(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学手術プローブであって、
円筒状カニューレと、
光源から光線を受光し、前記光線を前記光源の遠位端に誘導し、ライトガイドの遠位端で前記光線を放射するよう構成される、カニューレ内の前記ライトガイドと、
前記カニューレの前記遠位端のマルチスポット発生器とを備え、前記マルチスポット発生器が、
前記ライトガイドの前記遠位端で放射する前記光線を受光し、受光した前記光線を多数のビーム成分に分割するように構成される、斜めファセットを有するファセット近位面と、
複数の前記ビーム成分が前記マルチスポット発生器を出る遠位面を有し、
前記マルチスポット発生器の近位面は前記光線の波長よりも小さな変調長さで微細構造化されていて、
前記マルチスポット発生器が、
前記カニューレの前記遠位端の硬化した接着剤媒質と、
硬化した接着剤媒質中に配置されたボールレンズとを備え、前記接着剤媒質の前記近位面に、前記微細構造化近位面が形成される、光学手術プローブ。
【請求項２】
前記マルチスポット発生器の前記近位面が、平均的な間隔が前記光線の前記波長よりも少ない微細構造を備える、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記微細構造が、突起、円錐、プリズム、角錐、溝、トラフ、窪み及びレリーフパターンのうち少なくとも１つを備える、請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記マルチスポット発生器の前記近位面がモスアイ構造を有する、請求項１に記載のプローブ。
【請求項５】
前記マルチスポット発生器の前記近位面が、前記マルチスポット発生器の前記近位面による前記光線の反射を１％未満に低減する有効な屈折率を有する前記微細構造である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項６】
前記ボールレンズがサファイアボールレンズを備える、請求項１に記載のプローブ。
【請求項７】
前記マルチスポット発生器が、
前記光線の前記波長よりも前記小さな変調長さを有する微細構造化された遠位面と、
前記マルチスポット発生器によって、前記光線の全体の反射を１％未満に低減する有効な屈折率を有する微細構造化された前記マルチスポット発生器の前記近位面及び前記遠位面とを備える、
請求項１に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示された実施形態は、微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポットレーザプローブとその製造方法に関する。特に、本明細書で開示されたある実施形態は、微細構造化ファセット近位面及び微細構造化遠位面を有するマルチスポットレーザプローブと、レーザプローブに反射する全内部反射率を低減し得る製造方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプローブは、手術のターゲットに多数の箇所に光を送達し得る。例えば、網膜組織が汎網膜光凝固をする間に、多数の箇所に光を送達することで、外科手術の時間を短縮することが可能となる。現行のシステムにおいては、マルチスポットパターン用の多数のビームを製造するために、様々な技術が採用されてきた。例えば、１つの手法においては、プローブの遠位端にある回折素子を利用し、入射ビームを多数のビームに分割する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回折素子をプローブの遠位端に使用するには困難を伴う。例えば、回折素子は多数の高い回折次数を生成し、そのため、網膜を照射する追加の不必要でふさわしくない多数のビームスポットを生成してしまう。これらの追加のスポットは、強度は低いものの、ターゲット部位を望ましくなく熱するなど、よくない影響を有する可能性がある。さらに、回折素子は、異なる屈折媒質内では同じように機能しない。例えば、回折素子は、空気の屈折率とは異なる屈折率を有する媒質内に配置され、回折素子との間の空隙は媒質で充填し、スポットパターンに影響を及ぼし得る。さらに、スポットの間の空隙は、異なる波長に合わせて変動可能である。それにより、照準ビーム及び治療ビームが異なる色である場合、問題が生じる可能性がある。回折素子もまた、特に、回折素子を小領域にぴったりと収める場合は、往々にして高価であり製造が困難である。
【０００４】
いくつかのレーザプローブは単一ファイバを使用して、光を光源からボールレンズへと誘導する。ボールレンズは、光線を分割するために多数のファセットで、硬化し光透過性のある接着剤に浸漬させ得る。しかしながら、硬化接着剤の近位面及び遠位面の双方は、入射光の５％と同じ量の光をレーザプローブに反射し、接着剤材料の劣化など、過熱に関連した問題を引き起こす。
したがって、（ａ）プローブを過熱することなく手術のターゲットに多数のスポットを提供可能で、（ｂ）回折素子に伴う問題がなく、（ｃ）受容可能なコストで製造可能なマルチスポットレーザプローブが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施形態によると、円筒状カニューレと、光源から光線を受光するよう構成され、光線をライトガイドの遠位端に誘導し、ライトガイドの遠位端で光線を放射するカニューレ内のライトガイドと、カニューレの遠位端にあるマルチスポット発生器であって、ライトガイドの遠位端で放射する光線を受光し、受光した光線を多数の光線成分に分割するよう構成された、斜めファセットの付いたファセット近位面、及び、多数の光線成分がマルチスポット発生器を通って出て行く遠位面を有するマルチスポット発生器と、を含む光学手術プローブが提供され、マルチスポット発生器の近位面は光線の波長よりも小さな変調長さで微細構造化されている。
