JP2013521024A - レーザシステムの合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションのための装置 - Google Patents

Abstract

レーザシステム（１０）の合焦対物レンズ（１２）の可動な重量相殺サスペンションのための装置であって、前記合焦対物レンズ（１２）の重量を相殺する反力成分（Ｇ）を発生するための力発生装置と、前記合焦対物レンズ（１２）の上下方向への補償動作のときに、前記反力成分（Ｇ）を前記合焦対物レンズ（１２）に伝達する伝達装置と、前記合焦対物レンズの上下方向への補償動作を行う際に、前記合焦対物レンズの光軸（Ｏ）が、少なくとも空間におけるその向き、及び好ましくは空間におけるその位置を維持するように、前記合焦対物レンズを移動誘導するための誘導装置とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザシステムの合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションに関する。このレーザシステムは、好ましくは、照射が作用する所望の位置に合焦対物レンズによって焦点が合わされたパルスレーザ照射を供給する。

合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションは、排他的ではないがとりわけ、生体組織の処理が必要とされ、組織とレーザシステムの直接接触がある場合に望ましい。例えば、目の角膜その他の部分の切開がレーザ照射の超短パルスを用いて行われる、レーザ手術を使用した人の目への治療の場合、そのような直接接触はたびたび生じる。この場合、直接接触は、照射の伝播方向で、レーザシステムに対して、治療される目の正確な位置決めを確保することを目的としている。通常、適切なインターフェースユニット（対象アダプター）は、合焦対物レンズの前に接続され、レーザシステムへの目の身体的な接触をもたらす。インターフェースユニットは、通常、目と接触させられる接触部のための、合焦対物レンズへ連結されたホルダーを有し、レーザ照射に透明な材質からなる。接触部は、例えば、角膜の圧平のための平らな下面とすることができる。

レーザシステムの合焦対物レンズは、しばしば、相当な重さとなりうるマルチレンズシステムである。数キログラムは、そのような合焦対物レンズにとってまれではない。明らかに、目の治療において、合焦対物レンズの全重量が、治療中の目の上にあるべきではない。そのため、合焦対物レンズのための重量相殺サスペンションが設置される。例えば、そのような重量相殺の解決法をとった場合に合焦対物レンズが依然として目に及ぼす力は、わずかなニュートン（例えば１−２Ｎ）にまで低減される。患者が、無意識に、例えばパニック反応で、彼又は彼女の頭を突然起こした場合には、この重量相殺サスペンションは、目への危険無しでゆるやかに、合焦対物レンズを上方へそらすことを可能にする。

合焦対物レンズの重量相殺サスペンションの一例が、ＵＳ ５，３３６，２１５に記載されている。その文献では、対物レンズの重量は、対物レンズがフレーム中でそのフレームに対して移動可能に吊り下げられるスプリングシステムにより相殺される。

本発明は、レーザシステムの合焦対物レンズの重量相殺について確実かつ正確に機能する解決法を提供することを目的とする。

本発明によって、この目的のために、レーザシステムの合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションが提供され、前記合焦対物レンズの重量を相殺する反力成分を発生するための力発生装置と、前記反力成分を前記合焦対物レンズに伝達し、前記合焦対物レンズの上下方向への補償動作を可能とする伝達装置と、前記合焦対物レンズの上下方向への補償動作を行う際に、前記合焦対物レンズの光軸が、少なくとも空間におけるその向き、及び好ましくは空間におけるその位置を維持するように、前記合焦対物レンズを移動誘導するための誘導装置とを具備する。

誘導装置による合焦対物レンズの誘導は、対物レンズの上下方向への補償動作を行う際、対物レンズの光軸の好ましくない傾斜を防止する。「上下方向への補償動作」は、ここでは、レーザシステムに対して上方または下方への合焦対物レンズの移動と解釈される。このため、対物レンズの補償動作にもかかわらず、光軸は、処理中の対象への、例えば、処理中の人間の目の光軸への指定の向きを保つ。ここで、原則、本発明は、いかなる利用目的、特にはいかなる物質（無機物を含む）へも作用するレーザシステムとともに使用されることができ、決して眼科利用の目的に限定されないことが指摘されるべきである。

