特許 6900599 ミックスモード手術用レーザ照明用集光光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6900599

(24)【登録日】2021年6月21日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】ミックスモード手術用レーザ照明用集光光学系

(51)【国際特許分類】

   A61F 9/008 20060101AFI20210628BHJP

【ＦＩ】

   A61F9/008 110

   A61F9/008 151

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-541773(P2019-541773)

(86)(22)【出願日】2018年1月29日

(65)【公表番号】特表2020-505994(P2020-505994A)

(43)【公表日】2020年2月27日

(86)【国際出願番号】IB2018050535

(87)【国際公開番号】WO2018142267

(87)【国際公開日】20180809

【審査請求日】2019年9月2日

(31)【優先権主張番号】62/453,769

(32)【優先日】2017年2月2日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】319008904

【氏名又は名称】アルコン インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100117019

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(72)【発明者】

【氏名】セサリオ ドス サントス

(72)【発明者】

【氏名】ジェラルド デイビッド ベイチャー

(72)【発明者】

【氏名】ロナルド スミス

(72)【発明者】

【氏名】アリレザ ミルセパッシ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル パパック

【審査官】 宮部 愛子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９９４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１２８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０６７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１２８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２０３０７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２０８４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３５０３６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００５９３５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００４７０５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２４６９１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３６６４４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｆ９／００７−９／００８

Ａ６１Ｂ９０／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

手術用照明のための装置であって、
手術中の患者の照明のための第１の光を生成するコヒーレント光源と、
第１の光を第１の光ファイバのファイバコアにおける焦点へと集光させるためのコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズを前記第１の光ファイバの伝送方向に垂直な平面内で振動させる振動ステージであって、前記焦点が前記ファイバコア上で動かされて第２の光が生成される振動ステージと、
前記第１の光ファイバからの前記第２の光を受け取る第２の光ファイバであって、前記第２の光を前記患者に投射する第２の光ファイバと、
を含んでおり、
前記手術は眼科手術であり、前記第２の光ファイバは前記第２の光を前記患者の眼に投射し、
前記第１の光ファイバからの前記第２の光の強度を測定するための光強度センサをさらに含み、前記振動ステージは、前記測定された強度に基づいて、前記焦点の動きを前記ファイバコアに限定するように制御される、
手術用照明のための装置。

【請求項2】

前記コヒーレント光源は単色レーザである、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記コヒーレント光源は前記第１の光を生成するように組み合わせられた複数の単色レーザである、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記振動ステージは、
前記コンデンサレンズに機械的に連結された圧電アクチュエータ
をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記振動ステージは、
前記コンデンサレンズに機械的に連結された電磁アクチュエータ
をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記振動ステージは、
前記コンデンサレンズに機械的に連結された電子機械工学的アクチュエータ
をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記振動ステージは、前記コンデンサレンズに往復運動及び円運動の少なくとも一方を前記焦点に付与させる、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記コンデンサレンズは前記焦点にランダム化運動を付与する、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記コヒーレント光源は、前記コヒーレント光源からの前記第１の光を受け取る第３の光ファイバであり、前記振動ステージ及び前記コンデンサレンズはコンデンサモードミキサ装置の中に含められ、これは、
前記第３の光ファイバに接続されるための入射光コネクタと、
前記光ファイバと、前記第二の光ファイバに直接連結される第４の光ファイバとの間に接続されるための射出光コネクタと、
前記コンデンサレンズの前記振動のための電力を供給する電源と、
をさらに含み、
前記コンデンサレンズは３０Ｈｚより高い周波数で振動する、
請求項１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は手術用照明に関し、より具体的には、ミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系に関する。

【背景技術】

【0002】

眼科において、眼の手術、すなわち眼科手術が眼及び付属の視覚構造に対して行われる。より具体的には、網膜硝子体手術には、眼の内部、例えば硝子体液及び網膜等に係る各種の繊細な手順が含まれる。網膜前膜、糖尿病網膜症、硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離、白内障手術合併症、その他を含む多くの眼疾患の治療において、視覚機能を改善するために様々な網膜硝子体外科処置が、時にレーザを用いて使用される。

