JP2015531273A - 光の光学特性を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

術野を照射するための外科手術用器具は、全内部反射によって光を伝送するための光学導波管を有する。１つ以上の制御要素が、光学導波管上に配置される。制御要素は、光学導波管から光を抽出し、抽出された光の第１および第２の光学特性を制御する。別の外科手術用器具は、全内部反射によって光を伝送するための第１および第２の光学導波管を含む。前記光学導波管が互に対して移動可能かつ枢動可能であるように、結合要素が、両光学導波管に取り付けられる。

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６１／７０５，０２７号（２０１２年９月２４日出願、（代理人事件番号４０５５６−７２６．１０１））の非仮出願であり、該出願の利益を主張する。該出願の全内容は、参照により本明細書に引用される。

術者が、標的面積をよりはっきりと観察することを可能にする、標的面積の照射は、困難であり得る。ヘッドランプまたは壁搭載型ライトによって提供される外部照明は、一定の調節を要求し、依然として、標的面積内に望ましくない陰を投じ得る。加えて、これらの照射方法は、深部にあり、かつ表面のはるか下方に配置される標的面積を照射可能ではない場合がある。光ファイバが、標的面積を照射するのに役立てるためのツールに結合され得るが、光ファイバシステムは、光を伝送する際、非効率的であり得、結果として生じる光損失は、標的面積に送達される光の量を大幅に低減させる。光伝送の非効率性を克服する試みが、強力な光源を提供することによってなされ得るが、これは、過剰な熱発生をもたらし得、ある場合には、火災をもたらす。作業面積の適正な照射を提供することに関連付けられた課題に加え、照射システムは、そうでなければ、ツールのため、術者の手のため、または別様に、作業面積を視覚化するために必要とされる有意な体積を占有せずに、狭小空間にアクセス可能でなければならない。照射デバイスおよびシステムはまた、使用されるツールと協働し得るように相互作用し、それらが使用される空間に適合可能でなければならない。

したがって、依然として、光を効率的に送達し、高品質の光を提供して、作業面積を照射する、改良された照明デバイスおよびシステムの必要性がある。そのような照明デバイスおよびシステムは、好ましくは、作業面積内に容易に位置付けられ、ほとんど空間を占有せずに、その面積に適合し得るように、薄型である。好ましい実施形態では、照明デバイスおよびシステムは、外科手術用途において、術野を照射するために使用され得、かつ組織を作業面積から離して保つ開創器または術野から望ましくない流体および残骸を除去する吸引ワンド等の他の外科手術用器具と協働し得るように使用され得る。これらの目的の少なくともいくつかは、本明細書に説明される例示的実施形態によって充足されるであろう。

本発明は、概して、ある面積を照射するための器具に関し、好ましくは、術野を照射するための器具に関し得る。

本発明の第１の側面では、術野を照射するための外科手術用器具は、全内部反射によって、光学導波管の近位端から光学導波管の遠位端に光を伝達するための光学導波管を備えている。光学導波管は、正面表面と、背面表面とを有する。外科手術用器具はまた、光学導波管から光を抽出し、独立して、抽出された光の２つ以上の光学特性を制御する、正面表面および／または背面表面上に配置されている１つ以上の制御要素を有する。制御要素は、導波管上の表面特徴であり得、したがって、また、本明細書では、表面特徴とも称され得る。しかしながら、これは、限定を意図するものではなく、したがって、制御要素は、表面特徴である必要はない。

光学導波管は、非光ファイバ導波管であり得、単一同種材料から形成され得る。１つ以上の制御要素は、正面表面上に配置されている第１の表面特徴および背面表面上に配置されている第２の表面特徴を備え得る。２つ以上の光学特性は、第１および第２の光学特性を備え得る。第１の光学特性は、第１の方向または第１の発散角度を備え得、第２の光学特性は、第２の方向または第２の発散角度を備え得、第１の表面特徴は、抽出された光を第１の方向または第１の発散角度に制御し、第２の表面特徴は、抽出された光を第２の方向または第２の発散角度に制御する。１つ以上の制御要素は、正面表面上に配置されている１つ以上の正面制御要素と、背面表面上に配置されている１つ以上の背面制御要素とを備え得る。正面制御要素は、第２の光学特性を制御する１つ以上の背面制御要素から独立して、第１の光学特性を制御し得る。１つ以上の制御要素のうちの少なくともいくつかは、第１および第２の光学特性の両方を制御し得、正面または背面または両表面上に配置され得る。第１の制御要素は、第２の制御要素と異なり得る。１つ以上の制御要素は、プリズムパターン、複数のファセット、またはレンチキュラーレンズを備え得る。

プリズムパターンは、厚さと、ライザおよび出射面と、ライザの上部から出射面の底部に延びる深度を有する溝とを備え得る。溝深度は、光学導波管の厚さの１／３未満であり得る。溝深度は、プリズムパターンに沿って一定であり得る。光学導波管は、複数の溝を備え得、複数の溝は、非球面式に適合し得る。プリズムパターンは、１ｍｍより小さいピッチを有し得、ライザは、０度〜２５度のライザ角度を有し得る。出射面は、０度〜２５度の出射面角度を有し得る。プリズムパターンは、光学導波管の縦軸に直交し得る。

制御要素は、正面または背面表面上に配置されている複数のファセットを備え得る。１つ以上の制御要素は、光学導波管の縦軸と平行であり得る、レンチキュラーレンズを備え得る。光学導波管の正面表面は、実質的に平面的であり得、背面表面は、ピッチおよび半径を有する、凹面または凸面レンチキュラーレンズを備え得る。ピッチおよび半径は、光学導波管の縦軸に対して、レンズを通して抽出された光の側方発散を制御し得る。

光学導波管は、縦軸を備え得、第１の方向は、縦軸を横断し得る。第１の光学特性は、第１の方向または第１の発散角度を備え得、第１の方向または第１の発散角度は、縦軸を横断し得る。第１の方向または第１の発散角度は、縦軸に対して角度を形成し得る。第２の光学特性は、第２の方向または第２の発散角度を備え得、第２の方向または第２の発散角度は、第１の方向を横断し得る。第２の方向または第２の発散角度は、縦軸に対して発散角度を形成し得る。

１つ以上の制御要素は、縦軸を横断する方向に光抽出を制御するために、光学導波管の縦軸と平行に配向されている第１の表面特徴群と、縦軸に対して角度を形成する方向に光抽出を制御するために、縦軸を横断して配向されている第２の表面特徴群とを備え得る。第１および第２の表面特徴群は、互に光学導波管の同一の表面上に配置され得る。１つ以上の制御要素は、第１の方向および第１の方向と反対の第２の方向に配向されている特徴の組み合わせから形成されている表面特徴を備え得る。制御要素は、正面表面または背面表面上に配置されている１つ以上の突起またはピローを形成し得る。１つ以上の突起は、抽出された光を２つの方向または２つの発散角度に制御する。光学導波管の正面または背面表面は、導波管から抽出された光の発散角度を制御するための凸面または凹面領域を備え得、正面または背面表面のうちの他方は、実質的に平面的であり得る。光学導波管は、１つ以上の表面特徴によって抽出されなかった残りの光を捕捉するための角度付けられた遠位先端を備え得る。先端は、角度付けられる、平坦である、または他の構成を有し得る。加えて、先端は、プリズム、小型レンズ、ファセット、または光学導波管の遠位先端から出射する光を制御するための他の構成を含む、微細特徴等の表面特徴を有し得る。１つ以上の表面特徴は、正面表面上に配置されている表面特徴と、背面表面上に配置されている表面特徴とを備え得る。正面上の表面特徴は、第１の光学特性を制御し得、背面上の表面特徴は、第２の光学特性を制御し得る。コーティングまたはクラッディングが、正面または背面表面を覆って配置され得る。コーティングまたはクラッディングは、導波管の屈折率より低い屈折率を有し得る。

本発明の別の側面では、術野を照射する方法は、正面表面および背面表面を有する光学導波管を提供することと、光を光学導波管内に入力することと、全内部反射によって、光を光学導波管を通して伝送することとを含む。本方法はまた、光学導波管の正面または背面表面上に配置されている１つ以上の制御要素を介して、光学導波管から光を抽出することを含み、光学導波管から抽出された光を制御することは、１つ以上の表面特徴を用いて、抽出された光の少なくとも２つの光学特性を制御する。２つの光学特性は、光が術野を照射するように、２つの方向または２つの発散角度を含み得る。

光を入力することは、光学導波管を光源と光学的に結合することを含み得る。光学的に結合することは、光学導波管を光ファイバと結合することを含み得る。１つ以上の制御要素は、光学導波管の正面表面上のみまたは背面表面上のみに配置され得る。抽出された光を制御することは、光学導波管の縦軸に対して、抽出された光の水平および垂直発散を制御することを含み得る。

本発明の別の側面では、術野を照射するための外科手術用器具は、第１の光学導波管と、第２の光学導波管とを備えている。導波管は、全内部反射によって、光源から術野に光を伝送するために構成され、光学導波管は、術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する。外科手術用器具はまた、第１の光学導波管および第２の光学導波管の両方に取り付けられた結合要素を備えている。結合要素は、縦軸を有し、第１および第２の光学導波管は、互に対して移動可能であり、縦軸の周りに枢動可能である。

結合要素は、２つの光学導波管間の角度または曲率半径が調節可能であるように、第２の光学導波管に対して第１の光学導波管を位置付けることを可能にし得る。第１の光学導波管または第２の光学導波管は、正面表面または背面表面のいずれか上に配置される、１つ以上の制御要素を備え得、１つ以上の制御要素は、光学導波管から光を抽出し、抽出された光の第１の光学特性を制御する。１つ以上の制御要素はまた、光学導波管から光を抽出し、抽出された光の第２の光学特性を制御し得る。

外科手術用器具はさらに、内側および外側表面を有し、第１の光学導波管または第２の光学導波管に結合される、開創器ブレードを備え得る。第１および第２の光学導波管は、開創器ブレードの内側または外側表面あるいは順応性のある支持材等の任意の他の基板に適合し得る。開創器ブレードは、管状カニューレを備え得、第１または第２の光学導波管は、平面的かつ長方形形状の導波管を備え得る。第１または第２の光学導波管は、台形断面を備え得る。好ましくは、空隙が、導波管と開創器ブレードまたは他の基板との間に配置される。空隙は、光損失を防止するのに役立ち、本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて使用され得る。代替として、導波管より低い屈折率を有するクラッディングまたはコーティングが、導波管と開創器ブレードまたは他の基板との間に配置され得る。コーティングまたはクラッディングはまた、光損失を防止するのに役立つために使用され得る。本実施形態あるいは本明細書に説明される任意のコーティングまたはクラッディング実施形態では、コーティングまたはクラッディングの屈折率は、好ましくは、導波管の屈折率より低い。屈折率の例示的範囲は、約１〜約１．５である。

