JP4708050B2

JP4708050B2 - 角膜手術装置

Info

Publication number: JP4708050B2
Application number: JP2005058119A
Authority: JP
Inventors: 正典天野; 幸雄安部
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: JP2006239092A

Description

本発明は、角膜をレーザ光によりアブレーションする角膜手術装置に関する。

エキシマレーザ等の紫外レーザ光により角膜をアブレーションする角膜レーザ手術装置としては、スキャンミラーを持つガルバノミラーからな走査光学系を備え、レーザ光源からの紫外レーザ光を角膜上で２次元的に走査して角膜を所期する形状にアブレーションするものが知られている（例えば、特許文献１）。

ガルバノミラー回転角度検出センサが内蔵されているが、使用によるガルバノミラー自体の温度上昇や周辺環境の温度変化によって、位置変位（温度ドリフト）が生じる。このため、従来は、温度が上昇してガルバノミラーが安定するまで待ってから手術を開始したり、手術前にテスト部材にレーザ照射を行い、レーザ光のスポット位置を目視で確認してガルバノミラーの動作を補正（較正）したりしていた。また、この問題の対応として、レーザ照射の対象物の位置にレーザ光を受光するセンサを配置し、レーザ照射位置が所定の照射位置と一致させるための補正量を算出し、算出された補正量に基づいてガルバノミラーの駆動を補正する方法が提案されている（特許文献２参照）。
特開平１１−２２６０４８号公報特開２０００−９８２７１号公報

しかし、上記特許文献２では、レーザ照射の対象物の位置にレーザ光を受光するセンサを配置する構成であり、レーザ照射中にガルバノミラーやその駆動回路などに複合的な不具合が発生した場合にはその検知ができない。例えば、ガルバノミラーに内蔵される回転角度検出センサが動作しているにも関わらず、何らかの誤信号が発生した場合、回転角度検出センサの信号のみでは不具合が検知できず、誤った位置にレーザ光が照射されることになる。

また、温度ドリフトの影響の対応として事前にガルバノミラーの駆動を補正したとしても、手術準備等に時間を要していると、実際のレーザ照射時には温度が変化している可能性があり、ガルバノミラーの補正を適切な時期に行う必要がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、レーザ照射中にガルバノミラーに異常が発生した場合にも適切に対処でき、また、レーザ照射前にガルバノミラーの動作の補正を適切に行える角膜手術装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を持つことを特徴とする。
（１）紫外レーザ光を角膜上で２次元的に走査するガルバノミラーが配置されたレーザ照射光学系を備え、紫外レーザ光の照射により角膜をアブレーションする角膜手術装置において、前記ガルバノミラーより角膜側の光路の途中で分岐された光路の所定位置又は角膜上にレーザ光を走査する範囲から外れた所定位置に配置された光センサと、前記ガルバノミラーに至る前の光路で紫外レーザ光と同軸に合成され、前記光センサで検出可能な検出光を発する検出用光源と、紫外レーザ光の角膜への照射中に、前記ガルバノミラーを駆動するために出力した角度指令信号と前記光センサからの出力信号との比較に基づいて前記ガルバノミラーの異常の有無を検知する異常検知手段と、該異常検知手段により異常が検知されたときに角膜への紫外レーザ光の照射を停止する照射制御手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の角膜手術装置において、前記光センサは光位置センサであり、前記ガルバノミラーより角膜側の光路の途中で光路分岐部材により分岐された光路に配置され、角膜上でのレーザ光の走査範囲をカバーする検出領域を持つことを特徴とする。
（３）（２）の角膜手術装置は、さらに患者眼の動きを検知する眼移動検知手段と、該検知結果に基づいて患者眼の動きに合わせてレーザ照射位置を追尾させるように前記ガルバノミラーの駆動を制御する眼追尾手段とを備え、前記光位置センサは前記追尾手段によるレーザ照射位置の追尾範囲をもカバーする検出領域を持つことを特徴とする。
（４）（１）〜（３）の何れかの角膜手術装置において、前記光センサは光位置センサであり、さらにレーザ照射直前に患者眼の手術条件データを入力するデータ入力手段と、前記手術条件データの入力完了信号に基づいて前記光位置センサの所定位置に前記検出光を入射させる角度指令信号を前記ガルバノミラーに出力し、前記光位置センサからの出力信号と前記角度指令信号とに基づいてガルバノミラーの補正情報を求め、該補正情報に基づいてガルバノミラーの駆動を補正する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ照射中にガルバノミラーに異常が発生した場合にも適切に対処できる。また、レーザ照射前にガルバノミラーの動作の補正を適切に行うことができる。

