(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼科用内視鏡照明機器であって、
光を発生する、光源と、
前記光源が発生した前記光を平行にする、コリメーティング・レンズと、
前記光の焦点を合わせる、ハイブリッド・コンデンサ・レンズと、
前記の焦点を合わされた光を眼の中に伝達する、光ファイバと、
を具備し、
前記ハイブリッド・コンデンサ・レンズは、第一の屈折面と、前記ハイブリッド・コンデンサ・レンズの前記第一の屈折面、前記コリメーティング・レンズの第二の屈折面及び第三の屈折面が引起す色収差を補償するように製造された回折面とを有する、眼科用内視鏡照明機器。
【請求項２】
さらに、前記光を減衰するアッテネータを具備する、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項３】
さらに、前記光をフィルタするフィルタを具備する、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項４】
前記フィルタは、コールド・ミラーを具備する、請求項３に記載の内視鏡照明機器。
【請求項５】
前記フィルタは、ホット・ミラーを具備する、請求項３に記載の内視鏡照明機器。
【請求項６】
前記コリメーティング・レンズは、ハイブリッド・レンズである、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項７】
前記ハイブリッド・コンデンサ・レンズは、屈折面が引起す色収差を補償する回折面を具備する、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項８】
前記回折面は、非平面である、請求項７に記載の内視鏡照明機器。
【請求項９】
前記ハイブリッド・コンデンサ・レンズは、非球面凸屈折面、及び平面回折面を具備する、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１０】
前記ハイブリッド・コンデンサ・レンズは、プラスチック材料からなる、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１１】
さらに、
前記光ファイバに前記焦点を合わされた光を位置合わせするための、コネクタと、
前記光ファイバを保持して、手で操作することができる、ハンドピースと、
前記光ファイバを前記眼の中へ運ぶ、プローブと
を具備する、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１２】
眼科用内視鏡照明機器であって、
光を発生する、光源と、
前記光源が発生した前記光を平行にする、ハイブリッド・コリメーティング・レンズと、
前記光の焦点を合わせる、コンデンサ・レンズと、
前記の焦点を合わされた光を眼の中に伝達する、光ファイバと、
を具備し、
前記ハイブリッド・コリメーティング・レンズは、第一の屈折面と、前記ハイブリッド・コリメーティング・レンズの前記第一の屈折面、前記コンデンサ・レンズの第二の屈折面及び第三の屈折面が引起す色収差を補償するように製造された回折面とを有する、眼科用内視鏡照明機器。
【請求項１３】
さらに、前記光を減衰するアッテネータを具備する、請求項１２に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１４】
さらに、前記光をフィルタするフィルタを具備する、請求項１２に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１５】
前記ハイブリッド・コリメーティング・レンズは、屈折面が引起す色収差を補償する回折面を具備する、請求項１２に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１６】
前記回折面は、非平面である、請求項１５に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１７】
前記ハイブリッド・コリメーティング・レンズは、非球面凸屈折面、及び平面回折面を具備する、請求項１２に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１８】
さらに、
前記光ファイバに前記焦点を合わされた光を位置合わせするための、コネクタと、
前記光ファイバを保持して、手で操作することができる、ハンドピースと、
前記光ファイバを前記眼の中へ運ぶための、プローブと
を具備する、請求項１２に記載の内視鏡照明機器。
