(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアを有する光ファイバーからターゲット面へ、遠視野強度パターンを有するレーザービームを伝搬させる装置であって、
前記レーザービームを受け取り、そこから合焦されたビームを生成するために配置される第１短焦点距離レンズと、
合焦されたビームを受け取って、非均一又はガウス横断面を有する遠視野強度パターンの像を第１焦点面に合焦させ、ファイバーコアの実質的にトップハット横断面を有する拡大像を第２焦点面に合焦するために配置された第２短焦点距離レンズであり、その第２焦点面は第１焦点面と第２短焦点距離レンズとの間にある第２短焦点距離レンズと、
ビームウェストが前記ターゲット面に一致しないデフォーカスビームプロファイルを形成するように、第２短焦点距離レンズと前記ターゲット面との間に配置されたリレーレンズ系とを備え、
前記デフォーカスビームプロファイルは、前記ターゲット面において鮮鋭エッジ横断面を有し、且つ前記リレーレンズ系と前記ターゲット面との間にある第２面において、前記ターゲット面における場合よりも出力密度が低くなり、
前記ターゲット面と第２の面との距離は、患者の目の網膜と角膜の距離に応じたものとなり、そのターゲット面は網膜上の治療部位に一致する装置。
【請求項２】
コアを有する光ファイバーからターゲットを伴う遠視野強度パターンを有するレーザービームを伝搬させる装置であって、
前記レーザービームを受け取って、遠視野強度パターンの像を第１焦点面に合焦させるために配置される第１短焦点距離を有する第１レンズと、
この第１レンズを通じて伝播される放射を受け取るために第１焦点面と前記ターゲット面の間に可動に取り付けられる第２レンズであり、第２短焦点距離を有し、且つファイバーコアの拡大像を第２短焦点面に合焦させる第２レンズと、
第２レンズからのビーム放射を前記ターゲット面に中継する手段とを備え、そのビーム放射は、第１レンズと第２レンズとの間の第１の距離においては、パーフォーカスビームとして前記ターゲット面へ伝搬すると共に、第１レンズと第２レンズとの間の第２の距離においては、ビームウェストが前記ターゲット面に一致せず、且つ鮮鋭エッジスポットとして前記ターゲット面へ入射するデフォーカスビームプロファイルとして伝搬し、
前記ターゲット面と第２面の距離は、患者の目と角膜の距離に応じたものとなり、前記ターゲット面における前記鮮鋭エッジスポットが、網膜上の治療部位に一致する装置。
【請求項３】
レーザービームを眼科治療部位へ伝搬させる装置であって、
レーザービームを生成するレーザー手段と、
そのレーザー手段からのレーザービームを受け取って、そのレーザービームを遠隔位置へ伝搬させるための伝達手段と、
レーザービームを前記伝達手段から受け取って、そこから合焦されたビームを生成する遠隔位置に配置されるレーザー焦点調節手段であり、前記伝達手段から受け取られるレーザービームが、非均一又はガウス横断面を有する遠視野強度パターンと、実質的にトップハット横断面を有する近視野強度パターンとを有するレーザー焦点調節手段とを備え、
前記レーザー調節手段が、
前記伝達手段からレーザービームを受け取って焦点調節するために配置される短焦点距離レンズ系と、
デフォーカスビームプロファイルを第1短焦点距離レンズ系から眼科治療部位に形成する光学手段とを含み、前記デフォーカスビームプロファイルにおけるビームウェストは前記ターゲット面に一致せず、且つ前記デフォーカスビームプロファイルは、眼科治療部位において鮮鋭エッジスポットとして入射し、
前記短焦点距離レンズ系が１組の短焦点距離レンズを含み、前記眼科治療部位は患者の目の内部の網膜にあって、その眼は角膜を含み、且つ前記デフォーカスビームプロファイルは前記角膜において前記眼科治療部位よりも低い出力密度を有する装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、前記ターゲット面における前記鮮鋭エッジスポットの直径が、約５００ミクロンに等しい装置。
【請求項５】
