CN101185598A - 用于操纵光束的设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于沿多条光路引导光束的系统和设备,设备的一个实施方式包括:基底组件;第一反射表面,其与入射光束的光轴成第一角度设置并可操作以沿第一光路引导光束;以及第二反射表面,其与入射光束的光轴成不同于第一角度的第二角度设置并可操作以沿第二光路引导光束,其中第一反射表面和第二反射表面是可操作的以沿公共轴线以线性方式移动,并且其中,该基底组件可操作以沿公共轴线线性重新定位该第一和第二反射表面,从而该入射光束可以入射到一个或者另一个反射表面上。该设备可以进一步包括可操作地连接到基底组件的移动器件以给重新定位该第一和第二反射表面提供原动力。
Description
技术领域
本发明涉及光束操纵设备。特别是,本发明涉及在眼外科手术系统中使用的激光系统内的光束操纵设备。更特别地是,本发明涉及多个慎重(discreet)定位的反射镜组件以用于将外科手术激光束引导(direct)到多个出口。
背景技术
多种疾病可以导致人眼视力从轻度衰退到完全失明。尽管隐形眼镜和眼镜可以对某些疾病进行补偿,但对于其它疾病需要眼外科手术。通常,将眼外科手术分类成后段手术(procedure),例如玻璃体-视网膜外科手术,以及前段手术,例如白内障外科手术。最近,已经开发了将前段手术和后段手术相结合的手术。
用于眼外科手术的外科手术器械可以专用于前段手术或者后段手术或者支持这两者。无论如何,外科手术器械通常执行整个主机的功能,该主机的功能可以用于执行很多种外科手术。
视网膜的激光外科手术是多种眼科疾病的治疗中护理的标准。由激光光凝术治疗的疾病包括增生性糖尿病视网膜病、糖尿病黄斑水肿(diabetic macularedema)、黄斑囊状水肿(cystoid macular edema)、视网膜静脉阻塞、脉络膜新生血管、中心性浆液状脉络膜视网膜病变,视网膜撕裂,以及其它损伤。
如同可以想到的那样,这些类型视网膜外科手术的复杂性可能非常多样化,并且伴随地,用于执行这些外科手术的外科手术装置可能需要执行与这些外科手术相关联的整个主机的功能。通常,外科手术激光系统可操作以执行与多类外科手术或其它手术相关联的功能,从而一种外科手术激光系统可以用于多类操作或手术。特别是,在这种外科手术激光系统中有用的部件是具有多个用于支持连接多个外科手术激光器探针的激光出口。多个激光出口和它们涉及的多个外科手术激光探针允许外科手术医生在不同手术/匹配之间切换增加灵活性和外科手术效率,而没有因不得不断开一个探针并连接另一个而导致的中断。然而,由于费用、复杂性和安全观点,具有多个外科手术激光器以便给每个出口提供专用的激光束或者是为每个激光出口而将单个激光束分裂成多个专门的路径都是不受欢迎的,这种多出口外科手术激光系统需要可靠的切换机构以可选择地在多个出口之间操纵单个激光束。
将激光束聚焦到纤维发射(launch)(出口)需要很高水平的精度和稳定性。为了能操纵光束到不同出口点就需要该精度是可重复的。现有技术中的光束偏转支架通常地将反射镜的反射表面旋转到所需的角度并使其倾斜以将激光束传送到所需的位置。光束偏转支架的运动可以是主动的或者被动的。主动系统使用带有主动反馈的机动化控制系统以控制角度和倾斜。被动系统很简单并使用简单的运动装置,例如具有硬挡块的螺线管,以设置反射性反射镜表面的所需角度和倾斜。具有这些解决方案的问题都在于,它们都是在它们操纵着的激光束的平面中移动反射镜的反射表面,并因此必须沿多个自由度精密地控制反射表面的位置。为了实现这种水平的精度,现有技术中的这些系统典型地需要使用编码器、正反馈回路和带有精密挡块的旋转装置的精密束定位配置,致使结构复杂和昂贵且在操作中经常需要校正反射表面的定位,并因此易于出现误差和/或需要频繁调整。
