JP5977379B2 - 眼科手術用レーザのための光学システム - Google Patents
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Description
本出願は、2009年7月29日に出願された米国特許出願番号第12/511,974号、「Optical System for Ophthalmic Surgical Laser」の優先権を主張し、この文献の全体は、引用によって本願に援用される。
レーザエンジン100は、所定のレーザパラメータを有するレーザパルスを出射するレーザを含むことができる。これらのレーザパラメータは、1フェムト秒〜100ピコ秒の範囲内、10フェムト秒〜10ピコ秒の範囲内、又は幾つかの実施の形態では、100フェムト秒〜1ピコ秒の範囲内に収まるパルス幅を含むことができる。レーザパルスは、0.1μJ〜1000μJの範囲内、他の実施の形態では、1μJ〜100μJの範囲内の1パルスあたりのエネルギを有することができる。パルスは、10kHz〜100MHzの範囲内、他の実施の形態では、100kHz〜1MHzの範囲内の繰返し周波数を有することができる。他の実施の形態は、これらの範囲の限界の組合せ内に収まるレーザパラメータ、例えば、1〜1000フェムト秒の範囲内のパルス幅を有することができる。特定の処置のためのレーザパラメータは、例えば、術前処置の間、又は患者に関する何らかのデータ、例えば、患者の年齢に基づく計算に基づいて、これらの広い範囲から選択できる。
図2は、レーザビームの波面が、幾つかの異なる形式で及び幾つかの異なる理由で、理想的な振る舞いから逸脱することがあることを示している。これらの逸脱を大きくまとめて収差と呼ぶ。収差(及び他の波面歪み)によって、実際の像点は、理想的な近軸ガウス像点(paraxial Gaussian image points)から逸脱する。図2は、出射瞳ExPを介して出射される光の波面を示している。歪みのない球状の波面Gは、出射瞳から出て、波面Gの曲率中心である点P1に一点に収束する。Gは、ガウス基準球(Gaussian reference sphere)とも呼ばれる。収差波面Wは、Gから逸れ、異なる点P2に収束する。
以下の幾つかの具体例は、「前置補償されない」レーザ送達システム1、すなわち、前置補償器200が取り除かれたレーザ送達システムの収差測定値と、「前置補償された」レーザ送達システム、すなわち、前置補償器200が取り除かれていないシステムの収差測定値とを比較することによって特徴付けられる。
XYスキャナ300は、前置補償器200から前置補償されたビームを、直接的に、又は幾つかの中間光学素子を通過させて間接的に受け取ることができる。XYスキャナ300の機能は、前置補償器200から受け取ったビームを、レーザ送達システム1の光軸を実質的に横断する方向に走査することである。様々な実施の形態では、「横断」方向は、必ずしも光軸に直交していなくてもよく、光軸に対して実質的な角度を形成するあらゆる方向を含むことができる。
上述したように、眼の手術システムは、角膜の処置で走査されるインターバルより遙かに大きいインターバルに亘って焦点を走査できるような設計を有することによって、前方のセグメントの手術、又は水晶体手術を実行するように構成される。幾つかの具体例では、Z走査は、5mm〜10mm、又は0mm〜15mmのZ走査範囲内で、Z走査経路上で実行される。(本明細書の全体に亘って、「xmm〜ymmの範囲内の走査」という表現は、開始値がxmm以上であり、終了値がymm以下である走査経路を意味し、走査範囲の全体に達しない全ての走査経路を包含するものとする。)
ここで、「X、Y、Z」の割当は、様々な具体例に亘って、広義に解釈される。Zは、典型的には、光軸を指し、これは、幾何学的な軸に近いものであってもよい。但し、眼等の標的組織内のZ方向は、レーザ送達システム1の光軸に完全に平行ではなくてもよい。また、これらの2つの間の如何なる中間軸(compromise axis)もZ方向と呼ぶことができる。また、X、Y方向は、必ずしもZ軸に直交していなくてもよい。これらは、Z方向に対して実質的な角度を形成する如何なる方向であってもよい。また、幾つかの具体例では、レーザ送達システム1の走査について説明するために、動径座標系を用いた方がより適切である場合もある。それらの具体例では、XY走査は、適切な動径座標によってパラメータ化された、Z軸に平行ではない如何なる走査であってもよい。
幾つかの具体例では、Zスキャナ450によって出射されたレーザビームは、ビームスプリッタ/ダイクロイックミラー600によって、対物レンズ700に向けて偏向される。また、このミラー600を介して様々な補助光をレーザ送達システム1にカップリングすることができる。補助光源は、光干渉断層法イメージング(optical coherence tomography imaging:OCT)システム、照明システム、視覚的観察ブロックに関連する光を含むことができる。