結合要素は、ヒンジ、フィルム、または可撓性継手を備え得る。第１または第２の光学導波管の正面または背面表面は、凸面または凹面であり得る。外科手術用器具はさらに、材料の基板層を備え得、第１および第２の光学導波管は、基板に取り付けられ得る。第１および第２の光学導波管は、材料の層内に配置され得る。空隙は、基板と第１または第２の光学導波管との間に配置され得る。第１および第２の光学導波管の各々は、光源と独立して結合され得る。別個の光ファイバが、第１および第２の光学導波管のそれぞれに結合され得る。外科手術用器具はさらに、第１または第２の光学導波管を覆って配置されている光学コーティングまたはクラッディングを備え得る。コーティングまたはクラッディングは、それぞれの光学導波管のそれより低い屈折率を有し、それによって、その中の全内部反射を向上させ得る。フィルムは、第１または第２の光学導波管を覆って配置され得る。フィルムは、光を抽出し、抽出された光を制御するための表面特徴を有し得る。フィルムは、抽出された光を偏光させ得る。第１の光学導波管は、光の光学特性を抽出および制御するための制御要素を備え得、第２の光学導波管は、光の光学特性を抽出および制御する制御要素を備え得る。外科手術用器具はさらに、光学導波管に結合され、光学導波管を所望の形状に保持するように適合されている安定化要素を備え得る。第１の光学導波管は、実質的に平面的であり得、第２の光学導波管は、凸面または凹面であり得る。第１の光学導波管は、第２の光学導波管と異なるサイズまたは形状を有し得る。外科手術用器具はさらに、その中に光を入力するための各光学導波管と光学的に結合されている１つ以上の光ファイバを備え得る。外科手術用器具はまた、その中に光を入力するための各光学導波管と光学的に結合されている単一の一体的に形成された入力ステムを有し得る。

本発明の別の側面では、術野を照射する方法は、術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第１の光学導波管を提供することと、術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第２の光学導波管を提供することとを含む。第１および第２の光学導波管は、結合要素を用いて一緒に結合される。本方法はまた、結合要素の周りに第１および第２の光学導波管を作動させ、光学導波管間の角度または曲率半径を調節することと、術野を光学導波管から抽出された光で照射することとを含む。

本方法はさらに、第１および第２の光学導波管の位置を固定し、それによって、それらの間の角度または曲率半径を固定することを含み得る。本方法はまた、光学導波管を外科手術用開創器ブレードと結合することを含み得る。

本発明のさらに別の側面では、可撓性照射付き外科手術用器具は、近位部分および遠位部分を有する随意の順応性のある支持材要素と、光ファイバ束と、非光ファイバ導波管とを備え得る。支持材要素は、複数の形状に操作され得、光ファイバ束は、近位領域と、遠位領域とを有する。光ファイバ束は、近位領域において円筒形形状であり、光ファイバ束は、遠位領域において平坦かつ平面的である。光ファイバ束は、順応性のある支持材に結合され得る。非光ファイバ導波管は、光ファイバ束と光学的に結合され、また、順応性のある支持材とも結合される。他の実施形態におけるように、空隙が、導波管と支持材要素との間に配置され得、またはクラッディングまたはコーティングが、光損失を防止するために、導波管に塗布され得る。

順応性のある支持材要素の遠位部分は、遠位部分がその近位部分より可撓性であるように、ヒンジ付き領域を備え得る。ヒンジ付き領域は、順応性のある支持材要素に沿って配置されている複数の切り込みを備え得る。器具はさらに、光ファイバ束の近位領域を覆って配置されている歪み緩衝体を備え得る。歪み緩衝体は、そのねじれを軽減するように適合される。器具はまた、光ファイバ束の近位領域と光学的に結合されている光学コネクタを備え得る。

本器具はさらに、光ファイバ束の周囲に圧着され、それによって、光ファイバ束を順応性のある支持材要素に結合する圧着要素を備え得る。スリーブが、光ファイバ束の遠位領域を覆って配置され、また、光学導波管の近位部分を覆って配置され得る。スリーブは、光学導波管と光ファイバ束を結合し得る。本器具は、順応性のある支持材要素の遠位部分に結合されるフレームを備え得る。光学導波管は、フレーム内に配置され得る。

順応性のある支持材要素は、その遠位部分に沿って配置されている窓を備え得る。窓は、光学導波管の一部を受け取るように構成され得る。光学導波管の近位部分は、順応性のある支持材の一部を係合するためのフランジ付き領域を備え得る。スタンドオフが、順応性のある支持材と光学導波管との間に配置され得る。スタンドオフは、光学導波管を通って進行する光の全内部反射を向上させるために、その間に空隙を形成する。光学導波管は、そこから光を抽出し、抽出された光の方向を制御するための表面特徴を備え得る。光学導波管はまた、導波管の光学特性を制御するためのコーティングまたはクラッディングを備え得る。コーティングまたはクラッディングの屈折率は、好ましくは、導波管の屈折率より小さい。

本発明のさらに別の側面では、作業空間を照射する方法は、順応性のある支持材要素に結合されている光学導波管を提供することと、支持材要素を所望の形状に形成することと、光学導波管を光源に結合することと、光学導波管から光を抽出することと、作業空間を照射することとを含む。支持材要素を形成することは、支持材要素を屈曲させることを含み得る。

本発明のさらに別の側面では、術野を照射するための外科手術用照射システムは、光を用いて術野を照射するための光学導波管と、ファイバ束内に配列される複数の光ファイバとを備えている。光学導波管は、光入力端を備え、光は、全内部反射によって、導波管を通して伝送される。ファイバ束は、光入力端に光学的に結合され、束内の複数のファイバは、好ましくは、直径７５０μｍを有するが、他のサイズであり得る。複数の光ファイバは、隣接するファイバがそれらの間に配置されている間隙空間を伴って互に係合するように、束内に配列される。ファイバは、ポリマーであり得、またはガラスであり得る。

複数のファイバは、六角形形状の外側周縁を有する束に配列され得る。複数のファイバは、直径７５０μｍを有し、約３．５ｍｍ直径束を形成するとき、１９本のファイバから成り得る。３本毎に隣接するファイバが、三角形を形成し得る。複数のファイバは、ファイバの３つの同心層に配列され得、またはファイバの複数の線形列に配列され得る。より多くのファイバが、より大きいサイズの束を形成するように組み合わせられ得る。

光学要素が、束と導波管の光入力端との間に配置され得る。光学要素は、レンズ、光学結合ゲル、中継ぎ棒、または中空コーティング円錐体を備え得る。光学結合要素は、一端における円形形状と、反対端における六角形形状とを有する本体を備え得る。束は、導波管の光入力端に突き合せ結合され得る。

本発明のこれらおよび他の側面ならびに利点は、以下の説明および付随の図面において明白である。

（参照による引用）
本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が、具体的かつ個々に、参照することによって組み込まれるように示される場合と同様に、参照することによって本明細書に組み込まれる。

本発明の新規特徴が、添付の請求項に詳細に記載される。本発明の特徴および利点のさらなる理解は、本発明の原理が利用される例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態および付随の図面を参照することによって得られるであろう。

図１Ａは、光学導波管からの光の抽出を図示する。

図１Ｂは、導波管に対する光抽出方向および発散角度を図示する。

図２は、例示的な水平に配向されたプリズム構造を図示する。

図３Ａ−４は、プリズム構造を有する、輪郭形成導波管の例示的実施形態を図示する。 図３Ａ−４は、プリズム構造を有する、輪郭形成導波管の例示的実施形態を図示する。 図３Ａ−４は、プリズム構造を有する、輪郭形成導波管の例示的実施形態を図示する。

図５Ａ−５Ｃは、片面にプリズム、反対表面にレンチキュラーを有する導波管の例示的実施形態を図示する。

図６は、ピロー状表面特徴を有する、導波管の例示的実施形態を図示する。

図７は、外科手術用開創器に結合される導波管を図示する。

図８Ａ−８Ｂは、管状外科手術用開創器に結合される導波管を図示する。

図９Ａ−９Ｄは、成形可能導波管の例示的実施形態を図示する。

図１０Ａ−１０Ｂは、開創器に適合し、そこに取り付けられる、成形可能導波管を図示する。

図１１Ａ−１１Ｂは、台形導波管区画から成る、成形可能導波管の例示的実施形態を図示する。 図１１Ａ−１１Ｂは、台形導波管区画から成る、成形可能導波管の例示的実施形態を図示する。

図１１Ｃは、湾曲導波管区画から成る、成形可能導波管の例示的実施形態を図示する。

図１１Ｄ−１１Ｅは、成形可能導波管の代替実施形態を図示する。 図１１Ｄ−１１Ｅは、成形可能導波管の代替実施形態を図示する。

図１２Ａ−１２Ｂは、成形可能導波管の例示的実施形態を図示する。

図１３は、成形可能導波管のための光入力部を図示する。

図１４Ａ−１４Ｂは、歪み緩衝体の実施形態を図示する。

図１５は、成形可能導波管上の光抽出表面特徴の使用を図示する。

図１６は、成形可能導波管上のコーティング、クラッディング、またはフィルムの使用を図示する。

図１７は、成形可能導波管を所望の構成に保持するための安定化部材の使用を図示する。

図１８−２２は、プリズム光抽出構造の種々の特徴を図示する。 図１８−２２は、プリズム光抽出構造の種々の特徴を図示する。 図１８−２２は、プリズム光抽出構造の種々の特徴を図示する。 図１８−２２は、プリズム光抽出構造の種々の特徴を図示する。 図１８−２２は、プリズム光抽出構造の種々の特徴を図示する。

図２３−２４は、レンチキュラー光抽出構造の種々の特徴を図示する。 図２３−２４は、レンチキュラー光抽出構造の種々の特徴を図示する。

図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。 図２５Ａ−２５Ｉは、別の成形可能光学導波管を図示する。

図２６は、三角形パターンにおけるファイバの装填を図示する。

図２７は、正方形パターンにおけるファイバの装填を図示する。

図２８は、略円形のファイバ束を図示する。

図２９Ａ−２９Ｂは、ファイバ束の別の例示的実施形態を図示する。

図３０Ａ−３０Ｂはさらに、図２９Ａ−２９Ｂの実施形態を図示する。

図３１は、平坦ファイバ束を図示する。

図３２は、別の平坦ファイバ束を図示する。

図３３は、例示的結合器を図示する。

多くの照射デバイスおよびシステムは、出力される光の制御をほとんど提供しない。例えば、光ファイバケーブルは、典型的には、遠位ファイバ先端から固定角度でのみ、光を半径方向に出力する。いくつかの光学導波管は、光学導波管１０から光１６の抽出を図示する図１Ａにおける実施形態等、より効率的に光を送達し、光抽出および送達をより効果的に制御することができる。光は、典型的には、外部光源に結合され得る光ファイバ入力部１２を用いて、光学導波管１０内に入力される。導波管は、導波管の外側表面上にプリズム表面特徴１４を含む。プリズム表面特徴１４は、導波管１０から光１６を抽出し、光１６を術野または他の標的面積等の作業面積に方向付ける。プリズム表面特徴は、米国特許出願公開第２００９／０１１２０６８号、第２００９／００３６７４４号、第２００８／０００２４２６号、第２００７／０２７０６５３号、第２００７／０２０８２２６号、および第２００６／０２６８５７０号により詳細に説明されており、その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。プリズム構造１４の角度およびピッチを制御することによって、光学導波管対から抽出された光の量対導波管の遠位先端から出射する光の量が、制御され得る。加えて、プリズム構造の角度およびピッチはまた、導波管から抽出された光の方向を制御する。図１Ｂは、導波管１０の縦軸１０ａに対して、抽出された光が成す角度αを図示する。したがって、光は、抽出され、導波管の縦軸に対して垂直に制御される。図１Ａにおけるプリズム構造１４から出射する光は、必然的に、側方または横方向に発散するであろう。この方向は、導波管の縦軸１０ａに対して水平または側方発散と称され得、図１Ｂでは、角度βであることが分かり得る。これらの光学導波管は、有望であるが、現在、光学導波管からのみ光を抽出し、それを一方向のみに作業面積に向かって方向付ける。光は、必然的に、他の方向にも発散する。作業面積のより効果的照射は、光を抽出し、それを２つの方向に方向付けることによって達成され得る。好ましくは、光は、光学導波管の縦軸に対して、垂直ならびに水平の両方で制御され得、さらにより好ましくは、光は、互から独立して、２つの方向に制御される。図１Ｂは、導波管１０から出射する光１６を図示し、垂直方向または角度αならびに光の水平または側方発散角度βを強調する。両方向または角度は、作業野のより優れた照明を提供するために、導波管上の表面特徴を用いて制御され得る。