因此,需要一种用于沿多条光路引导激光束的多个慎重定位的反射镜组件,其可以减少或消除现有技术中的光束操纵设备和系统的问题。
发明内容
本发明多个慎重定位的反射镜组件的实施例基本上满足这些和其它需要。本发明的实施方式可以包括用于沿多条光路引导光束的系统和设备。该设备的一个实施方式是多个慎重定位的反射镜组件,其包括:基底组件;第一反射表面,其设置成与入射光束的光轴成第一角度并可操作以沿第一光路引导光束;第二反射表面,其设置成与入射光束的光轴成与第一角度不同的第二角度并可操作以沿第二光路引导光束。其中第一反射表面和第二反射表面可沿公共轴线以线性方式移动,并且其中基底组件是可操作的以沿公共轴线线性地重新定位第一和第二反射表面,从而入射光线入射到一个或另一个反射表面上。该多个慎重定位的反射镜组件可以进一步包括移动器件,其可操作地连接到基底组件以提供重新定位该第一和第二反射表面的原动力。该移动器件例如可以是螺线管。第一和第二反射表面可以彼此成固定的关系并可以可操作地连接到基底组件上也可以与基底组件成一体。该多个慎重定位的反射镜组件可以进一步包括额外的反射表面,其与第一个第二反射表面成固定的关系,并可操作以沿多个额外的光路引导光束。反射表面可以是如本领域普通技术人员所熟知的精密反射镜。光束可以是激光束,例如外科手术激光束。
本发明的多个慎重定位的反射镜组件可以在例如具有用于连接多个激光探针的多个出口的眼外科手术激光系统中执行。由此多条光路中的每一条都可以是通向出口的光路,其中光束被引导到手持探针的光纤中。这种系统是本领域普通技术人员所熟知的。第一和第二反射表面应当仅以线性方式移动,并具有光学可忽略成没有旋转移动(也就是,为了防止不希望的光束偏移,该第一和第二预定角度必须保持固定)。
本发明的用于沿多条光路引导光束的系统和设备的其它实施方式可以包括用于控制外科手术激光器的多出口外科手术控制台。例如,本发明的实施例可以在本领域普通技术人员所熟知的任何具有多个出口/光路的眼外科手术系统中执行,例如由Irvine California的Alcon Manufacturing Ltd.制造的NGL LaserSurgical System。本发明的实施方式可以结合到任何这种用于眼科或其它外科手术的外科手术机构或系统中。根据本发明的教导设计的用于沿多条光路引导光束的系统和设备的其它使用对本领域普通技术人员来说是公知的,并且被认为是落入本发明的范围的。
附图说明
通过参考下列结合附图的描述可以获得对本发明及其优点的更彻底地理解,其中相同的附图标记表示相同的部件,其中:
图1a-1d是阐明本发明多个慎重定位的反射镜组件的一个实施方式的操作的功能方框图;
图2和3是阐明本发明用于沿多条光路引导光束的系统的一个实施方式的操作的示意图;
图4和5是详细阐明本发明用于沿多个光路引导光束的设备的实施方式的操作和线性运动的特写示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施方式在这些附图中阐明,各附图中相同的附图标记用于表示相同和相应的部分。
本发明的各个实施方式提供用于可选择地沿多个光路引导光束的系统和设备。与使用单个反射镜或者具有复杂和灵敏部件的多个反射镜、精密定位配置(scheme)和编码器、反馈回路和/或具有精密挡块的旋转装置的现有技术的光束操纵系统不同,本发明的实施方式具有线性传播设计,其具有多个、固定的反射表面/反射镜,它们垂直于光束路径连接,仅具有一个必须的自由度并且在操作中不进行调整。本发明的实施方式包括用于每个光路的离散的反射镜,希望反射镜在所述光路上引导光束。这些反射镜相对于入射光线以固定的角度定位并仅在线性方向上平移,从而保持与该光束之间的固定角度。本发明的实施方式减少用于保持反射表面在一个自由度上的正确角度和倾斜(也就是与光束之间的固定角度)所必要的精度。