本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。図１、図２は、本発明に係る角膜レーザ手術装置の構成を説明する図である。

図１は本装置の全体構成を示す図であり、装置本体４０にはレーザ光源１０と可視レーザ光源５０が配置される。レーザ光源１０及び可視レーザ光源５０からのレーザビームはアーム４１の先端に取り付けられたレーザ照射端ユニット４２に導光される。レーザ照射端ユニット４２には、図２に示すガルバノミラー１３，１５の走査光学系が配置されている。レーザ照射端ユニット４２の上には顕微鏡２０が備えられている。アーム４１は、コントローラ４５の走査により、本体４０に対して前後方向、左右方向及び上下方向に移動可能とされている。

図２は光学系及び制御系の概略構成図である。１０は角膜をアブレーションする紫外レーザ光を発するレーザ光源である。角膜のアブレーションを引き起こす紫外レーザとしては、代表的には波長１９３ｎｍのエキシマレーザが好適に用いられる。また、固体レーザ光源からのレーザ光を紫外波長に波長変換したものを使用する構成でも良い。レーザ光源１０からは、パルスの紫外レーザ光を出射される。１１は、レーザ光源１０からのレーザ光のビーム形状を円形スポットに整形する補正光学系である。この補正光学系１１により、角膜上に照射されるビームスポットのサイズが０．５〜１ｍｍ程度に整形される。また、補正光学系１１によりレーザ光のスポット内のエネルギ分布が、中心部が高く、周辺が低くなるように補正される。エネルギ分布は、好ましくはガウシアン分布である。１２はレーザ光源１０からのレーザビームを遮断するシャッタであり、レーザ照射のトリガ信号により光路から外され、異常時には光路を遮断する。１３は反射ミラーである。

また、５０は半導体レーザ等の可視レーザ光源であり、エイミング光となる波長６３０ｎｍの可視レーザ光を出射する。可視レーザ光源５０から出射された可視レーザ光は、レンズ５１により略平行光とされる。５２はダイクロイックミラーであり、反射ミラー１３で反射された紫外レーザ光を全反射し、可視レーザ光源５０からの可視レーザ光を透過させる特性を持つ。このダイクロイックミラー５２により、レーザ光源１０からの紫外レーザ光と可視レーザ光源５０からの可視レーザ光とが同軸に合成される。

ダイクロイックミラー５２により同軸に合成された紫外レーザ光及び可視レーザ光は、２つのガルバノミラー１４，１６からなる走査光学系により、角膜上で２次元的に高速で走査される。ガルバノミラー１４は、スキャンミラー１４ａと、スキャンミラー１４ａを回転する駆動部１４ｂと、スキャンミラー１４ａの回転角度を検出する回転角度検出センサ１４ｃとを備える。同様に、ガルバノミラー１６は、スキャンミラー１６ａと、スキャンミラー１６ａを回転する駆動部１６ｂ、スキャンミラー１６ａの回転角度を検出する回転角度検出センサ１６ｃを備える。スキャンミラー１６ａで反射した紫外レーザ光及び可視レーザ光は、ダイクロイックミラー１７に至る。ダイクロイックミラー１７は、紫外レーザ光を反射し、可視レーザ光の一部を反射すると共に残りの大部分を透過する特性を持つ。また、ダイクロイックミラー１７は赤外光を透過する特性を持つ。ダイクロイックミラー１７で反射された紫外レーザ光及び可視レーザ光であるエイミング光は、同軸で角膜に導光される。なお、１８は被検眼の前眼部を照明する赤外照明光源である。