輪郭形成光学導波管にプリズム構造を提供することは、光抽出の制御および２つの方向における方向付けを可能にする。例えば、図３Ａは、凹面内側表面３４と、凸面外側表面３６とを有する、光学導波管３２を図示する。図１におけるような水平に配向されたプリズムは、導波管の縦軸を横断する（また、縦軸に対して垂直とも称される）第１の方向に光を抽出および制御する。光学導波管の内側および外側表面の曲率半径もまた、調節され、それによって、導波管から抽出された光の側方または横方向発散（また、縦軸に対して水平方向または発散とも称される）を制御し得る。典型的には、曲率半径が小さいほど、光の発散は少なく、同様に、曲率半径が大きいほど、より多くの光が発散するであろう。図３Ａでは、光は、プリズム構造３８が配置される凸面外側表面のため、図１より多く側方に発散するであろう。図４は、輪郭形成導波管４２の類似実施形態を図示するが、プリズム構造４８が、凸面表面４４の代わりに、凹面表面上に配置される。したがって、図４では、抽出された光は、図１の実施形態より多く収束するであろう。凸面または凹面導波管が作成されるように導波管の形状または半径を調節することは、２つの方向における光の制御を可能にする。図３Ｂは、導波管３２ｂが、Ｄ−形状であり、水平プリズム３８ｂが、好ましくは、導波管の湾曲Ｄ−部分３３上に配置される、代替実施形態を図示する。したがって、プリズムは、抽出された光を垂直に制御し、Ｄ−形状は、水平発散を制御する。他の実施形態では、水平プリズムは、Ｄ−形状の平坦部分上に配置され得る。

導波管の輪郭形成は、図３ＢにおけるＤ−形状の導波管に関して見られるような単一レンチキュラーの形成をもたらし得る。複数のレンチキュラーはさらに、光の制御を可能にする。したがって、光を制御するように導波管を輪郭形成することに加え、垂直プリズムまたはレンチキュラー等の垂直に配向された表面特徴は、横向きの光の発散を制御するために使用され得る。したがって、水平構造を垂直構造と組み合わせることは、光が抽出され、２つの方向に制御されることを可能にする。水平および垂直構造は、導波管の片面上で組み合わせられ得るが、これは、横方向発散に限定された影響のみ及ぼす。したがって、導波管の片面上に水平構造と、導波管の反対表面上に垂直構造とを有することがより効果的である。

図５Ａ−５Ｃは、導波管の正面および背面の両方上に光抽出および制御特徴を有する、光学導波管５２の例示的実施形態を図示する。図５Ａは、導波管の背面表面上の垂直レンチキュラー特徴を強調する。水平プリズム構造５６が、正面表面上に配置される。したがって、プリズム構造５６は、光を抽出し、導波管の縦軸に対してその方向を垂直に制御し、垂直レンチキュラー５４は、光の横方向または水平発散を制御する。垂直レンチキュラーは、凸面または凹面形状であり得る。好ましくは、垂直レンチキュラーは、光の横向き発散を制御することに最大の影響を及ぼすため、凹面である。図５Ｂは、導波管５２の正面表面上の水平プリズム５６をより明確に図示し、図５Ｃは、導波管５２の背面表面上のレンチキュラー５４をより明確に図示する。

図６は、２つの方向における光の抽出および方向を制御するためのさらに別の導波管の例示的実施形態を図示する。導波管６２は、好ましくは、導波管の背面表面上に配置される（または、正面表面上に配置され得る）、水平および垂直に配向されるレンチキュラー６４を含む。水平および垂直レンチキュラーは、抽出された光を制御するための針山状突起を形成する。針山は、凸面または凹面であり得る。

（表面特徴構成）

本明細書に開示される導波管のいずれも、以下の例示的実施形態と同様または同一の幾何学形状および／または寸法を有する、光抽出特徴を有し得る。

（Ａ．プリズム構造）。プリズム構造の厚さ、ライザ角度、および抽出角度の無限の組み合わせが存在し、１つのサイズが、必ずしも、全てに適合するわけではない。正しい抽出表面サイズは、導波管の厚さ、抽出およびライザ表面角度、ならびに散乱による許容可能光損失を含む、いくつかの要因に依存し得る。

溝深度（ここでは、ライザの上部と出射面の底部との間の距離）は、好ましくは、部品厚の１／３〜１／５を上回らない。溝が深すぎる、すなわち、部品の総厚の１／３を上回る場合、塑性流れは、制限され得、高内部応力、反りにより、部品を射出成形することが難しくなり得、部品は、過剰に脆弱となり得る。例えば、１ｍｍ厚の部品の場合、溝深度は、好ましくは、０．３３ｍｍより深くならない。２．５ｍｍ導波管の場合、溝深度は、好ましくは、０．８３ｍｍより深くならない。図１８−１９は、プリズム光抽出構造内に階段ステップを形成する、ライザおよび出射面を図示する。各ステップは、ライザおよび出射面を有する。種々の参照線または平面が、ライザおよび出射面角度を測定するために使用され得る。例えば、部品の背面表面と平行な平面は、ライザ角度を測定するために使用され得、部品の上部表面に垂直な別の表面は、出射面角度を測定するために使用され得る。

溝深度は、任意の深度であり得るが、好ましくは、少なくとも以下の理由から、部品厚の１／３〜１／５である。各溝は、各々、半径を伴う頂部および谷部を有する。頂部の半径および谷部の半径は、部品を製作するために使用されるツールあるいは部品または金型を切断するために使用されるツールに基づいて、および／または部品の成形中の半径の充填特性に基づいて、決定される。したがって、溝の基部および頂部では、表面は、丸みを帯びている。射出成形の間等の部品の製作の間、ポリマーは、半径が小さすぎる場合、溝内に流動し、それを完全に充填することが困難であり得る。約５または６ミクロン以上の曲率半径が、頂部および谷部半径の両方に合理的である。頂部および谷部半径は、抽出特徴の寸法にかかわらず、固定されたままであるため、非常に小さい溝の場合、頂部および谷部半径は、溝のより大きな部分を占め、したがって、溝は、適切に充填されない場合がある。例えば、頂部および谷部上に５または６ミクロンの半径があり、２０ミクロンの溝があると仮定すると、１０〜１２ミクロンが、半径によって消費される。しかしながら、より大きい溝の場合、半径によって消耗される溝の割合は、わずかであり、したがって、溝の多くが、適切に充填されるであろう。例えば、溝が１ｍｍである場合、溝のほとんどが、半径によって消耗されない。

最小溝幅を決定するために、散乱の容認可能割合が、選択され、次いで、最小容認可能溝幅が、計算される。溝深度は、好ましい実施形態では、表面積の５％〜１０％以下が、溝頂部および谷部半径によって消費されるように十分に深くあるべきである。より少ない方が、実際には、好ましい。以下の実施例では、５％容認可能散乱が、使用され、好ましい溝幅は、溝幅として０．０６４ｍｍであると推定された。容認可能散乱は、好ましくは、約１％〜約５％の範囲であり、総溝幅に対する総ライザ半径および谷部半径の比率として定量化され得る。以下の計算は、５％散乱に基づくが、散乱の任意の値、好ましくは、１％〜５％の任意の値を使用して繰り返され得る。

以下の実施例は、プリズム構造の寸法に関連する種々の計算を例証する。固定ライザ角度１５度および抽出角度９０度（垂直）を伴う、単純溝を検討する。溝は、その基部における谷部半径、正しく形成された溝の長さ、および先端における頂部半径を有し、以下であると仮定する。
Ａ＝ライザ角度
Ｒｖ＝谷部半径＝０．００６ｍｍ
Ｒｐ＝頂部半径＝０．００６ｍｍ
Ｗ＝総溝幅
Ｈ＝溝高さ
Ｌ＝許容可能損失＝５％
Ｔ＝導波管厚さ＝１ｍｍ

式（１）、（２）、および（３）は、各溝の最小推奨長および高さの計算を可能にする。

したがって、本実施例では、溝深度は、０．３３ｍｍより小さく、かつ０．０６４ｍｍより大きくあるべきである。しかし、当業者は、これらの寸法は、限定であると意図されず、変化し得ることを理解するであろう。これらは、部品の総厚、ツール類および成形の質、散乱に対する容認可能損失、ならびにライザおよび抽出面の設計に応じて、変化することができる。

抽出特徴は、図１９に見られるように、ライザと、出射表面とを有する。ライザは、導波管の長さに沿って現れる、特徴の頻度を決定するために設計される。現在の好ましい設計の場合、特徴の各々の高さは、同一であり、したがって、ライザ角度が小さい場合、特徴の長さを長くさせるであろう。これは、特徴の長さが長いほど、導波管の長さに沿ったインチあたりの特徴が少ない（より小さいピッチ）ためである。長さに沿って特徴がほとんどないため、より多くの光が、押し下げられ、光の大部分は、導波管の面からではなく、遠位端から抜け出るであろう。ライザ角度が大きい（より大きいピッチ）場合、より多くの特徴が存在し、より多くの光が、より多くの近位特徴を用いて外へ出、下方の特徴へ遠位に下に向かってほとんどリサイクルしないであろう。したがって、導波管は、遠位先端からではなく、正面表面から外に出るより多くの光を有すると考えられるであろう。好ましい実施形態は、構造がデバイスの長さに沿って、均一にバランスのとれた出力を生成するような光抽出構造を伴う設計を有する。これは、導波管の任意の部分が遮断されると、他の部分が、遮断によって生成される損失を補償するために十分な照明を標的に提供するため、好ましい。

ライザは、導波管の背面表面または背面表面と平行な平面に対して測定され得る。好ましい実施形態では、ライザ角度は、−１６度〜７２度の範囲であろう（０．５５ＮＡ入力光源の開口数ＮＡと１．５３の導波管材料の屈折率とに基づく）。より好ましい実施形態は、さらに最適化されたライザ角度値１８度〜２４度を有する。１２度を下回ると、大部分の光は、遠位端に押し進められ、光のほとんどは、導波管の長さに沿って抽出されない。７２度は、臨界角であり、光は全て、ライザ表面から抽出されるであろう。好ましい実施形態は、ライザ表面からではなく、出射表面からのみ、光を抽出させる。

これらの角度は、図１９およびまた図２０にも説明される軸に基づく。ライザの臨界角は、以下のように定義される。
θ＝ライザ（角度φ_ｒを伴う）の臨界角の場所＝π／２＋φ_ｒ−ａｓｉｎ（ｎ_１／ｎ_２）
φ_ｒ＝ライザ角度
φ_ｃ＝臨界角＝ａｓｉｎ（ｎ_１／ｎ_２）
φ_ｎａ＝源の極半角＝ａｓｉｎ（ＮＡ）
ｎ_１＝空気の屈折率＝１．０００２９
ｎ_２＝光学デバイスの材料の屈折率、典型的には、１．３３〜２．０
θ＞φ_ｎａ

図１９からの出射表面は、光を標的に方向付けまたは向けるように設計される。本願に開示される導波管の好ましい実施形態の場合、出射面角度は、好ましくは、１°〜６５°の範囲である（０．５５ＮＡ入力光源の開口数ＮＡと１．５３の導波管材料の屈折率とに基づく）。より好ましい実施形態は、現在、１５°の出射面角度を使用する。これらの角度は、図２０に見られるように、導波管の上部または正面表面に垂直な垂直軸からのものである。角度が、臨界角に接近する場合、光は、特徴から抜け出ず、底部または遠位端に向かって押し下げられるであろう。