【0003】

網膜硝子体手術中、眼科医は典型的には外科用顕微鏡を使って角膜を通して眼底を見ながら、強膜を貫通する手術器具を挿入して様々な処置の何れかを行う。患者は典型的に、網膜硝子体手術中、外科用顕微鏡の下で仰臥位をとり、眼球を露出した状態に保つために開瞼器が使われる。使用される光学システムの種類に応じて、眼科医は眼底の所定の視野を有するが、これは狭い視野から、眼底の周辺領域まで広げることのできる広い視野まで様々であってよい。

【0004】

それに加えて、光源は典型的に眼底へと導入されて、外科医が処置を行う領域を照明する。光源は典型的に、同じく強膜を貫通する照明アセンブリを有する手術器具として実装され、他の手術器具と組み合わされてもよい。手術のための光源としてコヒーレント光を伝送する光ファイバの使用は、光ファイバで利用可能となるごく小さい物理的寸法の中に提供される光強度から、好ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の開示されている実施形態は、手術用照明に使用される光ファイバにおける異なるモードを均一化するために使用されてよいモードミキシング用集光光学系を提供する。振動ステージがコンデンサレンズに機械的運動を付与して、コヒーレント光源から均一な照明場を生成してもよい。

【0006】

一態様において、開示されている方法は手術用照明のためのものである。方法は、コヒーレント光源からの第１の光を光ファイバへとコンデンサレンズを使って投射させて、第１の光を光ファイバのファイバコアにおける焦点に集光させるステップを含んでいてもよく、第１の光は、手術中の患者の照明に使用される。方法はまた、コンデンサレンズを光ファイバの伝送方向に垂直な平面内で振動させるステップを含んでいてもよい。この方法において、焦点はファイバコア上で動かされて第２の光が生成されてもよい。方法はまた、光ファイバからの第２の光を、第２の光を患者へと投射する第２の光ファイバへと伝送するステップも含んでいてよい。

【0007】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、手術は眼科手術であり、第２の光ファイバは第２の光を患者の眼へと投射し、この方法は、光ファイバからの第２の光の強度を測定するステップをさらに含む。測定された強度に基づき、方法は、振動を制御して焦点の動きをファイバコアに限定するステップを含んでいてもよい。

【0008】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は単色レーザであってよい。

【0009】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は第１の光を生成するように組み合わせられた複数の単色レーザであってよい。

【0010】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズを振動させる操作方法は、コンデンサレンズに機械的に連結された圧電アクチュエータを使ってコンデンサレンズを振動させるステップをさらに含んでいてよい。

【0011】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズを振動させる操作方法は、コンデンサレンズに機械的に連結された電磁アクチュエータを使ってコンデンサレンズを振動させるステップをさらに含んでいてよい。

【0012】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズを振動させる操作方法は、コンデンサレンズに機械的に連結された電子機械工学的アクチュエータを使ってコンデンサレンズを振動させるステップをさらに含んでいてもよい。

【0013】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズは焦点に往復運動及び円運動の少なくとも一方を付与してもよい。

【0014】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズは焦点にランダム化運動を付与してもよい。

【0015】

方法の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は、コヒーレント光源からの第１の光を受け取る第３の光ファイバであってもよく、振動ステージ及びコンデンサレンズはコンデンサモードミキサ装置の中に含められてもよい。コンデンサモードミキサ装置は、第３の光ファイバとの接続のための入射光コネクタと、光ファイバとの接続のための射出光コネクタと、コンデンサレンズの振動のための電力を供給する電源と、をさらに含んでいてもよい。方法において、コンデンサレンズは３０Ｈｚより高い周波数で振動してもよい。

【0016】

別の態様において、開示されている装置は手術用照明のためのものである。装置は、手術中の患者の照明のための第１の光を生成するコヒーレント光源を含んでいてもよい。装置はまた、第１の光を光ファイバのファイバコアにおける焦点へと集光させるためのコンデンサレンズも含んでいてよい。装置は、コンデンサレンズを光ファイバの伝送方向に垂直な平面内で振動させる振動ステージをさらに含んでいてもよく、その間に焦点はファイバコア上で動かされて、第２の光が生成される。装置は、光ファイバの第２の光を受け取る第２の光ファイバをまたさらに含んでいてもよく、第２の光ファイバは第２の光を患者に投射する。

【0017】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、手術は眼科手術であってよく、第２の光ファイバは第２の光を患者の眼に投射してもよく、装置は光ファイバからの第２の光の強度を測定するための光強度センサをさらに含む。装置において、振動ステージは、測定された強度に基づいて、焦点の動きをファイバコアに限定するように制御されてもよい。