コアを有する光ファイバーからターゲット面へ、ガウス横断面を伴う遠視野強度パターンを有するレーザービームを伝搬させる装置であって、
レーザービームを受け取って焦点調節するために配置される第１短焦点距離の第１レンズと、
ビーム放射を第１レンズからターゲット面に中継する中継手段とを備え、前記中継手段が、
第１レンズからの合焦された放射をコリメートするために固定的に取り付けられる長焦点距離のコリメートレンズと、
このコリメートレンズからの放射を前記ターゲット面における前記鮮鋭エッジスポットに合焦する固定的に取り付けられる第２長焦点距離レンズとを含み、
前記ビーム照射は、ビームウェストが前記ターゲット面に一致しないデフォーカスビームプロファイルとして伝搬し、そのデフォーカスビームプロファイルは、鮮鋭エッジスポットとして前記ターゲット面に入射し、その鮮鋭エッジスポットはファイバーコアの像である装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、眼科手術などの目的でデフォーカスレーザービームを鮮鋭エッジスポットに送り出す装置に関する。より詳細には、本発明は、デフォーカスレーザービームをターゲット面上の可変サイズのシャープエッジスポットへ送出する装置に関する。その場合のデフォーカスビームプロファイルは、ビームによって伝搬装置とターゲット面との間の当該平面に低いエネルギーが送出されるようにするためのものである。
【０００２】
【発明の背景】
本明細書では、用語「トップハット横断面」とは、ターゲット面において鮮鋭なエッジを有するレーザービーム横断面を指すために使用する。ターゲット面内の線に沿った位置に対してトップハット横断面を有するビームの強さのようすは、鮮鋭なエッジを持つものとして図１（ａ）に示されている。また、ターゲット面の線に沿った位置に対してガウス横断面を有するビームの強さは、ベル型（ガウス曲線）として図１（ｂ）に示されている。
【０００３】
本明細書では、「デフォーカス」ビームプロファイルという用語は、ビームのウェスト（ビームプロファイルに沿ったビームの横断面の面積が最小になる場所）がターゲット面に一致しないビームプロファイルを指すために使用する。
【０００４】
眼科用のレーザービーム伝搬系は、レーザービームを患者の眼における治療部位（たとえば、光凝固治療を施す網膜上の目的位置）に送り出すために設計される。通常の場合、可視放射（ｖｉｓｉｂｌｅ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）は治療部位の照明もなすので、医師は治療部位の拡大像を見ることができる。広く使用されている眼科用レーザービーム伝搬系の一種では、治療用ビームと分離照明ビーム（ｓｅｐａｒａｔｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ  ｂｅａｍ）が、顕微鏡アセンブリ内の共通経路（“スリットランプ”）に沿って、患者の眼に照射される。
【０００５】
本明細書では、眼科手術に関してのターゲット面という用語は、患者の眼の治療部位における面を指す。
【０００６】
スリットランプを通して光ファイバーからレーザービームを患者の網膜に送出する従来の眼科用ビーム伝搬系には“パーフォーカル”系と「デフォーカス」系との２  種類がある。パーフォーカル系には、ファイバーコア（ファイバー近視野）の鮮鋭な像を患者の網膜上のスポット（スポットサイズの範囲から選択できる）に合焦させる光学的構成部分が含まれる。パーフォーカル系によって眼（角膜を含む）を通して網膜上に映し出されるビームには、ガウス横断面を有するファイバー遠視野放射も含まれている。パーフォーカル系が生成するビームは、大きくてエッジが鮮鋭なファイバーコア像の焦点を網膜上に合わせるときに、角膜上のビーム出力密度が不必要なほどに大きくなるという欠点を有している。これは、ファイバーコア像が大きいときに、ビーム分散が低くなり、眼の通過（ｔｒａｎｓｉｔ）全体を通して、ほぼ同じ直径のビームが与えられるためである（下記の図１１に示す通り）。
【０００７】