【請求項１９】
前記回折面は平面である、請求項８又は１５に記載の内視鏡照明機器。
【請求項２０】
前記コリメーティング・レンズはハイブリッド・レンズである、請求項１に記載の内視鏡照明機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼科外科処置で使用する照明機器に関し、より具体的には、眼の内部を照明するのに適した光を生成するハイブリッド非球面レンズを使用した眼科用照明機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
解剖学的に、眼は、前区と後区との２つの明確な部分に分割される。前区は、レンズ、及び角膜（角膜内皮）の最も外側の層からレンズ筴膜の後ろへ伸びてきたものを含む。後区は、レンズ筴膜の後ろにある眼の部分を含む。後区は、前方の硝子様面から、硝子体の後方の硝子様面に直接接触している網膜へ伸びている。後区は、前区よりも十分に大きい。
【０００３】
後区は、透明で色のないゲル様の硝子体を含んでいる。硝子体は、眼の体積の約２／３を占め、その形状は誕生前に形成されて形をなす。硝子体は、１%のコラーゲンとヒアルロン酸、及び９９％の水からなっている。硝子体の前方の境界は、レンズ筴膜の後ろに接触する、前方の硝子様面であり、一方、後方の硝子様の面は、その後方の境界を形成して、網膜に接触する。硝子体は、水溶性体液のように自由に流動するものではなく、あるべき正規の解剖学的な位置を持っている。その位置の１つは、鋸状縁に重なった、３−４ｍｍの幅を持ったバンドである、硝子体基部である。視神経ヘッド、黄斑、及び弧状血管もそのあるべき位置である。硝子体の主な機能は、網膜を所定の位置に保持し、球の完全性と形状を維持し、動きに伴う衝撃を吸収し、レンズを後方から支持することである。水溶性体液とは対照的に、硝子体は定常的に入れ替わることはない。硝子体は、シンクレクシス（syncrcsis）として知られる過程で年齢と共により流動的になる。シンクレクシスは、あるべき正規の位置を押したり引張ったりしてしまう、硝子体の収縮に至る。十分な引張り力がかかると、硝子体は、自身を網膜から引いて、網膜を引裂いたり網膜に孔をあけたりしてしまう。
【０００４】
硝子体網膜処置と呼ばれる、様々な外科処置が、眼の後区に施される。硝子体網膜処置は、後区で起こる多くの深刻な状態を扱うのに適切な処置である。硝子体網膜処置によって、加齢による黄斑劣化（ＡＭＤ）、糖尿病による網膜疾患、及び、糖尿病の硝子体出血、黄斑孔、網膜剥離、網膜上に成長した膜、ＣＭＶ網膜炎、並びに、その他多くの眼球の状態等のような状態を扱う。
【０００５】
外科医は、眼の後区の鮮明な画像を提供するように製造された顕微鏡と特別なレンズを使用して硝子体切除術を実行する。外科医は、強膜に長さが数ミリ程度の小さな切開口が形成して、この切開口を通して、眼の中を照明する光ファイバ源、外科処置中に眼の形状を維持するための注入ライン、及び、硝子体を切開して取除く器具のような顕微外科手術用の器具を挿入する。
【０００６】
このような外科処置中、眼の中を適切に照明することは重要である。通常、細い光ファイバを眼の中に挿入して照明する。光源としては、金属ハライド・ランプ、ハロゲン・ランプ、キセノン・ランプ、あるいは、水銀蒸気ランプのような光源がよく使用され、光源は、光ファイバによって眼の中に伝達される光を生成する。光は、いくつかの光学機器（通常、レンズ、ミラー、及びアッテネータ）を通過して、眼の中へ光を伝達する光ファイバに到達する。この光の品質は、選択した光学部材のタイプを含むいくつかのファクターに依存する。
【０００７】
よく知られているように、レンズの屈折面は色収差を生じる。屈折面を通過する光線の出て行く角度は波長に対して負の相関がある。すなわち、光の波長が長い程、入射角に対して出て行く角度は小さくなる。このように、従来の眼科外科照明機器に使用されているレンズは、眼に照射される光の色と明るさの非一様性を招く、色収差を生じる。さらに、これらの色収差は、また、わずかに出力ビームの光束を低減して、ビーム径を増加する。どちらも潜在的に光ファイバから眼の中へ照射される光の品質を劣化させる。改良された眼科用照明機器には、従来の屈折レンズが有している非一様性を最小化することが要求される。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の原理と整合性の取れる１つの実施態様において、本発明は、光源と、光源が発生した光を平行にするコリメーティング・レンズ、光の焦点を合わせるハイブリッド・コンデンサ・レンズ、この焦点を合わされた光を眼の中に伝達する光ファイバを持った、眼科用内視鏡照明機器である。