图1a-1d是示出本发明多个慎重定位的反射镜组件的实施方式的操作的原理框图。光束操纵系统10包括可以作为外科手术激光器的光源12和反射镜组件14。反射镜组件14包括可以是精密光学反射镜的多个反射表面16和基底组件20。每个反射表面16都以与入射光束11的光轴成预定且固定的角度设置并可操作地沿光路引导光束11。每个反射表面16可以以与入射光束11不同的预定角度固定,并可以沿不同的光路引导光束11。在外科手术激光系统中,每条光路都可以通向光出口,其中光束11可以光学连接到手持探针内的光纤电缆上以传输到外科手术部位。这是本发明实施方式的优选使用方式。
如图1a-1d所示,反射表面16彼此间的位置关系是固定的,并且是可操作的以便以这样一种线性方式移动,即在该情况下是沿公共轴线19垂直于入射光束11。反射表面16可以可操作地连接到反射镜组件14上,该反射镜组件14是可操作的以线性重新定位该反射表面16,从而光束11可选择地入射到一个或另一个反射表面16。这样,本发明多个慎重定位的反射镜组件14可以沿所需的路径引导入射光束11(例如,至所需的出口)。入射光束11可以是激光束,例如外科手术激光束。
反射镜组件14可以经由例如滚珠轴承组件或者其它本领域普通技术人员熟知的精密滑动机构连接到支架18。光束操纵系统10可以进一步包括移动器件(如图4和5中所示),其可操作地连接到反射镜组件14以为重新定位的反射表面16提供原动力。移动器件可以例如是螺线管或者其它本领域普通技术人员熟知的用于给予线性够动的机构。反射表面16可以可操作地连接到基底组件20/反射镜组件14,也可以与基底组件20/反射镜组件14成一体。基底组件20可以一体地或可操作地连接到反射镜组件14。尽管图1a-1d中示出具有三个反射表面16,反射镜组件14可以包括或多或或少个彼此相对处于固定位置关系且可操作以沿多条光路引导光束11的反射表面16。特别是,在一个实施方式中,反射镜组件14可以具有两个(dual)反射表面16以沿两条光路引导光束11。
本发明的实施方式可以包括具有多个出口的外科手术激光系统,其中激光束(例如,光束11)由图1a-1d所示的光束操纵系统10引导到所需的出口。光束11光学地连接到在出口的例如眼内激光探针的激光探针,并可由激光探针输送到外科手术位置。在这种系统中,可以通过机械切换机构或者按钮或者外科手术激光系统上的其它控制机构(例如,连接到出口的探针使得可选择出口并使得反射镜组件14自身定位成入射光束11将通过各自对应于所选出口的光路的反射表面16引导到该选定的出口)对出口进行选择(定位的反射镜组件14)。
图2和3是阐明具有两个反射表面和两个出口的本发明的用于沿多条路径操纵光束的系统的一个实施例的操作的示意图。操纵系统100包括反射镜/基底组件110、反射表面120和122以及移动器件160。如图2和3中所示,操纵系统100是在眼外科手术激光系统中执行的,并根据反射镜组件110的定位,沿通向出口140或者通向出口145的两条光路之一引导来自激光器190的激光束130。如参考附图1a-1d的反射镜组件14所描述的那样,反射镜组件110可操作以沿公共轴线在线性方向(一个自由度)上移动,以重新定位反射表面120/122,从而一个或者另一个反射表面接收入射激光束130并将该激光束130引导到出口140或145中的一个。
