JP4268856B2

JP4268856B2 - レーザ治療装置

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Publication number: JP4268856B2
Application number: JP2003372875A
Authority: JP
Inventors: 勝保水野
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: US20050096641A1; DE102004052651A1; US7192425B2; JP2005131250A; DE102004052651B4

Description

本発明は、レーザ光源からの治療用レーザ光を患部に導光照射して治療を行うレーザ治療装置に関する。

治療レーザ光を患者眼眼底に照射して光凝固等を行うレーザ治療装置の構成としては、レーザ光源を有する装置本体からのレーザ光を導光する光ファイバと、該光ファイバから出射したレーザ光を患者眼に照射するための照射光学系とを備える構成が一般的である。このような装置においては、さらに、光ファイバの出射端側の照射光学系にレーザ光の一部を取り出す光分岐部材としてのビームスプリッタと、このビームスプリッタで反射されたレーザ光を受光する光検出素子とを備える出力検出系を設け、レーザ出力を監視するものが提案されている（特許文献１参照）。この装置は、レーザ光源から出射したレーザ光を光ファイバに入射させる前にその出力を検出し、光ファイバ出射側の出力検出と比較することにより、導光状態に異常がある時にはその旨を報知する構成となっている。
特開平１０−３２８２２７号公報

光ファイバのような導光体を用いた構成においては、光ファイバをある程度自由に動かすことができるので、装置本体と照射光学系との位置関係を自由に設定できる。しかしながら、光ファイバを動かしてその導光状態が変化する（例えば、ねじれたり、渦巻き状に巻かれたような状態になること）と、光ファイバの出射側におけるレーザ光の偏光状態が変動することが分かった。また、製造が容易な通常のビームスプリッタは、レーザ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分の反射率が異なるという偏光依存性を持つ。このため、照射光学系から患部に照射されるレーザ光の出力が実際には一定であっても、出力検出系での検知結果が変動し、誤って異常が有ると判定される問題があった。

本発明は、上記問題点を鑑み、より精度の高いレーザ出力監視を行うことができるレーザ治療装置を提供することを技術課題とする。

（１）レーザ光源から出射したレーザ光を導光する導光体と、前記導光体を出射したレーザ光の一部を分岐するビームスプリッタであって、レーザ光のＰ偏光とＳ偏光の反射率が異なるビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分岐されたレーザ光の出力を検出する光検出素子と、前記導光体を出射したレーザ光を患部に照射する照射光学系と、を備えるレーザ治療装置において、前記ビームスプリッタと前記導光体との間の光路に配置され、導光体から出射したレーザ光を透過し、レーザ光の偏光状態を空間的に撹乱させる偏光解消部材を備え、さらに、前記偏光解消部材の複屈折により生じるレーザ光のターゲット面でのスポットの分離を補正する補正部材を前記ビームスプリッタよりターゲット面側の光路に設けたことを特徴とする。
（２）レーザ光源から出射したレーザ光を導光する導光体と、前記導光体を出射したレーザ光の一部を分岐するビームスプリッタであって、レーザ光のＰ偏光とＳ偏光の反射率が異なるビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分岐されたレーザ光の出力を検出する光検出素子と、前記導光体を出射したレーザ光を患部に照射する照射光学系と、を備えるレーザ治療装置において、前記ビームスプリッタと前記導光体との間の光路に配置され、導光体から出射したレーザ光を透過し、レーザ光の偏光状態を空間的に撹乱させる偏光解消部材を備え、さらに、前記偏光解消部材は、結晶板の光学軸に対して任意の角度をなす方向に厚みが連続的に変化する第１結晶板と、該第１結晶板の光学軸に直交する光学軸を持ち、第１結晶板と厚みの増加方向が逆になるように厚みが連続的に変化する第２結晶板と、から構成され、前記偏光解消部材の複屈折により生じるレーザ光のターゲット面でのスポットの分離度が所定の許容値となるように、前記第１結晶板及び第２結晶板の厚みが変化するそれぞれの第１面と第２面とがなす角度が設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、精度の高いレーザ出力監視を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る眼科用レーザ治療装置における第1実施例の光学系及び制御系の概略構成図である。

