(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを生成するように構成された光源と、
光ファイバーとインターフェイスするように構成されたファイバーポートと、
前記ファイバーポートで前記光ファイバー内に前記光ビームの少なくとも一部を結合するように構成されたコンデンサーと、
前記ファイバーポートと前記コンデンサーとの間に配設されたビームスプリッターであって、前記コンデンサーからの前記光ビームを受光して前記光ビームを前記光ファイバーに結合される第１のビームとモニタリングファイバーに結合される第２のビームとにスプリットするように構成されたビームスプリッターと、
前記モニタリングファイバーからの前記第２のビームの出力量を検出するように構成された光センサーと、
を含み、
前記モニタリングファイバーが複数のファイバーを含み、
前記光センサーが前記複数のファイバー間で前記第２のビームの位置を検出するように構成される、眼内照明システム。
【請求項２】
前記ビームスプリッターが、前記第１のビームに垂直な方向に前記第２のビームを分岐するように構成される、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項３】
前記モニタリングファイバーが前記光ファイバーよりも小さい直径を有する、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項４】
前記ビームスプリッターと前記光ファイバーのビーム受光端との間の距離が、前記ビームスプリッターと前記モニタリングファイバーのビーム受光端との間の距離と同一である、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項５】
前記ビームスプリッターが、前記光ビームを前記第１のビームと前記第２のビームとに所定の比でスプリットするように構成される、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項６】
前記ビームスプリッター、前記ファイバーポート、および前記モニタリングファイバーがアサーマル化アセンブリー内に配設される、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項７】
前記光ファイバーが内設されたエンドイルミネーターファイバープローブをさらに含み、前記エンドイルミネーターファイバープローブが、前記第１のビームを受光するために前記ファイバーポートに接続される、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項８】
前記モニタリングファイバーで検出された前記第２のビームの出力量に基づいて前記光ファイバーにおける前記第１のビームの結合効率を決定するように構成されたプロセッサーをさらに含む、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項９】
前記コンデンサーを移動させて前記第１のビームの結合位置を調整するようにかつそれに対応して前記第２のビームの結合位置を調整するように構成されたアクチュエーターをさらに含む、請求項８に記載の眼内照明システム。
【請求項１０】
前記プロセッサーが、前記モニタリングファイバーで前記第２のビームの出力量の減少を検出してそれ応じて前記アクチュエーターを制御することにより前記コンデンサーを移動させて前記第１のビームの結合位置および前記第２のビームの対応する結合位置を再アライメントするように構成される、請求項９に記載の眼内照明システム。
【請求項１１】
前記モニタリングファイバーで検出された前記第２のビームの出力量を所定の値に戻す際に前記結合位置が再アライメントされる、請求項１０に記載の眼内照明システム。
【請求項１２】
前記ビームスプリッターがビームスプリッターキューブを含む、請求項１に記載の眼内照明システム。
【請求項１３】
光ビームを生成するように構成された光源と、
前記光ビームを第１のビームと第２のビームとにスプリットするように構成された光源ビームスプリッターと、
第１の光ファイバーとインターフェイスするように構成された第１のファイバーポートと、
第２の光ファイバーとインターフェイスするように構成された第２のファイバーポートと、
前記第１のファイバーポートで前記第１の光ビームの少なくとも一部を前記第１の光ファイバー内に結合するように構成された第１のコンデンサーと、
前記第２のファイバーポートで前記第２の光ビームの少なくとも一部を前記第２の光ファイバー内に結合するように構成された第２のコンデンサーと、
前記第１のファイバーポートと前記第１のコンデンサーとの間に配設された第１のビームスプリッターであって、前記第１のコンデンサーからの前記第１の光ビームを受光して前記第１の光ビームを前記第１の光ファイバー内に結合される第３のビームと第１のモニタリングファイバー内に結合される第４のビームとにスプリットするように構成された第１のビームスプリッターと、
前記第２のファイバーポートと前記第２のコンデンサーとの間に配設された第２のビームスプリッターであって、前記第２の光ビームを前記第２の光ファイバー内に結合される第５のビームと第２のモニタリングファイバー内に結合される第６のビームとにスプリットするように構成された第２のビームスプリッターと、
前記第１のモニタリングファイバーからの前記第４のビームの出力量を検出するように構成された第１の光センサーと、
前記第２のモニタリングファイバーからの前記第６のビームの出力量を検出するように構成された第２の光センサーと、
を含み、
前記第１のモニタリングファイバーが複数のファイバーを含み、
前記第１の光センサーが前記複数のファイバー間で前記第４のビームの位置を検出するように構成される、眼内照明システム。
【請求項１４】
前記第２のモニタリングファイバーで検出された前記第６のビームの出力量に基づいて前記第２の光ファイバーにおける前記第５のビームの結合効率を決定するように、
構成されたプロセッサーをさらに含む、請求項１３に記載の眼内照明システム。
【請求項１５】
前記光源で生成された光ビームの量を検出するように構成されたパワーモニターをさらに含む、請求項１４に記載の眼内照明システム。
【請求項１６】