また、ダイクロイックミラー１７を挟んでガルバノミラー１６の反対方向（ガルバノミラー１６で反射された可視エイミング光がダイクロイックミラー１７を透過する側）には、可視エイミング光を検出するための２次元光位置センサである２つのＰＳＤ６１，６２が配置されている。ＰＳＤ６１，６２は、アブレーション用の紫外レーザ光と同軸にされた可視エイミング光を受光することにより、ガルバノミラー１４，１６で走査される紫外レーザ光の位置を検出する。通常、安価に入手できるＰＳＤ等の２次元光位置センサは、波長１９３ｎｍ付近の短波長の紫外光に対して感度が無いため、可視レーザ光源５０からの可視エイミング光を紫外レーザ光の代わりに検出光として使用する。図２の例ではＰＳＤ６１，６２をダイクロイックミラー１７により可視レーザ光の光路が分岐された位置に配置しているが、ガルバノミラー１６とダイクロイックミラー１７の間の光路や、ダイクロイックミラー１７と患者眼との間の光路であっても良い。光路分岐部材により光路を分岐しないでＰＳＤ６１，６２を配置する場合は、ガルバノミラー１４，１６により角膜上で紫外レーザ光（エイミング光）を走査する照射範囲から外れた光路の位置に配置すれば良い（もちろん、ガルバノミラー１４，１６の走査可能な範囲である）。

ダイクロイックミラー１７を挟んで患者眼と対向する側には双眼の顕微鏡２０が配置されている。術者は、図示を略す可視照明ユニットにより照明された患者眼を顕微鏡２０により観察する。顕微鏡２０の対物レンズ２０ａの光軸Ｌ１上には固視灯２１が配置されており、手術時には固視灯２１を患者眼に固視させる。ダイクロイックミラー１７により、顕微鏡２０の対物レンズ２０ａの光軸Ｌ１と、スキャンミラー１４ａ及びスキャンミラー１６ａで反射される紫外レーザ光、可視レーザ光（エイミング光）の中心軸がほぼ同軸に合成される。

また、顕微鏡２０とダイクロイックミラー１７との間には、赤外光を反射し、可視レーザ光を透過するビームスプリッタ２２が配置されており、その反射側には患者眼を撮像する撮像カメラ２４が配置されている。撮像カメラ２４の出力は、画像処理ユニット２５に接続されている。画像処理ユニット２５は、撮像カメラ２４からの画像信号を処理して患者眼の瞳孔位置（好ましくは瞳孔中心）を検知する（眼移動検知手段）。この瞳孔位置の検知結果は、レーザ光の照射位置を患者眼の動きに合わせて追尾させるときに利用される。

レーザ光源１０、可視レーザ光源５０、ガルバノミラー１４，１６、画像処理ユニット２５、ＰＳＤ６１，６２等は制御部３０に接続されている。３２はアブレーション量を演算する機能を持つコンピュータ部であり、手術データを入力するためのキーボードやモニタ等の入力部を兼ねる。コンピュータ部３２で決定されたアブレーションデータを制御部３０に入力され、制御部３０はアブレーションデータに基づいてガルバノミラー１４，１６等を制御する。３４はレーザ光源１０から紫外レーザ光を出射させるトリガ信号を入力するフットスイッチである。

図３は、ガルバノミラー１４，１６及びＰＳＤ６１，６２の配置関係を説明する概略斜視図である。本実施形態のスキャンミラー１４ａ，１６ａは三角プリズムで作られたものであり、それぞれのミラー面は駆動部１４ｂ及び１６ｂの回転軸方向に対して４５度の角度で取り付けられている。スキャンミラー１４ａはレーザ光源１０からのレーザ光の中心基準軸Ｌ01回りに回転され、スキャンミラー１６ａはスキャンミラー１４ａで反射される中心基準軸Ｌ02回りに回転される。このタイプのガルバノミラーは、駆動部の回転角度に対して走査されるレーザ光の角度が同じ角度となり、スキャンミラーをそのミラー面に平行な軸回りに回転するタイプのものに比べ、走査におけるピッチ角を大きく取ることができるので有利である。レーザ光源１０，５０からのビームは、ガルバノミラー１４により図３上のＹ方向に走査され、ガルバノミラー１６により図３上のＸ方向に走査される。ガルバノミラー１４，１６を経た可視ビームは、ダイクロイックミラー１７で半分が透過され、ＰＳＤ６１又は６２の配置面に向かう。ＰＳＤ６１，６２は、スキャンミラー１６ａで反射される中心基準軸Ｌ03に直交する面で、中心基準軸Ｌ03を挟んでＸＹ方向にそれぞれ等距離だけ離れた位置に配置されている。なお、ガルバノミラー１４，１６で角膜上にレーザ光を走査する角度は１〜２度程であるが、ガルバノミラーのゲインを検知するためには、走査角度が大きい方が有利なため、ＰＳＤ６１，６２は角膜上での走査角度より大きな角度となる位置に配置されている。