１は装置本体、２は導光体としての光ファイバであり、装置本体１にはレーザ光源やレーザ光を光ファイバ２に入射させる光学系が収納されている。光ファイバ２は装置本体１からのレーザ光を導光する。５は患者眼を観察しながらレーザ光を患者眼の患部に照射するスリットランプデリバリであり、光ファイバ２からのレーザ光を患者眼へ照射するレーザ照射部３、患者眼をスリット照明する照明部４、顕微鏡部５ａを備える。

１０は治療用レーザ光源であり、例えば、半導体レーザであり、波長810nmのレーザ光を出射する。１１はレーザ光源１０からのレーザ光の大部分を透過し一部を反射するビームスプリッタで、ビームスプリッタ１１を反射したレーザ光は受光素子１２に受光される。受光素子１２はレーザ光源１０から出射したレーザ出力を検出する。１３は安全シャッタであり、治療レーザ光の照射を可能にする指令がなされたときには、光路から離脱してレーザ光の通過を可能にし、また、異常発生時等の所定の場合に光路に挿入されてレーザ光を遮断する。１４はダイクロイックミラーであり、エイミング用光源１５からの可視レーザ光を反射し、治療用レーザ光源１０からの光を透過する。１６は集光レンズであり、各レーザ光を光ファイバ２の入射端面２ａに集光して入射させる。

３は照射光学系が配置されたレーザ照射部であり、光ファイバ２側から順に、リレーレンズ３０、偏光解消手段としての偏光解消板６０、治療用レーザ光の一部を反射して大部分を透過するビームスプリッタ３５、レーザ光のスポットサイズを変更するために光軸方向に移動可能なズームレンズ３１、対物レンズ３２、治療用レーザ光を反射すると共に、可視のエイミング光を一部反射し観察光を透過するダイクロイミラー３３が配置されている。また、ビームスプリッタ３５の反射方向には、レーザ光の出力を検出する光検出素子である受光素子３６が配置されている。３４は、レーザ照射部３から出たレーザ光を患者眼の患部に導くコンタクトレンズである。

レーザ照射部３において、光ファイバ２により導光された治療用レーザ光は、リレーレンズ３０にて平行光束とされた後、偏光解消板６０を透過して、ビームスプリッタ３５にて透過光と反射光に分けられる。ビームスプリッタ３５を透過したレーザ光は、ズームレンズ３１、対物レンズ３２を介して、ダイクロイックミラー３３で反射される。レーザ照射部３から出たレーザ光は、コンタクトレンズ３４を介して、患者眼の患部に導かれる。一方、ビームスプリッタ３５で反射したレーザ光は、受光素子３６に入射し、レーザ光の出力が検出される。

４はスリット光を投影する照明部であり、照明光源４０からの照明光はコンデンサーレンズ４１により平行光束にされた後、スリット４２を照明する。スリット４２を通過した照明光は投影レンズ４３を介した後、分割ミラー４５ａ、４５ｂで反射され、コンタクトレンズ３４を介して患者眼を照明する。４４は分割ミラー４５ａで反射される照明光の光路長を補正する補正レンズである。５ａは患者眼を観察する双眼の顕微鏡部である。

受光素子１２、３６が検出した信号は、それぞれ検出処理回路１２ａ、３６ａで所定の処理が施されて制御部５０に入力される。５２は警告音を鳴らすためのアラームであり、制御部５０と接続されている。光ファイバ２の導光状態の適否は、受光素子１２及び受光素子３６によりそれぞれ検出されるレーザ出力を比較することにより検知される。光ファイバ２の導光状態に異常があると検知された時には、アラーム５２により警告音を鳴らすような構成となっている。また、制御部５０には、フットスイッチ７が接続され、入力される信号に従ってレーザ光源１０からのレーザ出射を制御する。また、制御部５０には安全シャッタ１３の駆動装置、エイミング用光源１５が接続されている。