前記プロセッサーが、前記パワーモニターと前記第１の光センサーと前記第２の光センサーとから受信した検出シグナルに基づいて、前記第２のモニタリングファイバーで検出された前記第６のビームの出力量の減少が前記第２のコンデンサーで前記結合効率の減少により引き起こされたかまたは前記光源で生成された前記光ビームの量の減少により引き起こされたかを決定するようにさらに構成される、請求項１５に記載の眼内照明システム。
【請求項１７】
光ビームを眼内照明プローブの光ファイバーに結合される第１のビームとモニタリングファイバーに結合される第２のビームとにスプリットするようにビームスプリッターを介してコンデンサーにより光ビームを結合する工程であって、前記モニタリングファイバーが複数のファイバーを含む、工程と、
前記モニタリングファイバーからの前記第２のビームの出力量を光センサーにより検出する工程であって、前記光センサーが前記複数のファイバー間で前記第２のビームの位置を検出するように構成される、工程と、
前記モニタリングファイバーで検出された前記第２のビームの出力量に基づいて前記光ファイバーにおける前記第１のビームの結合効率を決定する工程と、
を含む方法。
【請求項１８】
前記光ファイバーにおける前記第１のビームの結合効率が所定の値未満である場合にユーザーに知らせる通知を発生する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コンデンサーの位置を調整して前記第１のビームの結合効率を所定の値に維持する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されるデバイス、システム、および方法は、一般的には、光ファイバー内に方向付けられた光ビームの結合効率の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼内照明プローブは、眼科手術で照明を提供するために使用される。特定的には、眼内照明プローブは、眼科手術時に眼内に照明を提供するために眼内に挿入しうる。典型的には、眼内照明プローブは、眼内照明システムからの光を受光するために眼内照明システムの光ポートに接続される。眼内照明システムは、光を生成する光源と、眼内照明プローブの光ファイバー内に光を結合するコンデンサーと、を含みうる。
【０００３】
眼内照明システムの光ポートのアセンブル時、コンデンサーからの光ビームの位置およびチルトは、光ポートで接続された眼内照明プローブ内への光ビームの結合効率が最適値に達するまで調整される。次いで、光ポートのアセンブリーは、眼内照明プローブ内への光ビームの結合位置および結合効率を維持するように固定化または不動化される。それにもかかわらず、各種因子、たとえば、輸送時および設置時に光ポートアセンブリーに加わる衝撃および振動、熱誘起膨張、光ビームを方向付けるために使用されるオプトメカニカルマウントの回転および歪み、光ファイバーポートの熱誘起運動、またはシステム内の調整可能な反射素子たとえば回転可能もしくは並進可能な可変ビームスプリッターの移動により引き起こされるビーム運動は、結合効率の損失をもたらす結合位置の移動を引き起こすおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、先行技術の欠点の１つ以上に対処するデバイス、システム、および方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な態様では、本開示は眼内照明システムに関する。眼内照明システムは、光ビームを生成しうる光源と、光ファイバーを受容しうるファイバーポートと、ファイバーポートで受容された光ファイバー内に光ビームの少なくとも一部を結合しうるコンデンサーと、ファイバーポートとコンデンサーとの間に配設されたビームスプリッターと、を含みうる。ビームスプリッターは、コンデンサーからの光ビームを受光して光ビームを光ファイバーに結合される第１のビームとモニタリングファイバーに結合される第２のビームとにスプリットするように構成しうる。眼内照明システムまた、モニタリングファイバーからの第２のビームの出力量を検出するように構成された光センサーを含みうる。
【０００６】
態様では、眼内照明システムは、モニタリングファイバーで検出された第２のビームの量に基づいて光ファイバーにおける第１のビームの結合効率を決定するように構成されたプロセッサーを含みうる。プロセッサーはまた、モニタリングファイバーで第２のビームの量の減少を検出してそれ応じてアクチュエーターを制御することによりコンデンサーを移動させて第１のビームの結合位置および第２のビームの対応する結合位置を再アライメントするように構成しうる。
【０００７】
他の例示的な態様では、本開示は複数のファイバーポートを含む眼内照明システムに関する。眼内照明システムは、光ビームを生成するように構成された光源と、光ビームを第１のビームと第２のビームとにスプリットするように構成された光源ビームスプリッターと、第１の光ファイバーを受容するように構成された第１のファイバーポートと、第２の光ファイバーを受容するように構成された第２のファイバーポートと、第１のファイバーポートで受容された第１の光ファイバー内に第１の光ビームの少なくとも一部を結合するように構成された第１のコンデンサーと、第２のファイバーポートで受容された第２の光ファイバー内に第２の光ビームの少なくとも一部を結合するように構成された第２のコンデンサーと、第１のファイバーポートと第１のコンデンサーとの間に配設された第１のビームスプリッターと、を含みうる。第１のビームスプリッターは、第１のコンデンサーからの第１の光ビームを受光して第１の光ビームを第１の光ファイバー内に結合される第３のビームと第１のモニタリングファイバー内に結合される第４のビームとにスプリットするように構成しうる。
【０００８】
眼内照明システムまた、第２のファイバーポートと第２のコンデンサーとの間に配設された第２のビームスプリッターを含みうる。第２のビームスプリッターは、第２の光ビームを第２の光ファイバー内に結合される第５のビームと第２のモニタリングファイバー内に結合される第６のビームとにスプリットするように構成しうる。眼内照明システムは、第１のモニタリングファイバーからの第４のビームの出力量を検出するように構成された第１の光センサーと、第２のモニタリングファイバーからの第６のビームの出力量を検出するように構成された第２の光センサーと、をさらに含みうる。