このように、網膜上に集束するエッジの鮮鋭なファイバーコア像が大きなサイズを持つときは、一般に、小さいビーム直径の問題とそれに関連した角膜における高い出力密度の問題が生じる。レーザー治療に使用される基底部レンズのタイプによっては、角膜における出力密度が、大きなパーフォーカルスポットサイズを伴う網膜での出力密度を越える場合がある。
【０００８】
「デフォーカス」型の眼科用ビーム伝搬系では、一般に、ビームのウェストが患者の網膜の後ろに位置するビームが生成される。ファイバーコアの像も患者の網膜の後ろの面内で集束する。そのようなビームは、角膜上で比較的低い出力密度を有することになるが、網膜上では、不必要なガウス横断面を伴う（光ファイバー遠視野放射の出力特性による）。
【０００９】
１９９０年１０月２６日に出願され、本願の出願人に譲渡された米国特許第０７／６０４，５８５号の中で説明されているビーム伝搬系は、パーフォーカル系又は、デフォーカス系として操作できるように調整することができる。しかし、この系では、従来のパーフォーカル系及びデフォーカス系に伴う上記の欠点を取り除くことはできない。
【００１０】
本発明に至るまでは、パーフォーカル型またはデフォーカス型の形式の従来の眼科用ビーム伝搬装置の上記の欠点及び限界を解決する方法は知られていなかった。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は、デフォーカスレーザービームをターゲット面内の（可変サイズの）鮮鋭な（シャープな）エッジスポットに送出するための装置に関する。デフォーカスビームプロファイルは、ビームによって伝搬装置とターゲット面との間の当該平面に低いエネルギーを送出させるためのものである。好ましい実施例において、ターゲット面は、患者の眼の網膜であり、デフォーカスビームプロファイルは、ビームによって低い出力密度が角膜に送出されるように制御される。
【００１２】
本発明の装置によって生成されるビームは、眼科手術（網膜上にレーザー光凝固を施す）のみならず、工業用レーザー熱処理、切断アプリケーションなどにも有効である。後者においては、ターゲット面で、ビームの鮮鋭エッジ（トップハット）横断面が要求される（特に、非ターゲット構造において出力密度の低いビームの送出が必要とされる）。
【００１３】
本発明の好適実施例において、レーザービームは、光ファイバーから送出され、第１レンズ（短焦点距離）は、ビームを受け取って変換するために、光ファイバーの出力端の隣に取り付けられる。第２レンズは（短焦点距離）は、ファイバーコアの像を拡大できるよう、第１レンズとターゲット面との間に可変的に位置付けられる。ファイバーコアの拡大像をターゲット面に中継できるように、長焦点距離のレンズ系（長焦点距離レンズの組み合せなど）を、第２レンズとターゲット面との間に装着することが望ましい。第２レンズの位置を変化させることによって、以下の分類のいずれかに収まるよう、ターゲット面に送出されるビームの特性を制御することができる。パーフォーカル（ターゲット面において小さいファイバーコア像とビームのウェストが集束し、比較的大きなガウスファイバー遠視野像が、ターゲット面と伝搬装置との間で集束する）；デフォーカス（ターゲット面において、比較的大きいファイバーコア像が集束し、比較的小さいガウスファイバー遠視野像がターゲット面を越えた状態で集束する。ターゲット面における大きなファイバーコア像により、本発明による伝搬装置とターゲット面との間の当該面において低い出力密度が与えられる）。
【００１４】
【好適実施例の詳細な説明】
本発明は、図２に示されている網膜光凝固レーザーシステム１０において実施することができる。レーザーシステム１０には、目的の治療手順に適した波長及び強度を持つレーザー放射ビームを生成するためのレーザー手段１２が含まれる。レーザー手段１２は、適切なレーザー１４及びレーザー制御手段１６によって構成される。レーザー制御手段１６は、適切な外付け電源から電力を受け取って、それを制御しながらレーザー１４へ送る。眼科治療に適しているレーザー手段及び特に網膜治療に適しているレーザー手段には、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．のレーザーコンソールが含まれる。これらは、Ｎｏｖｕｓ２０００、アルゴンレーザーコンソールモデルｎｏ．９２０  Ａ、アルゴンクリプトンレーザーコンソールモデルｎｏ．９２０  Ａ／Ｋ、色素レーザーコンソールモデルｎｏ．９２０  Ａ／ＤＹＥなどのレーザー及びレーザー制御手段を提供する。