次に、図２及び図４に基づいて、偏光解消板６０及びビームスプリッタ３５について説明する。偏光解消板６０は2つの水晶板６０ａ及び６０ｂからなり、それぞれの光学軸６１及び６２を持つ。水晶板６０ａは、その光学軸６１を含む第１面と、光学軸６１に対して４５°をなす方向に厚みが連続的に変化する第２面と、を持つように形成されている。水晶板６０ｂは、水晶板６０ａを反転させたものであり、水晶板６０ａと水晶板６０ｂを重ね合わせると、水晶板６０ａの光学軸６１と水晶板６０ｂの光学軸６２とが互いに直交し、水晶板６０ａと６０ｂの厚みの増加方向が互いに逆の関係になる。なお、水晶板６０ａ及び６０ｂのそれぞれの光学軸に対してその厚みが連続的に変化する方向は任意であるが、それぞれの光学軸に対して４５°方向とすれば、水晶板６０ａと水晶板６０ｂは同一部材とすることができ、有利である。

このように偏光解消板６０は、光学軸が直交するとともに、厚みの増加方向が互いに逆になるように水晶板６０ａと水晶板６０ｂを貼り合わせたものであり、光が透過する場所によりそれぞれの水晶板６０ａ，６０ｂの厚みが異なることから、光が透過する場所により与えられる位相が異なる。したがって、偏光解消板６０は光の偏光状態を空間的にみて多くの偏光状態の混ざった状態に変換することができる。つまり、偏光状態が空間的に撹乱される。ただし、光学軸に平行または垂直な直線偏光に対しては効果がなく、これらの直線偏光はそのまま透過する。

ビームスプリッタ３５は、レーザ光の大部分を透過し一部を反射する性質を持つ。本実施例のビームスプリッタ３５は、一般的なガラス板にフッ化マグネシウムの単層反射防止膜を施したものを使用しており、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の反射率が異なる偏光依存性を持つ。例えば、レーザ光の入射角を４５度とすると、Ｓ偏光の反射率Ｒｓ＝3.853％、Ｐ偏光の反射率Ｒｐ＝0.110％であり、その比率Ｒｓ/Ｒｐ＝35である。ここで、偏光解消板６０は各光学軸６１，６２に平行または垂直な直線偏光をそのまま透過してくるため、光学軸６１及び６２の方向に対して、レーザ光の入射光軸Ｌ１とビームスプリッタ３５の反射面法線とを含んだ平面Ｈがずれた角度となるように配置する。好ましくは、平面Ｈと偏光解消板６０の光学軸６１及び６２とが４５度の関係となるように配置しておく。

光ファイバ２から出射したレーザ光は、偏光解消板６０により多くの偏光状態が混ざった状態に変換された後に、ビームスプリッタ３５にて反射され、受光素子３６によってレーザ光の出力が検出される。このとき、上記のような構成により、光ファイバ２から出射されるレーザ光の偏光状態が変化しても、偏光解消板６０によって、偏光状態が解消されるため、ビームスプリッタ３５の持つ偏光依存性によって反射するレーザ光の光量が変動することを抑えることができる。よって、受光素子３６は、レーザ出力の検出を安定して精度良く行うことができる。このため、実際にはレーザ出力に異常がないにもかかわらず、誤って異常であると判定されて警告音がなってしまう問題を解消できる。

なお、上記のような構成の偏光解消板６０を用いると、水晶の複屈折によりターゲット面（患者眼の眼底）における光ファイバ２の端面２ｂの像は、水晶板６０ａ及び６０ｂの厚みが変化する方向にずれ、図３のように二重になる。ここで、スポット直径φに対する分離量δの割合を分離度△とすると、分離度△は、水晶板６０ａの第１面と第２面がなす角度θ（＝水晶板６０ｂの第１と第２面のなす角）とレンズ３０の焦点距離に比例する。一方、偏光解消板６０の偏光解消の作用も、水晶板６０ａの第１面と第２面がなす角度θとレンズ３０の焦点距離に比例する。したがって、分離度△を小さくし、かつ、偏光解消の作用を大きくするのは、相反する要求であるので、分離度△を実用上問題とならない程度に小さくし、かつ、偏光解消の作用を大きくするように、角度θを決定する必要がある。本実施例では、レンズ３０の焦点距離を３２．４ｍｍ、分離度△を３．５％とした場合、角度θを４５′（分）とした。ターゲット面上でのスポット径が変化する分離度△の許容範囲は、５％以下が好ましい。