【０００９】
プロセッサーは、第１のモニタリングファイバーで検出された第４のビームの量に基づいて第１の光ファイバーにおける第３のビームの第１の結合効率を決定するために、かつ第１のモニタリングファイバーで検出された第６のビームの量に基づいて第２の光ファイバーにおける第５のビームの第２の結合効率を決定するために、眼内照明システム内に提供しうる。眼内照明システムは、光源で生成された光ビームの量を検出するように構成されたパワーモニターをさらに含みうる。
【００１０】
プロセッサーは、パワーモニターと第１の光センサーと第２の光センサーとから受信した検出シグナルに基づいて、第１のモニタリングファイバーで検出された第４のビームの量の減少が第１のコンデンサーで第１の結合効率の減少により引き起こされたかまたは光源で生成された光ビームの量の減少により引き起こされたかを決定するようにさらに構成しうる。
【００１１】
さらに他の例示的な態様では、本開示は、光ビームを眼内照明プローブの光ファイバーに結合される第１のビームとモニタリングファイバーに結合される第２のビームとにスプリットするようにビームスプリッターを介してコンデンサーにより光ビームを結合する工程と、モニタリングファイバーからの第２のビームの出力量を光センサーにより検出する工程と、モニタリングファイバーで検出された第２のビームの量に基づいて光ファイバーにおける第１のビームの結合効率を決定する工程と、を含む方法に関する。
【００１２】
態様では、本方法はまた、光ファイバーにおける第１のビームの結合効率が所定の値未満である場合にユーザーに知らせる通知を発生する工程を含みうる。さらに、本方法は、第１のビームの結合効率を所定の値に維持するようにコンデンサーの位置を調整する工程を含みうる。
【００１３】
以上の一般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも、本質的に例示的かつ解説的なものであり、本開示の範囲を限定するものではなく本開示の理解を助けることを意図したものであることを理解すべきである。それに関連して、本開示のそのほかの態様、特徴、および利点は、当業者であれば以下の詳細な説明から明らかであろう。
【００１４】
添付の図面は、本明細書に開示されるデバイスおよび方法の実施形態を例示しており、本明細書と合わせて本開示の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の原理に適合する一実施形態に従って例示的な外科システムの斜視図を例示している。
【図２】図２は、本開示の原理に適合する態様に従って外科システムの模式図を例示している。
【図３】図３は、本開示の原理に適合する態様に従って例示的な眼内照明システムの模式図を例示している。
【図４】図４は、本開示の原理に適合する態様に従って例示的な眼内照明システムの詳細模式図を例示している。
【図５】図５は、本開示の原理に適合する態様に従ってアクチュエーターを含む例示的な眼内照明システムの模式図を例示している。
【図６】図６は、本開示の原理に適合する態様に従って複数のファイバーポートを含む例示的な眼内照明システムの模式図を例示している。
【図７】図７は、本開示の原理に適合する態様に従って光ファイバーおよびモニタリングファイバーの結合効率マップを例示している。
【図８】図８は、本開示の原理に適合する態様に従って光ファイバーの結合効率を検出する方法を例示するフローチャートである。
【図９】図９は、本開示の原理に適合する態様に従って光ファイバーのアレイを含むモニタリングファイバーの斜視図を例示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本開示の原理の理解を促進する目的で、図面に例示された実施形態を参照し、特定の用語を用いてそれを説明する。それにもかかわらず、本開示の範囲の限定は意図されないことが理解されよう。本開示が関連する技術分野の当業者であれば普通に思い付くであろうが、記載のシステム、デバイス、および方法のなんらかの変更およびさらなる修正ならびに本開示の原理のなんらかのさらなる適用は十分に企図される。特定的には、一実施形態に関して記載されたシステム、デバイス、および／または方法と本開示の他の実施形態に関して記載された特徴、要素、および／または工程とを組み合わせうることは十分に企図される。しかしながら、簡潔にするために、これらの組合せを何度も繰り返して個別に記載することはしない。簡単にするために、いくつかの場合には、図面全体を通じて同一の参照番号を用いて同一または類似の部分を参照する。
【００１７】
本明細書に記載のデバイス、システム、および方法は、眼用ファイバープローブ内に結合された光ビームの光結合効率を検出するように構成された眼内照明システムを提供する。特定的には、眼内照明システムは、眼内照明システムのファイバーポートに接続された眼用ファイバープローブの基端内に光ビームを結合するように構成されたコンデンサーを含みうる。ビームスプリッターは、光ビームを眼用ファイバープローブ内に結合される第１のビームとモニタリングファイバー内に結合される第２のビームとにスプリットするためにコンデンサーとファイバーポートとの間に提供される。光センサーは、モニタリングファイバーからの第２のビームの出力量を検出するために提供される。ビームスプリッターにより第２のビームが第１のビームと異なる方向に分岐される以外は第１のビームと第２のビームとはパーフォーカルであるので、モニタリングファイバーで検出された第２のビームの量に基づいて眼用ファイバープローブ内への第１のビームの結合効率を決定しうる。
【００１８】
実施形態では、アクチュエーターは、コンデンサーの位置を調整して眼用ファイバープローブ内への第１のビームの結合効率を維持するために提供しうる。たとえば、結合効率がある特定の閾値未満であることを眼内照明システムにより決定する場合、眼内照明システムは、アクチュエーターを制御することによりコンデンサーの位置を調整して結合効率を改善しうる。このため、眼内照明システムは、連続的にモニターして結合効率を維持するためにアクティブフィードバック運動制御システムを提供しうる。