【００１５】
レーザー手段１２は、レーザー伝達手段１８によって、レーザー焦点調節手段２０に連結される。レーザー伝達手段は通常は光ファイバーである。ただし、目的の波長でレーザー放射を効果的に伝達できる導波管が望ましい場合もある。
【００１６】
レーザー焦点調節手段２０は、レーザー手段１２によって生成されるレーザー放射のスポットサイズ及びフォーカスモードを制御する。レーザー焦点調節手段２０は、レンズ、ミラーまたは他のレーザー放射焦点調節構造系によって構成することができる。レーザー焦点調節手段２０は、焦点距離を調節できるレンズ系の形式で構成して、ターゲットにおけるレーザー放射のスポットサイズを変化させられるようにし、さらにスポットサイズの目的の範囲に合わせて、スポットをパーフォーカルまたはデフォーカスモードで送出できるようにすることが望ましい。
【００１７】
レーザー放射を受け取って網膜に送り込むための光学手段２４は、レーザー焦点調節手段２０に連結される。図２に示されている実施例では、レーザー焦点調節手段２０からレーザー放射を受け取って、網膜に送り込むための第１ミラー２６が光学手段２４に含まれている。光学手段２４には、可視光を発生させる光源２８も含まれている。光源２８から発生する光は、ミラー３０及び３２によって受け取られる。これらのミラーは、可視光を網膜に反射させるので、医師がレーザー放射を位置付ける場合の照明が提供される。
【００１８】
網膜に対して位置付けられる倍率手段４０は、医師が治療中にレーザー放射を適切に位置付けるときに網膜を視認できるようにするためのものである。適切な倍率手段には、網膜の拡大像を提供できる顕微鏡が使用される場合がある。倍率手段４０と光学手段２４の組み合せは、当業者によって“スリットランプ”と総称される場合が多い。本発明に適したスリットランプには、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ  ９００、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ用に日本のコーワ社によって製造されるＬＤＳ  １０ａ、及びドイツのカール・ツァイス社によって製造されるＺｅｉｓｓ  ３０ｓＬが含まれる。
【００１９】
前記の手段の他に、コンタクトレンズ４１のような形式のレンズが、患者の眼の近くに位置付けられる。これは、医師が網膜の像の焦点を合わせられるようにするためのものである。通常の場合、眼の構造、特に眼のレンズ及び角膜の動作は、網膜上に置かれている像を見ようとする医師の妨げになる。従って医師は、顕微鏡でアクセスできるポイントで像を作成するための様々ななレンズ系の１つを使用する。コンタクトレンズ４１は、光学手段２４と網膜との間に配置される。コンタクトレンズ４１は、医師がコンタクトレンズに予め塗布したゲルを通じて角膜に接触できるように位置付けられる。網膜光凝固レーザー系と共に使用される典型的なコンタクトレンズ系の例には、Ｇｏｌｄｍａｎｎ  ３  Ｍｉｒｒｏｒ  、Ｋｒｉｅｇｅｒ  、Ｐａｎｆｕｎｄｏｓｃｏｐｅ  及びＭａｉｎｓｔｅｒによる系が含まれる。
【００２０】
ここで図３を参照して、本発明を実施するレーザー焦点調節手段２０の一例について説明する。図３において、入力レーザービーム６０は、光ファイバー５０の出力端からレーザー焦点調節手段２０内に導入される。ビーム６０は、短焦点距離レンズＬ１（取り付け手段６３によってレーザー焦点調節手段２０内に固定される）内を伝搬し、レンズＬ１によってビーム６２に変換される。
【００２１】
