CN104303087A - 电可切换多点式激光探头 - Google Patents

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Abstract

在某些实施方案中，系统可包括壳体、一个或多个透镜和扫描系统。所述壳体具有内部区域。透镜被设置在所述内部区域内并发射光束。所述扫描系统被设置在所述内部区域内并包括多个扫描单元，其中每个扫描单元包括电光(EO)材料。所述扫描系统多次反复进行以下操作以产生点图案：接收一个或多个电压并响应于所述电压利用所述EO材料将所述光束从当前方向电转向到下一个方向。

Description

电可切换多点式激光探头
技术领域
本公开一般涉及激光探头，且更具体涉及电切换多点激光探头。
背景技术
激光探头可用于各种不同的目的。在激光光凝中，激光探头可用于在整个视网膜上在全激光烧点上烧灼血管。某些类型的激光探头一次烧多点，这可导致更快和更有效的光凝。这些多点激光探头中的一些将单个激光束分成多个激光束，所述多个激光束具有激光点图案并将光束传送到具有相应光纤图案的光纤阵列。光纤发射光束以在靶标上产生点图案。然而，在某些情况下，这些激光探头没有所希望的有效率。
发明内容
在某些实施方案中，系统可包括壳体、一个或多个透镜和扫描系统。壳体具有内部区域。透镜被设置在内部区域内并发射光束。扫描系统被设置在内部区域内并包括多个扫描单元，其中每个扫描单元包括电光(EO)材料。扫描系统多次反复进行以下操作以产生点图案：接收一个或多个电压并响应于电压利用EO材料将光束从当前方向电转向到下一个方向。
在某些实施方案中，一种方法可包括通过设置在壳体的内部区域内的一个或多个透镜发射光束。由设置在内部区域内的扫描系统接收一个或多个电压。扫描系统具有扫描单元，其包括第一扫描单元和第二扫描单元，其中第一扫描单元正交于第二扫描单元，且每个扫描单元包括电光(EO)材料。通过扫描系统多次反复进行以下操作以在多根光纤上产生激光点图案：接收一个或多个电压，和响应于一个或多个电压利用EO材料将光束从当前方向电转向到下一个方向。
附图说明
现在将参照附图通过举例的方式更加详细地描述本公开的示例实施方案，其中：
图1示出根据某些实施方案的电切换多点激光探头系统的实施例；
图2A和图2B示出根据某些实施方案的电光(EO)材料的实施例；
图3和图4示出根据某些实施方案的探头系统的扫描单元；
图5A至图5D示出施加到根据某些实施方案的扫描单元的电压的实施例；
图6示出根据某些实施方案可产生一维点图案的导流角的图案的实施例；
图7示出由根据某些实施方案的扫描单元形成的2×2点图案的实施例；和
图8示出由根据某些实施方案的扫描单元形成的3×3点图案的实施例。
具体实施方式
现在参考说明书和附图，详细示出所公开的设备、系统和方法的示例实施方案。说明书和附图无意为详尽的或以其它方式将权利要求限制或限定于附图中所示和说明书中所公开的具体实施方案。虽然附图代表可行的实施方案，附图不一定是按比例绘制，且某些特征可能被夸大、移除或部分分割以更好地示出实施方案。
图1示出根据某些实施方案的电切换多点激光探头系统10的一个实施例。在所示的实施例中，系统10包括激光器20、激光端口24、转接器30、光纤连接器34、应变释放部66和如所示耦接的耦接装置35。转接器30包括近端转接器31和远端转接器32。透镜40、扫描系统42和透镜44设置在转接器30内。光纤连接器34可包括耦接到连接器主体51的套圈50。圆柱形插件52可被设置在光纤连接器34内，且一束光纤56可被设置在圆柱形插件52内。转接器30、透镜44和光纤连接器34可形成空气间隙46。耦接装置35包括螺纹圆柱体26、保持环28、弹簧60、耦接螺母62和C形夹64。
在操作的实施例中，激光器20发射朝向透镜40聚焦的激光束，所述激光器准直激光束。扫描系统42和控制器(未示出)扫描并打开和关闭(开/关)光束以产生匹配光纤束56的纤维图案的激光点图案。透镜44将光束重新聚焦到光纤56。光纤56发射光束通过任何合适的装置，例如，激光探头。光束可穿行通过激光探头到任何合适的靶标，诸如眼睛(诸如人的眼睛)的后部区域。光束在匹配激光点和纤维图案的靶标上形成图案。光束可用于任何合适的目的，诸如用于在眼睛的视网膜上进行光凝。