【００１９】
図１は、全体が１００で表される例示的な外科システムを例示している。外科システム１００は、外科手順時にシステム操作および性能に関するデータを示す関連ディスプレイスクリーン１１０を備えた外科ユーティリティー供給デバイス１０２を含みうる。外科システム１００はまた、外科ユーティリティーコネクター１０８を介して外科ユーティリティー供給デバイス１０２に接続するように構成された外科用具１０４を含みうる。外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、イメージング光、照明光、圧縮空気、真空、加圧液体などの各種ユーティリティーをさまざまな種類の外科用具に供給しうる。たとえば、外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、眼用ファイバープローブに可視光を供給しうるか、または外科硝子体切除プローブに圧縮空気を供給しうる。外科医などのユーザーは外科用具を用いて手術を行いうる。外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、ある特定のタイプのユーティリティーを出力するようにそれぞれ構成された１つ以上のユーティリティーポート１０６を含みうる。たとえば、外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、眼用ファイバープローブを受容するように構成されたファイバーポートに可視光を出力しうる。異なるタイプのユーティリティーは、外科ユーティリティー供給デバイス１０２から異なるタイプの外科用具１０４に同時に供給しうる。
【００２０】
ユーティリティーは、ユーティリティーポート１０６から外科ユーティリティーコネクター１０８への出力でありうるとともに、チューブファイバーまたはケーブル（本明細書ではケーブル１１４として参照される）により外科用具１０４に運びうる。外科用具１０４は、外科ユーティリティーコネクター１０８によりユーティリティーポート１０６に対して選択的に装着または取外しを行いうる。たとえば、外科用具１０４は、ユーティリティーポート１０６から外科ユーティリティーコネクター１０８を取り外すことにより外科ユーティリティー供給デバイス１０２から取り外しうる。外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、外科用具１０４の接続を検出しうるとともに、接続後に外科用具１０４へのユーティリティーの供給を行いうる。外科システム１００はまた、外科システム１００からのユーティリティーのディスペンスを制御するために外科ユーティリティー供給デバイス１０２に接続されたフットペダル１１２を含みうる。たとえば、ユーザーは、フットペダル１１２を選択的に押圧または解放することによりユーティリティーのディスペンスを制御しうる。
【００２１】
図２は、例示的な外科ユーティリティー供給デバイスたとえば外科ユーティリティー供給デバイス１０２の模式図を例示している。外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、外科ユーティリティー供給デバイス１０２の各種操作を制御するために計算および決定を行うように構成されたプロセッサー２０２を含みうる。プロセッサー２０２は、各種シグナル入力を受信してシグナル入力に基づいて各種決定を行いうる。たとえば、プロセッサー２０２は、光出力の量を検出するように構成された光センサーからのシグナルを受信して光ファイバー内への光ビームの結合効率を決定しうる。プロセッサー２０２はまた、外科ユーティリティー供給デバイス１０２の操作に関する各種情報を表示してユーザーに各種情報を知らせるようにディスプレイスクリーン１１０を制御しうる。
【００２２】
外科ユーティリティー供給デバイス１０２は、外科ユーティリティー供給デバイス１０２の各種操作に関する情報を永久的または一時的に保存するように構成されたメモリー２０４を含みうる。たとえば、メモリー２０４は、外科ユーティリティー供給デバイス１０２の種々の機能を発揮するためにプロセッサー２０２により実行しうるプログラムを保存しうる。メモリー２０４はまた、操作履歴、ユーザーのプロファイルまたは選好性、各種操作、外科現場などに関する各種データを保存しうる。メモリー２０４内に記憶されたプログラムおよび情報は、外科ユーティリティー供給デバイス１０２の操作のカスタム化および改善を提供するために継続的に更新しうる。メモリー２０４はまた、異なるファイバーポートにおける結合効率の操作パラメーターに関するプログラムおよび情報を含みうる。
【００２３】
外科ユーティリティー供給デバイス１０２はまた、眼内照明システム２０６を含みうる。眼内照明システム２０６は、外科ユーティリティー供給デバイス１０２のユーティリティーポートたとえばファイバーポートで接続された眼用ファイバープローブ内に光ビームを結合するように構成された光学コンポーネントを含みうる。特定的には、眼内照明システム２０６は、光源からの光を受光して光を光ビームにコリメートするように構成されたコリメーターと、光ビームをフィルターして所望のスペクトルにするように構成された分光フィルターと、眼用ファイバープローブの光ファイバー内に光ビームを結合するように構成されたコンデンサーと、を含みうる。
【００２４】
外科ユーティリティー供給デバイス１０２はユーティリティージェネレーター２０８を含みうる。ユーティリティージェネレーター２０８は、モーター、発光デバイス、ポンプなどを含みうるとともに、それにより照明光、イメージング光、加圧液体、圧縮空気などの各種ユーティリティーを発生しうる。実施形態では、ユーティリティージェネレーター２０８は、ユーティリティーを外部から受け取るために外部ユーティリティー源に接続しうる。たとえば、ユーティリティージェネレーター２０８は、真空または圧縮空気を受け取るために真空源またはエアコンプレッサーに接続しうる。ユーティリティージェネレーター２０８は、各種ユーティリティーをそれぞれのユーティリティーポート１０６に供給しうる。
【００２５】