なお、分離度Δは、水晶板６０ａの第一面に対する第二面の傾斜により水晶板６０ａがもたらす分離度1/2Δと、水晶体６０ｂの第一面に対する第二面の傾斜により水晶板６０ｂがもたらす分離度1/2Δを足し合わせたものとして計算される。

次に、本発明の第２実施例を説明する。図５は、偏光解消板６０により生じる水晶の複屈折を補正する第２実施例の要部構成を示す図である。第２実施例は、第１実施例に対して、偏光解消板６０の複屈折を補正するための第２の偏光解消板６５を、ビームスプリッタ３５よりターゲット面側に配置した構成である。他の構成要素については図１のレーザ治療装置と同一な構成であるため、説明は省略する。

図５において、偏光解消板６５はビームスプリッタ３５とズームレンズ３１との間の光路に配置されている。偏光解消板６５も偏光解消板６０と同じく、光ファイバ２側に位置する水晶板６５ａ及びターゲット面側に位置する６５ｂからなり、それぞれの光学軸が互いに直交するようにして重ね合わせてある。。ただし、偏光解消板６０とは逆に、水晶板６５ａが光学軸６２を持ち、水晶板６５ｂが光学軸６１を持つような関係で形成されている。なお、水晶板６５ａの厚みの増加方向は水晶板６０ａと同じであり、水晶板６５ｂの厚みの増加方向は水晶板６０ｂと同じである。また、ビームスプリッタ３５は、その両面にフッ化マグネシウムの単層反射防止膜を施したものであるため、透過するレーザ光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とに与える位相差は小さく、１°以内である。したがって、偏光解消板６０及び偏光解消板６５の複屈折の作用は互いに打ち消し合うことになり、ターゲット面におけるファイバ端面２ｂの像が図３のように二重になるのを防止することができる。

このように第2実施例では、第2の偏光解消板６５を設けたことにより、偏光解消板６０の複屈折を補正することができるため、水晶板６０ａ及び６０bの第1面と第2面とがなす角度θを大きくして、偏光解消の作用を大きくすることができる。

なお、偏向解消板６０の複屈折の補正を行うための偏向解消板６５の構成としては、水晶板６５ａが光学軸６１を持ち、水晶板６５ｂが光学軸６２を持つような関係で形成され、水晶板６５ａの厚みの増加方向を水晶板６０ａと逆にするとともに、水晶板６５ｂの厚みの増加方向を水晶板６０ｂと逆にした構成であってもよい。。

図６は、第３の実施例を示す光学概略図である。第３の実施例は、図１の第１実施例に対して、ビームスプリッタ３５から受光素子３６に至る光路の途中に第２のビームスプリッタ３７を追加したものである。他の構成要素については図１のレーザ治療装置と同一な構成であるため省略する。

ビームスプリッタ３７の光学特性は、ビームスプリッタ３５と同一のものであり、その配置状態のみが異なる。ビームスプリッタ３７は、ビームスプリッタ３５で反射されるＰ偏光成分及びＳ偏光成分の偏光依存性が正反対となるように、ビームスプリッタ３５に対して９０度回転された状態で設置されている。このため、ビームスプリッタ３５及び３７によるＰ偏光成分の反射率とＳ偏光成分の反射率の違いが互いに打ち消し合い、ビームスプリッタ３７の反射側に位置する受光素子３６で検出されるレーザ出力の変動が、より抑えられる。