在某些实施方案中，激光器20可以是可产生激光束的任何合适光源。激光器20可具有可开/关光束的激光快门。激光端口24可以是任何合适结构，其支持系统10的某些组件使得激光器20可朝向透镜40引导激光束。
转接器30是具有基本圆柱形状和基本圆柱形内部区域的壳体的一个实施例。内部区域可具有任何合适的尺寸和形状以容置透镜40和44和扫描系统42。转接器30可具有任何合适的尺寸，例如，1至3厘米(cm)之间的长度和200至300微米(μm)之间的内径。转接器30可包括任何合适的材料，诸如金属。
透镜40可以是可准直激光束的任何合适的透镜。例如，透镜40可以是梯度折射率(GRIN)透镜。扫描系统42在不同方向引导激光束或扫描光束。控制器(未示出)指示扫描系统42来扫描并指示激光器20以以协调方式开/关光束以产生激光点光束。扫描系统42可包括扫描单元，其包括响应于所施加的电场变化其折射率的电光(EO)材料。参考图2A和图2B在后面更详细地描述EO材料的实施例。因此，扫描系统42可响应于所施加的电压变化光束的方向。参考图3至图5更详细地描述扫描系统42。透镜44可以是任何合适的透镜，其可将多点光束重新聚焦到由光纤56的近端面限定的焦平面。例如，透镜44可以是GRIN透镜。
光纤连接器34将光纤56耦接至转接器30以允许光纤56从转接器30接收激光束。光纤56可被布置在光纤连接器34的孔口，使得光纤56的端部形成匹配激光点图案的光纤图案。如果每个光束点击中或基本上击中光纤56以允许光纤56最佳接收光束，激光点图案匹配光纤图案。可使用任何合适的光束点和光纤图案。参考图6至图8描述激光点图案的实施例。
连接器主体51将光纤连接器34耦接至连接至探头的转接器30和/或装置。连接器主体51可具有任何合适的形状，例如，圆柱形状(光纤56可被设置在其内部)。光纤56是可发射光的光波导。光纤56具有由透明包层包围的透明芯。光纤56可包括任何合适的透明材料，诸如玻璃。光纤56可具有任何合适的尺寸。例如，芯65的直径可在50μm至100μm的范围内，诸如约75μm，且包层的外径可在80μm至150μm的范围内，例如90μm。
耦接装置35将系统10的某些组件耦接在一起。例如，螺纹圆柱体26和保持环28将转接器30和激光端口24耦接在一起。弹簧60、耦接螺母62和C形夹64将光纤连接器34和转接器30耦接在一起。
图2A和图2B示出根据某些实施方案的电光(EO)材料的一个实施例。在本实施例中，EO材料80被设置在电极82(82a-b)之间。EO材料80可以是液晶(LC)材料，诸如聚合物分散液晶(PDLC)材料。在PDLC材料中，具有LC分子94的微小圆形或近似圆形的LC液滴90浸入硬化聚合物92的介质中。液滴90被固化在聚合物92内，但液滴90内的LC分子94自由转动。在不存在电场时，LC分子94的取向倾向于是随机的，且LC液滴90的所得有效折射率是nLC(V＝0)＝nLCo(图2A)。
随着增加电压被施加到PDLC材料，LC分子94倾向于越来越沿电场的方向取向，且液滴90的折射率从nLCo变化到nLC(V)。在最大电压Vmax下，LC分子94与电场对准，且LC液滴90的折射率是nLC(Vmax)(图2B)。
LC液滴90可近似激光的波长或更小以避免脱离LC液滴90从入射光束散射光。由激光束照射的PDLC材料显示为具有有效折射率neff的有效介质，这依赖于常数聚合物折射率npolymer和电压依从的LC液滴有效折射率nLC。因此，有效折射率neff也是电压依从的且从0伏下的neffo改变到Vmax下的neff-max。
图3示出探头系统10内的系统100，且图4示出系统100的扫描单元110。在所示的实施例中，系统100耦接至控制器112和激光器20。系统100包括壳体(诸如转接器30)、一个或多个透镜40和/或44、扫描系统42和如图所示耦接的电极114(114a至114d)。电极114可被设置在壳体内。在某些实施方案中，电极114可被设置被设置在壳体内的内圆柱体115内。内圆柱体115电绝缘电极114且可包括任何合适的材料，诸如陶瓷。