ここで、角膜手術装置が持つレーザ照射光学系でガルバノミラーを使用するに際して、その温度ドリフトによる影響を説明する。一般に、医療機器の使用環境温度は１５〜３５℃であり、ガルバノミラー自身の温度上昇も加わることから、ガルバノミラーの温度ドリフトの影響は、少なくとも１５〜８０℃程度までが考えられる。ガルバノミラーは、その内部に回転角度検出センサが内蔵されているのも拘わらず、温度によるドリフトが生じる。例えば、ガルバノミラーの温度ドリフトが１８μrad／℃（約0.001deg／℃）であるとすると、ガルバノミラーの温度ドリフト角度は、
（８０−１５）×０．００１＝０．０６５（deg）
となる。ガルバノミラーから角膜までの距離が、顕微鏡のワーキングディスタンスを含めて３００ｍｍとすると、角膜上の位置誤差は、
３００×tan（０．０６５）＝０．３４（mm）
となる。これは、角膜上で走査するレーザ照射のスポット直径０．５〜１．０mmにとって、無視できない誤差となる。スキャンミラーをそのミラー面に平行な軸回りに回転するタイプのガルバノミラーの場合には、光の変向角度はスキャンミラーの回転角度の２倍であるので、さらに角膜上の位置誤差は０．６８ｍｍと大きくなる。ガルバノミラーの回転角度は、いわゆるゲインとオフセットによって調整される。ゲインは回転角度の傾き、オフセットは角度原点のずれを表す。

上記のことを踏まえ、本装置での温度ドリフトによるガルバノミラーの角度補正方法を、図４、図５を使用して説明する。まず、ＰＳＤ６１，６２の検出光（可視エイミング光）の位置検出によるスキャンミラー１４ａ，１６ａの走査角度について説明する。なお、説明を簡単にするために、図４ではスキャンミラー１６ａによるＸ成分の走査角度のみを見るために、ＰＳＤ６１がＸ軸上にＰＳＤ６１ｘとして配置され、中心基準軸Ｌ03を挟んでＰＳＤ６２がＸ軸上にＰＳＤ６２ｘとして配置されているものとする。

図４において、Ｌｘはスキャンミラー１６ａの回転中心からＰＳＤ６１ｘ，６２ｘが配置された平面までの距離である。中心基準軸Ｌ03からＰＳＤ６１ｘの検出位置までの距離をＤ１ｘ、また、中心基準軸Ｌ03からＰＳＤ６２ｘの検出位置までの距離をＤ２ｘとすると、それぞれで検出光の位置が検出されるときのスキャンミラー１６ａの走査角度θ１ｘ，θ２ｘは、
θ１ｘ＝ｔａｎ^-1（Ｄ１ｘ／Ｌｘ）
θ２ｘ＝ｔａｎ^-1（Ｄ２ｘ／Ｌｘ）
となる。