出射面に関する関係は、図２１に示される。比較的に平坦な角度が、概念を実証するために、図２１に示される。同一の角度関係は、ライザ角度にも当てはまる。しかしながら、角度は、ここでは、垂直に対して参照される。
θ＝出射面角度（角度φ_ｅを伴う）の臨界角の場所＝π／２＋φ_ｅ−ａｓｉｎ（ｎ_１／ｎ_２）θ＞φ_ｎａ
φ_ｅ＝出射面角度
φ_ｃ＝臨界角＝ａｓｉｎ（ｎ_１／ｎ_２）
φ_ｎａ＝源の極半角＝ａｓｉｎ（ＮＡ）
ｎ_１＝空気の屈折率＝１．０００２９
ｎ_２＝光学デバイスの材料の屈折率、典型的には、１．３３〜２．０
θ＞φ_ｎａ

したがって、抽出特徴の好ましい値（但し、限定として意図されない）は、以下であり得る。

１ｍｍ×７ｍｍ×２０ｍｍ導波管の場合、溝深度＝０．０６４ｍｍ〜０．３３ｍｍ。２．５ｍｍ×８ｍｍ×３０ｍｍ導波管の場合、溝深度＝０．０６４ｍｍ〜０．８３ｍｍ。ライザ角度範囲５°〜４５°、より好ましくは、０〜２５度。抽出角度範囲０°〜２５°。平坦なライザおよび深い深度は、最大溝幅またはピッチを作成するであろう。溝幅は、０．８３ｍｍ溝深度および５°ライザを伴う、２．５ｍｍ厚導波管の極端な場合に対して９．４８ｍｍであろう。急峻なライザおよび浅い深度は、最小溝幅またはピッチを作成するであろう。溝幅は、４５°ライザおよび０．０６４ｍｍ溝深度に対して他の極端な０．０６４ｍｍとなるであろう。好ましくは、溝深度は、導波管に沿って一定であるが、溝幅は、変動し得る。溝深度が可変である他の実施形態もまた、検討される。溝は、光が、類似様式において、抽出構造によって徐々に修正されるように、非球面であり得る。導波管はまた、好ましくは、表面特徴によって抽出されなかった残りの光を捕捉する、角度付けられた遠位先端を有する。導波管の他の好ましい角度（但し、限定として意図されない）は、以下の表に要約される。値は、屈折率１．５３、ＮＡ０．５５に基づく。

導波管は、図２２に見られるように、負の出射面角度を伴う抽出特徴を有し得る。しかしながら、これらは、概して、負の出射面角度が入力ステムを有していない導波管のために最適化されるときには使用されず、光源は、直接、特徴に突き合わさる。加えて、負の出射面角度を有することは、金型が、出射表面と平行に分離しなければならず（したがって、直接見える分割線を部品上に置く必要がある）複雑な成形プロセスのため処理が困難であるアンダーカット領域を作成する。デバイスと平行の可視分割線は、光がそれに衝打するとグレアを生成するであろう。本導波管の好ましい実施形態は、光伝搬と相互作用しない、分割線を有する。

したがって、要約すると、プリズム光抽出特徴は、以下を含み得る。

抽出特徴の高さ（または、溝深度）：特徴は、好ましくは、一定高さおよび可変幅を有する。高さは、製造能力に基づいて設計され、好ましくは、６４ミクロン〜部品の厚さの１／３の範囲であり得る。

導波管の遠位端は、さらなる光成形を提供し得る。平坦または角度付けられ、表面上に、光をより良好に混合するための小型レンズを伴うことができる。例示的遠位導波管端は、米国特許第８，０８８，０６６号に開示されており、その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

不感帯は、光が表面と相互作用しない、したがって、全内部反射が全くまたは実質的に存在しない、ステムまたは抽出部分に沿った面積である。これらの不感帯は、例えば、導波管を開創器ブレードに取り付けるために、機械的特徴をのり付けするために理想的場所である。光が不感帯内に存在しないので、光は、何かが導波管にのり付けされている場合、これらの場所から漏出しないであろう。不感帯はまた、米国特許第８，０８８，０６６号にさらに詳細に開示されており、その全内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

（Ｂ．レンチキュラーアレイまたは構造）。レンチキュラーアレイの目的は、導波管厚を変更せずに、光出力パターンを拡散させ、側方発散（また、導波管の縦軸に対して、水平方向とも称される）を制御することである。図２３は、２０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）パターンおよび５０ｍｍ×３０ｍｍパターンの一次角度の比較である。内側および外側長方形は、２つのパターンを表す。レンチキュラーアレイを伴わない平坦裏面の使用は、約２０ｍｍ幅×３０ｍｍ長さの出力パターンをもたらす。対角線は、導波管からパターンの右縁の中心までのベクトルを表す。これらの単純角度は、２０ｍｍ幅パターンを５０ｍｍ幅パターンにするためには、導波管の視野角が、少なくとも２６°拡張されなければならないことを実証する。

以下の幾何学形状は、レンチキュラーの機能を説明する。各レンチキュラーは、円筒形の一部である。光線が、源の開口数ＮＡおよび導波管の受け入れＮＡ（いずれか少ない方）内の種々の角度からレンチキュラーに衝突する場合でも、光は、直接、前方からレンチキュラーに衝突すると仮定する。しかしながら、平均光線は、直接、正面から発生するものとなるであろう。簡単な計算のためには、この１つの光線を用いて作業する方がより容易である。

以下の式（４）および（５）は、ピッチおよび曲率半径を含む、レンチキュラーの種々の側面を計算するために使用される。図２４は、式（４）および（５）に参照される種々の寸法を図示する。式中、以下である。
Ａ＝偏向角度＝２６．３度
Ａｒ＝Ａｉ＝反射角および入射角＝Ａ／２
ｄ＝レンチキュラー半幅
ｒ＝レンチキュラー半径
ｈ＝レンチキュラー縁の高さ（後に使用される）

数百万個のレンチキュラーを伴うレンチキュラーアレイは、光の最良混合を生成する。しかしながら、製造の現実は、各レンチキュラー間に小欠陥面積が存在するであろう。この欠陥面積は、主に、部品を切断するために使用されるツールの半径によって生じ、この半径は、固定されている。したがって、前述のプリズムまたは他の光抽出特徴におけるように、レンチキュラーサイズは、容認可能な散乱の量と結び付けられる。非常に小量の散乱が、本実施例では、仮定される。抽出特徴の場合、散乱光は、おそらく、標的平面上のいずれかの場所に当たり、依然として、有用であり得る。この場合、一部の散乱光は、おそらく、導波管の裏面または背面表面から出射するであろう。
Ｒｖ＝谷部半径＝０．００６ｍｍ
Ｌ＝散乱による許容可能損失＝１％
ｄ＝上記からのレンチキュラー半幅

これは、ｒの計算を可能にする。レンチキュラーの最小ピッチは、０．６ｍｍである。レンチキュラーの半径は、ピッチに依存する。このピッチの場合、曲率半径は、０．６８ｍｍである。最大ピッチおよび半径導波管を計算するために、所望の厚さが、レンチキュラーの頂部に維持される。したがって、レンチキュラー縁は、デバイス内に貫通するであろう。好ましい実施形態では、これは、製造上の理由から、導波管の総厚の約１／３を上回って、部品内に延在しない。

部品の幾何学形状から、
ｒ−ｈ＝ｔ／３ ｈ＝ｒｃｏｓ（Ａ_ｒ）、両方に対して解くと、以下となる。

ｔ＝１ｍｍおよびＡ＝２６．３度である場合、ｒ＝３．２２およびｄ＝７．２６ｍｍとなる。これは、最大溝ピッチである。本数は、非常に大きく、したがって、好ましい実施形態は、最小寸法の制約内で作用する。

レンチキュラーの典型的値は、以下を含み得る。

最小推奨ピッチ＝０．３ｍｍ。

曲率半径＝０．６８ｍｍ。

最大ピッチ＝１８．１ｍｍ、これは、導波管幅より大きく、したがって、実質的に、単一湾曲表面である。

最大曲率半径＝８．０５ｍｍ。

本明細書に開示される他の実施形態は、交差レンチキュラーアレイまたはピロー状アレイを含む。前述で使用される同一の分析は、これらの実施形態にも同様に適用されるが、それは、垂直ならびに水平方向の両方で行われなければならない。加えて、パターンの延長は、抽出特徴の角度を修正することによって、より効率的に達成されることが証明されている。本開示における導波管はまた、好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ厚である。依然として可能であるが、０．５ｍｍより薄いと、成形が困難となり、平坦に保つのが難しい。

（成形可能導波管）

図７は、外科手術用開創器ブレード７２に結合されている光学導波管７４を図示する。光ファイバケーブル７８が、外部源７９から導波管７４に光を送達する。導波管から抽出された光７６は、術野または他の作業空間を照射する。図８Ａは、組織を後退させ、円形術野を作成するためのカニューレ開創器８２を図示する。光学導波管８４が、術野を照射するために、導波管８２に結合され、カニューレの中心ボア内に配置される。図８Ｂは、湾曲導波管８６がカニューレ開創器８２に結合される類似実施例を図示する。図７および８Ａ−８Ｂの実施例では、導波管は、開創器の表面に平滑に適合しないか、または過剰な空間を占め、それによって、すでに小さい術野を限定し得るかのいずれかである。したがって、作業面積および／または任意のツールあるいは器具とより均等に適合し、かつ過剰な量の空間を占有しない、より薄型を有する、術野等の作業面積を照射するための導波管を提供することが望ましいであろう。

図９Ａ−９Ｄは、可撓性かつ成形可能な導波管の例示的実施形態を図示する。導波管９２は、ヒンジとして作用する可撓性材料９６で一緒に結合される、２つ以上の薄い光学導波管９４を含む。図９Ｂは、図９Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す。導波管は、図９Ｃに見られるように、湾曲形状等の種々の形状を形成するように屈曲させられ得、図９Ｄは、図９Ｃの上面図を図示する。したがって、多くの幅の狭い導波管を有することによって、アセンブリは、半円形または種々の多角形を含む、任意の形状を形成することができる、平滑曲線に成形され得る。形状は、ツールまたは他の外科手術用器具に合致するように調節され得、その２つは、一緒に結合され得る。

図１０Ａは、カニューレ開創器１００４の内側円形表面に適合するように成形された図９Ａ−９Ｄに図示される実施形態等の成形可能導波管を図示する。図１０Ｂは、同様に、湾曲開創器ブレード１００６の湾曲表面に適合するように成形された図９Ａ−９Ｄにおける実施形態等の成形可能導波管を示す。これらの実施形態は、２つの可撓性区分で一緒に結合された導波管の３つの区画を有する、成形可能導波管を示すが、当業者は、これは、限定として意図されず、導波管の４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上の区画等、任意の数が、一緒に組み立てられ、可撓性材料と一緒に保持され、成形可能導波管を形成し得ることを理解するであろう。

前述で開示される導波管は、長方形断面を有する。しかしながら、これは、限定として意図されない。他の実施形態では、断面は、図１１Ａ−１１Ｂに見られるように、台形であり得る。台形構成は、導波管間に自然拡張および収縮継手を作成する。図１１Ａは、シリコーン等の可撓性材料１１０６で一緒に結合される３つの台形導波管１１０４を有する、成形可能導波管１１０２を示す。成形可能導波管１１０２は、作業面積または任意の隣接するツールに適合するために、図１１Ｂにおけるように、線形構成から湾曲構成に成形され得る。台形構成は、導波管が、接合せずに、互に対して自由に枢動することを可能にする。導波管はまた、図１１Ｃにおけるような湾曲断面を有し得、成形可能導波管１１１０は、図１１Ａ−１１Ｂの実施形態におけるものより平滑な曲線が形成され得るように、ヒンジを形成する可撓性材料１１１４によって分離される、３つ以上の湾曲導波管区画１１１２を含む。