外科ユーティリティー供給デバイス１０２は通信ユニット２１０を含みうる。通信ユニット２１０は、外科ユーティリティー供給デバイスによる他のデバイスとの情報の送受信を可能にしうる各種通信デバイス、たとえば、イーサネットカード、ｗｉ−ｆｉ通信デバイス、電話デバイス、ディジタルＩ／Ｏ（入出力）ポートなどを含みうる。たとえば、通信ユニット２１０は、他の外科デバイスからの入力を受信して外科手術を調整しうる。他の例では、通信ユニット２１０は、ある特定の情報をユーザーに知らせるためにユーザーのモバイルデバイスに対してメッセージまたは通知、たとえば、ｅメール、テキスト、または他のメッセージもしくは通知の送受信を行いうる。
【００２６】
外科ユーティリティー供給デバイス１０２はまた、ユーザーインターフェース２１２を含みうる。ユーザーインターフェース２１２は、ユーザーによる外科ユーティリティー供給デバイス２１２への命令の入力を可能にするユーザーインプットデバイス、たとえば、キーボード、タッチスクリーン、フットペダル１１２、マウス、マイクロフォンなどを含みうる。たとえば、ユーザーは、ユーティリティーのパラメーターを入力してフットペダル１１２を操作することにより外科用具１０４にユーティリティーをディスペンスしうる。ユーザーインターフェース２１２はまた、ユーザーに情報を伝えるユーザー出力デバイス、たとえば、ディスプレイスクリーン１１０、オーディオスピーカー、ＬＥＤ（発光ダイオード）ライト、または他の視覚シグナルもしくは触覚シグナルを含みうる。たとえば、オーディオスピーカーは、外科手術時に特定のファイバーポートの結合効率がある特定の閾値未満に低下した場合にアラームを発しうる。したがって、ユーザーインターフェース２１２は、外科手術時にユーザーによる外科ユーティリティー供給デバイス１０２との対話を可能にしうる。
【００２７】
図３は、一実施形態に従って眼内照明システム２０６の模式図を例示している。眼内照明システム２０６は、光ビーム３０５を受光するように構成されたコンデンサー３０２を含みうる。特定的には、光源（図３には示されていない）は、コリメーター（図示せず）により光ビーム３０５にコリメートしうる光を生成しうる。コンデンサー３０２は、光ビーム３０５を受光してユーティリティーポート１０６たとえばファイバーポートに接続された外科用具１０４たとえば眼用ファイバープローブの光ファイバー３１０内に光ビーム３０５を結合しうる。
【００２８】
眼内照明システム２０６は、コンデンサー３０２と光ファイバー３１０との間に配設されてコンデンサー３０２からの光ビーム３１１を第１のビーム３１２と第２のビーム３１４とにスプリットするように構成されたビームスプリッター３０４を含みうる。たとえば、ビームスプリッター３０４は、コンデンサー３０２からの結合光ビームを受光して光ビームの一部を透過しうるとともに光ビームの一部を反射しうる。このため、第１のビーム３１２は透過され続いて光ファイバー３１０に達する。したがって、第１のビーム３１２は光ファイバー３１０内に結合しうる。第２のビームは、反射されるかまたは異なる方向たとえば第１のビームに垂直に方向に分岐されてモニタリングファイバー３０６に向かう。したがって、第２のビームはモニタリングファイバー３０６内に結合しうる。
【００２９】
ビームスプリッター３０４は、光ビームを受光して光ビームを２つの異なる光ビームにスプリットするように構成されたビームスプリッターキューブまたは任意の他の光学デバイスでありうる。ビームスプリッター３０４は、光ビームを受光して光ビームの一部たとえばビームパワーの０．８％〜１．５％を第２のビーム３１４に分岐しうる。光ビームの主要部分たとえばビームパワーの９９．２％〜９７．５％は、透過されて眼用ファイバープローブの光ファイバー３１０内にそのまま進入する。例示的な実施形態では、光ファイバー３１０は、２５μｍコアおよび０．２６ＮＡのマルチモード光ファイバーであり、７μｍの公差コア直径を有する。他の実施形態では、異なる直径またはサイズを有する光ファイバーを使用しうる。
【００３０】
第２のビーム３１４はモニタリングファイバー３０６内に集束しうる。モニタリングファイバー３０６は光ファイバー３１０よりも小さいコア直径を有しうる。たとえば、モニタリングファイバー３０６の例示的な一実施形態は、４．３μｍコアおよび０．１２ＮＡのシングルモード光ファイバーである。モニタリングファイバー３０６は基端で第２の光ビーム３１４を受光しうる。第２の光ビーム３１４は、モニタリングファイバー３０６内を伝播してモニタリングファイバー３０６の先端で出射しうる。モニタリングファイバー３０６は、モニタリングファイバー３０６のクラッドからのいかなる光のモードも実質的に排除されるように数インチの長さを有しうる。光センサー３０８は、先端で第２のビーム３１４のパワーまたは量を検出するためにモニタリングファイバー３０６の先端に提供しうる。
【００３１】
ビームスプリッター３０４、モニタリングファイバー３０６の基端、および光ファイバー３１０の基端は、第２のビーム３１４が曲げられる以外は第１のビームと第２のビームとがパーフォーカルになるように特定の方法で配置しうる。たとえば、曲げられる第２のビーム３１４が曲げられない場合、第２のビーム３１４および第１のビーム３１２は空間的に一致しうる。特定的には、曲げられない場合、第２のビーム３１４およびモニタリングファイバー３０６の入口アパーチャーの位置は、第１のビーム３１２および光ファイバー３１０の入口アパーチャーと空間的に一致しうる。したがって、光ファイバー３１０の基端における第１のビーム３１２の結合位置および／または結合効率は、モニタリングファイバー３０６の基端における第２のビーム３１４の結合位置および／または結合効率に直接対応しうる。したがって、モニタリングファイバー３０６で第２のビーム３１４の量をモニターすることにより、光ファイバー３１０における第１のビーム３１２の結合効率を決定しうる。
【００３２】