図４では、Ｘ方向のみの走査について説明したが、スキャンミラー１４ａによるＹ方向の走査でも同様の原理でＹ方向成分の角度が算出できる。

次に、ガルバノミラーへの指令角度とＰＳＤ（６１，６２）により検出される検出角度との関係を説明する。図５はガルバノミラーへの指令角度とＰＳＤ（６１，６２）から求められた検出角度の対応図である。ここでは説明を簡単にするために、Ｘ方向成分のみの対応について考える。横軸が指令角度θｃ、縦軸がＰＳＤの出力から求められた検出角度θｐを表す。いま、指令角度がΘ１ｘの時の検出角度をθ１ｘとすると、指令角度と検出角度にズレが無い場合、つまり、ＰＳＤ（６１，６２）の所定位置に検出光が入射してΘ１ｘ＝θ１ｘとなる場合には、指令角度と検出角度の関係が線形であるならば関係式は原点を通る直線、つまりθｐ＝θｃとなる。逆に、指令角度と検出角度にズレがある場合、つまり、Θ１ｘとθ１ｘとが一致しない場合には、関係式はθｐ＝ａ×θｃ＋ｂとなる。この時、傾きａと切片ｂはガルバノミラーの位置制御誤差であるドリフトを示す。傾きａはガルバノミラーのゲインドリフトを、切片ｂはオフセットドリフトを示す。

いま、ガルバノミラーの指令角度Θ１ｘ、Θ２ｘに対するＰＳＤで求めた検出角度がそれぞれθ１ｘ、θ２ｘとなり、それぞれの角度が対応する点をＰ１、Ｐ２とおく。点Ｐ１と点Ｐ２で以下に示す方程式が立式できる。
θ１ｘ＝ａ×Θ１ｘ＋ｂ
θ２ｘ＝ａ×Θ２ｘ＋ｂ
この２変数の方程式が２式できるため、傾きａと切片ｂが以下のように求められる。
ａ＝（θ１ｘ―θ２ｘ）／（Θ１ｘ―Θ２ｘ）
ｂ＝θ１ｘ―Θ１ｘ（θ１ｘ―θ２ｘ）／（Θ１ｘ―Θ２ｘ）
上記のａとｂからガルバノミラーの位置ずれ（ドリフト）が検知できる。点Ｐ１と点Ｐ２の２点を定めることにより、ガルバノミラーの特性関数を定めることができ、ガルバノミラーのゲインドリフト（増幅率のずれ）とオフセットドリフト（原点位置ずれ）を求めることができる。上記の傾きaの値を１に、切片ｂの値を０にするように、ガルバノミラーのゲインとオフセットの値を再設定すれば、ガルバノミラーの温度ドリフトの影響を補正できる。なお、図５ではＸ方向成分のみの角度算出について述べているが、これをＹ方向に拡張することによって、ＸＹ平面でのＸ方向成分の角度、Ｙ方向成分の角度がＰＳＤ２つあることで、それぞれ算出できる。

次に、ガルバノミラーの温度ドリフトによる角度変位の自動補正（較正）の動作を説明する。図６は自動補正のアルゴリズムを示すフローチャートである。ステップ（以下Ｓ）１でガルバノミラー１４，１６の補正を開始するルーチンに入る。Ｓ１のトリガとしては、装置の起動（電源の投入）としても良いが、ガルバノミラー１４，１６自身が温度上昇し、安定するまで時間を要するので、装置の起動時のみでは十分でない。実際の治療は、患者眼毎に手術条件データの入力等の事前準備を行ってからレーザ照射に入る。したがって、レーザ照射の直前にガルバノミラー１４，１６の補正を行うのが好ましい。角膜矯正手術では、目的とする矯正量データ、術前の角膜形状データ、照射領域データ等の手術に必要な手術条件データをコンピュータ部３２により入力する。コンピュータ部３２は入力されたデータから角膜上の各位位置でのアブレーションデータを演算し、そのデータを制御部３０に入力する。制御部３０は、入力されたアブレーションデータに基づいてレーザスポットの照射位置及び各位置での照射時間（パルス数）等を求め、ガルバノミラー１４，１６、レーザ光源１０の制御データを決定する。この制御データの決定に際して、少なくともガルバノミラー１４，１６の補正を行っておく必要があるので、制御部３０は手術直前の手術条件データの入力完了信号であるアブレーションデータの入力をトリガとし、ガルバノミラー１４，１６の補正動作を開始する。

補正ルーチンに入ると、Ｓ２で可視レーザ光源５０が点灯される。この時、紫外レーザ光源１０は駆動されず、シャッタ１２も閉じられたままである。Ｓ３で、制御部３０は、ガルバノミラー１４，１６で反射された検出光がＰＳＤ６１，６２の所定の基準位置（例えば、ＰＳＤの中心位置）に入射するように、指令角度信号をそれぞれの駆動部１４，１６へと送る。