図１１Ｄおよび１１Ｅは、成形可能導波管の代替実施形態を図示する。本実施形態は、図１１Ａ−１１Ｂにおけるものに類似するが、主要な差異は、導波管区画が、隣接する区画間に可撓性材料を有する代わりに、可撓性支持材に固定されていることである。図１１Ｄは、各々が台形断面１１４４を有する区画化された導波管１１４２のアセンブリ１１４０を図示する。区画化された導波管は、シリコーンまたは任意の他の弾力的な材料等の可撓性基板層１１４６に取り付けられる。台形断面は、隣接する区画１１４２間に、アセンブリが、区画縁を接合せずに、他の構成に屈曲されることを可能にする、間隙１１４８を作成する。間隙は、好ましくは、三角形形状であり、区画の全長に平行に走る。図１１Ｅは、区画化された導波管のアセンブリ１１４０が、湾曲半円筒形形状の導波管に製造された例示的実施形態を図示する。個々の導波管区画またはアセンブリは、限定ではないが、光を抽出および制御するための表面特徴ならびに光入力特徴の使用を含む、本明細書に開示される特徴のいずれかを利用し得る。

導波管は、図９Ａに見られるように、隣接する導波管を分離する縦方向継目に沿って、一緒にそれらを結合する可撓性材料の薄い細長いビーズを有し得るか、または成形可能導波管１２０２は、図１２Ａに見られるように、可撓性材料の層１２０６内に封入される複数の導波管１２０４を有し得る。代替実施形態では、成形可能導波管１２１０は、図１２Ｂに見られるように、可撓性フィルムまたは接着剤テープ等の基板１２１４に取り付けられる、複数の導波管１２１２を有し得る。

光は、任意の数の方法で、成形可能導波管に送達され得る。例えば、図１３では、成形可能導波管１３０２は、ヒンジとして作用し得る、可撓性材料１３０６で一緒に結合される複数の導波管１３０４を含む。各導波管１３０４は、１つ以上の外部光源と光学的に結合されることができる、光ファイバ１３０８と結合される。光ファイバ１３０８は、導波管内の受光チャネルに接合され得るか、または導波管は、光ファイバ上にオーバーモールドされ得る。さらに他の実施形態では、光ファイバケーブル１３０８は、光源から導波管に光を伝送する、一体的に形成される入力ステムによって置換される。さらに他の実施形態では、単一光入力光ファイバケーブルまたは入力ステムが、光を成形可能導波管にもたらすために使用される。光学マニホールドが、次いで、アセンブリ内の各導波管区画に光を分配し送達するために使用される。

成形可能導波管は、作動および操作されるので、多くの場合、損傷を防止するために、歪み緩衝体を入力ステムまたは光ファイバ入力ケーブル上に提供することが望ましい。図１４Ａは、入力光ファイバ１４０４と、光ファイバへの損傷を防止するための歪み緩衝体１４０６とを伴う、成形可能導波管のうちの１つの導波管区画１４０２を図示する。歪み緩衝体は、シリコーン等の弾力的なポリマーであり得る。各個々の光ファイバ入力ケーブルは、その独自の歪み緩衝体を有し得るか、またはマニホールド歪み緩衝体が、図１４Ｂに見られるように使用され得、成形可能導波管１４１０は、可撓性材料１４１４で一緒に結合されるいくつかの導波管区画１４１２を含む。弾力的な材料のマニホールド１４１８は、光入力光ファイバケーブル１４１６毎の歪み緩衝体として作用する。

本明細書に説明される成形可能導波管内の導波管区画の任意のものは、光を抽出し、抽出された光の方向を制御するための表面特徴も有し得る。図１５は、前述のもののようなプリズム特徴１５０４を有する、導波管区画１５０２を図示する。表面特徴は、導波管区画の正面、背面、または任意の表面上にあり得る。本明細書に説明される表面特徴のいずれも、成形可能導波管から光を抽出および制御するために使用され得る。加えて、図１６は、成形可能導波管の導波管区画１６０２を覆って配置されているコーティング、クラッディング、またはフィルム１６０４の使用を図示する。コーティング、クラッディング、またはフィルムは、導波管区画内の光の全内部反射を助長するのに役立つ屈折率を有し得る。コーティングまたはクラッディングの屈折率は、好ましくは、導波管の屈折率より低い。屈折率の例示的範囲は、約１〜１．５である。さらに他の実施形態では、フィルムは、光を抽出および制御するのに役立つ、表面特徴を有し得る。加えて、コーティングまたはクラッディングに加え、または代わりに、空隙が、光損失を防止するために役立つように、導波管と任意の隣接する構造との間に配置され得る。

成形可能導波管が、所望の構成に操作されると、図１７に見られるように、安定化部材１７０８と結合され、その位置を保持し得る。ここでは、成形可能導波管１７０２は、可撓性材料１７０６で一緒に結合される複数の導波管区画１７０４を含む。これは、湾曲アセンブリに形成されており、安定化部材１７０８は、アセンブリを定位置に係止する。安定化部材は、接着剤、ねじ等の固定具、スナップ嵌め、または成形可能導波管に取り付けるために当技術野において公知の他の機構を使用し得る。

図２５Ａ−２５Ｉは、成形可能光学導波管２５０２の別の実施形態を図示する。本器具は、術野等の作業野に適合するように成形され得、または開創器のような外科手術用器具等のツールに適合するように成形され得る。図２５Ａは、成形可能導波管アセンブリ２５０２の上部斜視図である。導波管アセンブリ２５０２は、コネクタ２５０４と、歪み緩衝体２５０６と、圧着バンド２５０８と、光ファイバ束２５１０と、順応性のある支持材要素２５１６と、ヒンジ２５１８と、スリーブ２５２０と、非光ファイバ光学導波管２５２２とを含む。成形可能光学導波管アセンブリ２５０２の近位端は、成形可能光学導波管アセンブリ２５０２を光源と結合するために使用され得る、ＡＣＭＩ標準光学コネクタ２５０４等のコネクタを含む。返し付き継手または当技術野において公知のその他等、他のコネクタもまた、使用され得る。光ファイバ束２５１０は、コネクタ２５０４に結合され、光が、光源（図示せず）から、光学コネクタ２５０４を通して、非光ファイバ光学導波管アセンブリ２５２２に伝送されることを可能にする。歪み緩衝体２５０６は、光ファイバ束２５１０を覆って配置され、望ましくないねじれまたは光ファイバ束への他の損傷を防止し得る。光ファイバ束は、好ましくは、成形可能導波管の近位端において円筒形形状の束に構成され、フレア部分２５１２を伴い、フレア部分２５１２において、束は、その最終平坦平面構成２５１４に広がり、最終的に、非光ファイバ光学導波管２５２２と結合される。スリーブ２５２０は、光ファイバ束を光学導波管２５２２に接合するために使用される。非光ファイバ光学導波管２５２２は、光ファイバ束２５１４とともに、順応性のある支持材要素２５１６に結合される。圧着バンド２５０８は、光ファイバ束２５１４を順応性のある支持材要素２５１６に結合するのに役立つ。順応性のある支持材要素のヒンジ２５１８は、使用の間、好ましい形状への支持材要素の屈曲および操作を促進する。図２５Ｂは、成形可能導波管アセンブリ２５０２の底部斜視図を図示する。係合窓２４２４が、本図において見える。窓２５２４は、その遠位端近傍において、順応性のある支持材２５１６内に配置され、光学導波管２５２２が支持材２５１６と係合することを可能にする。ヒンジ２５１８は、両縁上の支持材に軸方向に沿った支持材２５１６からの一連の三角形切り欠きであり得る。ヒンジ２５１８は、支持材が、術者によって操作され、任意の所望の構成に屈曲することを可能にする。

図２５Ｃは、成形可能導波管アセンブリ２５０２の近位部分の特徴を強調する。光ファイバ束２５１０は、最初は、円筒形であり、次いで、外向きに２５１２、ファイバの平坦な長方形かつ平面の束２５１４に広げる。ファイバの平面束２５１４は、ファイバの全体的外形を縮小し、デバイスが占有する空間を最小にするのに役立つだけではなく、また光を光学導波管２５２２内に伝送し、充填するのにも役立つ。外側歪み緩衝体２５０６は、光ファイバ束のねじれを防止するのに役立ち、圧着バンド２５０８は、光ファイバ束および歪み緩衝体を順応性のある支持材要素２５１６上に結合する。

図２５Ｄは、成形可能導波管アセンブリの上面図であり、遠位部分を強調する。光ファイバ束２５１４は、光学導波管２５２２の近位端と結合され、それによって、光が光源から導波管に送達されることを可能にする、スリーブ２５２０内に位置付けられる。光ファイバ束２５１４の平坦平面配列は、導波管が、その近位端からの光で効率的に充填されることを可能にする。束内のファイバは、スリーブ内にまとめられ、整えられ得る。導波管は、好ましくは、シクロオレフィンポリマーまたはコポリマー等のポリマーから射出成形された非光ファイバ光学導波管である。したがって、光学導波管は、単一導波管であり、また、好ましくは、単一の同種材料から形成される。光学導波管２５２２は、同様に順応性のある支持材２５１６の遠位部分に結合される保持フレーム２５３０内に抱くように保持される。光学導波管２５２２は、長方形平面部分２５２８と、また、保持フレーム２５３０の周囲に嵌まり、それを定位置に固定するのに役立つ、拡大フランジ付き部分２５２６とを有する。これは、限定として意図されず、当業者は、光学導波管は、それを順応性のある支持材に固定するための他の構成および他の係合機構を有し得ることを理解するであろう。例えば、光学導波管から外向きに延びるフランジの代わりに、保持フレームが、光学導波管内の陥凹領域に係合するフランジを有し得る。光学導波管の近位端はまた、スリーブ２５２０内に固定される。いくつかの実施形態では、光学導波管は、光学導波管と保持フレームとの間に空隙を形成する、スタンドオフ２５２３を有し得る。図２５Ｈは、光学導波管上の例示的スタンドオフを図示する。空隙は、導波管と保持フレームとの間の接触が光損失をもたらすであろうため、導波管を通した光伝送効率を改善するのに役立つ。他の実施形態では、スタンドオフは、導波管の代わりに、保持フレーム上にあり得る。さらに他の実施形態では、スタンドオフは、保持フレームおよび導波管の両方にあり得る。

図２５Ｅは、底部斜視図を図示し、アセンブリ２５０２の遠位部分を強調する。前述のように、三角形切り欠き２５１８は、順応性のある支持材の屈曲を促進するために役立つ。他の切り欠きも、他の方向における屈曲を促進するために、順応性のある支持材内で使用され得る。本実施形態では、切り欠きは、支持材を凸面または凹面形状に屈曲することを促進する、ヒンジを形成する。支持材は、各々が異なる半径を伴う複合屈曲部を有し得る。支持材内の窓２５２４は、光学導波管の一部が、それを通して突出し、それによって、光学導波管および支持材の係合に役立つことを可能にする。