力発生装置は釣り合いおもりを含むことができ、該釣り合いおもりの質量が反力成分の少なくとも一部、特には全てを発生するために用いられる。釣り合いおもりは単一の釣り合いおもり部材からなるものとすることができ、又は、もう一つの選択肢として、例えば、変更可能な数で、又は／及び、お互いに対して変更可能な位置で用いられることができる、複数の（少なくとも２つの）独立したおもり部材からなるものとすることができる。この独立したおもり部材は、また、一つの全体のおもりに結合されることができ、その全体のおもりから個別に外されることができる。釣り合いおもりのこれらのような変動によって、特に正確に重量相殺の重さの差し引きが可能である。

さらに、本発明の範囲において、少なくとも一つの弾性部材による反力成分の発生部は、除外されるべきではない。有効な力が距離に依存する（弾力は弾性部材の変形状態に依存する）という、弾性部材にしばしば関連する不便があるため、力発生装置は、弾性部材のみによって反力成分を発生するというものではないことが好ましい。しかし、例えば所望の力−距離依存状態を意図的に満たすように、釣り合いおもりと１つ以上の弾性部材を組み合わせることも、あり得る。

伝達装置は、一方側に反力成分が作用し、他方側に合焦対物レンズの重量が作用する、ロッカーの形状であることが好ましい。機能的には、ロッカーは、はかりのさおと比較されうる。

例えば、ロッカーは、少なくとも１つのレバー本体と、対物レンズに接続された一方のレバーアームと、力発生装置に接続された他方のレバーアームとから形成される。２以上の上記レバー本体は、ロッカーを形成するために、隣接して、平行に、距離を置いて設置できることが理解される。レバー本体における力発生装置の着力点は、レバー本体において作用する回転力を調節するように、レバー本体に沿って調節可能にすることができる。通常、好ましくは、ロッカーにおける力発生装置の少なくとも１つの着力点は、ロッカーの旋回軸からの距離について調節されることができる。

反力成分の少なくとも一部を発生させるために、ロッカーの一方側（すなわち、一方のレバーアーム）に用いられる釣り合いおもりの使用は、合焦対物レンズの全操作上で要求される動作の進行で、発生した反力成分の最大限可能な安定性を得ることができるという利点がある。釣り合いおもりの重心をロッカーに対して故意に変位させることにより、サスペンション装置の力−距離特性カーブが最終的に設定されることができる。これにより、不可分の釣り合いおもりを用いた場合でさえ、重さの差し引きが可能となる。一方、力発生装置が少なくとも１つの弾性部材を含む場合には、弾性部材の着力点はレバーに沿って又はロッカーに沿って可動であるため、弾性部材のスプリングに似た典型的な力−距離特性に加えて、サスペンション装置の力−距離特性カーブが設定される。

合焦対物レンズは、ロッカーの旋回軸と距離を置いて平行にのびる回転軸まわりでロッカーに対して回転できるように、ロッカーに支持されたものであることが好ましい。対物レンズの光軸の空間的な位置の安定性のためには、ロッカーでの合焦対物レンズの支持が、ロッカーの旋回軸まで可変距離で離れたものであることが望ましい。ロッカーが傾いた場合には、その際同時に合焦対物レンズが移動し、ロッカー軸からの距離の変化が生じる。このように、対物レンズは円軌道に沿って移動する代わりに、上下に直線に沿って移動可能であり、すなわち、処理中の対象に対して、対物レンズの横方向の位置（横方向とは対物レンズ軸に対して直角の方向であることを意味する）を維持する。

ロッカーの旋回軸受けは、低摩擦形状であることが好ましく、例えば、樹脂滑り軸受け又は転がり軸受けを用いて実施可能である。低摩擦は、上乗せされた摩擦力によりサスペンション装置の有効な力−距離特性が歪曲することをできる限り避けるためには、望ましい目標である。

好ましい実施形態では、合焦対物レンズが、自由に移動できるようにロッカーの支持表面機構で支持される。特に、支持表面機構は、対物レンズがロッカーにしまりがない状態で配置されるような形状にできる。支持表面機構は、例えば、ロッカーの少なくとも１つのレバー本体の少なくとも１つの縦のくぼみ（そこに対物レンズが適切な支持ピン又は他の支持構造ではめ込まれることができる）とすることができる。例えば、そのくぼみは、上に開いており、又は／及び、対物レンズの支持構造がくぼみに前又は後ろからはめこまれるように、（対物レンズが固定された該当するレバーアームの長手方向範囲に対して）前又は後ろに開いたものとすることができる。