尽管在图2和3示出的反射镜组件110和反射表面120/122的线性运动是垂直于入射激光束130的,其也可以根据系统100的特定应用或者结构或在其中执行操纵系统100的激光系统中可能需要的那样相对于入射激光束130的光轴成任何角度地线性运动。另外,尽管在图2和3中示出的光束130在到达出口140/145之前被引导到操纵反射镜150或155中的一个上,然而根据在沿光路引导光束领域中的普通技术人员所公知的光路结构,可以用反射表面120/122作为替代来引导激光束130到出口140/145而不需要中间的操纵反射镜150/155,或者具有多个中间光学部件。移动器件160可以在线性方向上移动反射镜组件11/反表面120/122,移动器件160可以是螺线管或者本领域普通技术人员所公知的任何其它能够给予线性运动的机构。
反射表面120/122是离散表面,其每个表面都与入射激光束130的光轴成预定且固定的角度设置,该角度可以彼此不同,并且,它们彼此间的位置关系也可以是固定的。反射表面120/122仅以线性方式平移并与激光束130成固定的角度。反射表面120/122优选地具有光学可忽略的移动或者没有旋转的移动(也就是,为了防止激光束130不希望的偏差,反射表面120/122与激光束130所成的角度必须保持固定)。
在典型执行中,激光束130的直径大约是2mm。反射表面120/122的直径可以是大约7mm,从而为定位反射表面120/122中产生的误差提供一些余量。由于反射表面120/122与激光束130的光轴之间的角度是固定的并且由于它们仅以线性方式移动,从而它们能保持各自与入射激光束130之间的角度是固定的,激光束130和反射表面120/122之间的直径差能够给反射表面120/122的定位误差提供余量,从而即使在反射表面120/122轻微偏离理想位置的情况下也能将激光束130引导到所需的位置。这样,由反射镜组件110挡块的磨损或任何其它轻微的线性误差造成的不精密将不会不利地影响到对激光束130的操纵。反射镜组件110可以由此在其运动范围两端包括柔软的挡块,以在仍然保持所需的精度的情况下防止有损于灵敏的光学部件的振动和机械应力。
图4和5是更详细阐明本发明用于沿多条光路引导光束的设备的实施方式的操作的特写示意图。操纵设备300包括反射镜组件110、反射表面120/122、移动器件160和框架200。框架200是可操作的以支撑和可操作地连接反射镜组件110和移动器件160。框架200包括滑动导板210以用于引导反射镜组件110线性移动。滑动导板210可以包括精确滚珠轴承组件或者任何本领域普通技术人员所公知的并且可操作以当其移动时以线性方式精密地引导反射镜组件110的精确滑动导板机构。移动器件160也可以借助于精确滚珠轴承或者任何本领域普通技术人员所公知的并且可操作以向反射镜组件110提供光滑和精确的移动的精确滑动导板机构可操作地连接到反射镜组件110。
已经通过参考特定优选实施方式对本发明进行了描述,然而,应该理解其也可以以其它特定形式或者变换来实现,而不背离其精神和本质特征。因此上述实施方式应理解为在所有方面是说明性且不是限制性的,本发明的范围由所附的权利要求来说明。这里可能用到的术语“基本上”和“大约”为其相应的术语和/或项目之间的相对关系提供工业可接受的公差。这种工业可接受的公差的范围是从小于百分之一到百分之五十,并与部件的值、集成电路加工偏差、温度偏差、上升或下降时间、和/或热噪声相对应,但不是限制于此。这样项目之间的相对关系的范围是从很少百分比的差异到很大的差异。这里可能用到的术语“连接到”和/或“连接”包括项目之间的直接连接/或经由中间项目(例如,项目包括,但是不限于,部件、元件、电路和/或模块)在项目之间的间接连接,其中对于间接连接,中间项目不调制信号的信息但是可以调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。这里还可能用到,推断连接(也就是,通过推断一个元件连接到另一个元件)包括以与“连接”相同的方式在两个项目之间直接和间接连接。这里还可能用到的术语“可操作地”表示项目包括一个或者多个电源连接、输入、输出等,以执行一个或多个其相应功能并可以进一步包括推断连接到一个或者多个其它项目。这里还可能用到的术语“相关联”包括分离项目的直接和/或间接连接和/或一个项目嵌入到另一个项目中。这里可能用到的术语“有利地比较”表示两个或者多个项目、信号等之间的比较提供所需的相对关系。例如,当所需的相对关系是信号1比信号2的量值更大,当信号1的量值大于信号2的量值或者当信号2的量值小于信号1的量值时,可以实现有利地比较。