Ｓ４でガルバノミラー１４，１６が指令角度で停止すると、Ｓ５でＰＳＤ６１，６２がガルバノミラー１４，１６により導かれた検出光の入射位置点Ｐ１，Ｐ２を検出し、その検出信号は制御部３０に入力される。Ｓ６で、制御部３０はＰＳＤ６１，６２のそれぞれの検出位置と角度指令による基準位置との誤差が許容範囲にあるか否かを判定する。誤差が許容範囲にない場合は、Ｓ７で点Ｐ１，Ｐ２の位置信号からガルバノミラー１４，１６の実際の走査角度を算出する。Ｓ８で、制御部３０は指令角度とＳ７で算出した角度からゲインドリフト値とオフセットドリフト値を算出する。Ｓ９で、制御部３０はゲインドリフト値とオフセットドリフト値からガルバノミラー１４，１６の補正値を算出し、Ｓ１０でガルバノミラー１４，１６へのゲイン及びオフセットを再設定する。その後、再びＳ３に戻り、Ｓ６で検出位置の誤差が許容範囲に入ることが判定されるまで繰り返す。誤差が許容範囲にあれば、Ｓ１１で補正動作を終了し、その旨をコントローラ４５に設けられた表示器等で報知する。なお、一定時間が過ぎても補正が終了しない場合は、エラーメッセージがコントローラ４５の表示器に表示される。

以上のアルゴリズムでは、手術装置の制御部３０にデータ入力装置としてのコンピュータ部３２からの手術データの入力完了をトリガとして補正動作をスタートするものとしたが、もちろん任意の時に行えるようにしても良い。例えば、コントローラ４５に補正動作開始信号を入力するスイッチを設けておく。

次に、手術中におけるガルバノミラー１４，１６の異常検出動作を説明する。上記のようにしてガルバノミラー１４，１６の補正動作が終了すると、レーザ照射可能な状態とされる。術者は、患者眼を顕微鏡２０で観察しながらアーム４１を移動し、患者眼に対してレーザ照射端ユニット４２を所定の位置関係にアライメントする。アライメント完了後、フットスイッチ３４を踏むとレーザ照射が開始される。レーザ照射時には、角膜に照射された可視レーザ光源５０からのエイミング光が観察できる。制御部３０は、アブレーションデータに基づく制御データによりガルバノミラー１４，１６の動作を制御する。ガルバノミラー１４，１６によりレーザスポットは角膜上で２次元的に走査され、角膜が所期する形状にアブレーションされる。また、制御部３０は、フットスイッチ３４の信号をトリガとして撮像カメラ２４及び画像処理ユニット２５で検知される瞳孔位置に基づいて患者眼の追尾動作を開始する。患者眼が動いたことが検知されると、その偏位分だけレーザスポットが追尾するように、制御部３０はガルバノミラー１４，１６の動作を制御する。許容範囲を超えて患者眼が大きく動いた場合は、シャッタ１２を閉じてレーザ照射を停止し、追尾可能な範囲に入ればレーザ照射を再開する。

レーザスポットを走査しながら角膜へのレーザ照射中、制御部３０は一定時間間隔（例えば、０．１〜１．０秒間隔）で、ＰＳＤ６１，６２にそれぞれ検出光であるエイミング光を入射させるように、異なる角度の指令信号をガルバノミラー１４，１６に出力する。なお、異なる角度の信号であれば、ＰＳＤ６１，６２の何れか一方に入射させる指令信号でも良い。このとき、レーザ光源１０からの紫外レーザ光の出射を停止し、患者眼に紫外レーザ光が照射されないようにする。制御部３０は、ガルバノミラー１４，１６に出力した角度指令信号（これは、回転角度検出センサ１４ｃ，１６ｃからのフィードバック信号を利用する場合も含む）とＰＳＤ６１，６２で検出される実際の走査角度信号となる位置検出信号とを制御部３０に配置された比較回路３１で比較し、その誤差が許容範囲内にあるか否かでガルバノミラー１４，１６の異常を検知する。もし、誤差が許容範囲から外れていれば、ガルバノミラー１４，１６に異常があると判定し、制御部３０はシャッタ１２を閉じて、エキシマレーザ光が患者の角膜に照射されないようにする。また、ガルバノミラー１４，１６に異常が発生したことを、コントローラ４５の表示器及び警報音発生器で術者に知らせる。なお、異常検知においては、温度ドリフトの補正時のように正確な補正情報を演算で求めなくても良く、ＰＳＤ６１，６２からの位置検出信号の電圧と、ガルバノミラー１４，１６の駆動部１４ｂ、１６ｂへ与えられる角度指令信号の電圧との差分を制御部３０に配置された比較回路３１で比較することで、手術中も高速でガルバノミラーの動作を監視できる。