扫描系统42包括一个或多个扫描单元110(110a-10b)，其中每个扫描单元110包括电光(EO)材料。扫描系统42进行以下操作以产生点图案：接收一个或多个电压并响应于电压利用EO材料将光束从当前方向电转向到下一个方向。光束可相对于壳体的圆柱形轴被转向到导流角θ。导流角θ可具有任何合适值，诸如0度至90度的范围内的值。
控制器112通过在整个扫描单元110的不同部分施加不同电压来转向光。在本实施例中，扫描单元110包括盖板142、从盖板142向外设置的电极层144、从电极层144向外设置的OE元件146、从OE元件146向外设置的电极层150(具有带状电极152)，和盖板156。
盖板142和156可包括任何合适的透明材料，诸如玻璃，且可具有任何合适的形状和尺寸，诸如厚度在10微米至200微米的范围内的平坦平面形状。电极层144和150在整个OE元件146施加不同电压。电极层144可包括任何合适的导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)。在某些实施方案中，电极层150包括带状电极152，其中至少两个带状电极152施加不同电压。带状电极152可包括任何导电材料，诸如ITO。在某些实施方案中，带状电极152可单独寻址以产生单调变化的电压和位置图案。
EO元件46响应于所施加的电场变化其折射率。因此，EO元件46可响应于所施加的电压变化光束的方向。EO元件46可包括任何合适的EO材料，诸如光学透明导电(OTEC)材料。
控制器112将电压施加到扫描单元110以转向激光束。在某些实施方案中，控制器112可变化电压以变化光束的方向以产生激光点图案。控制器112也可将指令发送至激光器20以在光束被引导到其中点应该处于的位置时打开并在光束未被指向点位置处时(例如，在光束从一个点位置移动到另一个点位置时)关闭。
一个点可在扫描周期期间形成于点图案的每个点位置。(在某些情况下，点位置可在扫描周期期间被访问不止一次)。扫描周期可以任何合适的速率发生。在某些实施方案中，扫描速率可相对于燃烧时间来确定。在某些情况下，扫描速率可被选择使得多个扫描周期(诸如2、3、4或更多周期)在燃烧时间期间发生。例如，如果燃烧时间是200毫秒(ms)，则扫描周期可以是50ms。
控制器112可形成一个或多个点的任何合适激光点图案。例如，m×n图案具有m行和n列，其中m＝n或m>n，且m、n＝1、2、3，...。作为另一实施例，十字图案具有从中心点辐射的多行点，其可以或不可以具有点。参考图6至图8更详细地描述激光点图案的实施例。此外，用户可指示控制器112以实时形成不同图案。
在某些实施方案中，系统100包括扫描单元110，其以一维转向光束以产生一维点图案。在其它实施方案中，系统100包括两个扫描单元110，其在以二维转向光束以产生二维点图案。在这些实施方案中，两个或更多个扫描单元110(110a-b)可被定位在不同方向上以二维转向光束。例如，两个扫描单元110可位置正交，使得单元110a沿第一坐标轴移动光束且单元110b沿正交于第一坐标轴的第二坐标轴移动光束以允许二维光束转向。
图5A至图5D示出施加到根据某些实施方案的扫描单元110的电压的一个实施例。这些图示出电压如何可被施加到扫描单元110以产生单调变化的折射率和位置图案。
图5A示出具有带状电极152和侧面A和B的扫描单元110的一个实施例。不同带状电极152可施加不同电压以产生电压和位置图案。任何合适的电压可被施加。在图5B的实施例中，电压相对于从侧面A到B侧面的位置单调地变化，例如从A侧面上的10至250伏特范围内的电压到B侧面上的0到5伏特范围内的电压。电压和位置图案产生折射率和位置图案。在图5C的实施例中，折射率相对于从侧面A到B侧面的位置单调地变化，例如从A侧面上的1.5至1.8范围内的折射率到B侧面上的1.4至1.6范围内的折射率。相应地，扫描单元110可类似于图5D的楔形棱镜操作。