【０００９】
本発明の原理と整合性の取れる別の１つの実施態様において、本発明は、光源と、光源が発生した光を平行にするハイブリッド・コリメーティング・レンズ、光の焦点を合わせるコンデンサ・レンズ、この焦点を合わされた光を眼の中に伝達する光ファイバを持った、眼科用内視鏡照明機器である。
【００１０】
本発明の原理と整合性の取れる別の１つの実施態様において、本発明は、眼科用内視鏡照明機器に使用する、ハイブリッド・レンズである。ハイブリッド・レンズは、光線を屈折する屈折面と、光線を回折する回折面を有している。回折面は、屈折面によって引起される色収差を補償するように製造されている。
【００１１】
以上の一般的な記載と以下の詳細な記載は、例として説明の目的のためにのみのものであって、請求項に記載した本発明をさらに説明することを意図するものであることは理解されるべきである。本発明の実施と同様に、以下の記載は本発明のさらなる作用効果と本発明の目的を記述し示唆するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
以下の添付図面は、本明細書に取り込まれその部分を構成するものであって、明細書の記載と共に、いくつかの本発明の実施態様を例示説明して、本発明の原理を説明するものである。
【図１】本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の展開図である。
【図２Ａ】従来のあるコンデンサ・レンズの光路パターンを示す図である。
【図２Ｂ】従来のあるコンデンサ・レンズの別の１つの光路パターンを示す展開図である。
【図２Ｃ】従来のあるコンデンサ・レンズの別の１つの光路パターンを示す展開図である。
【図２Ｄ】従来のあるコンデンサ・レンズの別の１つの光路パターンを示す展開図である。
【図２Ｅ】従来のあるコンデンサ・レンズの別の１つの光路パターンを示す展開図である。
【図２Ｆ】従来のあるコンデンサ・レンズの別の１つの光路パターンを示す展開図である。
【図３Ａ】本発明の１つの実施態様にしたがった、コンデンサ・レンズを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の１つの実施態様にしたがった、コンデンサ・レンズを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の１つの実施態様にしたがった、コンデンサ・レンズを示す図である。
【図４】従来のコリメーティング・レンズの光路パターンを示す図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施態様にしたがった、コリメーティング・レンズを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施態様にしたがった、コリメーティング・レンズを示す図である。
【図６】本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の部分図である。
【図７】本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の部分図である。
【図８】本発明の１つの実施態様にしたがった、眼の中で使用されている眼科用内視鏡照明機器プローブの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
その実施例が添付の図面に示されている本発明の例示的な実施態様を以下詳細に説明する。可能な限り、同じあるいは類似部分を参照するのに同じ参照番号を全図面を通して使用する。
【００１４】
図１は、本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の展開図である。図１において、眼科用内視鏡照明機器は、光源１０５、コリメーティング・レンズ１１０、光学コールド・ミラー１１５、光学ホット・ミラー１１６、アッテネータ１２０、コンデンサ・レンズ１２５、コネクタ１５０、光ファイバ１５５、ハンドピース１６０、及び、プローブ１６５を含んでいる。
【００１５】
光源１０５からの光は、コリメーティング・レンズ１１０によって平行にされている。平行にされた光は、光学コールド・ミラー１１５によって、反射されてフィルタされ、又は（かつ／あるいは）、光学ホット・ミラー１１６によって、透過されフィルタされる。その結果、光線は、アッテネータ１２０によって減衰され、コンデンサ・レンズ１２５によって焦点を合わされる。焦点を合わされた光線は、コネクタ１５０と光ファイバ１５５を通して、眼の内部を照明するプローブ１６５に向けられている。