以上の説明では、温度ドリフトの自動補正でゲインドリフトとオフセットドリフトを検出するために、角膜上での走査角度より大きな走査角度の位置で、且つ検出光を２つの位置で検出できるように２つのＰＳＤ６１，６２を配置した構成としたが、レーザ光の走査範囲が狭く、ゲインドリフトが無視できる精度を持つガルバノミラーを使用する構成においては、２次元のＰＳＤを１つとしてもよい。また、オフセットドリフトのみを検出する場合には、２次元のＰＳＤに入射させる検出光の位置は少なくとも１点あれば良い。例えば、図７のように、中心基準軸03を中心にして２次元のＰＳＤ６５を配置した構成で対応できる。前述した図５の説明においては、特性関数の傾きａがゲインドリフト、切片ｂがオフセットドリフトであった。ゲインドリフトが無視できるとすれば、傾きはａ＝１となり、ある検出位置のみの指令角度と実際の検出角度の対応がわかれば、切片ｂ（オフセットドリフト）がそれらの角度差として検出できる。ＰＳＤ６５が１つの場合の検出位置はどの位置でもあってもよい。好ましくは中心基準軸03を含むような配置である。この場合は指令角度０度に対して実際の検出角度が何度であるかを検出するだけでよい。

また、図７のように、ガルバノミラー１６から患者眼角膜に至る光路の途中で、ダイクロイックミラー１７により分岐された光路において、その中心基準軸03を中心にして配置されたＰＳＤ６５を、角膜上でのレーザ光の走査範囲（例えば最大直径１５ｍｍ）をカバーする検出領域を持つものとすることにより、手術中におけるガルバノミラー１４，１６の異常検出をリアルタイムに行うことができる。さらに、撮像カメラ２４及び画像処理ユニット２５等による患者眼の動きの検知結果に基づいてレーザ照射位置を追尾させるようにガルバノミラー１４，１６の駆動を制御する場合は、その追尾範囲（例えば、最大直径２５ｍｍ）をもカバーする検出領域を持つものとすると良い。制御部３０はアブレーションデータを基にして決定した制御データでガルバノミラー１４，１６を制御して、紫外レーザ光とエイミング光を角膜上で走査する。この時、ＰＳＤ６５にも角膜上に照射されるレーザ光と同じように走査されるエイミング光（検出光）が入射し、ＰＳＤ６５で検出光の位置が常時検出される。制御部３０は、ＰＳＤ６５からの位置検出信号の電圧と、ガルバノミラー１４，１６の角度指令信号の電圧との差分を、比較回路３１で比較し、前述と同様に、その差が所定の許容誤差（閾値内）内にあるか否かで異常の有無を検知する。異常があれば、シャッタ１２を閉じて紫外レーザ光の照射を停止し、術者に警報器でエラーを知らせる。これにより、誤った位置へのレーザ照射を防止し、適切に角膜手術が行える。

なお、上記の手術中におけるガルバノミラー１４，１６の異常検出においても、ガルバノミラー１４，１６に異常があると検出されてレーザ照射を停止した後、オフセットドリフト等の誤差を演算した後、その誤差が補正可能な範囲であれば、上記の補正を実施した後にレーザ照射を再開可能する構成としても良い。