光束通过光学元件的时间相反依赖于其光学厚度，即光束在其中行进的单元110的折射率和厚度的乘积。在所示的实施例中，单元厚度在整个单元110上是恒定的且折射率在整个单元110上改变，所以光学厚度和因此光束发射时间在整个单元上单调地改变。折射率在单元的B侧面比在A侧面上低，因此光束通过单元的B侧面比通过A侧面快。
在某些情况下，入射光束和出射光束被准直。当准直光束正常入射在图5A的单元110上时，光束到达B侧面上的板156的外表面158比其到达A侧面快，因为反射率在B侧面上比A侧面上低。根据光学原理，从表面158射出的光束应是平面的，其中波阵面垂直于光束方向。因此，具有在光束退出单元140时转向A侧面的光束。因此，在单元上入射的平面波阵面和退出单元的平面波阵面之间的光线具有相同的总光程长度。相同的原理也适用于楔形棱镜，除了在这种情况下，折射率是恒定的且棱镜厚度随横向位置而改变。但最终结果是相同的：平面带状LC单元对入射光具有与恒定折射率楔形棱镜相同的效果。
图6示出可被用于产生一维激光点图案的导流角的图案的一个实施例。在某些实施方案中，施加到扫描单元110的电压可被变化以变化导流角θ。在本实施例中，图172示出导流角θ相对于从θi＝θ1至θ4的时间变化。导流角θ的变化可产生发射光的特定图案。在某些实施方案中，激光功率可被同步为在导流角θ是所期望角θi时打开，但在导流角θ在所期望角θi之间过渡时关闭。由此产生的光图案可具有更加清晰少模糊的点。在本实施例中，图174示出由于导流角θ和所发射的激光功率的同步变化所产生的发射光的图案。
图7示出可由扫描单元110(110a-b)形成的m×n＝2×2点图案的一个实施例。在本实施例中，来自扫描单元110的激光束的扫描角在+θmax和-θmax之间。控制器112控制单元110和激光器20，使得光束在点位置210(a-d)之间快速跳动，但保留在每个点位置210达驻留时间以产生光束点212。在某些实施方案中，控制器112可在扫描系统变化方向时停止光束，并在扫描系统处于固定位置时启动光束。“停止光束”可以指停止光束的任何动作，诸如阻塞或关闭光束。“启动光束”可以指启动光束的任何动作，诸如疏通或打开光束。控制器112可通过指示激光20进行这些动作来进行这些动作。
光束可以任何合适的顺序访问点位置210。例如，光束可在点位置210a和210b之间跳动、保留在点位置210b达驻留时间、在点位置210b和210c之间跳动、在保留点位置210c达驻留时间等。所产生的图案是2×2正方形阵列，其可被引导到具有类似2×2近端光纤图案的光纤。光束行进通过光纤并通过远端纤维图案以在靶标(诸如视网膜)上创建光束图案(其通常匹配远端纤维图案)。远端光纤图案可以是任何合适的图案，例如，p＝m×n点的图案，诸如2×2图案或1×4图案。
图8示出可由扫描单元110(110a-b)形成的m×n＝3×3点图案的一个实施例。控制器112控制单元110和激光器20，使得光束在点位置220(a-d)之间快速跳动，但保留在每个点位置220达驻留时间以产生光束点222。光束可以任何合适的顺序访问点位置220。例如，点位置可以顺序220a、220b、220c、...、220i被访问。所产生的图案是3×3正方形阵列，其可被引导到具有类似3×3近端光纤图案的光纤，然后行进通过光纤到达远端光纤图案。远端光纤图案可以是任何合适的图案，诸如3×3图案或1×9图案。
可使用任何合适的驻留时间。在某些实施方案中，可相对于扫描时间和扫描图案中的点数量来选择驻留时间。例如，如果四点图案的扫描时间是40ms，则驻留时间可以是约10ms。在某些实施方案中，控制器112可被构造为在相同图案的不同情况和不同点位置使用不同驻留时间。例如，更加远离靶标行进的图案的某些点可能较大，所以其辐照度可比不行进如此远的点少。因此，这些点可具有较长驻留时间以补偿减少的辐照度。