【００１６】
光源１０５は、通常、水銀蒸気ランプ、キセノン・ランプ、金属ハライド・ランプ、あるいは、ハロゲン・ランプのようなランプである。光源１０５は、フルパワーであるいはその近傍で作動させられて、相対的に安定した一定の出力光を発生する。本発明の１つの実施態様では、その光源は、約０．１８ｍｍのアーク長を持つキセノン・ランプである。本発明の別の実施態様では、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの別の光源を使用している。１つあるいはそれ以上のＬＥＤが作動させられて、一定の安定した出力光を発生することができる。知られているように、異なるパワー・レートと出力光を持つ、多くのタイプのＬＥＤがあり、光源１０５として選択することができる。
【００１７】
コリメーティング・レンズ１１０は、光源１０５が発生した光を平行にするように構成されている。よく知られているように、光を平行にするということは、複数の光線を整列させる過程を含んでいる。平行にされた光とは、進行方向先端が平面波であって、その光を構成する複数の光線が平行となっている光である。本発明の１つの実施態様では、コリメーティング・レンズ１１０は、図4に示されたハイブリッド・レンズである。
【００１８】
光学コールド・ミラー１１５は、可視光波長を持った光を反射して、赤外線と紫外線のみを透過して、有害な赤外線と紫外線をフィルタされた光線を生成する、ダイクロイック反射子である。光学ホット・ミラー１１６は、可視光を透過する一方で、長波長の赤外線と短波長の紫外線を反射する。眼の天然のレンズは、眼に入る光をフィルタする。特に、天然のレンズは、網膜を損傷する、青色の光と紫外線を吸収する。有害な長短の波長をフィルタして遮断しながら、可視光波長の切な領域の光を供給することで、無水晶体症ハザードによる網膜への損傷、青色光による光化学的網膜損傷、赤外過熱損傷、及び類似の光毒性ハザードのリスクを著しく低減することができる。これらのハザードのリスクを低減するには、通常、約４３０から７００ｎｍの領域の光が好ましい。光学コールド・ミラー１１５と光学ホット・ミラー１１６は、適切な波長の光が眼の中に照射されるように選択される。この適切な波長領域の光を発生するために、別のフィルタ、又はダイクロイック・ビーム・スプリッタを使用することができる。例えば、光をフィルタするために、ホログラフィック・ミラーも使用することができる。
【００１９】
アッテネータ１２０は、光線の強度を減少する。異なるアッテネータをいくつでも使用することができる。例えば、機械的ルーバー、カメラ可変アパーチャ機構、あるいは、ニュートラル・デンシティ・フィルタを使用することができる。可変光くさび回転ディスクも使用することができる。
【００２０】
コンデンサ・レンズ１２５は、小さい直径の光ファイバの中に到達できるように、減衰された光の焦点を合わせる。コンデンサ・レンズ１２５は、装置用に適切な構成を持ったにレンズである。コンデンサ・レンズ１２５は、通常、焦点を合わされた光線が光ファイバに適切に到達できて光ファイバによって伝達されるように設計製造されている。よく知られているように、コンデンサ・レンズは、両凸面、又は、一方が平面をなし、もう一方が凸球面、若しくは、凸非球面をなすレンズであることができる。一方が平面をなし、もう一方が凸非球面をなすレンズでは、光の焦点を最小径のスポットに合わせるために、１つの面は平面であり、もう１つの面は精度の高い凸非球面である。本発明の１つの実施態様では、コンデンサ・レンズ１２５は、図３に示すようなハイブリッド・レンズである。
【００２１】
眼科外科医師によって取り扱われる、内視鏡照明機器は、コネクタ１５０、光ファイバ１５５、ハンドピース１６０、及びプローブ１６５を含んでいる。コネクタ１５０は、光ファイバ１５５を、光源１０５を含むメイン・コンソール（図示しない）に接続するように製造されている。コネクタ１５０は、光ファイバ１５５を眼に伝達されるべき光線に適切に位置合わせされる。光ファイバ１５５は、通常、小さい直径を有するファイバであって、テーパを持つこともあるいはテーパを持たないことができる。ハンドピース１６０は、外科医によって保持され、眼の中でのプローブ１６５の操作を可能にする。プローブ１６５は、プローブ１６５の端部で終端する、光ファイバ１５５につながっており、眼の中に挿入される。このように、プローブ１６５は、眼の中で光ファイバから照明を提供する。