以上の実施形態では、ガルバノミラーの温度ドリフトの自動補正を行うために、光位置センサとしてのＰＳＤ６１，６２又はＰＳＤ６５を使用したが、ガルバノミラーの異常のみを検知する場合には、単に光源５０からの検出光の有無を検出する光センサであっても良い。例えば、上記のＰＳＤの代わりに配置する光センサは、光源５０からの検出光の１スポット又はそれ以下の検出面を持つものとする。そして、角膜への紫外レーザ光の照射中に、所定位置に配置された光センサに検出光を入射させる角度指令信号と光センサに検出光を入射させない角度指令信号をガルバノミラー１４，１６に出力したときに、それぞれの角度指令信号に対して光センサからの出力が所定の閾値以上あるか否かを比較することで、ガルバノミラーの異常の有無を検出できる。すなわち、制御部３０は、光センサに検出光を入射させる角度指令信号を出力したにも拘わらず、光センサからの出力が所定の閾値以上でない場合は、検出光が光センサに入射していないので、ガルバノミラーに異常があると判定する。また、光センサに検出光を入射させない角度指令信号を出力したにも拘わらず、光センサからの出力が所定の閾値以上あれば、検出光が光センサに入射しているのでガルバノミラーに異常があると判定する。異常が検出された場合は、レーザ照射を即座に停止する。

角膜手術装置の全体構成を示す図である。角膜手術装置の光学系及び制御系の概略構成図である。ガルバノミラー及びＰＳＤの配置を示した斜視図である。ＰＳＤの位置検出によるスキャンミラーの走査角度の検出を説明する図である。指令角度とＰＳＤによる検出角度の対応を示す図である。ガルバノミラーの自動補正のアルゴリズムを示すフローチャートである。１つのＰＳＤを使用した場合の配置例を示す図である。

符号の説明

１０レーザ光源
１４、１６ガルバノミラー
１４ａ、１６ａスキャンミラー
１４ｂ、１６ｂ駆動部
１４ｃ、１６ｃ回転角度検出センサ
１７ダイクロイックミラー
２０顕微鏡
２４撮像カメラ
２５画像処理ユニット
３０制御部
３１比較回路
３２コンピュータ部
５０可視レーザ光源
５２ダイクロイックミラー
６１、６２、６５ＰＳＤ

Claims

紫外レーザ光を角膜上で２次元的に走査するガルバノミラーが配置されたレーザ照射光学系を備え、紫外レーザ光の照射により角膜をアブレーションする角膜手術装置において、前記ガルバノミラーより角膜側の光路の途中で分岐された光路の所定位置又は角膜上にレーザ光を走査する範囲から外れた所定位置に配置された光センサと、前記ガルバノミラーに至る前の光路で紫外レーザ光と同軸に合成され、前記光センサで検出可能な検出光を発する検出用光源と、紫外レーザ光の角膜への照射中に、前記ガルバノミラーを駆動するために出力した角度指令信号と前記光センサからの出力信号との比較に基づいて前記ガルバノミラーの異常の有無を検知する異常検知手段と、該異常検知手段により異常が検知されたときに角膜への紫外レーザ光の照射を停止する照射制御手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。
請求項１の角膜手術装置において、前記光センサは光位置センサであり、前記ガルバノミラーより角膜側の光路の途中で光路分岐部材により分岐された光路に配置され、角膜上でのレーザ光の走査範囲をカバーする検出領域を持つことを特徴とする角膜手術装置。
請求項２の角膜手術装置は、さらに患者眼の動きを検知する眼移動検知手段と、該検知結果に基づいて患者眼の動きに合わせてレーザ照射位置を追尾させるように前記ガルバノミラーの駆動を制御する眼追尾手段とを備え、前記光位置センサは前記追尾手段によるレーザ照射位置の追尾範囲をもカバーする検出領域を持つことを特徴とする角膜手術装置。
請求項１〜３の何れかの角膜手術装置において、前記光センサは光位置センサであり、さらにレーザ照射直前に患者眼の手術条件データを入力するデータ入力手段と、前記手術条件データの入力完了信号に基づいて前記光位置センサの所定位置に前記検出光を入射させる角度指令信号を前記ガルバノミラーに出力し、前記光位置センサからの出力信号と前記角度指令信号とに基づいてガルバノミラーの補正情報を求め、該補正情報に基づいてガルバノミラーの駆動を補正する制御手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。