【0018】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は単色レーザであってよい。

【0019】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は第１の光を生成するように組み合わせられた複数の単色レーザであってよい。

【0020】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、振動ステージは、コンデンサレンズに機械的に連結された圧電アクチュエータをさらに含んでいてよい。

【0021】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、振動ステージは、コンデンサレンズに機械的に連結された電磁アクチュエータをさらに含んでいてよい。

【0022】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、振動ステージは、コンデンサレンズに機械的に連結された電子機械工学的アクチュエータをさらに含んでいてよい。

【0023】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、振動ステージは、コンデンサレンズに往復運動及び円運動の少なくとも一方を焦点に付与させてよい。

【0024】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズは焦点にランダム化運動を付与してよい。

【0025】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、コヒーレント光源は、コヒーレント光源からの第１の光を受け取る第３の光ファイバであってよく、振動ステージ及びコンデンサレンズはコンデンサモードミキサ装置の中に含められてよい。コンデンサモードミキサ装置は、第３の光ファイバに接続されるための入射光コネクタと、光ファイバと第２の光ファイバに直接連結される第４の光ファイバとの間に接続されるための射出光コネクタと、コンデンサレンズの振動のための電力を供給する電源と、をさらに含んでいてもよい。

【0026】

装置の開示されている実施形態の何れにおいても、コンデンサレンズは３０Ｈｚより高い周波数で振動してもよい。

【0027】

本開示とその特徴及び利点をより十分に理解するために、ここで、下記のような添付の図面と共に以下の説明を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】手術用顕微鏡と、照明器アセンブリを備える手術器具とを使用する眼科手術のある実施形態の図である。

【図2】ファイバモードからの不均一光の画像である。

【図3】モードミキシングのための集光光学系を備える手術照明システムのある実施形態を示す。

【図4A】集光光学系の光源のある実施形態の図である。

【図4B】第２の集光光学装置のある実施形態の図である。

【図4C】コンデンサモードミキサ装置のある実施形態の図である。

【図5】手術用レーザ照明の方法のうちの選択された要素のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下の説明文の中で、開示されている主旨の説明を容易にするために、詳細事項が例として示されている。しかしながら、当業者にとっては、開示されている実施形態は例に過ぎず、考えうるすべての実施形態を網羅しているわけではないことが明らかであるはずである。

【0030】

本明細書で使用されるかぎり、枝番のある参照番号はある要素の特定の例を指し、枝番のない参照番号は集合的な要素を指す。それゆえ、例えば、装置「１２−１」は、ある装置の分類の一例を指し、これらはまとめて装置「１２」と呼ばれてよく、そのうちの何れの１つも総称的に装置「１２」と呼ばれてよい。

【0031】

前述のように、光ファイバ及びコヒーレント光源の使用は、光ファイバのごく小さい物理的寸法内に提供される高い光強度により、手術照明にとって望ましい。このような手術用照明源は、様々な医療及び手術応用に使用されてよく、１つの例示的応用分野が網膜硝子体手術等の眼手術である。

【0032】

例えば、網膜硝子体手術では、照明源は典型的に、強膜を貫通する、照明器アセンブリを有する手術器具として実装され、他の手術器具と組み合わされてもよい。照明器アセンブリの遠位端において、光を眼底へと投射して、眼内で行われる手術処置を照明するためのごく小径の光ファイバが使用されてよい。例えば約２５〜１００μｍのファイバコアを有するごく小径のファイバは典型的に、レーザ源等のコヒーレント光源の近位側に連結される光ファイバに連結される。各種の光ファイバが使用されてもよいが、コヒーレント光を照明のために眼内へと伝送するために、マルチモード光ファイバが使用されてよい。

【0033】

しかしながら、コヒーレント光がマルチモード光ファイバを通じて伝送される際、ファイバ内の、「モード」と呼ばれるコヒーレント光の異なる光子群は、わずかに異なる経路長さを通るかもしれない。光ファイバ内の異なるモードが異なる経路長さをたどる結果、モードは光ファイバ内で伝搬する間に、相互に強め合うように、及び弱め合うように干渉するかもしれない。異なるモードがファイバコアを通じて光ファイバから出ると、射出光により提供される照明場はモード間干渉によって不均一に見えるかもしれない。モード間干渉は、温度、ファイバの歪み、ファイバの動きによる影響を非常に受けやすく、均一な照明場が均一な背景光を投射する代わりに、不均一な照明場は望ましくないダイナミックパターンを投射するため、一般に、人間の眼でかなり認識可能となるかもしれない。不均一な照明場は、ダイナミックであるかもしれない異なる色の光の異なる領域として見えるため、不均一な照明場は手術用照明にあまり適さないかもしれない。