【００２２】
図２Ａは、従来のコリメーティング・レンズとコンデンサ・レンズのペアの光線パターンの図である。図２Ａにおいて、コンデンサ・レンズ２２５は、通常入手可能な一方が平面でもう一方が凸非球面の屈折レンズのような、屈折非球面レンズである。コンデンサ・レンズ２２５によって屈折された光線の角度は、それらの光線の波長の関数である。長い波長程、光路の曲がり角は小さい。このように、赤い光は、緑の光よりも曲がり角が小さく、そして、緑の光は、青の光よりも小さい。この結果、光ファイバ２０５のよって伝達される光線の色収差を引き起こす。図２Ａ−２Ｆにおいて、赤い光は破線で、緑の光は点線で、青の光は実線で示されている。
【００２３】
コンデンサ・レンズ２２５は、光線を光ファイバ２０５へ到達させる。図２Ａにおいて、光線は、箱２１０に収斂する線で描かれている。図２Ｂ−２Ｆは、図２Ａに示す箱２１０の中に描いた、従来のコンデンサ・レンズの異なる光線のパターンの展開図である。図２Ｂは、青い光線を示し、図２Ｃは、緑の光線を示し、図２Ｄは、赤い光線を示している。図２Ｅは、青い光線、緑の光線、赤い光線を組合せたものを示している。そして、図２Ｆは、光ファイバ２０５に光線が位置合わせがずれている状態の、青い光線、緑の光線、赤い光線を組合せたものを示している。
【００２４】
図２Ｂは、コンデンサ・レンズ２２５によって屈折された青い光線を示している。青の光は、赤い光、緑の光よりも波長が短いので、曲がり角（この場合、屈折角）は、赤い光、緑の光の屈折角よりも大きくなる。図２Ｂにおいて、青い光は、光ファイバ２０５のコンデンサ・レンズ側の点に収斂する。このようにして、青の光は、光ファイバ２０５の端部に到達する前に発散し始める。
【００２５】
図２Ｃは、コンデンサ・レンズ２２５によって屈折された緑の光線を示している。緑の光は、赤い光よりも波長が短く、青の光よりも波長が長いので、屈折角は、赤い光の屈折角と緑の光の屈折角の間の屈折角になる。換言すれば、コンデンサ・レンズ２２５によって屈折された緑の光の屈折角は、中間値をとる。図２Ｃにおいて、緑の光は、光ファイバ２０５の表面に非常に近い点に収斂する。このようにして、緑の光は、光ファイバ２０５の端部に焦点を合わされる。
【００２６】
図２Ｄは、コンデンサ・レンズ２２５によって屈折された赤い光線を示している。赤い光は、緑の光、青い光よりも波長が長いので、屈折角は、緑の光、青い光の屈折角よりも小さくなる。図２Ｃにおいて、赤い光は、光ファイバ２０５内の点に収斂する。このようにして、赤い光は、光ファイバ２０５の端部に到達する前に収斂していない。
【００２７】
図２Ｅは、図２Ｂ−図２Ｄにそれぞれ示した、青い光線、緑の光線、赤い光線を合成した光線を示している。光ファイバ２０５の面は、ビーム径ａを持つ合成光線を受ける。この場合、ビーム径ａは、比較的大きく、高輝度キセノン・ランプを使用した標準的な照明機器で、約６５７μｍである。ファイバの中へ入る光の高いカップリング効率を確保するためには、近端部の直径が大きいファイバが必要となる。さらに、光ファイバの「トランスミッタンス対入射角」特性は、通常、ファイバ近端入口アパーチャでの光の空間的位置の複雑な関数となる。図２Ｅの焦点を合わされた光のパターンにおいて、ファイバ入口アパーチャでの光線の角度対空間的位置の分布は波長に強く依存することは明らかである。その結果、「トランスミッタンス対ファイバから光が出て行く角度」特性も波長に依存する。このため、光ファイバの遠端部から照射される光（眼の中に照射される光）は、色と明るさの角度的な非一様性をもつようになってしまう。
【００２８】
光線がテーパを持つ光ファイバ２０５に到達した図２Ｆに示されている、比較的大きなビーム径を持つことに関連した問題は、光ファイバ２０５に対する光線の位置合わせが横方向にずれることである。このような場合、光線のすべての成分が光ファイバによって伝達されるわけではない。さらに、ファイバ入射アパーチャによって空間的に留められる光の位置は波長と角度とに依存することは、図２Ｆから明らかである。このことは、さらに、光ファイバの遠端部から照射される光（眼の中に照射される光）の色と明るさの角度的な非一様性に寄与することになる。
【００２９】