様々な具体例において、サブシステム前置補償器200、XYスキャナ300、Zスキャナ450及び対物レンズ700のパラメータは、相互依存した形式で最適化でき、これにより、総合的なレーザ送達システム1の光学的性能は、例えば、眼科手術用途のために独自の有用性を有する特性を示すことができる。
図17は、レーザ送達システム1の幾つかの具体例による上述した課題に対する演算的ソリューションを示している。スキャナ座標は、球座標(ζ,χ,φ)によって与えられ、ここで、ζは、Zスキャナ450の位置であり、χは、XYスキャナ300の光軸からの傾斜角であり、φは、アジマス角である。焦点位置は、焦点円筒座標(z,r,φ)によって与えられ、zは、Z焦点深度であるであり、rは、光軸からの動径距離であり、φは、アジマス角である。
Claims (16)
- パルスレーザビームを生成するレーザ光源と、
前記パルスレーザビームを受け取り、Z軸を横断する2つの方向に走査されたXY走査ビームを出射するXYスキャナと、
前記XY走査ビームを受け取り、前記Z軸に沿った方向に追加的に走査されたXYZ走査ビームを出射するZスキャナであって、
前記XY走査ビームを当該Zスキャナ内の中間焦点面に集光する第1のレンズグループと、
前記第1のレンズグループによって前記中間焦点面に集光されて前記中間焦点面を通過した前記ビームを受け取り、可変の形式で前記ビームをコリメートする可動レンズグループとを備えるZスキャナと、
前記可動レンズグループによってコリメートされた前記ビームを前記Zスキャナから受け取り、前記ビームの焦点を標的領域の焦点に集光する対物レンズとを備え、
前記Zスキャナは、前記標的領域内で、5mmから10mmまでのZ走査範囲内で前記焦点のZ焦点深度を走査するように構成され、前記可動レンズグループは、前記Z軸に沿って、前記第1のレンズグループから5mmと50mmの間の距離だけ移動する眼科手術のためのレーザシステム。 - 前記第1のレンズグループは、2個から10個レンズを含み、
前記可動レンズグループは、2個から10個のレンズを含む請求項1記載の眼科用レーザシステム。 - 第1のレンズグループは、入射側から順番に、
正の屈折力を有する第1のレンズグループ、
入射側に面して凸面を有するメニスカスレンズ、及び
入射側に面して凹面を有する第2のレンズを備える請求項1記載の眼科用レーザシステム。 - 前記第1のレンズグループは、屈折率を有し、及び対応する曲率を有する順次的に番号が付された表面を有する5つのレンズを備え、これらの全てが以下の表に示す範囲内である請求項1記載の眼科用レーザシステム。
- 前記第1のレンズグループは、前記5個のレンズに代えて、前記5個のレンズの曲率に換算係数aを乗算した曲率に対応する換算された曲率を有し、及び前記距離に代えて、換算係数1/aによって換算された距離を有する5個の換算されたレンズを備え、前記換算係数aは、0.3から3までの間の値である請求項4記載の眼科用レーザシステム。
- 前記可動レンズグループは、入射側から順番に、
入射側に面して凹面を有するメニスカスレンズ、
負の屈折力を有する負レンズ、及び
正の屈折力を有する正レンズグループを備える請求項1記載の眼科用レーザシステム。 - 前記可動レンズグループは、屈折率を有し、及び対応する曲率を有する順次的に番号が付された表面を有する4つのレンズを備え、これらの全てが以下の表に示す範囲内である請求項1記載の眼科用レーザシステム。
- 前記可動レンズグループは、前記4個のレンズに代えて、前記4個のレンズの曲率に換算係数aを乗算した曲率に対応する換算された曲率を有し、及び前記距離に代えて、換算係数1/aによって換算された距離を有する4個の換算されたレンズを備え、前記換算係数aは、0.3から3までの間の値である請求項7記載の眼科用レーザシステム。
- 前記可動レンズグループは、前記Zスキャナを出るXYZ走査ビームの少なくとも1つの特徴を変更するよう調整され、前記特徴は、
収束、ビーム直径、Z焦点深度及び開口数NAを含む請求項1記載の眼科用レーザシステム。 - 前記可動レンズグループは、前記XYZ走査ビームの開口数NA及びZ焦点深度を、互いに独立して調整するように構成されている請求項1記載の眼科用レーザシステム。
- 前記Zスキャナは、前記XYスキャナの出射ピボット点から出るビームを、前記対物レンズの入射ピボット点に集光するように構成されている請求項1記載の眼科用レーザシステム。
- 前記対物レンズの入射ピボット点は、前記対物レンズ内にある請求項11記載の眼科用レーザシステム。
- 前記対物レンズの入射ピボット点の位置は、前記可動レンズグループを動かすことによって調整される請求項11記載の眼科用レーザシステム。
- 前記Zスキャナは、前記XYスキャナの出射ピボット点を前記対物レンズの入射ピボット点に変更するように構成されている請求項1記載の眼科用レーザシステム。
- 前記対物レンズの入射ピボット点は、前記対物レンズ内にある請求項14記載の眼科用レーザシステム。
- 前記第1のレンズグループは、可動レンズグループ及び固定されたレンズグループのうちの1つである請求項1記載の眼科用レーザシステム。
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