図２５Ｆは、光ファイバ束および光学導波管が除去された、順応性のある支持材２５１６の上部斜視図を図示する。本図は、支持材の平坦平面近位部分、切り込み付きヒンジ２５１８、および光学導波管のための保持フレーム２５３０をより明確に図示する。フレームは、光学導波管を保持するために、フレームの両側に一対のレールを含む。図２５Ｇは、平坦長方形部分２５２８と、フレームと係合するためのフランジ付き領域２５２６とを含む、光学導波管２５２２を図示する。成形可能導波管アセンブリは、本明細書に開示される他の特徴のいずれかを組み込み得。例えば、光学導波管は、本明細書に説明される光抽出特徴のいずれかを含み得る。光学導波管はまた、全内部反射によって、光伝送を向上させるため、またはそこから光を抽出するのに役立つため、または送達される光のタイプ（例えば、偏光、拡散光等）を制御するために、本明細書に開示されるコーティング、フィルム、または他の光学クラッディングのいずれかを含み得る。

図２５Ｉは、スリーブをより拡大して図示する。光ファイバ要素２５２１が、一端からスリーブ内に挿入され、次いで、エポキシ２５１９または別の材料を用いて、定位置にまとめられ得る。ファイバの端部は、次いで、スリーブ内で整えられることができる。ファイバの端部は、好ましくは、突き合わせられることができる光学導波管を受け取るためのレセプタクルを形成するために、次いで、光ファイバに対して、スリーブの反対端から凹所に置かれる。屈折率整合接着剤が、次いで、使用され、光学導波管をスリーブおよび光ファイバに取り付き得る。他の実施形態では、光ファイバは、スリーブの反対端と同一平面であり得、導波管は、単に、スリーブおよびファイバに対して突き合わせられ得る。

（光源との結合）

本明細書に説明される導波管の任意のものは、外部キセノンランプ等の遠隔光源に結合され得る。導波管は、同様に光源に結合される、光ファイバケーブルに結合され得る。光ファイバケーブルは、多くの場合、光ファイバの束である。好ましくは、ファイバ束は、束より高い開口数（ＮＡ）係数で放出し得る、源からの光を結合する。源の多くは、光源製造業者が、常時、どのケーブルが使用されることになるか把握しているわけではないので、より高いＮＡを伴う数値をもたらす。単純レンズおよび／またはレンズ反射表面が、光源の周囲またはその正面に取り付けられ得る（例えば、今日、最も広く使用されている源である、キセノン光源は、放物線または他の形状のミラーの焦点において格納される放電電球である。多くのキセノン光ボックスは、電球の正面にレンズを有し、ファイバ束に効果的に結合する）。ケーブル内に結合される光の量を最適化することは、いくつかの要因の考慮を要求する。そのうちの１つは、ケーブルに光源のＮＡを合致させることである。前述のように、これは、電球とケーブルとの間にＮＡを合致させる光学構成要素を設置することによって達成され得る。別の重要な要因は、ファイバ束の設計である。束を設計する場合に検討すべきいくつかの変数として、以下が挙げられる。

Ａ）束内の個々のファイバの装填比率および配列

Ｂ）ファイバ束内のコア対クラッディング比

Ｃ）フレネル損失および不整列損失。

（装填比率）

多くのファイバは、丸形に生産される。束に組み立てられると、個々の丸みを帯びた要素間に死空間が存在し、特に、束内に混乱が存在するとき、望ましくない装填束および伝送をもたらす。最良な場合のシナリオを考慮することによって、図２６に見られるような三角形パターンにファイバを装填することは、最小可能死空間を達成することを可能にする。この死空間は、その中心点に基づくファイバによって作成された三角形の面積２６０６によって除算された死空間２６０４によって計算され得る。図２６における例示的実施形態では、この比率は、９０．７％であり、これは、面積の９．３％が、円形ファイバ間で失われることを意味する。無限空間上にファイバを装填すること、または非常に細番手のファイバからの損失は、約９．３％以上の充填をもたらすであろう。

ここで、これを図２７に見られるような正方形パターンに積み重ねられたファイバ２７０２と比較すると、ファイバ２７０２の中心点によって画定される正方形２７０６の面積によって除算される死面積２７０４の比率は、７８．５％であると計算することができる。これは、円形間の面積の２１．５％が失われることを意味する。本計算は、以下に要約され、無限数のファイバに基づく。したがって、ファイバを三角形パターンに装填することは、ファイバ間の死面積を最小化するために最適な構成である。

三角形装填における死面積＝三角形面積［（２ｒ）^２√３］／３と円形の半分の面積との間の差異は、（πｒ^２）／２である。したがって、死面積＝［√３−π／２］ｒ^２であり、これは、０．１６１２５ｒ^２となる（ｒは、ファイバの半径である）。正方形装填の場合、死面積は、正方形面積（２ｒ^２）と円形の面積πｒ^２との間の差異として推定される。したがって、正方形装填の死面積は、（４−π）ｒ^２＝０．８５８４１ｒ^２であり、三角形装填をはるかに上回る。

（クラッディング面積）

ファイバは、コア自体より低い屈折率を伴うクラッディング（または、コアを覆うコーティング）を有していない限り、そのコア（ファイバの本体）上で光を誘導することは可能ではない。クラッディングは、多くの場合、透明材料から作製されるが、光は、誘導されず、失われる。医療用途において使用される従来の照射ファイバは、５５μｍ直径および５０μｍコアを伴う、ガラスから生産される。上記直径の２つの円形の面積差異の算出は、各ファイバが有するクラッディング面積から１７．４％の損失をもたらす。これは、最も高い可能なコア対クラッディング比率を有するファイバを識別することによって最小にされ得る。

（フレネル損失および不整列）

グスファイバは、１．５にほぼ等しい屈折率を有する。光が空気からファイバまたはファイバから空気に進むときの屈折率の不連続は、各界面において約４％損失、合計８％の原因となり得る（フレネル損失と呼ばれる）。１つのファイバが、別の束に接続されるとき、フレネル損失に加え、さらに、不整列からも損失を被る。ファイバが、０．５ｍｍ程度、縦方向に不整列となる場合、損失を最大１０％であることを概算し得る。

最良の場合のシナリオに基づいて、前述の損失を加算することによって、総損失は、総光の最大（９．３％＋１７．４％＋８％＋１０％）＝４４．７％まで増大するであろう。これは、束状ファイバケーブル（５０μｍ／５５μｍコア／クラッディンググスファイバから作製される）が被る損失の最良近似値である。したがって、ガラス束は、入力光の５５．３％超を伝送することは可能ではないであろう。

例示的実施形態では、ファイバをガラスからプラスチックに変更することによって、クラッディング面積損失を変化させることができる。７５０μｍプラスチックファイバ（市販されており、必要曲率に屈曲させるために十分に可撓性である）は、７３５μｍコアおよび１５μｍクラッディングを有する。クラッディング面積の変更は、ファイバ上の使用できない伝送面積を縮小させることによって、損失を１７．４％から３．９６％に減少させる。１０００μｍコア、または１５００μｍ、２０００μｍ、２５００μｍ、あるいは３０００μｍ直径等の他のファイバも、利用可能であり、ファイバ束を構築するために使用され得る。７５０μｍファイバの使用は、以下に論じられる。

７５０μｍの場合の総損失を計算することは、総面積に対するコアおよびクラッディングの面積比率を変更し、他の損失源を変更しないことによって、簡単に行われ、総損失は、９．３％＋３．９６％＋８％＋１０％＝３１．３％であると推定される。したがって、伝送は、最大６８．７％となるはずである。これは、前述のガラス５０μｍ／５５μｍファイバから前述のプラスチック７５０μｍ／７３５μｍプラスチックファイバに切り替えることによって達成され得る、最大利得である。コア直径２４０μｍおよび外径２５０μｍを伴う２５０μｍプラスチックファイバの場合の同一の計算を行うと、損失面積は、７５０μｍファイバの３．９６％に対して、７．８％であると推定される。したがって、７５０μｍプラスチックファイバは、所望の効率を提供し、これはまた、照射システムを熱的に低温に保つのに役立つ。

次に、有限サイズ束の効果が、束状ケーブルに沿った光の伝送を最大化する設計とともに推定される。第１の目標は、最良装填方式を決定することである。前述のように、ほとんどのファイバが丸形であるので、束を積み重ねるための種々の方法がある。目標は、間隙空間（ＩＳ）を最小化することである。空間を最小化することによって、システム効率は、より少ない光がファイバ間で失われるので、増加する。

以下に提示されるのは、ファイバを積み重ね、間隙空間を計算するいくつかの実施例である。最適配列は、ファイバを三角形パターンに設置する。加えて、また、可能な限り円形形状に近いように、ファイバの配列を束にすることが望ましく、したがって、図２８では、７本のファイバ２８０２が、間隙空間を最小化するように、三角形パターン２８０６に配列され、三角形が、次いで、円形に近づくように、六角形２８０８に配列される。間隙空間は、封入された間隙空間２８０４の６倍と、封入されていない間隙空間２８１０の６倍の合計を２で除算したものとして推定され得る。死空間２８０４もまた、ファイバ間に図示される。ファイバは、３つの列を形成し、３つの列は、２本のファイバを含む２つの列と、他の２つの列間に３本のファイバの列とを伴う。

図２９Ａ−２９Ｂは、ファイバ束装填の別の例示的実施形態を図示し、それぞれ、同心の等径ファイバの３つの層を有する。各ファイバ束の周囲の点線は、同一の直径であり、７５０μｍ直径ファイバが使用されるとき、円周３．７５ｍｍを有する。

図２９Ａでは、１９本のファイバ２９０２が、ともに装填され、円形束２９０００ａに近い六角形２９０４を形成する。間隙空間は、三角形形状の領域であるファイバ間に配置されている間隙空間２９０６と、束の外側周縁の周囲の半菱形状間隙空間２９１０とを含む。本実施形態は、前述の実施形態に類似するが、ファイバの追加の層が、前述の実施形態の周囲に装填される。本構成は、図２９Ｂにおける実施形態より密接に装填され、図２９Ｂでは、１９本のファイバ２９０２が装填され、図２９Ａにおけるような同一の三角形間隙空間２９０６および菱形状間隙空間２９０８の間隙空間の２つの幾何学形状と、束の外側周縁の周囲の半菱形状間隙空間２９１０とを伴う十二面体束２９００ｂを形成する。菱形状空間２９０８は、六角形実施形態における半菱形状空間２９１０の面積の２倍である。ファイバが線形列内にある図２９Ａの実施形態と異なり、図２９Ｂにおけるファイバは、円形に対してより近い輪郭をもたらすシフトされた環状配列にある。

図２９Ａにおける六角形配列の場合、総間隙空間は、２４個の間隙空間２９０６と、１２個の半菱形空間２９１０または６個の菱形空間２９０６を加えたものに等しい。本空間の計算は、６４．５３ｒ^２単位面積であると推定する。十二面体の場合、間隙空間は、１２個の三角形間隙空間２９０６と、６個の菱形状空間２９０８と、また、１２個の半菱形状空間２９１０または６個の菱形状空間２９０８を加えたものに等しい。総空間は、６７．７４ｒ^２単位面積であると計算される。したがって、十二面体装填に対する六角形装填の比率は、９５．２６％であり、これは、六角形配列が、十二面体形状より約４．７４％少ない間隙空間を有し、故に、より効率的であることを意味する。

図３０Ａは、前述の図２９Ａの六角形ファイバ束を図示する。図３０Ｂは、前述の図２９Ｂの十二面体ファイバ束を図示する。両実施形態は、同一の直径ファイバと、円形として推定された場合の同一の束の外径とを有する。正六角形からある程度の転位が、ファイバを保持するフェルールの大型サイズにより、図３０Ａでは認められ、したがって、ファイバが円形壁によって包囲された場合、そうでなければ、正六角形形状を保持することが可能ではないであろうため、六角形閉じ込め障壁を使用することが好ましいであろう。