図３Ａ−図３Ｃは、本発明の１つの実施態様にしたがったコンデンサ・レンズを示している。ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０は、屈折面と回折面の双方（ハイブリッドの屈折／回折非球面レンズ）を持っている。ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０は、非球面凸屈折面３１５と平面回折面３２０とを持っている。回折面の構造は、図３Ｂにより明確に示されている。図３Ｂにおいて、回折面は、フレネル・レンズに見られるものに似ているがそれよりもずっと小さい、小さな歯状のファセットから構成されている。この回折面は、ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０の平面３２０上のブレーズド回折格子にも似ている。本発明の原理と整合性を持った別の実施態様では、屈折コンデンサ・レンズ３１０と回折平面とは、２つの分離した部品で実装することができる。
【００３０】
ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０は、これを通過する光線を屈折し、かつ、回折する。平面回折面３２０が収斂した白色光で照明されるとき、回折面は、入射光線よりも回折面にわずかに近くの焦点に向かって光線を回折する。平面回折面３２０は、波長の長い光がより曲がるという色分散特性を呈する。平面回折面３２０の色分散は、非球面屈折レンズ３１５の色収差と逆向きである。平面回折面３２０は、主回折（即ち、＋１オーダー）方向へ入射白色光のほぼ１００％を回折するように製造することができる。換言すれば、屈折面３１５によって引起される色収差を、回折平面３２０の色分散によって、実質的にキャンセルすることができる。
【００３１】
その結果、ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０によって生成された光線は、図３Ｃに示されている。示されているように、この結果的に生成された光線の直径ａは、図２Ａ−２Ｆの約６５７μｍに比較すると、比較的小さく、約１０３μｍである。このより焦点を合わされた光線によって、よりコンパクトな光学機器とより小さい光ファイバを含む設計をすることができるようになる。さらに、このような光線は、低減された色と明るさの非一様性、スペクトル的にフラットな光ファイバからの出力、及びわすかにしか増加しない光束を呈する。
【００３２】
図４は、従来のコリメーティング・レンズの光線のパターンを示す図である。図４において、赤い光は破線で、緑の光は点線で、青の光は実線で示されている。光源１０５は、白色光（２つの太い実線）を放射している状態で示されている。図示されているように、光源１０５によって放射されている白色光（２つの太い実線）は、従来のコリメーティング・レンズ４１０の第一の屈折面４１５によって屈折される。白色光光線は、第一の屈折面４１５を通過したとき、赤、緑、及び青色光線の典型的な色パターンに分離される。その光は、さらに、従来のコリメーティング・レンズ４１０の第二の屈折面４２０によって屈折される。前に述べたように、より長い波長はより小さい屈折角をもたらす。したがって、赤い光は、緑の光より小さい屈折角を持ち、緑の光は、青い光よりも小さい屈折角を持つ。この結果、図4に示す色収差をもたらすことになる。図４において、この結果、赤色の光線は、緑色の光線より大きな直径を持ち、緑色の光線は、青色の光線より大きな直径を持つことになる。さらに、赤色の光線は、従来のコリメーティング・レンズの中心から離れるように発散し、青色の光線は、従来のコリメーティング・レンズの中心に向かって収斂する。
【００３３】
図５Ａ、５Ｂは、本発明の１つの実施態様にしたがったコリメーティング・レンズを示している。図５Ａにおいて、赤い光は破線で、緑の光は点線で、青の光は実線で示されている。光源１０５は、白色光（２つの太い実線）を放射している状態で示されている。図３のハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０と同様に、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０は、屈折面と回折面の双方を持っている。ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０は、平面回折面５１５と非球面凸屈折面５２０とを持っている。回折面の構造は、図５Ｂに、より明確に示されている。図５Ｂにおいて、回折面は、フレネル・レンズに見られるものに似ているがそれよりもずっと小さい、小さな歯状のファセットから構成されている。この回折面は、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０の平面５１５上のブレーズド回折格子にも似ている。本発明の原理と整合性を持った別の実施態様では、屈折コリメーティング・レンズ５１０と回折平面とは、２つの分離した部品で実装することができる。
