5.00 MM X:20.00 MM
Optical Fiber
Optical Converter
Bundle Fiber
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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
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光源の設定
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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(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。
(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。
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Bundle FiberOptical Converter
Optical Fiber
(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。
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(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
Total flux 0.25655E-03 WattsMax irradiance 0.11346E+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
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
Total flux 0.29113E-03 WattsMax irradiance 0.86124E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.25819E-03 WattsMax irradiance 0.77398E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.19805E-03 WattsMax irradiance 0.62206E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
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
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
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
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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(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。
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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。
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(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
Total flux 0.29377E-03 WattsMax irradiance 0.12145E+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
Total flux 0.29276E-03 WattsMax irradiance 0.12047E+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
Total flux 0.28806E-03 WattsMax irradiance 0.12089E+00 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
Total flux 0.29146E-03 WattsMax irradiance 0.85914E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.29011E-03 WattsMax irradiance 0.83743E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.28338E-03 WattsMax irradiance 0.83308E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
導光ファイバ
出射端での XYプロファイル
NIK 26-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 27-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
04:53:17
NIK 27-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
透過率 100% 99.8% 97.6%
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(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
Total flux 0.24449E-03 WattsMax irradiance 0.11947E+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
Total flux 0.18732E-03 WattsMax irradiance 0.11943E+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
Total flux 0.12960E-03 WattsMax irradiance 0.12160E+00 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
Total flux 0.23923E-03 WattsMax irradiance 0.70324E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.18336E-03 WattsMax irradiance 0.49981E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.12957E-03 WattsMax irradiance 0.35486E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
導光ファイバ
出射端での XYプロファイル
11:27:49
NIK 27-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
18:02:31
NIK 27-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
00:26:26
NIK 27-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
透過率 82.2% 63.1% 44.5%
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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(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。
(2)バンドルファイバと導光ファイバで光軸ズレがある。
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Bundle FiberOptical Converter Optical Fiber
(3)レーザダイオード一つ一つの出力が均一でない。
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(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
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
Total flux 0.29355E-03 WattsMax irradiance 0.20173E+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
Total flux 0.29147E-03 WattsMax irradiance 0.13625E+00 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
Total flux 0.29113E-03 WattsMax irradiance 0.86124E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.29131E-03 WattsMax irradiance 0.85696E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
1.0000 MM
1.0000 MM
0.0000
1.0000
0.5000
relative irradiance
Total flux 0.28813E-03 WattsMax irradiance 0.81502E-01 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
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 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 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
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(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
Total flux 0.41569E-03 WattsMax irradiance 0.20830E+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
Total flux 0.45785E-03 WattsMax irradiance 0.20582E+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
Total flux 0.49983E-03 WattsMax irradiance 0.20839E+00 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
Total flux 0.41202E-03 WattsMax irradiance 0.12375E+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
Total flux 0.45374E-03 WattsMax irradiance 0.13241E+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
Total flux 0.49530E-03 WattsMax irradiance 0.14279E+00 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
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 18-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 18-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
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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!!
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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
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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
Total flux 0.41827E-03 WattsMax irradiance 0.24655E+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
Total flux 0.41329E-03 WattsMax irradiance 0.12009E+00 Watts/CM^2Min irradiance 0.00000E+00 Watts/CM^2
06:10:05
NIK 18-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
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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。
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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)
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ORAORAセミナーセミナー2003.10.242003.10.24
ENDEND