【0034】

例えば、網膜硝子体手術において、外科医が安全かつ有効に手術できるようにするためには、眼内の各種の微細生体構造の鮮鋭で明瞭な視野が非常に望ましく、これは不均一な照明場では提供されないかもしれない。特に、不均一な照明場は、幾つかの実装例において、単色レーザ源又は単色レーザ源の組合せで観察される。単色レーザ源の場合、示されるモードはより少なく、それゆえ、コヒーレント光を所望の均一な照明場へと均一化できるようにする光ファイバ内のモードミキシングの度合いはより低い。さらに、眼内照明装置又は複合的照明付き手術用具等、各種の手術器具が設計され、実装されるのに伴い、高い光強度を伝達する、より小径のファイバの使用がますます望ましくなる。しかしながら、モード間干渉の問題は、光ファイバの大きさ（すなわち、径）が小さくなるほど増大し、これは、望ましくないこととして、このような小型の照明システムの使用を制約する可能性がある。また、手術用照明の応用では、約２〜３ｍの長さ等の比較的短い長さの光ファイバが使用される。より均一な照明場につながるモードミキシングはファイバの長さと共に増大するため、手術用照明応用の中で使用される、より短い光ファイバに行われるモードミキシングは不十分であるかもしれず、その結果、照明場は不均一となる。また、ガラスコアを含む光ファイバでは、示されるモードがより少なく、モードミキシングはより小さく、特に不均一な照明場となるかもしれない。

【0035】

さらに詳しく説明するように、ミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系が開示される。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、コヒーレント光を伝送する光ファイバを使って、手術用照明のための均一な照明場を提供してよい。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、比較的短く、比較的小径の光ファイバと共に使用されてよい。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、ガラスコアを有する光ファイバと共に使用されてよい。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、手術用照明のための光源に実装されてよい。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、コヒーレント光源から手術用照明を提供する光ファイバに連結できる光学機器として実装されてよい。本明細書において開示されるミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、網膜硝子体手術等の眼科手術中の患者の眼の照明に使用されてよい。

【0036】

照明アセンブリ１００が使用されてよい１つの方法が図１に示されており、その中では、外科医１２０が患者１３０の眼１０４に対し、手術器具１２２を使って眼科手術を行っている。図１において、眼１０４は開瞼器１４０を使って露出されており、接眼レンズ１５０が眼１０４上の所定の位置に保持されて、眼１０４の内部構造の可視化を容易にするための手術用顕微鏡１０２と視覚的に整列されている。外科医１２０は、手術器具１２２を使って眼１０４の内部構造に手術を実行している。

【0037】

例えば、手術器具１２２が硝子体切除プローブである場合、外科医１２０は手術器具１２２を使って、眼１０４の内部を通常満たしている透明なゲル状の硝子体を除去しており、その際、実質的に硝子体のみを除去するように注意しながら、機械的動作による影響をきわめて受けやすい、網膜等の付近の眼構造との相互作用を避ける。外科医が眼底をはっきりと見えることは、照明アセンブリ１００により提供される均一な照明場によって容易になる。手術器具１２２は様々な手持ち型の手術器具の何れであってもよいことがわかる。幾つかの実施形態において、照明アセンブリ１００は、第２の照明器具を使用せずに照明を提供するために、手術器具１２２の中に組み込まれてよい。

【0038】

図１の挿入図には、手術中の眼１０４のさらに詳細部分が示されている。カニューレを用いた強膜貫通を提供するための２つの強膜ポート１０８が見え、一方は手術器具１２２用、一方は照明器アセンブリ１００用である。図のように、照明器アセンブリ１００はミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系を含んでいてもよく、これについては後でさらに詳しく説明する。したがって、照明器アセンブリ１００は、光を伝送して均一な照明場（図１では見えない）を眼底に投射するための光ファイバを使って、眼１０４にコヒーレント光を投射するために使用されてよい。