【００３４】
ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０は、図３Ａのハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０と同じように機能する。光源１０５からの光は、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０の回折面５１５に入射する。回折面５１５は、光源１０５からの光の色分散を生成する。屈折面５２０は、同一の光の色収差を生成する。回折面５１５の色分散は、屈折面５２０で生成される色収差によって、実質的にキャンセルされる。
【００３５】
図５Ａにおいて、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０は、異なる色の光線の異なった直径を補償する。図示したように、青色の光線の幅は、緑色の光線の幅よりも広く、緑色の光線の幅は、赤色の光線の幅よりも広い。このように、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０を使用することによって、従来のコリメーティング・レンズで起こるビーム径の課題を補償する。図４において、コリメーティング・レンズ４１０に中に存在する光線は、異なる色の光線ごとに異なるビーム径を有している。赤色の光線の幅が最も広く、緑色の光線の幅は中間で、青色の光線の幅が最も狭い。さらに、光線はコリメーティング・レンズから伝播するにつれて、収斂する青色の光線のビーム径は減少し、平行にされた緑色の光線のビーム径は固定され、そして、発散している赤色の光線のビーム径は増加する。したがって、コリメーティング・レンズ４１０からの距離が増加するにつれて、青色、緑色、及び青色の光線間のビーム径の差は増加する。光線がコンデンサ・レンズ３１０に到達するときまで、多くの場合、ビーム径の差は大きいものである。この結果、光ファイバ１６５から放射される光線の色と明るさの角度的な非一様性が発生する。
【００３６】
図５Ａにおいて、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０を出る光線は、コリメーティング・レンズ４１０を出る光線とは逆の態様で、異なる色の光線に対応する異なった直径を持っている。青色の光線の幅が最も広く、緑色の光線の幅は中間で、赤色の光線の幅は最も狭い。ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０の出力面でのビーム径の差は、コリメーティング・レンズ４１０出力面でのビーム径の差と大きさは同様であるが方向が反対である。しかしながら、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０を出る光線は、すべての色の光は平行である。したがって、ハイブリッド・コリメーティング・レンズからの距離が増加するにつれて、色によるビーム径の差が増加することはない。したがって、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ５１０を出る光線のコンデンサ・レンズ３１０での色によるビーム径の差は、コリメーティング・レンズ４１０を出る光線のコンデンサ・レンズ３１０での色によるビーム径の差より十分に小さい。この結果、光ファイバ１６５から放射される光線の色と明るさの角度的な一様性が潜在的に増加する。
【００３７】
補償のタイプを問わず補償を提供するように回折格子を選ぶことができる。例えば、従来のコンデンサ・レンズとともにハイブリッド・コリメーティング・レンズが使用されているとき、ハイブリッド・コリメーティング・レンズの回折格子は、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ上の屈折面と従来のコンデンサ・レンズ上の２つの屈折面を補償するように製造することができる。ハイブリッド・コンデンサ・レンズとともにハイブリッド・コリメーティング・レンズが使用されているとき、ハイブリッド・コリメーティング・レンズの回折格子は、ハイブリッド・コリメーティング・レンズ上の屈折面とハイブリッド・コンデンサ・レンズ上の屈折面を補償するように製造することができる。これは、図５で示した場合である。
【００３８】
