JP2013078399A - 眼科用レーザ手術装置、及び眼科用レーザ手術装置の光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 スポットサイズを簡単に変更でき、効率的な手術を行える装置を提供する。
【解決手段】 レーザ光源と、レーザ光をターゲット位置に照射させる照射光学系であってレーザスポットを３次元的に移動させる移動光学系を有する照射光学系と、を備え、眼球組織を切断する眼科用レーザ手術装置において、照射光学系は、レーザスポットをターゲット位置に形成する対物レンズを有し、移動光学系は、レーザスポットをＸＹ平面上で走査する光スキャナと、レーザ光のビーム径と発散状態を変更するエキスパンダであってレーザのスポットサイズを変更するために焦点距離を変更するように構成された第１レンズユニットと、第２レンズユニットと、第１レンズユニットを経たレーザ光の発散状態を調整するために，第１及び第２レンズユニットの主平面間距離を変更するための主平面間距離変更ユニットと、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、術眼にレーザ光を照射して組織を切断等し除去するための眼科用レーザ手術装置、及び眼科用レーザ手術用装置に用いられる光学系に関する。

近年、フェムト秒パルスレーザビーム等の超短パルスレーザビームを照射して患者眼（術眼）の水晶体等の組織を切断（破砕）する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の装置は、白内障を治療するために水晶体のターゲット位置（レーザスポット位置）に微小なプラズマを発生させることによって、水晶体組織を機械的に切断、破砕する。これらの組織を除去し、眼内レンズ等を眼内に挿入することで白内障を治療する。
また、レーザを術眼の角膜に照射し、角膜組織を切断する装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の装置では、上記のようなパルスレーザを照射し、屈折矯正量に対応したレンズ状に角膜組織を切断する。レンズ状組織は、角膜に形成された切開創から抜き取ることにより、角膜表面の形状が変えられ、屈折矯正が行われる。

特表２０１０−５３８６９９号公報 特表２０１１−５０７５５９号公報

このように超短パルスレーザ光を用いて角膜や水晶体を切開又は破砕しようとする場合、その目的に応じて効率の良いレーザ照射が求められる。例えば、白内障治療においては水晶体を迅速に処理するために比較的大きなスポット径によるレーザ照射であってもよい。一方、角膜の屈折力を矯正するためにレーザ照射を行う場合には、より高い照射精度（レーザによる切開の精度）が求められる。このため、スポットサイズは比較的小さくされていることが好ましい。また、治療効率と精度の点から考えると、水晶体の破砕を目的としてパルスレーザ光を照射する場合であっても、水晶体嚢近傍と水晶体核の中心付近とでは異なるスポット径によりレーザ光を照射させることも考えられる。

本発明は、レーザスポットのスポットサイズを簡単に変更でき、効率的な手術を行うための眼科用レーザ手術装置、及び眼科用レーザ装置の光学系を提供することを技術課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成を有することを特徴とする。
（１） 集光されてスポットでプラズマを発生させるパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光をターゲット位置に照射させる照射光学系であってレーザ光のスポットを３次元的に移動させる移動光学系を有する照射光学系と、を備え、レーザ光によって眼球組織を切断又は破砕する眼科用レーザ手術装置において、前記照射光学系は、
レーザ光のスポットをターゲット位置に形成するための対物レンズを有し、前記移動光学系は、前記対物レンズより上流に配置され，レーザ光のスポットを光軸に対して直交するＸＹ平面上で走査する光スキャナと、該光スキャナより上流に配置され，レーザ光のビーム径と発散状態又は収束状態を変更するビームエキスパンダユニットであって，レーザ光のターゲット位置でのスポットサイズを変更するために焦点距離を変更するように構成された第１レンズユニットと、少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズユニットと、前記第１レンズユニットを経たレーザ光の発散状態又は収束状態を調整するために，前記第１レンズユニットと第２レンズユニットの主平面間距離を変更するための主平面間距離変更ユニットと、を備える、ことを特徴とする。
（２） （１）に記載の眼科用レーザ手術装置において、前記第１レンズユニットは、焦点距離を変更するためにレンズ間の距離を変更可能に設けられた少なくとも２つのレンズの位置を変更するズームユニットを含み、前記主平面間距離変更ユニットは、前記第１レンズユニットの主平面と前記第２レンズユニットの主平面との距離を光軸に沿って相対的に変更させることを特徴とする。
（３） （２）に記載の眼科用レーザ手術装置において、前記第１レンズユニットは、負の屈折力を有し前記第２レンズユニットより上流に配置され、前記第２レンズユニットは、正の屈折力を有する、ことを特徴とする。
（４） （３）に記載の眼科用レーザ手術装置において、前記第２レンズユニットは、固定配置され、前記主平面間距離変更ユニットは、前記第１レンズユニットを光軸に沿って移動させる、とを特徴とする。
（５） （１）乃至（４）に記載の何れかの眼科用レーザ手術装置は、予め設定された照射パターンに基づいて前記主平面間距離変更ユニットを制御し、レーザスポットのターゲット位置をＺ方向に沿って移動させる制御手段、を備えることを特徴とする。
（６） （５）に記載の眼科用レーザ手術装置は、前記第１レンズユニットの焦点距離を検出する焦点距離検出手段を有し、前記制御手段は、前記焦点距離検出手段の検出結果に基づいて前記第１レンズユニットによって変更されるレーザスポットのスポットサイズに対応させて前記レーザ光源が出射するレーザ光の出力、レーザ光の繰り返し周波数、前記光スキャナの駆動速度、の少なくとも何れか一つを変更する、ことを特徴とする。
（７） （５）又は（６）に記載の眼科用レーザ手術装置は、角膜組織をレーザにより切開する角膜手術モードと，水晶体組織をレーザによって切開・切開する水晶体手術モードと，を設定する手術モード設定手段を有し、前記制御手段は、前記手術モード設定手段の設定に基づき，前記手術モード設定手段において角膜手術モードが設定された場合は，前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットを所定の小さいスポットサイズとし、前記手術モード設定手段において水晶体手術モードが設定された場合は，前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットを前記所定の小さいスポットサイズより大きなスポットサイズとする、ことを特徴とする。
（８） （５）乃至（７）に記載の何れかの眼科用レーザ手術装置は、術眼の水晶体の深さ方向の情報を入力する深さ情報入力手段と、該深さ情報入力手段の深さ方向の情報に基づき，深さ位置に対応するレーザスポットのスポットサイズを定めるスポットサイズ決定手段と、を備え、前記制御手段は、前記スポットサイズ決定手段が定めた深さ位置に対応するスポットサイズに基づいて前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットのスポットサイズを変更し、前記主平面間距離変更ユニットを制御してレーザスポットの位置をＺ方向に沿って移動させて水晶体にレーザ光を照射する、ことを特徴とする。
（９） （８）の眼科用レーザ手術装置は、前記深さ方向の情報に基づいて水晶体後嚢から前嚢に向かってレーザを照射しない所定の第１の領域と、前記第１の領域よりも前嚢側でレーザスポットを所定の小さいサイズとする第２の領域と、前記第２の領域よりも前嚢側でレーザスポットを所定の大きいスポットサイズとする第３の領域と、を定めるレーザ照射領域設定手段を備える、ことを特徴とする。
（１０） 術眼にレーザ光を所定のスポット径にて照射する眼科用レーザ手術装置の光学系において、異なる焦点距離を持つ少なくとも２つのレンズからなる第１レンズユニットであって，入射されるレーザ光のビーム拡大倍率を変更させるために前記少なくとも２つのレンズ間の距離を変更可能に構成された第１レンズユニットと、少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズユニットと、前記第１レンズユニットを経たレーザ光の発散状態又は収束状態を調整するために，前記第１レンズユニットの各レンズの配置間隔を維持した状態で前記第１レンズユニットと第２レンズユニットの主平面間距離を変更するための主平面間距離変更ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザスポットのスポットサイズを簡単に変更でき、効率的な手術を行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態である眼科用レーザ手術手術装置の概略構成図である。本実施形態の眼科用レーザ手術装置は、術眼の水晶体をレーザにより切断、破砕する装置である。