図４は、一実施形態に従って例示的な眼内照明システムの詳細模式図を例示している。図４に示されるように、眼内照明システム２０６は、光ビームを集束するように構成された１つ以上の光学レンズまたは他の光学コンポーネントを含みうるコンデンサー３０２を含みうる。眼内照明システム２０６は、図１に示されるユーティリティーポート１０６の１つでありうるファイバーポート４０４を含みうる。ファイバーポート４０４は、ファイバーコネクター４０６たとえば図１に示されるユーティリティーコネクター１０８を受容するように構成しうる。ファイバーコネクター４０６は、光ファイバー３１０をファイバーポート４０４に接続しうる。光ファイバー３１０は、ケーブル１１４（図１）内に延在しうるとともに、エンドイルミネータープローブなどの外科用具１０４（図１）に光ビームを案内しうる。ファイバーコネクター４０６は、眼内照明システム２０６からエンドイルミネータープローブを取り外すためにファイバーポート４０４から除去可能でありうる。
【００３３】
ファイバーコネクター４０６は、フロントボディー４０８とリヤボディー４１０とを含みうる。チャネル４１１は、フロントボディー４０８およびリヤボディー４１０のそれぞれを介して形成しうる。フェルール４１４は、チャネル４１１内に提供しうる。光ファイバー３１０は、フェルール４１４に収容しうる。ファイバーポート４０４は、ファイバーコネクター４０６のフロントボディー４０８を受容するように構成された円筒状陥凹部を含みうる。円筒状陥凹部は、ファイバーコネクター４０６がファイバーポート４０４に接続されたときにファイバーコネクター４０６のフロントボディー４０８の一部を取り囲みうる円筒状壁４１８により形成しうる。
【００３４】
ファイバーコネクター４０６は、ファイバーポート４０４にファイバーコネクター４０６を固定するためにファイバーポート４０４の円筒状壁４１８の外表面上に設けられた雄ネジと相互作用しうる雌ネジを内表面上に含むナット４１６を含みうる。ファイバーポート４０４の円筒状陥凹部は内端表面４２２を含みうる。開口は内端表面４２２を介して形成しうるとともに、光ビームは開口を介して照射されて光ファイバー３１０内に結合しうる。ファイバーコネクター４０６がファイバーポート４０４に接続された場合、フェルール４１２の基端表面は、光ファイバー３１０の基端表面が内端表面４２２の開口に位置決めされるように内端表面４２２に当接しうる。スリーブ４２６は、光ファイバー３１０の基端が内端表面４２２の開口に正確に位置決めされるようにフェルール４１２を収容して位置決めするために提供しうる。スリーブ４２６は、フェルール４１２および光ファイバー３１０が内端表面４２２の開口に正確に位置決めされるように容易に変形や形状変化を起こさない材料で形成しうる。スプリング４２０は、フェルール４１２にバイアス力を作用させてファイバーポート４０４の内端表面４２２にフェルール４１２をしっかりと当接するためにファイバーコネクター４０６に提供しうる。
【００３５】
ビームスプリッター３０４はコンデンサー３０２とファイバーポート４０４との間で提供しうる。ビームスプリッター３０４はファイバーポート４０４に当接しうる。実施形態では、ビームスプリッター３０４とファイバーポート４０４との間に空間を提供しうる。モニタリングファイバー３０６はフェルール４２４内に提供しうる。フェルール４２４はビームスプリッター３０４上に位置決めしうる。以上に述べたように、フェルール４２４、ファイバーポート４０４、およびビームスプリッター３０４は、ビームスプリッター３０４からの透過光ビームと反射光ビームとの間にパーフォーカル関係をもたらす方法で位置決めしうる。このため、ファイバーポート４０４における結合位置からの偏倚は、モニタリングファイバー３０６における結合位置からの偏倚に対応する。
【００３６】
フェルール４２４内のモニタリングファイバー３０６、ファイバーポート４０４、およびビームスプリッター３０４は、図４に鎖線領域として示されるアサーマル化アセンブリー４０２内に提供しうる。このアセンブリー内では、パーフォーカル関係などのアセンブリーの光学特性は温度が変化しても同一に維持される。たとえば、アサーマル化アセンブリーは１０℃〜３５℃で同一の光学特性を維持しうる。
【００３７】
図５は、一実施形態に従ってアクチュエーターを含む例示的な眼内照明システムの模式図を例示している。図５の眼内照明システム２０６は、図３にアクチュエーター５０２を追加したものと実質的に同一である。特定的には、アクチュエーター５０２は、コンデンサー３０２の位置または向きを変化させるためにコンデンサー３０２に配設しうる。アクチュエーター５０２は、コンデンサー３０２に精度の高い移動を提供するように構成された圧電アクチュエーター、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）アクチュエーター、または任意のアクチュエーターでありうる。
【００３８】
例示的な一構成では、アクチュエーター５０２は、コンデンサー３０２をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の方向に移動させるように構成された３組の作動機構を含む。Ｘ方向はＺ方向に垂直な横水平方向でありうるし、Ｙ方向はＸ方向に垂直な方向または横垂直方向でありうるし、Ｚ方向はビームスプリッター３０４に向かうかまたはそれから離れる軸水平方向でありうる。実施形態では、コンデンサー３０２はｘｙｚ並進ステージ上に配設しうるとともに、アクチュエーター５０２は並進ステージを移動させることによりコンデンサー３０２を移動させうる。
【００３９】
アクチュエーター５０２は、コンデンサー３０２を移動させて結合効率を改善するためにプロセッサー２０２により制御しうる。特定的には、プロセッサー２０２は、モニタリングファイバー３０６で検出された第２のビーム３１４の量を表す光センサー３０８からのシグナルを受信しうる。第２のビーム３１４の量がある特定の閾値未満に低下した場合、プロセッサー２０２は、モニタリングファイバー３０６におけるおよび同様に光ファイバー３１０における結合効率の損失を決定しうる。したがって、プロセッサー２０２は、制御シグナルを発生してアクチュエーター５０２に送ることによりコンデンサー３０２を移動させて結合位置を調整しうる。アクチュエーター５０２は、各種方法により、たとえば、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれの両方向、各種向きのチルト、回転などにより、コンデンサー３０２を移動させうる。プロセッサー２０２は、続いてコンデンサーの各種位置または向きにおいて光センサー３０８で受信されたシグナルを解析することにより、光ファイバー３１０における最適結合効率にも対応するモニタリングファイバー３０６における最適結合効率をもたらす位置または向きを見いだしうる。