図３、５のハイブリッド・レンズは、非球面レンズとして描かれているが、適切な構成なら如何なる構成でもとることができる。同様に、回折面３１５、５１５は、平面として描かれているが、これらは、非平面あるいは非球面であることができる。異なる回折面３１５、５１５は、異なる屈折面とともに使用して色収差及びその他の角度的な非一様性を低減することができる。
【００３９】
さらに、コンデンサ・レンズ１２５が屈折レンズであって、コリメーティング・レンズ１１０がハイブリッド・レンズであることができる。本発明の別の実施態様では、コンデンサ・レンズはハイブリッド・レンズであって、コリメーティング・レンズ１１０は屈折レンズであることができる。本発明の別の実施態様では、コンデンサ・レンズ１２５とコリメーティング・レンズ１１０との双方がハイブリッド・レンズであることができる。
【００４０】
図６は、本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の部分図である。図６において、コリメーティング・レンズ４０５、及びコンデンサ・レンズ３１０の双方は、図３、４に示したように、ハイブリッド・レンズである。コールド・ミラー１１５のようなフィルタ、アッテネータ１２０も示されている。光線は破線で示されている。好適には、コンデンサ・レンズ３１０は、モールドして回折面３２０を形成し易いプラスチックからなっている。ハイブリッド・コリメーティング・レンズ４０５は光源の近くに配置されているので、より耐熱性を有する硝子からなっていることが望ましい。ハイブリッド・コリメーティング・レンズ４０５は、最小の色収差を持った状態で光線を平行にし、最小の色収差を持った状態で平行にされた光線の焦点を合わせる。
【００４１】
図７は、本発明の１つの実施態様にしたがった、眼科用内視鏡照明機器の部分図である。図７において、コリメーティング・レンズ７７０は、標準的な屈折レンズであり、コンデンサ・レンズ３１０は、図３Ａ−３Ｃに示したハイブリッド・レンズである。コールド・ミラー１１５のようなフィルタ、及びアッテネータ１２０も示されている。光線は、破線で示されている。好適には、ハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０は、モールドして回折面３２０を形成し易いプラスチックからなっている。ハイブリッド・コンデンサ・レンズは、コリメーティング・レンズ７７０上の２つの屈折面とハイブリッド・コンデンサ・レンズ３１０上の屈折面からなる他の３つの屈折面を補償するように製造される。この結果、著しく色と強度の非一様性が低減されて、わずかに光束が増加した、しっかりと焦点を合わされた光線となる。本発明の原理と整合し、かつ、高輝度キセノン・アーク・ランプを使用した、１つの実施態様において、焦点を合わされたビームの直径は、約１００μｍであり、そのＣＩＥ1931（ｘ，ｙ）色度は、約（０．３１６，０．３５４）であり、１０ルーメンで規格化された無水晶体の総計（its aphakic sum normalized to 10 lumens）は、約６．３７ｍＷである。
【００４２】
図８は、本発明の１つの実施態様にしたがった、眼の中にある眼科用内視鏡照明機器の図である。図７は、使用中のハンドピース１６０とプローブ１６５を示している。プローブ１６５は、平坦部の切開口を通して眼７００の中に挿入されている。プローブ１６５は、眼７００の内部、及び硝子体領域７０５を照明している。この構成では、プローブ１６５は、硝子体網膜外科処置中に、眼７００の内部、及び硝子体領域７０５を照明するように使用することができる。
【００４３】
以上の記載により、本発明が眼の中を照明するための改良されたシステムを提供することを理解することができる。改良された眼科外科用照明機器に１つあるいはそれ以上のハイブリッド・レンズを使用することで、眼の中へ照射される光線の色と明るさの角度的な非一様性を著しく低減することができる。１つあるいはそれ以上のハイブリッド・レンズの回折面は、他の複数の屈折面を補償して、色と明るさの角度的な非一様性を低減する。本発明は、ここに例として説明されたものであり、当該技術分野の当業者によって様々な設計変更がなされ得るものと思われる。
【００４４】
本明細書を考慮して以上に開示された本発明を実施すれば、本発明の他の多くの実施態様は当該技術分野の当業者にとって明らかであると思われる。本明細書、及び実施例は単なる例示であって、本願発明の真の範囲と思想は以下の請求項に示されることを意図するものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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