眼科用レーザ手術装置１００は、集光点でブレイクダウンを発生させる特性を有するパルスレーザ光を出射するレーザユニット（レーザ光源）１０、レーザ光を導光しターゲット（眼球組織）に照射するレーザ照射光学系（レーザ照射ユニット）２０、術眼を観察するための観察光学系（観察ユニット）３０、術眼を固定保持するための眼球固定ユニット４０、装置１００を操作するための操作ユニット５０、装置１００の設定・確認等を行う表示手段であるモニタ６０、装置１００を統括・制御する制御部（制御手段）７０、を備えている。

レーザユニット１０は、レーザの集光点（レーザスポット）でプラズマを発生させる（ブレイクダウンを起こす）超短パルスレーザを出射するレーザ光源である。レーザユニット１０としては、数フェムト秒から数ピコ秒のパルス幅のパルスレーザを出射するデバイスが用いられる。パルスレーザの集光点では、プラズマが発生し、ターゲット組織、ここでは、眼球組織である水晶体、角膜等が切開、破砕される。本実施形態のレーザユニット１０には、レーザスポットのスポットサイズが１〜１５μｍでブレイクダウンを発生させる出力のレーザ光を出射可能なレーザ光源を用いる。レーザ光のパルス幅は、１〜１０００ｆｓ（フェムト秒）程度とし、好ましくは、５００ｆｓ以下のパルス幅とする。

照射光学系２０は、パルスレーザのレーザスポットを術眼Ｅの奥行方向（Ｚ方向、レーザ光の光軸Ｌの方向）に沿って移動させる焦点移動手段であるビームエキスパンダユニット２１（以下、単にエキスパンダという）と、レーザスポットをターゲット面（光軸に直交する面）で二次元的（ＸＹ方向）に走査（移動）する光スキャナ（走査手段）２２と、レーザの光軸と観察光軸とを合致させるビームコンバイナ２３と、レーザをターゲット面に結像させる（ターゲット面にレーザスポットを形成させる）結像光学系としての対物レンズ２４と、術眼Ｅと接触するアプリケータ２５と、を備えている。エキスパンダ２１と光スキャナ２２によってレーザ光のスポットを術眼Ｅの水晶体内で３次元的に移動する移動光学系が構成される。なお、上流にエキスパンダ２１を配置する構成により、光スキャナ２２の振り角を小さくすることができ、光スキャナ２２の下流の光学素子の有効径を小さくすることができる。これにより、装置の大型を抑制できる。

エキスパンダ２１は、光スキャナ２２の上流（レーザユニット１０側）に配置される。エキスパンダ２１は、光学素子である複数のレンズ群（の一部）を光軸に沿って移動させることにより、レーザスポットの位置をＺ方向に沿って移動させる（位置を変更させる）機能とレーザスポットのスポットサイズ及びターゲット面に対するレーザ光の入射角及び焦点深度を変更する機能を有する。エキスパンダ２１は、光スキャナ２２、対物レンズ２４へと導光するレーザ光のビーム径を変更すると共に、レーザビームの発散角又は収束角（発散状態又は収束状態）を変更する（詳細は後述する）。光スキャナ２２としては、回転軸が互いに直交する２つのガルバノミラーが用いられる。これにより、レーザスポットが所定の二次元平面（ＸＹ平面）上で走査されることとなる。なお、光スキャナ２２としては、レゾナントミラー、回転プリズム、ポリゴンミラーとガルバノミラーの組合せによるスキャナ、等を用いることもできる。ビームコンバイナ２３は、レーザ光を反射し、照明光（投影指標像も含む）及び照明光の反射光を透過する特性を有するダイクロイックミラーとされる。対物レンズ２４は、パルスレーザを数μｍから数十μｍの微小なスポット径として、ターゲット面に結像させる役割を持つ。アプリケータ２５は、前眼部の周囲を覆うカップを有する。カップ内に液体を満たすことにより角膜の屈折力を低減させる。従って、アプリケータ２５は、コンタクトレンズの役割を持つ。