本文所公开的系统和设备的组件(诸如控制器112)可包括接口、逻辑、存储器和/或其它合适的元件，其中任何一个可包括硬件和/或软件。接口可接收输入、发送输出、处理输入和/或输出，和/或进行其它合适的操作。逻辑可进行组件的操作，例如，执行指令以从输入生成输出。逻辑可在存储器中被编码并可在由计算机执行时进行操作。逻辑可以是处理器，诸如一个或多个计算机、一个或多个微处理器、一个或多个应用，和/或其它逻辑。存储器可存储信息并且可包括一个或多个有形的计算机可读和/或计算机可执行的存储介质。存储器的实施例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储器(例如，硬盘)、可移动存储介质(例如，光盘(CD)或数字视频光盘(DVD))、数据库和/或网络存储装置(例如，服务器)，和/或其它计算机可读介质。
在特定实施方案中，实施方案的操作可由由计算机程序编码的一个或多个计算机可读介质、软件、计算机可执行指令，和/或能够由计算机执行的指令来进行。在特定实施方案中，操作可由由计算机程序存储、体现和/或编码和/或具有存储的和/或编码的计算机程序的一个或多个计算机可读介质进行。
虽然已经在某些实施方案方面描述了本公开，但是实施方案的修改(例如变化、替换、添加、省略和/或其它修改)对于本领域的技术人员将是显而易见的。相应地，在不脱离本发明的范围的情况下，可对这些实施方案作出修改。例如，可对本文所公开的系统和设备作出修改。系统和设备的组件可集成或分离，且系统和设备的操作可由更多、更少或其它组件来进行。作为另一实施例，可对本文公开的方法作出修改。该方法可包括更多、更少或其它步骤，且这些步骤可按照任何合适的顺序进行。
在不脱离本发明的范围的情况下，其它修改是可能的。例如，说明书示出特定实际应用中的实施方案，但其它应用对于本领域的技术人员仍将是显而易见的。此外，未来的发展将在本文讨论的领域中发生，且所公开的系统、设备和方法将与这样的未来发展一起被采用。
不应参考说明书来确定本发明的范围。按照专利法规，说明书解释和示出使用示例实施方案的本发明的操作的原理和模式。说明书能够使本领域的其它技术人员采用各个实施方案中的系统、设备和方法和各种修改，但是不应被用来确定本发明的范围。
本发明的范围应参考权利要求和权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。所有的权利要求术语应被给予其最宽泛的合理结构和其普通含义，如本领域技术人员所理解的，除非本文中作出与此相反的明确指示。例如，单数冠词(诸如“a”、“the”等)的使用应被解读为叙述一个或多个所指示的元件，除非权利要求明确与此相反的限制。作为另一实施例，“每个”指的是一组中的每个成员或一组中的小组中的每个成员，其中一组可包括零个、一个或一个以上的元素。总之，本发明能够修改，且本发明的范围应被确定，不参考说明书，但参考权利要求和其等同物的全部范围。

Claims (21)

1.一种系统，其包括：
具有内部区域的壳体；
一个或多个透镜，其被设置在所述内部区域内，每个透镜被构造为发射光束；和
扫描系统，其被设置在所述内部区域内，所述扫描系统包括多个扫描单元，其包括第一扫描单元和第二扫描单元，所述第一扫描单元正交于所述第二扫描单元，每个扫描单元包括电光(EO)材料，所述扫描系统被配置为多次反复进行以下操作以在多根光纤上产生激光点图案：
接收一个或多个电压；和
响应于所述一个或多个电压利用所述EO材料将所述光束从当前方向电转向到下一个方向。
2.根据权利要求1所述的系统，每个扫描单元包括：
第一电极层；
EO元件，其包括所述EO材料并从所述第一电极层向外设置；和
第二电极层，其从所述EO元件向外设置并包括一组带状电极，第一带状电极被配置为施加与由第二带状电极施加的电压不同的电压。
3.根据权利要求1所述的系统，所述EO材料包括聚合物分散液晶(PDLC)材料。
4.根据权利要求1所述的系统，所述扫描单元包括至少两个电极，其被配置为接收所述一个或多个电压，每个电极包括光学透明导电(OTEC)材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
控制器，其被配置为施加所述一个或多个电压以产生所述点图案。