【0039】

照明器アセンブリ１００には、本開示の範囲から逸脱することなく、改良、追加、又は省略を行ってよい。本明細書に記載されている手術用照明器アセンブリ１００の構成部品及び要素は、特定の用途に応じて統合されても分離されてもよい。照明器アセンブリ１００は、幾つかの実施形態において、より多くの、より少ない、又は異なる構成部品を使って実装されてもよい。

【0040】

図２は、ファイバモードからの不均一な光の画像２００を示す。画像２００は、ページに対して斜めに向けられたスクリーン上に投射された、光ファイバからのコヒーレント光を示す。画像２００において、図のスクリーンには、不均一な照明場の上下に黒インクで書かれた外部アノテーションがある。画像２００内の不均一な照明場は、光ファイバ内の不十分なモードミキシングに起因する。画像２００内の不均一な照明場は、最高約５００％の強度変動を示すかもしれず、これは多くの用途や使用の場面においてダイナミックであり得、これは前述のように手術用照明にとって望ましくない。画像２００内の不均一な照明場は、本願において開示されるモードミキシングのための手法を適用することによる実質的に均一な強度の照明場（図示せず）等の均一な照明場に直ちに変換されてよい。

【0041】

次に、図３を参照すると、手術用照明システム３００のある実施形態が示されている。図３に示されるように、手術用照明システム３００は図１に示される眼１０４に対する眼科手術の中で使用されてよい。図３は概略図であり、正確な縮尺又は透視図法によって描かれていない。図３には、眼１０４の断面図が示され、それによって図１に関して上述した各種の要素を見ることができる。具体的には、接眼レンズ１２０は、眼１０４の眼底の比較的広角の視野を提供しているように示され、２つの強膜ポート１０８が眼１０４の強膜を貫通している。手術器具１２２は１つの強膜ポート１０８を貫通しているように示され、照明アセンブリが別の強膜ポート１０８を貫通している。

【0042】

図３に示されるように、均一な照明場３１０が照明器アセンブリ１００によって眼１０４内に投射される。具体的には、照明器アセンブリ１００は遠位側で光ファイバ部分３０８で終了し、これらは露出して眼内に光を投射してもよい。光ファイバ部分３０８は外部光ファイバ３０４に連結される。幾つかの実施形態において、光ファイバ部分３０８は、外部光ファイバ３０４自体の遠位部分であってもよい。光ファイバ３０４はハンドピース３０６を通過するように示され、これは、光ファイバ３０４の周囲のシース又はチューブを含んでいてもよく、それによって強膜ポート１０８におけるカニューレ処置が可能となる。光ファイバ３０４は、手術コンソール３１２からハンドピース３０６まで延びているように示されている。

【0043】

図３において、手術コンソール３１２は、本明細書において開示されているように、ミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、ミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系は、別の装置として実装されてもよい（図４Ｂ及び４Ｃ参照）。具体的には、手術コンソール３１２は、レーザ源からなる集光光学系光源（図４Ａも参照）とコンデンサレンズ（又はそれと同等の光学素子）を含んでいてもよい。コンデンサレンズは、レーザ源により生成される第１の光を近位端における光ファイバ３０４のファイバコアにおいて焦点へと集光させてもよい。それに加えて、手術コンソール３１２は、光ファイバ３０４の伝送方向に垂直な平面内でコンデンサレンズを振動させるための振動ステージを含んでいてもよい。このように、焦点はファイバコア上で動かされ、光ファイバ３０４により伝送される第２の光が生成される。焦点の動きによって光ファイバ３０４の中のモードミキシングが行われ、又は向上するため、第２の光は、光ファイバ３０４の遠位端における光ファイバ部分３０８から出た後、眼１０４内に均一な照明場３１０を提供してもよい。

【0044】

手術コンソール３１２は、他の様々な機器や機能、例えば手術器具１２２のためのドライバ機器並びにデータの操作及び画像処理のためのユーザインタフェースを提供してよい。ミックスモード手術用レーザ照明のための集光光学系の内部のさらに詳細な部分について、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに関して後述する。

【0045】

ここで、図４Ａを参照すると、集光光学系光源４００のある実施形態の図が示されている。図４Ａは概略図であり、正確な縮尺又は透視図法によって描かれていない。図４Ａには、集光光学系光源４００に含められる要素が概略的に示されている。集光光学系光源４００は、例えば図４Ａに示される構成部品を格納する筐体（図示せず）を有する光学機器として実装されてもよいことがわかるであろう。特定の実施形態において、集光光学系光源４００は、手術コンソール３１２と共に含められ、又はそれに統合されてもよく（図３参照）、この場合、光ファイバ３０４は遠位端から始まってよい。