レーザのスポット位置でブレイクダウンが起こることにより、眼球組織にスポットサイズ程度の機械的破壊（亀裂等）が起こる。レーザスポットは、エキスパンダ２１でＺ方向に移動され、光スキャナ２２によりＸＹ方向で移動されることにより、三次元的に移動される（位置を変更される）。眼球組織において、レーザのスポットが三次元的に移動され、各スポットが繋げられることにより、眼球組織は三次元的な形状（予め設定されたレーザ照射のパターン）に切断される。

観察光学系３０は、二次元撮像素子を有するカメラ３１と、ビームコンバイナ３２、照明光源３３、照明光、術眼Ｅでの反射光を導光するための導光光学系である光学素子３４、を備えている。ビームコンバイナ３２は、照明光を反射し、術眼Ｅからの反射光を透過する特性を有し、ここでは、ハーフミラーとされる。照明光源３３は、可視光等の術眼の照明に適した照明光を発光する。観察光学系３０は、対物レンズ２４を共用している。指標投影ユニット３６は、ビームコンバイナ３５により観察光軸と合波される。指標投影ユニット３６は、装置１００（照射光学系２０）のアライメント（位置合せ）を合わせるための指標像を術眼Ｅの前眼部に投光する役割を持っている。装置１００の調節（アライメント及びフォーカスの調節）は図示を略す駆動手段により、レーザ照射光学系２０及び観察光学系３０を上下動させて行う。カメラ３１の二次元撮像素子は、例えば、照明光及び投影する指標像の波長に対して感度を有するイメージャとする。照明光源３３は、赤外光を発する光源であってもよい。

眼球固定ユニット４０は、吸着リング４１、アプリケータ２５、を備えている。吸着リング４１は、環状の部材であり、前眼部の強膜に当接する形状となっている。吸着リング４１は、図示を略すポンプ等により吸引を受け、吸着リング４１に眼球を吸い付けることで術眼Ｅを固定保持する。なお、アプリケータ２５は、眼球固定ユニット４０に共用されている。

操作ユニット５０は、装置１００の設定を行うための入力手段５１と、レーザ照射のトリガ信号を入力するためのフットスイッチ５２と、を備えている。入力手段５１としては、モニタ６０に表示された設定画面で、手術条件等を指定するポインティングデバイスであるマウス、手術条件等の数値、情報を入力するキーボード、等である。

モニタ６０は、カメラ３１によって撮影された術眼の正面像を表示する正面像表示部６１、レーザスポットのスポットサイズを表示すると共にスポットサイズを変更する信号を入力するスポットサイズ設定部６２と、装置の手術モードが角膜手術モードと水晶体手術もードのいずれであるかを表示すると共に手術モードを選択する信号を入力する手術モード設定部６３と、レーザの照射パターン等の手術条件を設定する手術条件設定部６４、等を備えている。本実施形態のスポットサイズ設定部６２は、予め用意されたスポットサイズ５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、の何れかを選択することで、スポットサイズを変更する信号を入力する構成となっている。

制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、レーザユニット１０、エキスパンダ２１、光スキャナ２２、カメラ３１、照明光源３３、指標投影ユニット３６が接続される。また、制御部７０には、制御プログラム、レーザ照射のパターン、設定した手術条件、撮影画像、等を記憶するメモリ７１が接続される。また、メモリ７１には、別の測定装置により取得された測定データ等も記憶される。また、メモリ７１にはレーザユニット１０のレーザ出射条件（スポットサイズに対応したレーザ出射の制御条件）が記憶されている。制御部７０は、スポットサイズ設定部６２からの信号に基づいてスポットサイズを検出する。制御部７０は、設定されたスポットサイズとレーザ出射条件とに基づき、スポットサイズに対応したレーザユニット１０の制御を行う。具体的には、スポットサイズが所定の小さいサイズである場合、レーザユニット１０の出力を下げる（ブレイクダウンの閾値を上げる）制御を行い、レーザユニット１０の繰り返し周波数（例えば、一秒間当りのレーザ出射数）を向上させる制御を行う。逆に、スポットサイズが所定の大きいサイズである場合、レーザユニット１０の出力を上げる（ブレイクダウンの閾値を下げる）制御を行い、レーザユニット１０の繰り返し周波数を低下させる制御を行う。これは、スポットサイズ内に集中するレーザのエネルギを調整し、好適に手術を行うための制御である。スポットサイズが小さい場合には、レーザスポット内にエネルギが集中するためレーザ出力は低くてもよい。一方、スポットサイズが大きい場合では、レーザスポット内のエネルギを高めておく必要がある。また、スポットサイズが小さい場合、ＸＹの走査を考えるとレーザスポットのスポット間隔が空いてしまいやすいため、レーザ出射の繰り返し周波数を上げてスポット間に空きが少ないようにする必要がある。このため、レーザ出射の繰り返し周波数を変更した場合であっても、エキスパンダ２１、光スキャナ２２のレーザスポットの移動速度（スキャン速度）は変更しなくてもよい。本実施形態では、設定されたスポットサイズが、５μｍの場合を小さいスポットサイズとし、１０μｍ、１５μｍの場合は、大きいスポットサイズとする。

次に、エキスパンダ（ビームエキスパンダユニット）２１の構成と動作について説明する。図２は、エキスパンダ２１の構成を説明する図である。図３は、レーザスポットのＺ方向の位置変更を説明する図である。図４は、レーザスポットのスポットサイズの変更を説明する図である。なお、以下の説明のレンズ群では、単一のレンズであってもレンズ群としている。また、図３、４では、説明の簡便のため、光スキャナ２２等の光学系の一部の図示を略している。