6.根据权利要求1所述的系统，反复次数等于图案的点的数量。
7.根据权利要求1所述的系统，所述扫描系统被配置为多次反复进行以下操作以产生激光点图案：
将所述光束引导到所述激光点图案的当前激光点位置达驻留时间；和
将所述光束转向到所述激光点图案的下一个激光点位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其还包括控制器，所述控制器被配置为：
基本上在所述扫描系统正开始将所述光束引导到所述激光点图案的当前激光点位置达驻留时间时启动所述光束；和
基本上在所述扫描系统正将所述光束转向到所述激光点图案的下一个激光点位置时停止所述光束。
9.一种方法，其包括：
通过设置在壳体的内部区域内的一个或多个透镜发射光束；
由设置在所述内部区域内的扫描系统接收一个或多个电压，所述扫描系统包括多个扫描单元，其包括第一扫描单元和第二扫描单元，所述第一扫描单元正交于所述第二扫描单元，每个扫描单元包括电光(EO)材料；和
通过所述扫描系统多次反复进行以下操作以在多根光纤上产生激光点图案：
接收一个或多个电压；和
响应于所述一个或多个电压利用所述EO材料将所述光束从当前方向电转向到下一个方向。
10.根据权利要求9所述的方法，每个扫描单元包括：
第一电极层；
EO元件，其包括EO材料并从所述第一电极层向外设置；和
第二电极层，其从所述EO元件向外设置并包括一组带状电极，第一带状电极被配置为施加与由第二带状电极施加的电压不同的电压。
11.根据权利要求9所述的方法，所述EO材料包括聚合物分散液晶(PDLC)材料。
12.根据权利要求9所述的方法，所述接收所述一个或多个电压包括：
由所述扫描单元的至少两个电极接收所述一个或多个电压，每个电极包括光学透明导电(OTEC)材料。
13.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
由控制器施加所述一个或多个电压以产生点图案。
14.根据权利要求9所述的方法，反复次数等于图案的点的数量。
15.根据权利要求9所述的方法，所述多次反复进行操作以产生激光点图案还包括：
将所述光束引导到所述激光点图案的当前激光点位置达驻留时间；和
将所述光束转向到所述激光点图案的下一个激光点位置。
16.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
基本上在所述扫描系统正开始将所述光束引导到所述激光点图案的当前激光点位置达驻留时间时由控制器启动所述光束；和
基本上在所述扫描系统正将所述光束转向到所述激光点图案的下一个激光点位置时由所述控制器停止所述光束。
17.一种系统，其包括：
具有内部区域的壳体；
一个或多个透镜，其被设置在所述内部区域内，每个透镜被配置为发射光束；和
扫描系统，其被设置在所述内部区域内，所述扫描系统包括至少一个扫描单元，每个扫描单元包括电光(EO)材料和至少两个电极，所述EO材料包括聚合物分散液晶(PDLC)材料，所述扫描系统被配置为多次反复进行以下操作以在多根光纤上产生激光点图案：
接收一个或多个电压；和
响应于所述一个或多个电压利用所述EO材料将所述光束从当前方向电转向到下一个方向。
18.根据权利要求17所述的系统，每个扫描单元包括：
第一电极层；
EO元件，其包括所述EO材料并从所述第一电极层向外设置；和
第二电极层，其从所述EO元件向外设置并包括一组带状电极，第一带状电极被配置为施加与由第二带状电极施加的电压不同的电压。
19.根据权利要求17所述的系统，其还包括：
控制器，其被配置为施加所述一个或多个电压以产生点图案。
20.根据权利要求17所述的系统，反复次数等于图案的点的数量。
21.根据权利要求17所述的系统，所述扫描系统被配置为多次反复进行以下操作以产生激光点图案：
将所述光束引导到所述激光点图案的当前激光点位置达驻留时间；和
将所述光束转向到所述激光点图案的下一个激光点位置。
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