【０００６】
いくつかの実施形態によると、光学手術プローブ用のマルチスポット発生器の製造方法は、アプリケーターで基材表面上に光透過性のある接着剤媒質を置き、光学素子を接着剤媒質に挿入し、接着剤媒質上に斜めにファセットされ微細構造化された遠位端を有するピンを配置して、斜めにファセットされた微細構造化近位面を接着剤媒質上に形成し、それによって、ピン−接着剤−光学素子−基材アセンブリを形成し、カニューレをピン−接着剤−光学素子−基材アセンブリに配置してカニューレ内にマルチスポット発生器を内蔵し、接着剤媒質を硬化し、カニューレに内蔵されたマルチスポット発生器から基材とピンを分離することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】マルチスポットレーザプローブを示す図である。
【図２】マルチスポット発生器を示す図である。
【図３Ａ】マルチスポットレーザプローブの遠位端内の光の反射を示す図である。
【図３Ｂ】マルチスポットレーザプローブの遠位端内の光の反射を示す図である。
【図４】微細構造化遠位面及び微細構造化ファセット近位面を有する、マルチスポット発生器の付いたマルチスポットレーザプローブの遠位端を示す図である。
【図５Ａ】効果的な媒質としての微細構造化表面の反射率を示す図である。
【図５Ｂ】効果的な媒質としての微細構造化表面の反射率を示す図である。
【図６】表面をエッチングした微細構造化表面を有する基材の例を示す図である。
【図７Ａ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図７Ｂ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図７Ｃ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図７Ｄ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図７Ｅ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図７Ｆ】微細構造化ファセット近位面を有するマルチスポット発生器の形成を示す図である。
【図８】微細構造化遠位面を有する光学手術プローブの図である。
【図９Ａ】マルチスポット発生器、微細構造化遠位面及び微細構造化ファセット近位面の製造方法を示すフローチャートである。
【図９Ｂ】マルチスポット発生器、微細構造化遠位面及び微細構造化ファセット近位面の製造方法を示すフローチャートである。
【０００８】
図面において、同一の指示を有する要素は、同一または類似の機能を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明において、詳細がある実施形態にて記載されている。しかしながら、開示された実施形態はこれらのいくつかまたは全ての特定の詳細なくして実施され得ることが、当業者には明白である。提示された特定の実施形態は、説明を意図するものであって、制限的なものではない。本明細書で具体的に記載されていないが、当業者は、本開示の範囲と精神の範囲内であるその他の材料を実現し得る。
【００１０】
図１は、円筒状カニューレ１０３、カニューレ１０３内のライトガイド１０８を含む光学手術プローブ１００の一例を示し、ライトガイド１０８は、光源から光線を受光するように構成され、ライトガイド１０８の遠位端へと光線を誘導し、ライトガイド１０８の遠位面で光線を放射する。ライトガイド１０８は、ステンレス鋼製フェルール１０５内に配置された光ファイバであることができる。光学手術プローブ１００は、カニューレ１０３の遠位端内に内蔵されたマルチスポット発生器１０２をさらに含むことができる。マルチスポット発生器１０２は、斜めファセットの付いたファセット近位面１０７を有することができ、ファセット近位面１０７は、ライトガイド１０８の遠位端で放射する光線を受光し、受光した光線を多数の光線成分に分割するように構成されている。
【００１１】
本開示全体で使用される場合、次の通りである。「近位」とは、レーザビームの経路に沿って光源に最も近い、物体の表面または領域を意味し、「遠位」とは、光源に最も遠く、したがってターゲットに最も近い、物体の表面または領域を意味する。
【００１２】
いくつかの実施形態によると、光学手術プローブ１００は、カニューレ１０３に隣接し、フェルール１０５を包囲するカニューレハウジング１０１を含むことができる。光ファイバ１０８は、光を送達するために任意の好適な構造であり得る。いくつかの実施形態では、光ファイバ１０８はコア１１９、クラッディング１２０及びジャケット１２１を含み得る。光ファイバ１０８は、フェルール１０５に接着剤１２２で貼り付けることができる。任意の好適な寸法の光ファイバ１０８を使用し得る。例えばコア１１９は、７５から１５０ミクロンの範囲の直径を有し得る。コア１１９用の大口径は、一般により大きなスポットを作ることができる。
【００１３】