エキスパンダ２１は、大別して、２つのレンズ群（第１レンズ群及び第２レンズ群）を備えている。本実施形態では上流から下流に向かって第１レンズ群（第１レンズユニット）、第２レンズ群（第２レンズユニット）を配置するものとする。第１レンズ群は、焦点距離を変更可能な構成となっている。また、本実施形態のエキスパンダ２１は、第１レンズ群が持つ焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、第１レンズ群の主平面と第２レンズ群の主平面の間の距離を変更する主平面間距離変更手段（ユニット）と、を備えている。第１レンズ群の像側焦点と第２レンズ群の物体側焦点を一致させた状態で、第１レンズ群の焦点距離を変更することにより、エキスパンダ２１から出射されるレーザ光のビーム径を変更する構成となっている。これにより、レーザスポットのスポットサイズが変更される。また、第１レンズ群の主平面と第２レンズ群の主平面の間の距離を変更することにより、エキスパンダ２１から出射されるレーザ光のビームの発散角又は収束角（発散状態又は拡散状態）が変更される構成となっている。言い換えると、第１レンズ群の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離を変えない状態で、第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離を変更することとなる。これにより、レーザスポットのＺ方向での位置が変更される。従って、第１レンズ群において、レーザ光のビーム径を変更する機能を持ち、第２レンズ群は、第１レンズ群を経た後のビームの拡散状態又は発散状態を調整する機能を持つ。

エキスパンダ２１は、上流側から下流に向かって配置される３つのレンズ群、ビームを拡散させる凹レンズ８１、ビームを集光させる凸レンズ８２、ビームを集光させる凸レンズ８３、を備えている。エキスパンダ２１は、レンズ８１を光軸Ｌに沿って移動させるズームユニット８４、レンズ８２を光軸Ｌに沿って移動させるズームユニット８５、ズームユニット８４及び８５と共にレンズ８１及び８２を光軸Ｌに沿って移動させるズームユニット８６と、を備えている。ズームユニット８４〜８６は、制御部７０の指令によりレンズ、ズームユニットを移動する駆動手段となるステッピングモータ等を備えている。

レンズ８１とレンズ８２は異なる焦点距離を持っている。レンズ８１及び８２により負の屈折力を持つ一つのレンズ群（第１レンズ群ＬＥ１）であり、レンズ８１とレンズ８２の間隔を変更することで第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離を変更可能なように構成されている。なお、第１レンズ群ＬＥ１は、ズームユニット８４及び８５を含んで、第１レンズユニットを構成することとなる。なお、第１レンズ群ＬＥ１は、レーザユニット１０から入射したレーザ光のビームの拡大倍率を変更する機能を備えている。
レンズ８３は、正の屈折力を持つ一つのレンズ群となる第２レンズ群ＬＥ２（第２レンズユニット）を構成する。第１レンズ群ＬＥ１は、焦点Ｆ１で示される像側焦点を持ち、第２レンズ群ＬＥ２は、焦点Ｆ２で示される物体側焦点を持っている。焦点Ｆ１は、ズームユニット８４及び８５により焦点の位置（第１レンズ群ＬＥ１の主平面に対する）が変更される（第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離が変更される）。具体的には、ズームユニット８４及び８５によるレンズ８１とレンズ８２との相対的な位置関係（距離）が変更されることで、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離（主平面から焦点Ｆ１までの距離）が変更される。第２レンズ群ＬＥ２は、固定的に配置され、一定の焦点距離を備えている。従って、焦点Ｆ２の位置は変わらない。ズームユニット８４及び８５は、レンズ８１及び８２と共にズームユニット８６上に配置されている。このため、ズームユニット８６の駆動により、第１レンズ群ＬＥ１が、第２レンズ群ＬＥ２に対して相対的に移動され、位置関係が変更される。従って、第１レンズ群ＬＥ１の主平面Ｐ１と第２レンズ群の主平面Ｐ２との距離が変更される。第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離が変わらない状態において、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２の相対的な位置関係が変更されることとなる。ズームユニット８４及び８５によって、第１焦点距離変更尾手段が構成され、ズームレンズユニット８６によって、焦点Ｆ２に対して焦点Ｆ１の位置を変更する第２焦点位置変更手段が構成される。

次に、レーザスポットのスポットサイズの変更について説明する。図３に示すように、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２を一致させた状態で、第１レンズ群ＬＥ１（レンズ８１及び８２）の焦点距離を変更させている。ズームユニット８４、８５及び８６によって、レンズ８１及び８２の位置が光軸Ｌに沿って変更される。以下の説明では、ターゲット面Ｔにレーザスポット（Ｓ１、Ｓ２）が形成される（結像される）場合を例に挙げる。

図３（ａ）は、スポットサイズが小さいレーザスポットＳ１の例を示している。第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離が図３（ｂ）と比べて相対的に短い。また、レンズ８２とレンズ８３との距離が相対的に長い。このため、平行光としてレンズ８１に入射したビームＢの径は、レンズ８３に到るまでに広げられる。ビームＢは、焦点Ｆ２（焦点Ｆ１）から出射されたレーザ光とみなされるため、レンズ８３によって平行光とされる。ビームＢは、対物レンズ２４により、ターゲット面Ｔに結像される。このとき、レーザスポットのスポットサイズは、スポットＳ１とされる。対物レンズ２４上でビーム径の広いビームＢが、ターゲット面Ｔに集光（結像）されるとめ、ターゲット面Ｔに対するビームの入射ＮＡα１（ターゲット面における光軸に対する入射角）は大きくなる（ターゲット面Ｔにおける光軸に対する入射角が大きくなる）。また、スポットＳ１における焦点深度が浅くなる。

図３（ｂ）は、スポットサイズが大きいのレーザスポットＳ２の例を示している。第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離が図３（ａ）に対して相対的に長い。また、レンズ８２とレンズ８３との距離が相対的に短い。このため、平行光としてレンズ８１に入射したビームＢの径は、レンズ８３に到るまでに相対的に広げられない。ビームＢは、焦点Ｆ２（焦点Ｆ１）から出射されたレーザ光とみなされるため、レンズ８３によって平行光とされる。ビームＢは、対物レンズ２４により、ターゲット面Ｔに結像される。このとき、レーザスポットのスポットサイズは、スポットＳ２とされる。対物レンズ２４上でビーム径の狭いビームＢが、ターゲット面Ｔに集光（結像）されるため、ターゲット面Ｔに対する入射ＮＡα２は小さくなる（ターゲット面Ｔにおける光軸に対するビームの入射角）。また、スポットＳ２における焦点深度が深くなる。