支持表面機構は、もう一つの選択肢として、例えば、１以上の囲った長い穴を配置したものとすることができ、対物レンズが適切な支持突起により各々の長い穴にはまることが理解される。変更に従って、支持表面機構は、対物レンズ上に形成可能で、支持表面機構に支持されるための適切な支持構造がロッカー上に形成可能であることも理解される。

いかなる場合にも、ロッカーの旋回動作の間にロッカーに対して対物レンズが回転することを可能にするのみではなく、対物レンズの回転軸とロッカー軸の間の距離が半径方向に（ロッカー軸に対して半径方向に）変化させることができるように、対物レンズがロッカーで支持されることが好ましい。

誘導装置は、合焦対物レンズの光軸に平行な誘導方向の直線状のガイドの形であることが好ましい。誘導装置は、合焦対物レンズの上下方向への補償動作の際に、合焦対物レンズが光軸に対して横方向に移動することを防止する誘導構造を有することが好ましい。これは、空間で対物レンズの位置を安定させることに有効である。

例えば、誘導装置は、リニア軸受けと、それで誘導されるスライドを具備することができる。スライドは合焦対物レンズに固定できる。リニア軸受けは少なくとも１つの誘導溝も含むことができる。スライドは、少なくとも１つの誘導突起も有し、該誘導突起は、スライドの水平方向の動作を避けるように誘導溝と連携するよう設置される。これにより、垂直方向の合焦対物レンズの誘導が可能となり、合焦対物レンズの光軸が、初期位置に対して合焦対物レンズの補償動作を行う際に、その配置と位置を維持できる。この目的のために、誘導溝は、誘導突起がはまる逃げ溝で形成可能である。

もう１つの観点によれば、本発明はレーザシステムを提供し、このレーザシステムは、
好ましくはパルスレーザ照射のレーザ照射源と、
光軸を有し、レーザ照射の焦点を合わせるための合焦対物レンズと、
レーザ照射を用いた作業が行われる対象上に設置されるためのレーザ照射に透明な接触部を備え、合焦対物レンズの照射口側に配置され、好ましくは分離可能に連結されたインターフェースユニットと、
合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションのための、特に、上記タイプのサスペンション装置とを具備し、該装置は、２つのロッカーアームを有し、レーザシステムのロッカー軸まわりに旋回されることができるようにハウジング部材に支持されたロッカーを備え、合焦対物レンズは、ロッカー軸に平行な回転軸まわりに、ロッカーに対して回転可能なようにロッカーアームの一方に支持され、他方のロッカーアームには、合焦対物レンズの重量の少なくとも主な部分を相殺する反力成分を生じる釣り合いおもりが取り付けられ、前記装置は、さらに合焦対物レンズをその光軸に沿って直線的に移動誘導する誘導装置を備えたものである。

以下、添付の図をもとに、本発明をさらに説明する。図１は、概略的で縮尺通りではないが、角膜又は人間の目の他の組織部分の切開を行うためのレーザシステムの実施形態を示す。

全体が１０と示されているレーザシステムについて、「出力ステージ」のみが図中に示されており、すなわち、基本的には、照射口側に配置された対象アダプター１３を備えた合焦対物レンズ１２のみ示される。合焦対物レンズ１２は、サスペンション装置１４によって、重量相殺され、かつ、移動可能につり下げられている。ここで「重量相殺」と記載した場合には、対物レンズ１２の重量の少なくとも主な部分の相殺を意味する。対物レンズの重量の非常にわずかな残りの部分は、例えばわずかなニュートンの重みの１０倍、相殺されずに残りうる。さらに詳細には示さないが、合焦対物レンズ１２は、レーザシステム１０により供給されたレーザ照射の光線のアフォーカルビームの焦点を、切開される目の組織内の焦点位置に合わす。用いられるレーザ照射は、例えば、フェムト秒範囲のパルス持続時間と、低赤外領域内（例えば、約１０００−１１００ｎｍ）の波長、又は、ＵＶ範囲内の、好ましくは約３００ｎｍを超える波長とを有する。