尽管这里参考激光眼外科手术的公知领域描述了本发明,但是这里包含的教导可以同样用于任何需要控制激光子系统的外科手术系统。
Claims (23)
1.一种用于操纵光束的设备,其包括:
基底组件;
第一反射表面,其与入射光束的光轴成第一角度设置并可操作以沿第一光路引导该光束;以及
第二反射表面,其与入射光束的光轴成不同于该第一角度的第二角度设置并可操作以沿第二光路引导该光束,其中该第一反射表面和该第二反射表面是可操作的以沿公共轴线以线性方式移动,并且其中该基底组件是可操作的以沿公共轴线线性地重新定位该第一和第二反射表面,从而该入射光束可以入射到一个或者另一个反射表面上。
2.如权利要求1所述的设备,其中该第一和第二角度是预先定义的并且相对于彼此固定。
3.如权利要求1所述的设备,其中该第二光路与该第一光路不同。
4.如权利要求1所述的设备,其中该第一和第二反射表面彼此以固定的关系布置。
5.如权利要求1所述的设备,其中该基底组件包括移动器件,该移动器件可操作以线性地重新定位该第一和第二反射表面。
6.如权利要求1所述的设备,其中移动器件是螺线管。
7.如权利要求1所述的设备,其中该第一和第二反射表面是精密反射镜。
8.如权利要求1所述的设备,其中该光束是外科手术激光束。
9.如权利要求1所述的设备,其中该第一光路通向第一出口并且其中该第二光路通向第二出口。
10.如权利要求9所述的设备,其中该第一和第二出口可操作以将该光束光学地连接到激光探针。
11.一种用于操作光束到多个出口的系统,其包括:
光源,其可操作以提供光束;以及
用于控制光束的设备,包括:
基底组件;
第一反射表面,其与入射光束的光轴成第一角度设置并可操作以沿第一光路引导该光束;以及
第二反射表面,其与入射光束的光轴成不同于该第一角度的第二角度设置并可操作以沿第二光路引导该光束,其中该第一反射表面和该第二反射表面是可操作的以沿公共轴线以线性方式移动,并且其中该基底组件是可操作的以沿公共轴线线性地重新定位该第一和第二反射表面,从而该入射光束可以入射到一个或者另一个反射表面上。
12.如权利要求11所述的系统,其中该第一和第二角度是预先定义的并且相对于彼此固定。
13.如权利要求11所述的系统,其中该第二光路与该第一光路不同。
14.如权利要求11所述的系统,其中该第一和第二反射表面彼此以固定的位置关系布置。
15.如权利要求11所述的系统,其中该基底组件包括移动器件,该移动器件可操作以线性地重新定位该第一和第二反射表面。
16.如权利要求11所述的系统,其中移动器件是螺线管。
17.如权利要求11所述的系统,其中该第一和第二反射表面是精密反射镜。
18.如权利要求11所述的系统,其中该光源是眼外科手术激光器。
19.如权利要求11所述的系统,其中该光束是眼外科手术激光束。
20.如权利要求11所述的系统,其中该第一光路通向第一出口并且其中该第二光路通向第二出口。
21.如权利要求20所述的系统,其中该第一和第二出口是可操作的以将该光束光学地连接到激光探针。
22.如权利要求21所述的系统,其中该激光探针是眼内激光探针,该探针是可操作的以向外利手术位置传输光束。
23.如权利要求22所述的系统,其中外科手术位置包括视网膜。
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