【0046】

集光光学系光源４００において、レーザ源４３０はコヒーレント光の発生源を表してよい。レーザ源４３０は、単色光源を表してよい。レーザ源４３０は、幾つかの実施形態において、複数の単色光源の組合せを表してもよい。レーザ源４３０は、コヒーレント光である第１の光４４０−１を生成してもよい。第１の光４４０−１はコンデンサレンズ４３２に投射されてよく、これは第１の光４４０−１を光ファイバ３０４のファイバコア４４２へと集光させ、第２の光４４０−２を生成するために使用されてよい。第１の光４４０−１は、様々な実施形態において、約１０〜５００ｍＷの範囲の光学パワーを有する、直径約１〜５ｍｍのコリメートレーザビームとして生成されてもよい。第１の光４４０−１は、コンデンサレンズ４３２により直径約５〜１０μｍの焦点に集光されてよい。焦点は各種の実施形態において、直径２０μｍ未満、又は直径２５μｍ未満であってもよい。ファイバコア４４２は、直径約３０μｍと細くてもよい。幾つかの実施形態において、ファイバコア４４２は、直径約５０μｍ、又は直径約１００μｍ、又はそれらの間の様々な直径サイズであってもよい。

【0047】

それに加えて、集光光学系光源４００において、レーザ源４３０、光ファイバ３０４、及び振動ステージ４３４は、集光光学系光源４００を格納してもよいハウジング（図示せず）の基底部を表してもよい固定表面４３６の上に載せられているように示されている。幾つかの実施形態において、固定表面４３６は、手術コンソール３１２の中に含められる。レーザ源４３０及び光ファイバ３０４は支持体４３８により固定されており、これはレーザ源４３０及び光ファイバ３０４を図のようにコンデンサレンズ４３２に関して固定された位置に保持するための何れの種類の機械的アタッチメントを表してもよい。

【0048】

図４Ａに示されるように、振動ステージ４３４は、振動ステージ４３４がそこに固定されるコンデンサレンズ４３２を移動させ、又は振動させるための機械的構成部品を含んでいてもよい。機械的構成部品は、コンデンサレンズ４３２の動きを生じさせ、それによってファイバコア４４２上の第２の光４４０−２の焦点に動きを付与するための様々な機械的アクチュエータの何れを含んでいてもよい。振動ステージ４３４に含まれる機械的構成部品又はアクチュエータの例は、回転モータ、リニアモータ、圧電アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、電磁アクチュエータ、及び電子機械工学的アクチュエータのほか、様々な異なる組合せを含んでいてもよい。振動ステージ４３４は、振動、回転、並進、又はそれらの組合せを可能にしてもよい。したがって、振動ステージ４３４は、往復運動及び円運動の少なくとも一方をコンデンサレンズ４３２に付与してもよい。幾つかの実施形態において、振動ステージ４３４はランダム化運動をコンデンサレンズ４３２に付与してもよい。特に、コンデンサレンズ４３２の動きは、図４Ａのページに垂直な平面に限定してファイバコア４４２までの一定の焦点距離を保持してもよく、それによって焦点は一定の大きさに保たれる。幾つかの実施形態において、コンデンサレンズ４３２の動きは、例えば、コンデンサレンズ４３２が電子的に調整可能な集光レンズである場合、光ファイバ３０４の伝送方向に沿っていてもよい（デフォーカスモード）。異なる実施形態において、振動ステージ４３４は約３０Ｈｚはそれ以上の周波数等、人間の目には見えない運動を生じさせる周波数で往復運動、回転、又は振動してもよい。電磁アクチュエータは、電子的に制御される磁石又は磁気コイル（電磁石）を有する様々なアクチュエータを含んでいてもよい。電子機械工学的アクチュエータは、内蔵ロボティックドライブ等、電子及び機械システム又は構成部品の様々な組合せを含んでいてもよい。