図１に示された実施形態におけるサスペンション装置１４は、釣り合いおもり１６を備えた力発生装置を有し、釣り合いおもり１６は、垂直方向重量成分Ｇを発生し、それにより合焦対物レンズ１２の重量が少なくとも部分的に相殺されることを目的とする。サスペンション装置１４は、さらにロッカー１８の形の伝達装置を具備し、ロッカー１８は、図１におけるその右側末端に分離可能に釣り合いおもり１６が結合され、一方図１の他方の左側末端には、合焦対物レンズ１２との分離可能な結合のための軸受け座２０を備える。釣り合いおもり１６は、ロッカーの適切なレバーアームに沿って移動可能で、それにより、釣り合いおもりの有効な着力点Ｋひいては有効な反力モーメントが変化されうる。

ロッカー１８が、対物レンズ１２の適用位置と釣り合いおもり１６の適用位置との間の距離で、旋回軸Ｘまわりに回転することができるように、ロッカー１８はベアリング２２によって支持される。ベアリング２２は、概略的に示された支持部２３に、１以上の接続チーク２１を介してロッカー１８を支持し、支持部２３自体は、固定された状態で又はレーザシステム１０の他の構成部品に対して移動可能に設置されうる。

ロッカー１８は、例えば、長方形の、特には基本的に直線状のレバーロッド１９を有することができ、レバーロッド１９の一端には対物レンズ１２が連結され、他端には釣り合いおもり１６が連結される。意図的に、２つの上記レバーロッド１９が、お互い平行に、対物レンズ１２の両側（すなわち、図１の表示方向において、対物レンズ１２の後ろと前）に配置される。しかし、更なる説明において１つのレバーロッドのみについて述べるが、以下の説明は両方のレバーロッドに同様にあてはまる。

示した例では、上記した軸受け座２０は、レバーロッド１９の横方向に形成されたくぼみ２４（点線で示す）で形成され、くぼみ２４は、２以上の側面に開いており、図中では、上方と左向きに開いている。このくぼみ２４の底面２４ａは、対物レンズ１２から横方向に離れて、くぼみに突き出た垂直ジャーナル２６のための支持面を形成する。合焦対物レンズ１２は、垂直ジャーナル２６を介してレバーロッド１９にしまりがなく置かれている。ロッカー１８が旋回する際、対物レンズ１２がロッカー１８に対してジャーナル軸まわりに回転されるだけでなく、垂直ジャーナル２６も、軸受け座２０内で動かされる。この移動によって、旋回軸Ｘからの垂直ジャーナル２６の半径方向距離が変化する。これにより、対物レンズ１２の上下方向の移動にもかかわらず、空間における、光学上の対物レンズ軸Ｏの位置と方向が変化しないように維持できる。軸受け座２０における垂直ジャーナル２６の移動が、できる限り摩擦無しで行われるように、例えば、垂直ジャーナル２６が、くぼみ２４の底面２４ａ上で転がるリング２８を、滑り軸受け又は転がり軸受け上に備えることができる。

サスペンション装置１４は、合焦対物レンズ１２の垂直方向の直線的な誘導のための誘導装置も具備する。軸受け座２０において垂直ジャーナル２６が移動する可能性は、対物レンズ１２が動く際、対物レンズ軸Ｏを空間で一定位置にするための前提となるが、誘導装置が、対物レンズ軸Ｏが実質的に傾斜しないことを、かつ、（軸Ｏに対して）横方向に移動しないことを確保する。

示された実施形態における誘導装置は、合焦対物レンズ１２に対して固定されたリニア軸受け３０と、リニア軸受け上で誘導され、合焦対物レンズ１２に固定されたスライド３２とを具備する。リニア軸受け３０には、逃げ溝の形で、スライド３２の誘導突起３６とかみ合う誘導溝３４が設けられる。誘導突起３６は、図１に示す実施形態における断面ではＴ形であり、誘導突起３６の２つのＴサイドアーム３６ａは、リニア軸受け３０から離れるように（図１では右方向に）合焦対物レンズ１２が水平（横方向）移動することを防ぐように、アンダーカット誘導溝３４とかみ合う。さらに、アンダーカット誘導溝３４へのＴサイドアーム３６ａのはめ合いは、合焦対物レンズ１２が傾かないことを確保する。合焦対物レンズが、誘導装置によって特定の向きに常に保持される。