前述の実施形態は、コアとクラッディングの望ましい比率を伴う、プラスチック製大型コアファイバを採用する。好ましくは、大型コアは、薄クラッディングとともに使用される。これは、ファイバが、光を外部光源から導波管に効率的に伝送するのに役立つ。効率は、システムの温度を低温に保つのに役立つので、望ましい。グスファイバは、高価であり、したがって、使い捨てケーブルでは、非常にコストがかかるので、あまり望ましくない一方、プラスチックは、効率的であり、かつ非常に安価である。しかしながら、グスファイバは、直径約２５０μｍを有する例示的グスファイバ等の実施形態のいずれかにおいて使用され得る。

さらに他の実施形態では、ファイバ束は、間隙空間を減少または排除するために加熱および圧縮され、さらに効率を増加させ得る。例えば、六角形形状のファイバ束は、加熱および圧縮され、殆どまたは全く間隙空間を伴わない六角形束を形成し得、個々のファイバは、略六角形形状のファイバに再成形されるであろう。

ファイバ束の前述の実施形態は、円形であった。いくつかの状況では、平坦であるファイバ束を提供することが望ましいであろう。図３１は、１９本のファイバ３１０２を有し、ファイバ間および周縁に沿って、三角形形状の間隙空間３１０４を伴い、それによって、薄型を伴うリボンケーブルを形成する、平坦ファイバ束３１００を図示する。１９本のファイバ３１０２は、前述の３．５ｍｍ直径束との互換性があるが、異なる形状因子を有する。

単一列のファイバもまた、非常に平坦なリボンケーブルとして魅力的であり得る。適切に包まれた場合、リングまたは屈曲等の任意の形状に輪郭形成され得るという利点を含む。しかし、長さ１４．２５ｍｍ等のより幅広い長さの場合、リボンケーブルは、幅が広過ぎて実践的ではなくなり得る。したがって、対称的に配列された場合の図３１における２列のデバイスは、点線によって示されるように、Ｄ形状のリボンケーブルをもたらす。ケーブルのベースの長さは、ファイバの直径の１０倍として推定され得、本実施形態では、７．５ｍｍであり、高さは、本実施形態では、（２＋√３）ｒ＝３．７３２ｒ＝１．３９９５ｍｍとして推定される。

平坦リボンケーブル３２００の代替実施形態は、図３２に図示され、３つの列が対称的に装填され、ケーブルの外側周縁の内部およびそれに沿った間隙空間３２０４によって分離される。ファイバ３２０２の高さは、５．５７５ｒ＝２．０９ｍｍとして推定され、ベースの長さは、ファイバの直径の７倍、すなわち、５．２５ｍｍであると推定される。１９本のファイバケーブルに第４の層を追加することは、六角形配列に近づき、対称性を欠き、これは、本構造が束により大きい機械的安定性を提供するので、望ましい。

本明細書に説明されるファイバ束の任意のものは、２つを一緒に突き合せ結合することによって、別のファイバ、ファイバ束、または導波管に結合され得るか、または不整列誤差を補正するために、その２つの間に配置される光学系が存在し得る。加えて、結合ゲル、レンズ、中継ぎ棒、または中空コーティング円錐体もまた、その２つを一緒に接合するために使用され得る。また、任意の実施形態では、ファイバは、任意の光学プラスチック等のポリマーから形成され、またはガラスから形成され得る。任意の実施形態は、丸みを帯びたファイバの装填の間に形成される間隙空間内に挿入される、より小さいサイズまたは異なる形状のファイバを有し得る。より小さいサイズファイバが、間隙空間に適合するように成形され得、したがって、それは、三角形または菱形状の形状であり得る。

六角形束への丸形の結合でさえ、図３３に図示される例示的結合器３３００を用いて達成され得る。結合器３３００は、結合器の一端に丸みを帯びた端部３３０２を有し、外側表面は、丸みを帯びた端部を六角形端３３０４に遷移させる、複数のファセット３３０６を有し、それによって、２つの異なる形状のファイバ束の結合を可能にする。一端または両端を大きめにすることは、２つの束間の不整列誤差を減少させるので、有利である。

本発明の好ましい実施形態が、本明細書に図示および説明されたが、そのような実施形態が、一例として提供されるにすぎないことは、当業者に明白となるであろう。多数の変形例、変更、および代用が、本発明から逸脱することなく、現時点において、当業者に想起されるであろう。本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替が、本発明を実践する際に採用され得ることを理解されたい。以下の請求項は、発明の範囲を定義し、これらの請求項およびその均等物の範囲内の方法および構造は、それによって網羅されることが意図される。

Claims (101)