【0049】

集光光学系光源４００は、コンデンサレンズ４３２に機械的に連結された振動ステージ４３４を有すると上で説明したが、ファイバコア４４２に関する第２の光４４０−２の運動は、モードミキシングを目的とした相対運動として実装されてもよいことがわかるであろう。したがって、幾つかの実施形態において、コンデンサレンズ４３２は表面４３６に関して固定された状態に保持されてもよいが、光ファイバ３０４又は光ファイバ３０４の光路内のコネクタは、振動ステージ４３４に連結されてもよい。幾つかの実施形態において、コンデンサレンズ４３４及び光ファイバ３０４の双方又は光ファイバ３０４のためのコネクタは、振動ステージ４３４等の別の振動ステージに機械的に連結されてもよい。

【0050】

ここで、図４Ｂを参照すると、第２の集光光学装置４０１のある実施形態の図が示されている。図４Ｂは概略図であり、正確な縮尺又は透視図法によって描かれていない。図４Ｂには、第２の集光光学装置４０１内に含められる要素が概略的に示されている。第２の集光光学装置４０１は、例えば図４Ｂに示される構成部品を格納する筐体（図示せず）を有する光学装置として実装されてもよいことがわかるであろう。特定の実施形態において、第２の集光光学装置４０１は、中間光学機器として光ファイバ３０４に沿って据え付けられてもよいが、光ファイバ３０４は適当な光コネクタで２つの部分に実装されてもよい。

【0051】

具体的には、第２の集光光学装置４０１は、光ファイバ３０４−１に接続されるための入射光コネクタ４０２を有し、また光ファイバ３０４−２に接続されるための射出光コネクタ４０６を有するように示されている。各種の実施形態において、入射光コネクタ４０２及び射出光コネクタ４０６は、光ファイバ３０４−１及び３０４−２に取り付けられた対応するコネクタと勘合する、釈放可能コネクタ（図示せず）であってもよい。幾つかの実施形態において、入射光コネクタ４０２及び射出光コネクタ４０６は、固定されたコネクタであってもよい。図のように、入射光コネクタ４０２は第１の内部光ファイバ４０８−１に連結され、これはコンデンサモードミキサ装置４０４に接続される。コンデンサモードミキサ装置４０４は、第２の内部光ファイバ４０８−２を使って射出光コネクタ４０６に接続されてよい。

【0052】

第２の集光光学装置４０１において、入射光コネクタ４０２は第１の光４２０−１を受け取ってもよく、これには、コヒーレント光源から伝送された後、光ファイバ３０４−１で不十分なモードミキシングがなされているかもしれない。コヒーレント光源は単色レーザ又は、第１の光４２０−１を生成するように組み合わされている単色レーザの組合せであってもよい。したがって、第１の光４２０−１は、異なる周波数（すなわち、色）からの光を含んでいてもよい。第１の光４２０−１は、第１の内部光ファイバ４０８−１によってコンデンサモードミキサ装置４０４に伝送され、これは集光光学系光源４００と同様であり、図４Ｃに関してこれを以下により詳しく説明する。コンデンサモードミキサ装置４０４は、モードミックスされた第２の光４２０−２を、射出光コネクタ４０６に接続される第２の内部光ファイバ４０８−２へと射出してもよい。

【0053】

図４Ｂに示されるように、光学タップ４１２が第２の内部光ファイバ４０８−２に沿って使用されてもよく、これは第２の光４２０−２からの一部の光エネルギーをフォトダイオード４１４（又は別の光強度センサ）へと分岐させる。フォトダイオード４１４からのフィードバック制御信号４１６は、コンデンサモードミキサ装置４０４により、（コンデンサモードミキサ装置４０４内に含まれる）コンデンサレンズ４３２の振動を調整してコンデンサレンズ４３２の焦点をファイバコア４４２に向けられたままに保つために使用されてよい。コンデンサレンズ４３２の焦点がファイバコア４４２に向けられていないと、フォトダイオード４１４により測定される強度が低下する（コヒーレント光源での光学パワーは一定であると仮定）。このようにして、フィードバック制御信号４１６により、所望の方法でコンデンサレンズ４３２の運動を調整することが可能となるかもしれない。

【0054】

図４Ｂには、第２の集光光学装置４０１と共に電源４１０も示され、これは、集光光学系光源４００と共に含められる振動ステージ４３４に電源を供給してよい。幾つかの実施形態において、電源４１０は、遠隔操作を可能にするためのバッテリ等、第２の集光光学装置４０１への内部電源を表してもよい。他の実施形態において、電源４１０は外部電源、例えば外部電源（図示せず）からの電線電力又は直流のためのコネクタを表してもよい。