対物レンズ２４には、ビームの発散角が同じ（ここでは、平行光）でビーム径の異なりビームＢが入射される。対物レンズ２４の焦点距離は一定であるため、ビームＢは、対粒レンズ２４から一定の距離（ここでは、ターゲット面Ｔ）に結像される。

このようにして、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離を変更しつつ、第１レンズ群の焦点Ｆ１と第２レンズ群の焦点Ｆ２とを一致させることにより、レーザスポットのＺ方向での位置を変えることなく、レーザスポットのスポットサイズ及びターゲット面に対する入射ＮＡを変更することができる。また、レーザスポットの焦点深度を変更することができる。

次に、レーザスポットのＺ方向での位置の変更について説明する。図４に示すように、第１レンズ群ＬＥ１の主平面Ｐ１と第２レンズ群ＬＥ２の主平面Ｐ２の相対的な位置関係を変更することで、エキスパンダ２１から出射されるレーザ光のビームの発散角又は収束角を変更する。以下の説明では、ターゲット面Ｔの奥側（後方）に結像したレーザスポットＳ３と、ターゲット面Ｔの手前側（前方）に結像したレーザスポットのスポットＳ４を例に挙げる。ここでは、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離は一定、つまり、レンズ８１とレンズ８２の距離は一定としている。この状態で、第１レンズ群ＬＥ１を光軸Ｌに沿って移動させている。なお、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離が一定であるため、図４のスポットサイズは同じとなる。

図４（ａ）では、主平面Ｐ１と主平面Ｐ２が相対的に遠い場合を示している。言い替えると、焦点Ｆ２よりも焦点Ｆ１が上流に位置している。主平面Ｐ１と主平面Ｐ２との距離は、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離の和よりも長くなっている。図示するように、第１レンズ群ＬＥ１の位置が変更されている。なお、主平面Ｐ１と主平面Ｐ２との距離が第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離と第２レンズ群ＬＥ２の焦点距離と一致する場合、レーザスポットは、ターゲット面Ｔに結像される（図３の状態）。焦点Ｆ２よりもレンズ８３側から出射されたビームＢがレンズ８３に到る。このため、レンズ８３から収束光として出射される。対物レンズ２４は、収束光となったビームＢをターゲット面Ｔ（対物レンズ２４に平行光が入射した場合の結像位置（図３参照））よりも手前側（上流側）にスポットＳ３として結像させる。

一方、図４（ｂ）では、主平面Ｐ１と主平面Ｐ２との距離が近い。言い換えると、焦点Ｆ２よりも焦点Ｆ１が下流に位置している。図示するように、第１レンズ群ＬＥ１の位置が変更されている。レーザユニット１０から出射されたビームＢは、第１レンズＬＥ１の屈折力を受けレンズ８３に到る。ビームＢは、レンズ８３から発散光として出射される。対物レンズ２４は、発散光となったビームＢをターゲット面Ｔよりも奥側（後方）にスポットＳ４として結像させる。

このようにして、主平面Ｐ１と主平面Ｐ２との距離を変更させることにより、レーザスポットのスポットサイズを変えることなく、レーザスポットのＺ方向での位置を変更することができる。

なお、図３、４の説明では、レーザスポットのスポットサイズと、Ｚ方向での位置と、個別に変更する例を挙げたが、レーザスポットのスポットサイズとＺ方向の位置とを複合して変更させることができる。

以上のような構成を備える装置の動作を説明する。ここでは、水晶体手術を行う場合を例に挙げる。手術に先立ち、術者は手術条件、パターンを設定する。術者は、手術モード設定部６３を操作し、手術モードを水晶体手術モードとして設定する。制御部７０は、手術モード設定部６３からの信号に基づいてレーザスポットのＺ方向の移動範囲の上限と下限を定める。次に、制御部７０は、メモリ７１に予め記憶されている術眼の測定データに基づいて術眼Ｅの手術におけるレーザスポットのＺ方向の移動範囲（スキャン範囲）を定める。術眼の測定データとしては、術眼の奥行方向の情報が得られる測定データであればよく、例えば、眼軸長測定装置の測定データによって得られる水晶体の前嚢及び後嚢の位置（角膜前面からの相対的距離）が含まれていればよい。また、光干渉断層像撮影装置がら得られた画像、超音波診断装置等から得られた測定データから、上記と同様な測定データを得てもよい。レーザスポットのＺ方向の移動範囲としては、後嚢から所定範囲（例えば、５００μｍ）前方側の位置から前嚢までの距離とする。

次に、術者は、スポットサイズ設定部６２を操作して、スポットサイズを定める。制御部７０は、スポットサイズを変更（設定）する信号に基づいて手術において照射するレーザスポットのスポットサイズを定める。水晶体手術では、微細な加工精度は必要とせず、水晶体核の破砕が目的であるため、大きいスポットサイズでレーザ照射を行うことが好ましい。ここでは、１５μｍとして設定する。

制御部７０は、レーザスポットのＺ方向の移動範囲、レーザスポットのスポットサイズ、に基づいてズームユニット８４、８５及び８６の制御を行う。具体的には、スポットサイズが１５μｍとなるように、ズームユニット８４及び８５を制御し第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離を定める。また、ズームユニット８６の制御による第１レンズ群ＬＥ１の移動範囲を定める。

また、制御部７０は、設定されたスポットサイズに対応してレーザユニット１０の制御を行う（レーザ出射条件を設定する）。ここでは、スポットサイズが大きい場合に対応させて、レーザ出力を高めると共に、繰り返し周者波数を下げるようにレーザユニット１０を制御する。

術者は、手術条件設定部８４を操作し、照射パターン等を設定する。患者を手術台等に寝かせ、眼球固定ユニット４０により眼球を固定する。術眼は吸着リンク４１で保持される。術者は、アプリケータ２５に液体を満たす。そして、術者は、図示なきスイッチを操作し、指標投影ユニット３６から術眼Ｅに指標を投影する。術者は、前眼部表示部６１に映し出された術眼Ｅの前眼部像と指標を確認しながら、装置１００のアライメントを行う。