誘導溝３４への誘導突起３６のはめ合いは、垂直方向への合焦対物レンズ１２の必要な移動の進行を確保する垂直方向への十分な遊びを提供する。

対象アダプター１３を備えた合焦対物レンズ１２が、処理される目（不図示）の上に配置された際、合焦対物レンズ１２は、目によって生じるわずかな逆圧によって垂直上方へそらされることができる。この合焦対物レンズ１２の相殺動作を行う際、ロッカー１８がロッカー軸Ｘまわりに時計回りに回転する間、垂直ジャーナル２６はくぼみ２４の底面２４ａに沿って回転することにより（あるいは、滑ることにより）移動し、同時に対物レンズ１２が垂直ジャーナル２６の軸まわりにロッカー１８に対して回転する。その一方、仮想の仮定的な場合として、合焦対物レンズ１２がロッカー１８に強固に結合された場合、合焦対物レンズ１２の上下方向への移動が、光軸Ｏの傾斜をもたらす。しかし、示された実施形態では、ロッカー１８における対物レンズ１２の可動支持と、リニア軸受け３０による対物レンズ１２の直線的な誘導により、そのような傾斜は排除される。

Claims (9)

1. レーザシステム（１０）の合焦対物レンズ（１２）の可動な重量相殺サスペンションのための装置であって、
   前記合焦対物レンズ（１２）の重量を相殺する反力成分（Ｇ）を発生するための力発生装置と、
   前記反力成分（Ｇ）を前記合焦対物レンズ（１２）に伝達し、前記合焦対物レンズの上下方向への補償動作を可能とする伝達装置と、
   前記合焦対物レンズ（１２）の上下方向への補償動作を行う際に、前記合焦対物レンズの光軸（Ｏ）が、少なくとも空間におけるその向き、及び好ましくは空間におけるその位置を維持するように、前記合焦対物レンズを移動誘導するための誘導装置とを具備するものであることを特徴とする装置。
2. 前記力発生装置が、釣り合いおもり（１６）を含み、該釣り合いおもりの質量が前記反力成分の少なくとも一部、特には全てを発生するように用いられるものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記伝達装置が、一方側に前記反力成分が作用し、他方側に前記合焦対物レンズ（１２）の重量の少なくとも一部、特には全てが作用する、ロッカーの形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記ロッカーにおける前記力発生装置の少なくとも一つの着力点（Ｋ）が、前記ロッカーの旋回軸（Ｘ）からの距離について調節されることができるものであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記合焦対物レンズ（１２）が、前記ロッカーの旋回軸（Ｘ）と距離を置いて平行にのびる回転軸まわりで前記ロッカーに対して回転できるように、前記ロッカーに支持されたものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の装置。
6. 前記ロッカーでの前記合焦対物レンズ（１２）の支持が、前記ロッカーの旋回軸（Ｘ）まで可変距離離れたものであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記誘導装置が、前記合焦対物レンズ（１２）の前記光軸（Ｏ）に平行な誘導方向の直線状のガイドの形であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記誘導装置が、前記合焦対物レンズの上下方向への補償動作の際に、前記合焦対物レンズが前記光軸（Ｏ）に対して横方向に移動することを防ぐ誘導構造を有するものであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. レーザシステム（１０）であって、
   好ましくはパルスレーザ照射のレーザ照射源と、
   光軸（Ｏ）を有し、前記レーザ照射の焦点を合わせるための合焦対物レンズ（１２）と、
   前記レーザ照射を用いた作業が行われる対象上に設置されるための前記レーザ照射に透明な接触部を備え、前記合焦対物レンズの照射口側に配置され、好ましくは分離可能に連結されたインターフェースユニットと、
   前記合焦対物レンズの可動な重量相殺サスペンションのための、特に、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の装置とを具備し、該装置は、２つのロッカーアームを有し、ロッカー軸（Ｘ）まわりに旋回されることができるように前記レーザシステムのハウジング部材に支持されたロッカーを備え、前記合焦対物レンズは、前記ロッカー軸に平行な回転軸まわりに前記ロッカーに対して回転可能なように、前記ロッカーアームの一つに支持され、他方の前記ロッカーアームには、前記合焦対物レンズの重量の少なくとも主な部分を相殺する反力成分を生じる釣り合いおもり（１６）が取り付けられ、前記装置は、さらに前記合焦対物レンズをその前記光軸に沿って直線的に移動誘導する誘導装置を備えたものであることを特徴とするレーザシステム。
   

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