ビーム６２のプロファイルは、図４に示されている（レンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４が使用されていない状態で）。図３及び４に示されている通り、ファイバー遠視野パターン（ガウス横断面を持つ）の像は、レンズＬ１の近くに位置している面Ｆ１において作成される。レンズＬ１は、この像のサイズを網膜における目的のスポットサイズとほぼ同等にできるよう、充分に短い焦点距離を持っていることが望ましい。レンズＬ１は、ファイバーコアの像（トップハット横断面を持つファイバー近視野の像）が面Ｆ２において作成されるよう（図４に示されている）、ファイバー５０との相対的な位置を保っていなければならない。面Ｆ２は、面Ｆ１におけるファイバー遠視野の像とほぼ同じ大きさを持つものとする。レンズＬ１をそのように配置した場合、ビーム６２のウェストは、面Ｆ１とＦ２の間の面Ｗの所に来る（図３及び４に示されている）。
【００２２】
図３  に示されている好ましい実施例において、短焦点距離レンズＬ２及び長焦点距離コリメーティングレンズＬ３は、移動できるようにレーザー焦点調節手段２０内に装着される。レンズＬ２は、移動自在装着手段６４上に装着され、レンズＬ３は、移動自在装着手段６５上に装着される。レンズＬ２は、ファイバー近視野（ファイバーコア）像の拡大手段として機能する。長焦点距離レンズＬ３は、レンズＬ２によって拡大されたファイバーコア像の“コリメーター”として機能する。４番目のレンズＬ４（長焦点距離を持つ）は、レンズＬ４の焦点面において、ファイバーコアの可変サイズ像を形成する。従って、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４が並行して機能することにより、可変サイズのファイバーコア像を伴うビームが、ターゲット面において作成される。ただし、それらのウェストは、小さなファイバーコア像に対応したパーフォーカル位置から、大きなファイバーコア像に対応したデフォーカス位置へと徐々に変化する。
【００２３】
レンズＬ３及びＬ４は、ファイバーコアの拡大像をターゲット面に中継するためのリレーレンズ系として機能する。図３の手段の変形例には、そのようなリレー系の代替的実施例を含めることができる。その場合の変形例は、１つの長焦点距離レンズ又は３つ以上の長焦点距離レンズで構成することができる。
【００２４】
図５乃至８においては、ファイバーコア像のサイズが大きくなるに従って、ビームのウェストがファイバーコア像から徐々に分離されていく場合のレンズＬ１及びＬ２（図３）の動作に関する詳細な説明が提供される。図５乃至８では、図示を明解にするためにレンズＬ３及びＬ４が省略されている。図５、６、７及び８では、それぞれレンズＬ２とレンズＬ１の相対的な距離が異なっている。
【００２５】
レンズＬ２が面Ｆ１内に位置付けられている場合（そのような構成は図５乃至８では示されていない）、ファイバーコア像は小さくなるが（非常に小さなサイズまで）、面Ｆ２におけるファイバー遠視野の（ガウス）像のサイズはそれほど影響を受けない（図４  の構成で後者の像が占めているサイズと比較して）。
【００２６】
レンズＬ２が面Ｆ１から遠ざかると（図５に示されているようにＦ１からＬ２の焦点距離１つ分程度離れる）、ファイバーコア像が、レンズＬ２が面Ｆ１内に位置付けられていたときよりもやや大きい面Ｆ２内で集束する。また、ファイバー遠視野放射もＬ２から大きく離れた面Ｆ３において大きなガウス遠視野像に集束する。遠視野像は、面Ｆ２内でのファイバーコア像よりも横断面が大きくなる（面Ｆ３において）。ビームのウェストは、ファイバーコア像とほぼ同じ位置に来る。
【００２７】
レンズＬ２が面Ｆ１から更に遠ざかって（レンズＬ２の焦点距離１つ分よりも離れる）、図６に示されている位置に来ると、ファイバーコア像のサイズ（面Ｆ３における）が大きくなって、遠視野像のサイズが小さくなる。また、面Ｆ３（遠視野像の面）はＬ２に近づき、ビームのウェストは、面Ｆ２から面Ｆ３に向かって、やや移動する。
【００２８】