フットスイッチ４２が術者によって踏まれると、制御部７０は、トリガ信号に基づいてレーザ照射を開始する。制御部７０は、設定された手術条件及びパターンに基づいてレーザを照射する。制御部７０は、パターンに基づいてレーザユニット１０を制御すると共に、エキスパンダ２１（ズームユニット８６）及び光スキャナ２２を制御する。このとき、制御部７０は、レーザスポットを、パターンにおける後方から前方に向かって移動させる。術眼Ｅの水晶体は破砕される。レーザ照射が終わると、破砕された水晶体は、別の灌流吸引装置により除去され、術眼Ｅの嚢には眼内レンズが設置され、手術が終わる。

なお、以上の説明では、術眼の水晶体を破砕する実施形態を例に挙げたが、これに限るものではない。術眼の眼球にレーザを照射し、組織の切開、破砕を行う構成であればよい。手術モード設定部６３において、角膜手術モードを設定すればよい。この場合、制御部７０は、手術モードを設定する信号に基づいてレーザスポットのＺ方向の移動範囲の上限と下限を定める。なお、角膜手術においては、微細な加工が必要とされるため、レーザスポットのスポットサイズが小さいことが好ましい。

以上のようにして、簡単な構成でレーザスポットのスポットサイズを変更でき、効率的な手術を行える。具体的には、微細な加工精度を必要としない水晶体手術では、スポットサイズを大きくして水晶体の破砕を行い、手術時間を短くできる。この場合、スポットサイズに伴って、レーザスポットの焦点深度が深くなるため、奥行方向の水晶体核の破砕を効率的に行える。微細な加工精度が必要な角膜手術では、スポットサイズを小さくして角膜を切開（切除）できる。この場合、スポットサイズに伴って、レーザスポットの焦点深度が浅くなるため、奥行方向での切開量が小さくでき、精度の高い加工が行える。また、エキスパンダ２１の制御により、レーザスポットのＺ方向の位置を変更できる。これにより、一つの装置で、対物レンズ２４、アプリケータ２５等を別の部材（例えば、焦点距離が異なるレンズ）に交換することなく水晶体手術と角膜手術が行える。また、エキスパンダ２１の光学配置において、第１レンズ群ＬＥ１の構成を凹レンズ８１と凸レンズ８２にすることで、エキスパンダ２１内で中間結像位置をなくすことができ、エキスパンダ２１の長さ（光軸Ｌに沿った長さ）を短くできる。これにより、装置１００の大型を抑制できる。

なお、以上の説明では、レーザスポットのスポットサイズを術者が、予め用意されたスポットサイズの候補から選択する構成としたが、これに限るものではない。スポットサイズを術者が設定（変更）する構成であればよく、入力手段等によりスポットサイズを設定する（数値入力）する構成としてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した実施形態では、レーザスポットのスポットサイズを術者が定め、手術を通して一定とする構成としたが、第２実施形態では、術眼Ｅの奥行情報に基づいて制御部７０がスポットサイズを設置する構成とする。また、制御部７０が、レーザ照射の領域に対応して手術中にスポットサイズを変更する構成とする。ここでは、観察光学系に、水晶体の断層像を撮影するための光干渉断層像撮影ユニット（以下、ＯＣＴユニットと略す）を組み込み、制御部７０が、水晶体の断層像の情報（深さ情報）に基づいて、レーザスポットのスポットサイズをＺ方向の位置（領域）で変更する。

図５は、水晶体ＬＥの断面の模式図である。制御部７０は、ＯＣＴユニットから断層像を得て、図５に示すような水晶体ＬＥの形状を抽出する。制御部７０は、水晶体ＬＥの前面ＡＣ（手前側）と後面ＰＣ（奥側）の位置を検出する。制御部７０は、前面ＡＣから後面ＰＣの間を、後面ＰＣから前面ＡＣに向かって、安全領域（第１の領域）ＳＡ、小スポット領域（第２の領域）ＳＳＡ，大スポット領域（第３の領域）ＢＳＡ、で分割された水晶体手術におけるレーザ照射領域を定める（求める）。

安全領域ＳＡは、レーザ照射によって、後嚢に損傷がない領域を見込んだレーザ未照射領域である。後嚢（後面ＰＣ）から所定の位置までの領域とする。安全領域ＳＡは、例えば、１００μｍ〜５００μｍとされる。

小スポット領域ＳＳＡは、後面ＰＣに近い領域であり、後嚢（後面ＰＣ）へのレーザ照射による損傷を低減するために、レーザスポットを小さいスポットサイズとして設定する領域である。レーザスポットのスポットサイズを小さくすることにより、微細な加工ができると共に焦点深度が浅くなるため、後嚢への損傷を低減できる。また、レーザスポットの後方（後眼部）に到るレーザビームの径が大きくなるため、レーザスポットでのブレイクダウンが発生しなかった場合であっても網膜への悪影響（高エネルギによる損傷）を少なくできる。なお、小スポット領域ＳＳＡは、例えば、１００〜１００００μｍ(?)とする。小スポット領域ＳＳＡでは、相対的に小さいスポットサイズを設定し、例えば、１０μｍ未満とすることが好ましい。さらに好ましくは、装置１００で設定可能な最小スポットサイズ（ここでは、５μｍ）であることが好ましい。

大スポット領域ＢＳＡは、前面ＡＣ（前嚢）に近い領域である。大スポット領域ＢＳＡは、後面ＰＣから相対的に遠いため、レーザスポットの焦点深度が深くても後面ＰＣへの損傷は小さい。また、大スポット領域ＢＳＡは、後眼部から相対的に遠いため、レーザスポットの焦点深度が深くても網膜への悪影響は少ない。また、レーザスポットの焦点振動深度が深い方が効率的に水晶体ＬＥを破砕できる（１ショットで、焦点深度分破砕できる）。このため、大スポット領域ＢＳＡでは、小スポット領域ＳＳＡと安全領域ＳＡを除いた水晶体ＬＥの厚みとして設定される。大スポット領域ＢＳＡでは、大きいスポットサイズを設定し、例えば、１０μｍ以上とすることが好ましい。さらに、装置１００の最大スポットサイズ（ここでは、１５μｍ）とされることが好ましい。