【００４０】
図６は、一実施形態に従って複数のファイバーポートを含む例示的な眼内照明システムの模式図を例示している。眼内照明システム２０６は複数のファイバーポート４０４を含みうる。たとえば、図６に示されるように、３つの異なる光ファイバー３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃに照明光を供給するために、それぞれ、３つのファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃを提供しうる。特定的には、ファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃで、それぞれ、３組のコンデンサー３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃ、ビームスプリッター３０４Ａ、３０４Ｂ、３０４Ｃ、モニタリングファイバー３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃ、光センサー３０８Ａ、３０８Ｂ、および３０８Ｃ、ならびにアクチュエーター５０２Ａ、５０２Ｂ、および５０２Ｃを提供しうる。したがって、３つのファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃのそれぞれで結合効率を検出しうるとともに、それらのそれぞれの結合効率を維持するためにそれぞれのファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃにおける結合効率を独立して能動的に調整しうる。図６は３つのファイバーポートを例示しているが、任意の数のファイバーポートを実現しうるものと理解される。たとえば、ｎが任意の整数であるポート数ｎを実現しうる。
【００４１】
実施形態では、光源６０２は、３つのファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃで使用される光６１２を生成しうる。光源６０２で生成された光６１２は、最初にビームスプリッター６０４により２つの光ビーム６１４および６１６にスプリットしうる。光ビーム６１４は、コンデンサー３０２Ａに方向付けてファイバーポート４０４Ａで光ファイバー３１０Ａに結合しうる。光ビーム６１４は光源６０２で生成された光６１２の主要部分を含みうるので、ファイバーポート４０４Ａは高パワー照明光を出力しうる。
【００４２】
光ビーム６１６は、可変スプリッター６０６により光ビーム６１８および６２０にスプリットしうる。光ビーム６１８は、コンデンサー３０２Ｂに方向付けてファイバーポート４０４Ｂで光ファイバー３１０Ｂに結合しうる。さらに、光ビーム６２０は、フォールドミラー６０８に方向付けうるとともに、これにより光ビーム６２０をコンデンサー３０２Ｃに方向付けファイバーポート４０４Ｃで光ファイバー３１０Ｃに結合しうる。したがって、光源６０２は、３つの異なるファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃに光を供給しうる。光源６０２からの光出力を検出するために光源６０２にパワーモニター６２２を配設しうる。
【００４３】
パワーモニター６２２ならびに光センサー３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃからの検出シグナルは、外科システムユーティリティー供給デバイス１０２のプロセッサー２０２により受信しうる。プロセッサー２０２は、シグナルを解析して各ファイバーポート４０４Ａ、４０４Ｂ、および４０４Ｃにおける照明光の損失の原因を決定しうる。たとえば、光センサー３０８Ａがモニタリングファイバー３０６Ａにおける光出力の低下を検出し、かつパワーモニター６２２が光源６０２からの光出力の変化を検出しない場合、プロセッサー２０２は、モニタリングファイバー３０６Ａにおける出力の低減がファイバーポート４０４Ａにおける結合効率の損失により引き起こされうると決定しうる。したがって、プロセッサー２０２は、アクチュエーター５０２Ａを制御することによりコンデンサー３０２Ａの位置または向きを調整してファイバーポート４０４Ａにおける結合効率を改善しうる。
【００４４】
一方、光センサー３０８Ａ、３０８Ｂ、および３０８Ｃがすべてそれぞれのモニタリングファイバー３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃで光出力の低下を検出し、かつパワーモニター６２２もまた光源６０２で光出力の低下を検出した場合、プロセッサーは、モニタリングファイバー３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃにおける光出力の低減が光源６０２における光出力の損失により引き起こされうると決定しうる。このため、コンデンサー３０２Ａ、３０２Ｂ、および３０２Ｃにおける調整は行われない。
【００４５】
図８は、一実施形態に従って光ファイバーの結合効率を検出する方法を例示するフローチャートである。８０２では、眼内照明システム２０６は１つ以上のファイバーポート４０４における結合効率をモニターしうる。特定的には、光センサー３０８はモニタリングファイバー３０６からの光出力を連続的に検出しうる。光センサー３０８からの検出シグナルは解析のためにプロセッサー２０２に送りうる。
【００４６】
８０４では、プロセッサー２０２は、光センサー３０８からのシグナル出力がある特定の閾値未満であるかを決定することにより結合効率の低下が存在するかを決定しうる。存在しなければ、プロセス８００は８０２に戻って継続してモニタリングファイバー３０５の出力をモニターしうる。存在するのであれば、プロセッサー２０２は、モニタリングファイバー３０６における出力量の低下の原因を決定しうる。パワーモニター６２２で検出された光源６０２からの出力が実質的に同一の状態を維持する場合、モニタリングファイバー３０６における出力量の低下は、ファイバーポート４０４における結合効率の損失により引き起こされる可能性が高い。一方、パワーモニター６２２で検出された光源６０２からの出力がパワーの低下を有する場合、プロセッサー２０２は、モニタリングファイバー３０６における出力量の損失が光源６０２の出力の低下により引き起こされると決定しうる。