レンズＬ２が面Ｆ１からより遠ざかって図７に示されている位置に来ると、面Ｆ２内で集束しているファイバーコア像のサイズが再び大きくなって、遠視野像のサイズが減少する。また、遠視野像面（Ｆ３）は、Ｌ２に近づく。これによって２つの像のサイズがほぼ等しくなり、ビームのウェストがＦ２とＦ３のほぼ中間まで移動する。従って、図７の構成では、デフォーカスビームが面Ｆ２に提供される。ただし、このビームは、従来の「デフォーカス」型の眼科用ビーム伝搬系によって提供されるデフォーカスビームとは特性が異なる。Ｆ２におけるビームの横断面は、従来のデフォーカスタイプの伝搬系によって生成されるものよりも、相当に鮮鋭（シャープ）である（即ち、エッジがより鮮鋭である）。
【００２９】
レンズＬ２がさらに移動して面Ｆ１から遠ざかり、図８に示されている位置まで来ると、面Ｆ２内で集束しているファイバーコア像のサイズがより大きくなって、遠視野像のサイズが減少する（面Ｆ３において）。また、遠視野像面（Ｆ３）は、Ｌ２に近づく。これによって、ビームのウェストはファイバー遠視野の小さな像が位置付けられる面Ｆ３に近づく。従って、図８の構成では、面Ｆ２に対して、従来の「デフォーカス」型の眼科用ビーム伝搬系によって提供されるデフォーカスビームとは特性が異なるデフォーカスビームが提供される。ビームは、面Ｆ２においてトップハット横断面を有する（図１に示されているようなエッジが鮮鋭な横断面が実現する）。
【００３０】
図７と図８の中間の位置にあるようなレンズＬ２でも、ファイバーコア像の充分な拡大像（ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を生成して、ターゲット面Ｆ２において鮮鋭エッジスポットサイズの有用な範囲を提供することができる。
【００３１】
説明を充実させるために、図５乃至８の構成におけるレンズＬ３及びＬ４の効果について述べる。本発明の装置を操作する場合に、レンズＬ３は、ファイバーコア像（面Ｆ２における）の位置を追従できるように移動させ、ファイバーコア像から焦点距離１つ分だけ離れた位置に保持できるようにする。これによって、レンズＬ３越しのファイバーコアのコリメートされた像が図５乃至８の各構成において維持される。固定レンズＬ４は、Ｌ４から焦点距離１つ分離れた固定位置においてファイバーコアの可変サイズ像（レンズＬ２及びＬ３の構成に応じて）を形成する（つまり、図１２に示されているような面Ｆ４において）。
【００３２】
図５に示されている構成では、大きな収束角度を持つ小さなファイバーコア像がビームのウェストの部分で、形成される。ファイバー像が患者の網膜に位置付けられるときに、エッジが鮮鋭なビーム横断面を持った小さなスポットが生成され、角膜におけるビームサイズが大きくなる。従って低い出力密度が与えられる。レンズＬ２及びＬ３が図６の構成になるまで移動すると、ファイバー像が大きくなって、ビームの収束が減少する。また、ビームのウェストは、ファイバーコア像の位置からやや移動する。結果としてのビームからは、依然として、網膜においてエッジが鮮鋭なビーム横断面を有する充分に小さなスポットが得られる。一方、角膜におけるビームサイズは減少するが（まだ相当に大きい）、低い出力密度が与えられる。
【００３３】
図５及び６の構成によって生成されるビームは、真にパーフォーカルであり、従来のパーフォーカル伝搬系によるものと同等である。しかし、レンズＬ２及びＬ３がレンズＬ１から遠ざかって図７及び８の構成に近づくにつれて、系は円滑に且つ段階的に新たな形式の「デフォーカス」系へと変化していく。この系では、網膜において、エッジが鮮鋭なビーム横断面が継続的に維持され、角膜において大きなビーム直径が維持される（図９に示されている通りに）。これは、角膜において大きなビーム直径を生成し、網膜において“ガウス”横断面を生成する（図１０に示されている通りに）従来のデフォーカス系とは対照的である。また、これは、角膜において小さなビーム直径を生成し、網膜においてエッジが鮮鋭なビーム横断面を生成する（図１１に示されている通りに）従来のパーフォーカル系とも対照的である。
【００３４】