この第３の実施例のように、ビームスプリッタ３７を追加することにより、受光素子３６に入射するレーザ光の偏光依存性が無くなり、光ファイバ２を出射する偏光状態が変化しても、受光素子３６で検出されるレーザ出力の変動が抑えられる。しかし、レーザ光の進行方向とビームスプリッタ３５，３７の相対的な位置関係の僅かなずれに敏感であるため、実際の装置製造においては、偏光解消板６０と組み合わせて使用することが好ましい。これにより、レーザ光の偏光状態の変化によるレーザ出力の変動の抑制効果を高めることができ、より精度良くレーザ出力を監視できる。

以上、眼科用レーザ治療装置を例にとって説明したが、他の医療用レーザ治療装置においても本発明を適用できる。例えば、皮膚科のレーザ治療装置においては、レーザ光源が配置されたレーザ装置本体からのレーザ光を、多数のミラーが配置された多関節アームにより照射光学系を持つハンドピースまで導光するタイプがある。この装置においても、導光体である多関節アームの光学系から出射したレーザ光の偏光状態が変化するので、本発明を適用することにより、精度良く出射端側でのレーザ出力を監視できる。

また、以上の実施例では偏光解消板６０を構成する結晶板として水晶板を用いたが、フッ化マグネシウム等の結晶を材質とする結晶板を用いる構成としてもよい。

本発明に係る眼科用レーザ治療装置における第１実施例の光学系及び制御系の概略構成図である。本発明に係る眼科用レーザ治療装置に設けられた偏光解消板及びビームスプリッタについて示す図である。水晶の複屈折により光ファイバの端面の像が分離する作用を示す図である。偏光解消板を説明する説明図である。偏光解消板により生じる水晶の複屈折を補正する第２実施例の要部構成を示す図である。第３の実施例を示す光学概略図である。

符号の説明

１装置本体
２光ファイバ
３１ズームレンズ
３５ビームスプリッタ
３７ビームスプリッタ
３６受光素子
６０偏光解消板
６１光学軸
６２光学軸
６５偏光解消板

Claims

レーザ光源から出射したレーザ光を導光する導光体と、前記導光体を出射したレーザ光の一部を分岐するビームスプリッタであって、レーザ光のＰ偏光とＳ偏光の反射率が異なるビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分岐されたレーザ光の出力を検出する光検出素子と、前記導光体を出射したレーザ光を患部に照射する照射光学系と、を備えるレーザ治療装置において、前記ビームスプリッタと前記導光体との間の光路に配置され、導光体から出射したレーザ光を透過し、レーザ光の偏光状態を空間的に撹乱させる偏光解消部材を備え、さらに、前記偏光解消部材の複屈折により生じるレーザ光のターゲット面でのスポットの分離を補正する補正部材を前記ビームスプリッタよりターゲット面側の光路に設けたことを特徴とするレーザ治療装置。
レーザ光源から出射したレーザ光を導光する導光体と、前記導光体を出射したレーザ光の一部を分岐するビームスプリッタであって、レーザ光のＰ偏光とＳ偏光の反射率が異なるビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分岐されたレーザ光の出力を検出する光検出素子と、前記導光体を出射したレーザ光を患部に照射する照射光学系と、を備えるレーザ治療装置において、前記ビームスプリッタと前記導光体との間の光路に配置され、導光体から出射したレーザ光を透過し、レーザ光の偏光状態を空間的に撹乱させる偏光解消部材を備え、さらに、前記偏光解消部材は、結晶板の光学軸に対して任意の角度をなす方向に厚みが連続的に変化する第１結晶板と、該第１結晶板の光学軸に直交する光学軸を持ち、第１結晶板と厚みの増加方向が逆になるように厚みが連続的に変化する第２結晶板と、から構成され、前記偏光解消部材の複屈折により生じるレーザ光のターゲット面でのスポットの分離度が所定の許容値となるように、前記第１結晶板及び第２結晶板の厚みが変化するそれぞれの第１面と第２面とがなす角度が設定されていることを特徴とするレーザ治療装置。