【００４７】
８０６では、プロセッサー２０２は、検出された出力および／または検出された出力の変化をユーザーに知らせうる。たとえば、プロセッサー２０２は、ある特定のファイバーポート４０４に光出力の損失が存在することおよび光出力の損失の理由、たとえば、欠陥光源、ファイバーポート４０４における結合位置のミスアライメントなどが存在することをユーザーに知らせるメッセージを発生しうる。いくつかの例では、プロセッサーは閾値結合効率値を記憶し、閾値を超えた場合にはプロセッサーはユーザーに知らせる。閾値は上限閾値または下限閾値でありうる。通知は、ディスプレイスクリーン１１０上に表示される１つ以上のメッセージ、メッセージを述べる可聴音声、外科システム１００から発せられる可聴警告音、フラッシュ光などの視覚警告などでありうる。したがって、問題に対処するようにユーザーに知らせうる。たとえば、ユーザーは、光源のスイッチを切ったり、結合位置を再調整したり、または他の措置を講じたりしうる。実施形態では、通知は、問題に対処するために外科システム１００が結合位置を自動で再アライメントしていることをユーザーに知らせうる。したがって、外科システム１００が再アライメントプロセスを終了するまで待つようにユーザーに知らせうる。
【００４８】
８１０では、ファイバーポート４０４における結合効率に損失が存在する場合、プロセッサーは、アクチュエーター５０２を制御することによりコンデンサー３０２を移動させてファイバーポート４０４における結合位置を調整しうる。特定的には、プロセッサー２０２は、最初に、最適結合位置を得るためにスキャンすべきファイバーポート４０４における範囲または領域を決定しうる。次いで、プロセッサー２０２は、アクチュエーター５０２を制御することによりＸ、Ｙ、およびＺ方向に漸進移動させて最適結合位置を見いだしうる。たとえば、プロセッサー２０２は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向のそれぞれでコンデンサー３０２を漸進移動させて範囲内または領域内の複数の異なる位置をスキャンしうる。これらの位置のそれぞれにおいてモニタリングファイバー３０６で検出された光出力を記録して比較することにより最大出力を有する位置を見いだしうる。最適結合位置は、Ｘ、Ｙ、またはＺ方向のいずれかでその位置から離れる方向にコンデンサー３０２を移動されたときにモニタリングファイバー３０６における光出力が減少する位置でありうる。
【００４９】
実施形態では、モニタリングファイバー３０６は、眼用ファイバープローブの光ファイバー３１０よりも小さいコア直径を有しうる。このため、モニタリングファイバー３０６は光ビームが進入しうるより小さい入口表面を有するので、モニタリングファイバー３０６は、光ファイバー３１０よりも結合効率の損失に対してより敏感である。これにより、システムは、光ファイバー３１０で気付く前にモニタリングファイバー３０６のなんらかのミスアライメントまたは偏倚を検出しうる。したがって、システムは、光ファイバー３１０における結合効率が悪化する前にこのミスアライメントまたは偏倚を補正しうる。図７は、光ファイバー３１０およびモニタリングファイバー３０６の相対ファイバー結合効率と軸方向（ｚ）ミスアライメントおよび横方向（ｒ）ミスアライメントとの例示的なコンター図である。図７に示されるように、相対結合効率は、光ファイバー３１０たとえばコンシューマブルファイバーよりもモニタリングファイバー３０６の方が軸方向および／または横方向ミスアライメントに伴ってより急速に減衰する。この特徴により、システムは、光ファイバー３１０における結合効率が影響を受ける前にモニタリングファイバー３０６でミスアライメントの発生の開始を検出してミスアライメントを補正することが可能になる。
【００５０】
実施形態では、モニタリングファイバー３０６はシングルモードファイバーの二次元アレイを含みうる。たとえば、図９に示されるように、モニタリングファイバー３０６は、光ファイバー３１０よりも小さいコア直径を有する複数の光ファイバー９０５を含みうる。光センサー３０８は、ファイバーのアレイのそれぞれからの光出力を検出しうる。ファイバーのそれぞれで光出力の変化を評価することにより、プロセッサー２０２は、どの方向（ｘ、ｙ、またはｚ）にビームスポット９１０の結合位置がミスアライメントされているかを決定しうる。図９に示されるように、破線で示されるビームスポット９１０は図９の左側の方向に偏倚している。したがって、光センサー３０８は、光ファイバー９０５の左側近傍からより高い出力を検出しうる。プロセッサー２０２は、アクチュエーター５０２を制御することによりモニタリングファイバー３０６の中心領域の方向に戻すようにビームスポット９１０を移動させうる。このため、光ファイバーの二次元アレイは、ミスアライメントの方向に関する追加情報を提供して適正な補正を可能にしうる。
【００５１】
したがって、以上の実施形態は、眼内照明システムで結合効率の検出を実現するシステムまたは方法を提供する。特定的には、結合光ビームの一部をモニタリングファイバーに分岐させるためにビームスプリッターが提供される。結合効率は、モニタリングファイバーで検出された光出力に基づいて決定しうる。さらに、プロセッサーでアクチュエーターを制御することによりコンデンサーを移動させて結合効率を改善しうる。
【００５２】
本開示に包含される実施形態が以上に記載の特定の例示的な実施形態に限定されないことは、当業者であれば分かるであろう。それに関連して、例示的な実施形態を示して説明してきたが、以上の開示において広範にわたる修正、変更、および置換が企図される。かかる変形は本開示の範囲から逸脱することなく行いうるものと理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は広義にかつ本開示に適合するように解釈するのが適切である。
【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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