レンズＬ２及びＬ３を図７の構成になるまで移動させると、ファイバーコア像のサイズが大きくなり、ビームのウェストがファイバーコア像からやや遠ざかる。また、ビームの収束はより小さな範囲で減少する。ビームは、エッジが鮮鋭な横断面を持っている適度なサイズのスポットを網膜上に生成し、角膜上に適度なサイズのスポットを生成する（低い出力密度を提供できる）。
【００３５】
レンズＬ２及びＬ３を図８の構成に近づけると、それに従って、ファイバーコア像のサイズが大きくなり、ビームのウェストがファイバーコア像からさらに遠ざかる。ただし、ビームの収束は、ほとんど変化しない（図７  の構成におけるビームの収束と比較して）。ビームは、エッジが鮮鋭な横断面を持っている大きなサイズのスポット（５００ミクロンの直径、又は本発明の実施例によってはより大きな直径のスポット）を網膜上に生成し、一方では低い出力密度を保つために適度なサイズ（１ミリを超えるサイズ）のスポットを角膜上に維持する。
【００３６】
図８の構成においてレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４によって生成されるビームの完全なプロファイルが、図１２に示されている。ここでは、従来のコンタクトレンズが患者の眼７０の直前に配置されている。
【００３７】
図８の構成（及びレンズＬ２が、図７と図８に示されている位置の中間にあるような構成）において、本発明は、ビームの“デフォーカスされた”部分において、有用な鮮鋭エッジファイバーコア像を大きな被写界深度に渡って提供する。また、本発明は、ガウス横断面を有するビームの部分を、ビームのウェストに近い位置まで移動させる（ターゲット面から遠ざけて）。図９は、本発明による装置のこれらの特徴を示している。
【００３８】
図９は、５００ミクロンの直径の鮮鋭エッジスポットを網膜に送出するために設計された本発明の実施例（図８に示されている構成を持つ）によって患者の眼７０に送り込まれるビームのプロファイルを示している。患者の眼７０の角膜７４において、ビームの横断面（図９に対して垂直な面において）は、大きな直径（１２００ミクロン）及び低い出力密度を持っている。また、角膜７４におけるビームの横断面は、充分にエッジが鮮鋭になっている。
【００３９】
ビームは、網膜７２において集束し、５００ミクロンの横断面を持つ鮮鋭エッジ（トップハット）ファイバーコア像となる。この鮮鋭エッジファイバーコア像は、被写界深度が大きい。従って、例えば、網膜７２の両側の面７１及び７３において、それぞれ５００ミクロンよりもわずかに大きい鮮鋭エッジ像と、５００ミクロンよりもわずかに小さい鮮鋭エッジ像が伝搬される。
【００４０】
ビームのウェストは、網膜７２を越えた位置において、２００ミクロンの直径のガウス横断面を有する（図９の網膜７２の右側に位置する）。
【００４１】
一般には、本発明の上記の実施例におけるレンズＬ２（２番目の短焦点距離レンズ）及びＬ３の位置を変化させることによって、以下の分類のいずれかに収まるように、ターゲット面に送り込まれるビームの特性を制御することができる。パーフォーカル（小さなファイバーコア像がターゲット面において合焦され、比較的大きなガウスファイバー遠視野像が、ターゲット面と伝搬装置との間にデフォーカスされる）。「デフォーカス」（比較的大きな鮮鋭エッジファイバーコア像がターゲット面にあって、比較的小さなガウスファイバー遠視野像がターゲット面を越えて合焦される。ターゲット面内の大きなファイバーコア像に対応して、本発明の装置とターゲット面との間にある当該表面において低い出力密度が与えられる）。本発明の上記の実施例によって生成される鮮鋭エッジデフォーカスビームは、特に眼科手術への適用に有用である。
【００４２】
図９乃至１１は、図中のビームの直径が眼の直径に比較して誇張されているという点で、縮尺に忠実に描かれていないことが理解されよう。図９乃至１１を縮尺に基づいて描き直した場合、ビームの直径は、眼の直径に関連して大幅に縮小されることになる。この場合、ビームのプロファイル及び横断面に関して本明細書で詳細を説明することが不可能になる。
【００４３】