このようにして、制御部７０が、水晶体ＬＥの深さ位置に対応してレーザスポットのスポットサイズを定める。制御部７０は、スポットサイズ決定手段とレーザ照射領域設定手段を兼ねている。レーザ照射が開始されると、制御部７０は、レーザスポットのＺ方向に位置に対応させて、エキスパンダ２１を制御し、予め設定されて領域に対応するスポットサイズが形成されるように、ズームユニット８４、８５及び８６を制御する。一連の手術において、安全領域ＳＡにはレーザが照射されず、小スポット領域ＳＳＡでは、小さいスポットで後嚢への損傷を抑制したレーザスポットが照射され、大スポット領域ＢＳＡでは、大きいスポットサイズで効率的に水晶体を破砕できるレーザスポットが照射される。

以上のようにして、手術中に、レーザスポットのスポットサイズがリアルタイムに変更され、効率的に手術が行える。

なお、レーザスポットのスポットサイズの設定が、術者による設定、制御部７０による設定のいずれであっても以下のような構成としてもよい。制御部７０は、スポットサイズの変更を入力する信号と、メモリ７１に記憶され予め設定された所定のスポットサイズ（例えば、１０μｍ）の値とに基づき、所定のスポットサイズ以下の場合に、レーザユニット１０が出射するレーザ光の出力を下げると共に繰り返し周波数を向上させる制御を行う。

また、手術モードによってスポットサイズが定められる構成としてもよい。制御部７０は、メモリ７１に予め記憶された手術とスポットサイズの対応情報と、手術モードを設定する信号に基づいてスポットサイズを設定する。具体的には、手術モードが、角膜手術モードである場合、相対的に小さいスポットサイズ（例えば、５μｍ）として設定し、水晶体手術モードである場合、相対的に大きいスポットサイズ（例えば、１５μｍ）として設定する。なお、上述のように、水晶体手術モードにおいて、手術中にスポットサイズを変更する構成としてもよい。

なお、以上の説明では、第１レンズ群ＬＥ１の焦点距離の変更をズームユニット８４及び８５によるレンズ８１及び８２の光軸上に沿った移動によって行う構成としたがこれに限るものではない。第１レンズ群（ユニット）の焦点距離が変更される構成であればよく、焦点距離の離散的な変更でもよい。例えば、第１レンズ群の光軸上にレンズを挿脱することによって焦点距離を変更する構成としてもよい。この場合、挿脱されるレンズとレンズの動作うを駆動する駆動ユニットによって焦点距離変更手段が構成される。

なお、以上の説明では、エキスパンダ２１は、３枚のレンズを用いる構成としたが、これに限るものではない。エキスパンダ２１から出射されるビームのビーム径と出射ＮＡを変更できる構成であれば、いずれの光学素子を用いる構成でもよい。具体的には、第１レンズ群と第２レンズ群において、少なくとも一方のレンズ群の焦点距離が変更できる構成であればよい。例えば、第１レンズ群と第２レンズのいずれとも焦点虚ルを変更できる構成とし、第１レンズ群が２つ以上のレンズを備え、第２レンズ群が２つ以上のレンズを備える構成であってもよい。また、以上の説明では、第１レンズ群（ユニット）が上流側に配置され、第２レンズ群（ユニット）が下流側に配置される構成としてが、このような配置に限定されるものではない。第１レンズ群と第２レンズ群の配置関係は、逆でてもよい。また、レンズ群は、一つのレンズで焦点距離を変更する構成であってもよい。例えば、レンズの前面と後面との間に流体を収め、この流体の容量を変えることでレンズが持つ焦点距離を変える構成としてもよい。この場合、流体の容量を変更するユニットが焦点距離変更手段となる。また、液晶に印加する電圧を変えることによって、レンズの焦点距離を変更する構成としてもよい。この場合、液晶を電圧駆動するユニットが焦点距離変更手段となる。

なお、以上の説明では、スポットサイズに対応してレーザユニット１０の出射条件を変凹する例として、レーザ出力と繰り返し周波数の両者を変更する構成としたが、これに限るものではない。スポットサイズの変更に伴うスポット間隔の空き等が少なくなればよく、上記２つの条件の何れか一方が変更される構成であればよい。また、このような照射条件の変更は必ずしも必要としない。また、レーザ出力と繰り返し周波数の変更に加え、光スキャナ２２の駆動速度（走査速度）を変更する構成を加えてもよい。例えば、ガルバノミラーの走査速度を変更することにより、レーザスポットの走査速度が変更される。レーザスポットのスポットサイズが小さい場合に、光スキャナ２２の走査速度を変更して低下させると、レーザスポットの間隔（の空き）が小さくなり、上述の場合と同様の効果を奏する。この場合、制御部７０は、スポットサイズの設定に基づいて光スキャナ２２の駆動速度を制御する。なお、スポットサイズに設定に基づいて、レーザ出力、レーザの繰り返し周波数、光スキャナ２２の駆動速度は、少なくとも一つが変更されればよく、必ずしもすべての条件が変更されなくてもよい。

なお、以上の説明では、装置１００で水晶体手術と角膜手術を行える構成としたが、これに限るものではない。レーザスポットのＺ方向での位置と、レーザスポットのスポットサイズを変更できる構成であればよい。何れか一方の手術を行える構成であればよい。また、水晶体手術、角膜手術に限らず、眼球組織を切開、破砕する構成であればよい。

なお、以上の説明では、レーザとしてフェムト秒パルス種光レーザを用いたが、これに限るものではない。加熱を伴わず、対象物の材質も選ばず、ミクロンオーダの微細な加工が可能、透明対象物の内部加工が可能、等の特性を持つピコ秒パルス等の超短パルスのレーザビームを発するものであればよい。また、ヤグレーザを発するレーザ光源んを用いる構成としてもよい。

なお、以上の説明では、パルスレーザ光を備える眼科用レーザ手術装置を例に挙げたが、これに限るものではなない。レーザスポットのスポットサイズを変更し、レーザスポットのＺ方向の位置を変更してレーザ照射を行い、術眼（患者眼）の手術、治療を行う構成であればよい。例えば、上述した構成を連続波のレーザ光を用いて治療を行う装置（光凝固装置）に用いてもよい。