【0055】

次に、図４Ｃを参照すると、コンデンサモードミキサ装置４０４（図４Ｂも参照）のある実施形態の図が示されている。図４Ｃは概略図であり、正確な縮尺又は透視図法によって描かれていない。図４Ｃには、コンデンサモードミキサ装置４０４の中に含まれる要素が概略的に示されている。コンデンサモードミキサ装置４０４は、例えば図４Ｃに示される構成部品を格納するための筐体（図示せず）を有する光学装置として実装されてよいことがわかるであろう。特定の実施形態において、コンデンサモードミキサ装置４０４は、上述の第２の集光光学装置４０１と共に含められてもよい。図のように、第１の内部光ファイバ４０８−１、第２の内部光ファイバ４０８−２、及び振動ステージ４３４は、コンデンサモードミキサ装置４０４を格納してもよいハウジング（図示せず）の基底部を表してもよい固定表面４３６の上にある。第１の内部光ファイバ４０８−１及び第２の内部光ファイバ４０８−２は、支持体４３８により固定され、これは図のように、光ファイバ４０８をコンデンサレンズ４３２に関して固定された位置に保持するための何れの種類の機械的アタッチメントを表してもよい。

【0056】

コンデンサモードミキサ装置４０４において、第１の光４２０−１は前述のように第１の内部光ファイバ４０８−１から到達する。第１の光４２０−１はコンデンサレンズ４３２に投射されてよく、これは第１の光４２０−１を第２の内部光ファイバ４０８−２のファイバコア４４２へと集光させて第２の光４２０−２を生成するために使用されてよい。振動ステージ４３４は、前述のように、振動、運動、回転、又は並進をコンデンサレンズ４３２に付与するように動作してもよい。振動ステージ４３４は、前述のように、コンデンサレンズ４３２の運動を調整するための入力としてフィードバック制御信号４１６を受け取るように示されている。

【0057】

コンデンサモードミキサ装置４０４は、振動ステージ４３４がコンデンサレンズ４３２に機械的連結されているように上で説明したが、ファイバコア４４２に関する第２の光４２０−２の運動は、モードミキシングの目的のために相対運動として実装されてよいことがわかるであろう。したがって、幾つかの実施形態において、コンデンサレンズ４３２は表面４３６に関して固定された状態に保持されてもよいが、光ファイバ４０８−２又は射出光コネクタ４０６は振動ステージ４３４に連結されてもよい。幾つかの実施形態において、コンデンサレンズ４３４及び光ファイバ４０８−２の双方、又は射出光コネクタ４０６は、振動ステージ４３４等、別の振動ステージに機械的に連結されてもよい。

【0058】

次に、図５を参照すると、本明細書に記載されているモードミキシングのための集光光学系を使用する手術用レーザ照明の方法５００のある実施形態の中の選択された要素のフローチャートがフローチャートの形態で示されている。方法５００に記載されている特定の動作は任意選択によってもよく、又は異なる実施形態においては順序が変更されてもよいことがわかる。方法５００は、本明細書に記載されているように、集光光学系光源４００又は第２の集光光学装置４０２と共に照明アセンブリ１００を使って実行されてもよい。

【0059】

方法５００は、ステップ５０２で、コヒーレント光源からの第１の光を、コンデンサレンズを使って光ファイバに投射し、第１の光を光ファイバのファイバコアの焦点に集光させることから始まってもよく、第１の光は手術中、患者を照明するために使用される。ステップ５０４で、コンデンサレンズは光ファイバの伝送方向に垂直な平面内で振動させられ、焦点がファイバコア上で動かされて、第２の光が生成される。ステップ５０６で、第２の光は光ファイバから第２の光ファイバに伝送され、これが第２の光を患者に投射する。

【0060】

本明細書において開示されるように、モードミキシングのための集光光学系は、手術用照明のために使用される光ファイバの中の異なるモードを均一化するために使用されてよい。振動ステージは、コンデンサレンズに機械的運動を付与して、コヒーレント光源から均一な照明場を生成してもよい。

【0061】

上で開示された主旨は例示のためであって限定的ではなく、付属の特許請求の範囲は本開示の主旨と範囲に含まれるようなすべての改良、改善、及びその他の実施形態を網羅することが意図される。それゆえ、法により可能なかぎり、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の最も広い可能な解釈によって特定され、上記の詳細な説明によって制限又は限定されないものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A-4C】

【図5】