図１３を参照しながらこれから説明する本発明の別の実施例では、眼科以外の手術に適した鮮鋭エッジデフォーカスビームが生成される。図１３の装置は、図１２に関連させて説明した上記の装置と同等である。ただし、短焦点距離レンズＬ２は省略されている。図１２及び１３の装置において、長焦点距離レンズＬ３及びＬ４は、ファイバーコアの像をターゲット面に中継する。
【００４４】
図１２の装置と同様に、図１３の装置は、エッジが鮮鋭な横断面を持っているビームを、ターゲット面（Ｆ４）まで伝搬させる。その場合のビームのウェストは、ターゲット面から離れた位置に来る。しかし、図１３のビームプロファイルの場合は、以下の点で、図１２と異なっている。図１３において、レンズＬ３及びＬ４は、ビームのウェストを、レンズＬ４とターゲット面との間の位置まで中継し、ガウス遠視野像を、ビームのウェストとレンズＬ４との間に位置する面（Ｆ３）まで中継する。図１２において、レンズＬ３及びＬ４は、ビームのウェストをターゲット面を越えた位置まで中継し、ガウス遠視野像を、ビームのウェストを越えた面（Ｆ５）まで中継する。従って、ターゲット面が患者の網膜と一致する場合においては、図１３の装置によって生成されるビームのウェストが、図１２に示されているような患者の眼を越えた位置ではなく、患者の眼の中（網膜とレンズ１４の間）に位置付けられてしまう場合がある。
【００４５】
当業者には、本発明の範囲及び要旨を逸脱することなく本発明の構造及び操作方法に対して様々な修正、変更をなせることが明らかであろう。本発明は、特定の好適実施例に関連させて説明したが、請求されている本発明の範囲は、そのような特定の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、鮮鋭エッジレーザービームの強さと、ビームの横断面の線に沿った位置との関係を示したグラフである。
図１（ｂ）は、ガウスレーザービームの強さと、ビームの横断面の線に沿った位置との関係を示したグラフである。
【図２】図２は、本発明を実装できる眼科用レーザービーム伝搬系の略線図である。
【図３】図３は、本発明装置の好適実施例を側面から見た横断面図である。．
【図４】図４は、光ファイバーの隣に単一の短焦点距離レンズを位置付けることによって生成されるビームのプロファイルを示す。
【図５】図５は、図３に示した本発明の実施例によって生成されるビームのプロファイルを示す。
【図６】図６は、図３に示した本発明の実施例によって生成されるビームのプロファイルを示す。
【図７】図７は、図３に示した本発明の実施例によって生成されるビームのプロファイルを示す。
【図８】図８は、図３に示した本発明の実施例によって生成されるビームのプロファイルを示す。
【図９】図９は、本発明の実施例によって患者の眼に送出されるビームのプロファイル、ビームの３つの異なる横断面、及びビームのプロファイルに沿った異なる横断面におけるビームの強さを示す。
【図１０】図１０は、従来のデフォーカスビーム手段によって患者の眼に送出されるビームのプロファイル及びビームのプロファイルに沿った異なる横断面におけるビームの３つの異なる横断面を示す。
【図１１】図１１は、従来のパーフォーカルビーム手段によって患者の眼に送出されるビームのプロファイル及びビームのプロファイルに沿った異なる横断面におけるビームの異なる３つの横断面を示す。
【図１２】図１２は、本発明の第１の好適実施例によって患者の眼に送出されるビームのプロファイルを示す。
【図１３】図１３は、本発明の第２の好適実施例によって患者の眼に送出されるビームのプロファイルを示す。
【符号の説明】
Ｌ１  短焦点距離レンズ（第１の短焦点距離レンズ）
Ｌ２  短焦点距離レンズ（第２の短焦点距離レンズ）
Ｌ３  長焦点距離コリメートレンズ（リレーレンズ、第１の長焦点距離レンズ）
Ｌ４  固定レンズ（リレーレンズ、第２の長焦点距離レンズ、第４のレンズ）
６４  移動自在装着手段（装着手段）
７２  網膜
７４  角膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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