以上のように本発明は実施形態に限られず、種々の変容が可能であり、本発明はこのような変容も技術思想を同一にする範囲において含むものである。

本実施形態の眼科用レーザ手術装置の構成図である。 ビームエキスパンダユニットの構成図である。 レーザスポットのスポットサイズの変更を説明する図である。 レーザスポットのＺ方向での位置の変更を説明する図である。 水晶体のレーザ照射領域を説明する図である。

１０ レーザユニット
２１ ビームエキスパンダユニット
２２ 光スキャナ
２４ 対物レンズ
８１、８２、８３ レンズ
８４、８５、８６ ズームユニット
ＬＥ１ 第１レンズ群
ＬＥ２ 第２レンズ群
１００ 眼科用レーザ手術装置

Claims (10)

1. 集光されてスポットでプラズマを発生させるパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光をターゲット位置に照射させる照射光学系であってレーザ光のスポットを３次元的に移動させる移動光学系を有する照射光学系と、を備え、レーザ光によって眼球組織を切断又は破砕する眼科用レーザ手術装置において、
   前記照射光学系は、
   レーザ光のスポットをターゲット位置に形成するための対物レンズを有し、
   前記移動光学系は、
   前記対物レンズより上流に配置され，レーザ光のスポットを光軸に対して直交するＸＹ平面上で走査する光スキャナと、
   該光スキャナより上流に配置され，レーザ光のビーム径と発散状態又は収束状態を変更するビームエキスパンダユニットであって，
   レーザ光のターゲット位置でのスポットサイズを変更するために焦点距離を変更するように構成された第１レンズユニットと、
   少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズユニットと、
   前記第１レンズユニットを経たレーザ光の発散状態又は収束状態を調整するために，前記第１レンズユニットと第２レンズユニットの主平面間距離を変更するための主平面間距離変更ユニットと、
   を備える、ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
2. 請求項１に記載の眼科用レーザ手術装置において、
   前記第１レンズユニットは、焦点距離を変更するためにレンズ間の距離を変更可能に設けられた少なくとも２つのレンズの位置を変更するズームユニットを含み、
   前記主平面間距離変更ユニットは、前記第１レンズユニットの主平面と前記第２レンズユニットの主平面との距離を光軸に沿って相対的に変更させる、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
3. 請求項２に記載の眼科用レーザ手術装置において、
   前記第１レンズユニットは、負の屈折力を有し前記第２レンズユニットより上流に配置され、
   前記第２レンズユニットは、正の屈折力を有する、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
4. 請求項３に記載の眼科用レーザ手術装置において、
   前記第２レンズユニットは、固定配置され、
   前記主平面間距離変更ユニットは、前記第１レンズユニットを光軸に沿って移動させる、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
5. 請求項１乃至４に記載の何れかの眼科用レーザ手術装置は、
   予め設定された照射パターンに基づいて前記主平面間距離変更ユニットを制御し、レーザスポットのターゲット位置をＺ方向に沿って移動させる制御手段、
   を備えることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
6. 請求項５に記載の眼科用レーザ手術装置は、
   前記第１レンズユニットの焦点距離を検出する焦点距離検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記焦点距離検出手段の検出結果に基づいて前記第１レンズユニットによって変更されるレーザスポットのスポットサイズに対応させて前記レーザ光源が出射するレーザ光の出力、レーザ光の繰り返し周波数、前記光スキャナの駆動速度、の少なくとも何れか一つを変更する、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
7. 請求項５又は６に記載の眼科用レーザ手術装置は、
   角膜組織をレーザにより切開する角膜手術モードと，水晶体組織をレーザによって切開・切開する水晶体手術モードと，を設定する手術モード設定手段を有し、
   前記制御手段は、前記手術モード設定手段の設定に基づき，
   前記手術モード設定手段において角膜手術モードが設定された場合は，前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットを所定の小さいスポットサイズとし、
   前記手術モード設定手段において水晶体手術モードが設定された場合は，前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットを前記所定の小さいスポットサイズより大きなスポットサイズとする、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
8. 請求項５乃至７に記載の何れかの眼科用レーザ手術装置は、
   術眼の水晶体の深さ方向の情報を入力する深さ情報入力手段と、
   該深さ情報入力手段の深さ方向の情報に基づき，深さ位置に対応するレーザスポットのスポットサイズを定めるスポットサイズ決定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記スポットサイズ決定手段が定めた深さ位置に対応するスポットサイズに基づいて前記第１レンズユニットを制御してレーザスポットのスポットサイズを変更し、前記主平面間距離変更ユニットを制御してレーザスポットの位置をＺ方向に沿って移動させて水晶体にレーザ光を照射する、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
9. 請求項８の眼科用レーザ手術装置は、
   前記深さ方向の情報に基づいて水晶体後嚢から前嚢に向かってレーザを照射しない所定の第１の領域と、前記第１の領域よりも前嚢側でレーザスポットを所定の小さいサイズとする第２の領域と、前記第２の領域よりも前嚢側でレーザスポットを所定の大きいスポットサイズとする第３の領域と、を定めるレーザ照射領域設定手段を備える、
   ことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
10. 術眼にレーザ光を所定のスポット径にて照射する眼科用レーザ手術装置の光学系において、
    異なる焦点距離を持つ少なくとも２つのレンズからなる第１レンズユニットであって，入射されるレーザ光のビーム拡大倍率を変更させるために前記少なくとも２つのレンズ間の距離を変更可能に構成された第１レンズユニットと、
    少なくとも１枚のレンズからなる第２レンズユニットと、
    前記第１レンズユニットを経たレーザ光の発散状態又は収束状態を調整するために，前記第１レンズユニットの各レンズの配置間隔を維持した状態で前記第１レンズユニットと第２レンズユニットの主平面間距離を変更するための主平面間距離変更ユニットと、
    を備えることを特徴とする眼科用レーザ手術装置の光学系。