1. 術野を照射するための外科手術用器具であって、前記器具は、
   光学導波管であって、前記光学導波管は、全内部反射によって、前記光学導波管の近位端から前記光学導波管の遠位端まで光を伝送し、前記光学導波管は、正面表面および背面表面を有する、光学導波管と、
   前記正面表面および／または前記背面表面上に配置されている１つ以上の制御要素であって、前記１つ以上の制御要素は、前記光学導波管から光を抽出し、前記抽出された光の２つ以上の光学特性を独立して制御する、１つ以上の制御要素と
   を備えている、外科手術用器具。
2. 前記光学導波管は、非光ファイバ導波管である、請求項１に記載の外科手術用器具。
3. 前記光学導波管は、単一同種材料から形成されている、請求項１に記載の外科手術用器具。
4. 前記１つ以上の制御特徴は、前記正面表面上に配置されている第１の表面特徴と、前記背面表面上に配置されている第２の表面特徴とを備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
5. 前記２つ以上の光学特性は、第１および第２の光学特性を備え、前記第１の光学特性は、第１の方向または第１の発散角度を備え、前記第２の光学特性は、第２の方向または第２の発散角度を備え、前記第１の表面特徴は、前記第１の方向または前記第１の発散角度において抽出された光を制御し、第２の表面特徴は、前記第２の方向または前記第２の発散角度において抽出された光を制御する、請求項４に記載の外科手術用器具。
6. 前記１つ以上の制御要素は、前記正面表面上に配置されている１つ以上の正面制御要素と、前記背面表面上に配置されている１つ以上の背面制御要素とを備え、前記正面制御要素は、前記第２の光学特性を制御する前記１つ以上の背面制御要素から独立して、前記第１の光学特性を制御する、請求項１に記載の外科手術用器具。
7. 前記１つ以上の制御要素のうちの少なくともいくつかは、前記第１および第２の光学特性の両方を制御する、請求項１に記載の外科手術用器具。
8. 前記第１の表面特徴は、前記第２の表面特徴と異なる、請求項５に記載の外科手術用器具。
9. 前記１つ以上の制御要素は、前記正面表面または前記背面表面上に配置されているプリズムパターンを備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
10. 前記光学導波管は、厚さを有し、前記プリズムパターンは、ライザおよび出射面と、前記ライザの上部から前記出射面の底部まで延びている深度を有する溝とを備え、前記溝深度は、前記光学導波管の前記厚さの１／３より小さい、請求項９に記載の外科手術用器具。
11. 前記溝深度は、前記プリズムパターンに沿って一定である、請求項１０に記載の外科手術用器具。
12. 前記光学導波管は、複数の前記溝を備え、前記複数の溝は、非球面式に適合する、請求項１０に記載の外科手術用器具。
13. 前記プリズムパターンは、１ｍｍより小さいピッチを有する、請求項９に記載の外科手術用器具。
14. 前記ライザは、０度〜２５度のライザ角度を有する、請求項１０に記載の外科手術用器具。
15. 前記出射面は、０度〜２５度の出射面角度を有する、請求項１０に記載の外科手術用器具。
16. 前記光学導波管は、縦軸を備え、前記プリズムパターンは、前記光学導波管の前記縦軸に直交している、請求項９に記載の外科手術用器具。
17. 前記１つ以上の制御要素は、前記正面表面または前記背面表面上に配置されている複数のファセットを備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
18. 前記１つ以上の制御要素は、レンチキュラーレンズを備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
19. 前記光学導波管は、縦軸を備え、前記１つ以上の制御要素は、レンチキュラーレンズを備え、前記レンチキュラーレンズは、前記縦軸と平行である、請求項１に記載の外科手術用器具。
20. 前記光学導波管の正面表面は、実質的に平面的であり、前記背面表面は、凹面レンチキュラーレンズを備えている、請求項１９に記載の外科手術用器具。
21. 前記光学導波管の正面表面は、実質的に平面的であり、前記背面表面は、凸面レンチキュラーレンズを備えている、請求項１９に記載の外科手術用器具。
22. 前記レンチキュラーレンズは、ピッチおよび半径を有し、前記ピッチおよび半径は、前記光学導波管の前記縦軸に対して、前記レンチキュラーレンズを通して抽出された光の側方発散を制御する、請求項１９に記載の外科手術用器具。
23. 前記光学導波管は、縦軸を備え、前記第１の光学特性は、第１の方向または第１の発散角度を備え、前記第１の方向または前記第１の発散角度は、前記縦軸を横断する、請求項５に記載の外科手術用器具。
24. 前記第１の方向または第１の発散角度は、前記縦軸に対して角度を形成する、請求項２３に記載の外科手術用器具。
25. 前記第２の光学特性は、第２の方向または第２の発散角度を備え、前記第２の方向または前記第２の発散角度は、前記第１の方向を横断する、請求項２３に記載の外科手術用器具。
26. 前記第２の方向または前記第２の発散角度は、前記縦軸に対して発散角度を形成する、請求項２５に記載の外科手術用器具。
27. 前記光学導波管は、縦軸を備え、前記１つ以上の制御要素は、前記縦軸を横断する方向に光抽出を制御するために、前記縦軸と平行に配向されている第１の表面特徴群と、前記縦軸に対して角度を形成する方向に光抽出を制御するために、前記縦軸を横断して配向されている第２の表面特徴群とを備えている、請求項５に記載の外科手術用器具。
28. 前記第１の群および前記第２の表面特徴群は、互に前記光学導波管の同一の表面上に配置されている、請求項２７に記載の外科手術用器具。
29. 前記１つ以上の制御要素は、第１の方向に配向されている特徴と前記第１の方向と反対の第２の方向に配向されている特徴との組み合わせから形成されている表面特徴を備え、前記表面特徴は、前記正面表面または前記背面表面上に配置されている１つ以上の突起を形成し、前記１つ以上の突起は、前記２つの方向または前記２つの発散角度において抽出された光を制御する、請求項５に記載の外科手術用器具。
30. 前記光学導波管の前記正面表面または前記背面表面のうちの一方は、そこから抽出された光の発散角度を制御するために、凸面または凹面領域を備え、前記光学導波管の前記正面表面または前記背面表面のうちの他方は、実質的に平面的である、請求項１に記載の外科手術用器具。
31. 前記光学導波管は、前記１つ以上の制御要素によって抽出されなかった残りの光を捕捉するために、角度付けられた遠位先端を備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
32. 前記１つ以上の制御要素は、前記正面表面上に配置されている表面特徴と、前記背面表面上に配置されている表面特徴とを備え、前記正面上の前記表面特徴は、前記第１の光学特性を制御し、前記背面上の前記表面特徴は、前記第２の光学特性を制御する、請求項５に記載の外科手術用器具。
33. 前記正面または背面表面を覆って配置されているコーティングまたはクラッディングをさらに備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
34. 前記コーティングまたはクラッディングは、前記導波管の屈折率より低い屈折率を備えている、請求項３３に記載の外科手術用器具。
35. 術野を照射する方法であって、前記方法は、
    正面表面および背面表面を有する光学導波管を提供することと、
    光を前記光学導波管内に入力することと、
    全内部反射によって、前記光を前記光学導波管を通して伝送することと、
    前記光学導波管の前記正面表面または前記背面表面上に配置されている１つ以上の制御要素上を介して、前記光学導波管から光を抽出することと、
    前記１つ以上の制御要素を用いて、前記光学導波管から前記抽出された光の少なくとも２つの光学特性を制御し、それによって、前記光は、前記術野を照射する、ことと
    を含む、方法。
36. 光を入力することは、前記光学導波管を光源と光学的に結合することを含む、請求項３５に記載の方法。
37. 光学的に結合することは、前記光学導波管を光ファイバと結合することを含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記１つ以上の制御要素は、前記正面表面上のみまたは前記背面表面上のみに配置されている、請求項３５に記載の方法。
39. 前記抽出された光を制御することは、前記光学導波管の縦軸に対して、前記抽出された光の水平および垂直発散を制御することを含む、請求項３５に記載の方法。
40. 術野を照射するための外科手術用器具であって、前記器具は、
    全内部反射によって、光源から前記術野に光を伝送するための第１の光学導波管であって、前記術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第１の光学導波管と、
    全内部反射によって、光源から前記術野に光を伝送するための第２の光学導波管であって、前記術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第２の光学導波管と、
    前記第１の光学導波管および前記第２の光学導波管の両方に取り付けられた結合要素であって、前記結合要素は、縦軸を有し、前記第１および第２の光学導波管は、互に対して移動可能であり、前記縦軸の周りに枢動可能である、結合要素と
    を備えている、外科手術用器具。
41. 前記結合要素は、前記２つの光学導波管間の角度または曲率半径が調節可能であるように、前記第２の光学導波管に対する前記第１の光学導波管の位置付けを可能にする、請求項４０に記載の外科手術用器具。
42. 前記第１の光学導波管または前記第２の光学導波管は、前記正面表面または前記背面表面のいずれか上に配置されている１つ以上の制御要素を備え、前記１つ以上の制御要素は、前記光学導波管から光を抽出し、前記抽出された光の第１の光学特性を制御する、請求項４０に記載の外科手術用器具。
43. 前記１つ以上の表面特徴は、前記光学導波管から光を抽出し、前記抽出された光の第２の光学特性を制御する、請求項４２に記載の外科手術用器具。
44. 外側表面を有する開創器ブレードをさらに備え、前記開創器ブレードは、前記第１の光学導波管または前記第２の光学導波管に結合され、前記第１および第２の光学導波管は、前記外側表面に適合する、請求項４０に記載の外科手術用器具。
45. 前記開創器ブレードと前記第１または第２の光学導波管との間に配置されている空隙をさらに備えている、請求項４４に記載の外科手術用器具。
46. 前記開創器ブレードは、管状カニューレを備えている、請求項４４に記載の外科手術用器具。
47. 前記第１または前記第２の光学導波管は、平面的かつ長方形形状の導波管を備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
48. 前記第１または前記第２の光学導波管は、台形断面を備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
49. 前記結合要素は、ヒンジを備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
50. 前記結合要素は、フィルムを備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
51. 前記結合要素は、可撓性継手を備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
52. 前記第１または前記第２の光学導波管の前記正面表面または前記背面表面は、凸面または凹面である、請求項４０に記載の外科手術用器具。
53. 材料の基板層をさらに備え、前記第１および第２の光学導波管は、前記基板層に取り付けられている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
54. 前記基板層と前記第１または第２の光学導波管との間に空隙が配置されている、請求項５３に記載の外科手術用器具。
55. 前記第１および第２の光学導波管は、材料の層内に配置されている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
56. 前記第１および第２の光学導波管の各々は、光源と独立して結合されている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
57. 前記第１および第２の光学導波管の各々は、別個の光ファイバに結合されている、請求項５６に記載の外科手術用器具。
58. 前記第１または前記第２の光学導波管を覆って配置されている光学コーティングまたはクラッディングをさらに備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
59. 前記コーティングまたはクラッディングは、前記それぞれの光学導波管のそれより低い屈折率を有し、それによって、前記それぞれの光学導波管における全内部反射を向上させる、請求項５８に記載の外科手術用器具。
60. 前記第１または前記第２の光学導波管を覆って配置されているフィルムをさらに備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
61. 前記フィルムは、光を抽出し、前記抽出された光を制御するための表面特徴を備えている、請求項６０に記載の外科手術用器具。
62. 前記フィルムは、前記第１または前記第２の光学導波管から抽出された光を偏光させる、請求項６０に記載の外科手術用器具。
63. 前記第１の光学導波管は、前記光の光学特性を抽出および制御する制御要素を備え、前記第２の光学導波管は、前記光の光学特性を抽出および制御する制御要素を備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
64. 前記光学導波管に結合され、前記光学導波管を所望の形状に保持するように適合されている安定化要素をさらに備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
65. 前記第１の光学導波管は、実質的に平面的であり、前記第２の光学導波管は、凸面または凹面である、請求項４０に記載の外科手術用器具。
66. 前記第１の光学導波管は、前記第２の光学導波管と異なるサイズまたは形状を有する、請求項４０に記載の外科手術用器具。
67. 各光学導波管の中に光を入力するために、各光学導波管と光学的に結合されている１つ以上の光ファイバをさらに備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
68. 各光学導波管の中に光を入力するために、各光学導波管と光学的に結合されている単一の一体的に形成された入力ステムをさらに備えている、請求項４０に記載の外科手術用器具。
69. 術野を照射する方法であって、前記方法は、
    術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第１の光学導波管を提供することと、
    術野に面する正面表面と、それと反対の背面表面とを有する第２の光学導波管を提供することであって、前記第１および第２の光学導波管は、結合要素を用いて一緒に結合されている、ことと、
    前記結合要素の周りに前記第１および第２の光学導波管を作動させ、前記光学導波管間の角度または曲率半径を調節することと、
    前記術野を前記光学導波管から抽出された光で照射することと
    を含む、方法。
70. 前記第１および第２の光学導波管の位置を固定し、それによって、それらの間の角度または曲率半径を固定することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
71. 前記光学導波管を外科手術用開創器ブレードと結合することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
72. 可撓性照射付き外科手術用器具であって、前記器具は、
    近位領域および遠位領域を有する光ファイバ束であって、前記光ファイバ束は、前記近位領域において円筒形形状であり、前記光ファイバ束は、前記遠位領域において平坦かつ平面的である、光ファイバ束と、
    前記光ファイバ束と光学的に結合されている非光ファイバ導波管と
    を備えている、器具。
73. 前記光ファイバ束の前記近位領域を覆って配置されている歪み緩衝体をさらに備え、前記歪み緩衝体は、前記光ファイバ束のねじれを軽減させるように適合されている、請求項７２に記載の器具。
74. 近位部分および遠位部分を有する順応性のある支持材要素をさらに備え、前記支持材要素は、前記導波管に結合され、前記支持材要素は、複数の形状に操作され得る、請求項７２に記載の器具。
75. 前記順応性のある支持材要素の遠位部分は、前記遠位部分が前記支持材要素の近位部分より可撓性であるように、ヒンジ付き領域を備えている、請求項７４に記載の器具。
76. 前記ヒンジ付き領域は、前記順応性のある支持材要素に沿って配置されている複数の切り込みを備えている、請求項７５に記載の器具。
77. 前記光ファイバ束の前記近位領域と光学的に結合されている光学コネクタをさらに備えている、請求項７２に記載の器具。
78. 前記光ファイバ束の周囲に圧着され、それによって、前記光ファイバ束を前記順応性のある支持材要素に結合する圧着要素をさらに備えている、請求項７４に記載の器具。
79. 前記光ファイバ束の前記遠位領域を覆って配置され、かつ、前記光学導波管の近位部分を覆って配置されているスリーブをさらに備え、前記スリーブは、前記光学導波管と前記光ファイバ束を結合している、請求項７２に記載の器具。
80. 前記順応性のある支持材要素の遠位部分に結合されているフレームをさらに備え、前記光学導波管は、前記フレーム内に配置されている、請求項７４に記載の器具。
81. 前記順応性のある支持材要素は、その遠位部分に沿って配置されている窓を備え、前記窓は、前記光学導波管の一部を受け取るように構成されている、請求項７４に記載の器具。
82. 前記光学導波管の近位部分は、前記順応性のある支持材の一部を係合するためのフランジ付き領域を備えている、請求項７４に記載の器具。
83. 前記順応性のある支持材と前記光学導波管との間に配置されているスタンドオフをさらに備え、前記スタンドオフは、前記光学導波管を通って進行する光の全内部反射を向上させるために、前記順応性のある支持材と前記光学導波管との間に空隙を形成する、請求項７４に記載の器具。
84. 前記光学導波管は、表面特徴を備え、前記表面特徴は、前記光学導波管から光を抽出し、前記抽出された光の方向を制御する、請求項７２に記載の器具。
85. 前記光学導波管は、前記導波管の光学特性を制御するためのコーティングまたはクラッディングを備えている、請求項７２に記載の器具。
86. 前記コーティングまたはクラッディングの屈折率は、前記導波管の屈折率より小さい、請求項８５に記載の器具。
87. 作業空間を照射する方法であって、前記方法は、
    順応性のある支持材要素に結合されている光学導波管を提供することと、
    前記支持材要素を所望の形状に形成することと、
    前記光学導波管を光源に結合することと、
    前記光学導波管から光を抽出することと、
    前記作業空間を照射することと
    を含む、方法。
88. 前記支持材要素を形成することは、前記支持材要素を屈曲させることを含む、請求項８７に記載の方法。
89. 術野を照射するための外科手術用照射システムであって、前記システムは、
    前記術野を光で照射するための光学導波管であって、前記光学導波管は、光入力端を備え、前記光は、全内部反射によって、前記導波管を通して伝送される、光学導波管と、
    ファイバ束に形成されている複数の光ファイバであって、前記光入力端に光学的に結合されている、複数の光ファイバと
    を備え、
    前記複数の光ファイバは、隣接するファイバがそれらの間に配置されている間隙空間を伴って互に係合するように、前記束内に配列されている、システム。
90. 前記複数のファイバは、六角形形状の外側周縁を有する束に配列されている、請求項８９に記載のシステム。
91. 前記複数の光ファイバのうちの少なくともいくつかは、ポリマーから形成されている、請求項８９に記載のシステム。
92. 前記複数の光ファイバのうちの少なくともいくつかは、約７５０μｍの直径を有する、請求項８９に記載のシステム。
93. 前記複数のファイバは、１９本のファイバから成る、請求項８９に記載のシステム。
94. ３本毎に隣接するファイバが、三角形を形成する、請求項８９に記載のシステム。
95. 複数のファイバが、ファイバの３つの同心層に配列されている、請求項８９に記載のシステム。
96. 前記複数のファイバは、ファイバの複数の線形列に配列されている、請求項８９に記載のシステム。
97. 光学要素が、前記束と前記導波管の前記光入力端との間に配置されている、請求項８９に記載のシステム。
98. 前記光学要素は、レンズ、光学結合ゲル、中継ぎ棒、または中空コーティング円錐体を備えている、請求項９７に記載のシステム。
99. 前記光学要素は、一端における円形形状と、反対端における六角形形状とを有する本体を備えている、請求項９７に記載のシステム。
100. 前記束は、前記導波管の前記光入力端に突き合せ結合されている、請求項８９に記載のシステム。
101. 少なくとも１つの光ファイバが、前記間隙空間のうちの少なくとも１つ内に配置されている、請求項８９に記載のシステム。