カニューレ１０３は、光ファイバ１０８を一方で収容するマルチスポット発生器１０２及びフェルール１０５を内蔵することができる。カニューレ１０３及びフェルール１０５の双方は、光ファイバ１０８及びマルチスポット発生器１０２を組み合わせて整列するよう構成され得る。「整列」は、任意の好適な方法で定義され得る。例えば、１つの部品の回転軸が、その他の部品の回転軸に実質的に一致する場合、２つの部品を整列させることができる。別の例では、１つの部品から発せられる実質的に全てのレーザビームがその他の部品により受光される場合、２つの部品は整列することができる。
【００１４】
マルチスポット発生器１０２は、硬化した光透過性のある接着剤媒質１０４及び接着剤媒質１０４内に配置されたボールレンズ１０６を含み得る。接着剤媒質１０４はファセット近位面１０７を有することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態に関して、マルチスポット発生器１０２のファセット近位面１０７は、入射レーザビームを、多数のレーザスポットをターゲットで生じることができる多数のビーム成分に分割するように構成されることが可能である。このようなビームは、マルチスポットビームと称されるであろう。１つの例においては、多少、発散したレーザビームは、光ファイバ１０８によって放射されることが可能である。発散したレーザビームの一部は、ファセット近位面１０７の異なるファセット上に当たる。ファセット近位面１０７の各ファセットは、入射ビーム部を屈折させて異なる方向にし、マルチスポットビームのビーム成分を生じさせる。ビーム成分は送信され、ボールレンズ１０６によって集束され得る。ビーム成分は、接着剤媒質１０４の平面状遠位面１０９を通って光レーザプローブ１００を出ることができる。
【００１６】
ビームは手術の間、走査または移動するため、光学手術プローブ１００の遠位端とターゲット面との距離は変動または変化することが可能である。この変動は、スポットの直径及びスポットの間隔、一般にスポットパターンを修正して規則性を低くし得る。このように、ファセット近位面１０７及びボールレンズ１０６を、マルチスポットビームが比較的遠いターゲットに集束するように設計することで、ビームスポットの寸法及びマルチスポットビームの一般的な発散を小さくすることが可能になる。
【００１７】
ファセット近位面１０７はファセットの任意の好適な数及び形状を有し得る。ある実施態様においては、マルチスポット発生器１０２が、同様の特徴を持つＮ個のビーム成分を発生するように、ファセット近位面１０７は、光ファイバ１０８からレーザビームの中心に合わせたポイントと交わるビーム経路に対して傾斜したＮ個のファセットを有し得る。この場合、Ｎ＝３，４，５またはその他の好適な整数である。その他の実施形態では、ファセット近位面１０７は、Ｎ個のスポットによって取り囲まれた中央スポットを製造するために、斜めに角度がつけられたファセットを取り囲むＮ個で、ビーム経路に直交する中央の平面ファセットを有し得る。ファセット間の任意の好適な傾斜角を使用してもよい。最適な角度は、接着剤媒質１０４の屈折率によって決定することができ、２７°など、２０°から３０°であることができる。一般的に、傾斜角を減少するとスポット間の間隔が減少し得る。いくつかの実施形態によると、少なくとも１つのファセットは、ビーム経路に対して斜めに向けられており、ファセット中央でファセットに垂直の方向は、レーザビームのビーム経路に平行ではない。
【００１８】
ボールレンズ１０６は、入射ビームまたはビーム成分を屈折し、入射ビームまたはビーム成分が、コリメートされ、または小さな角度で発散または収束されてマルチスポット発生器１０２の遠位面１０９で出現する光学素子であり得る。いくつかの実施形態では、ビームスポットパターンを網膜などの比較的遠いターゲット上に集束するために、ボールレンズ１０６はマルチスポットビームをわずかに収束することができる。いくつかの実施形態によると、ボールレンズ１０６はサファイアボールであることができる。ボールレンズ１０６は、球体、ほぼ球体または一部が球体（例えば、半球）などの、様々な類似の形状を有し得る。ボールレンズ１０６は、任意の屈折する材料を含んでよい。
【００１９】
ある実施形態においては、ボールレンズ１０６及び接着剤媒質１０４は、異なる屈折率を有することができる。コリメートした、または収束したビームを集束するには、ボールレンズ１０６の屈折率は、接着剤媒質１０４の屈折率よりも大きくすべきである。例えば、ボールレンズ１０６は可視屈折率が約１．７６のサファイアボールレンズであり得る。これに対して、接着剤媒質１０４は１．５６から１．５８の範囲の低い接着剤屈折率を有し得る。
【００２０】
その他の実施形態では、ファセット近位面１０７は、斜め凹部であることができる。ボールレンズ１０６は、凹状ファセットによって作られたビーム成分を収束し、マルチスポットパターンを生成することもできる。
【００２１】
図２は、いくつかの実施形態による、マルチスポット発生器１０２を示す図である。図２にて示すように、マルチスポット発生器１０２は、接着剤媒質１０４に入ったボールレンズ１０６を含み、接着剤媒質１０４はファセット近位面１０７を有することができる。いくつかの実施形態によると、接着剤媒質１０４は１．５から１．６の範囲の屈折率または場合によっては１．５６から１．５８の範囲の屈折率を有する。接着剤媒質１０４は、機械的安定性及び材料安定性並びに精密な寸法管理のため、紫外線硬化性であることができる。ファセット近位面１０７は２７°など、２０°から３０°の傾斜角度で斜め凸部であり得る。いくつかの実施形態によると、接着剤媒質１０４内にボールレンズ１０６を入れることにより、次に、接着剤媒質１０４の近位端にファセット近位面１０７を形成することにより、マルチスポット発生器１０２を形成してよい。
【００２２】
図３Ａから図３Ｂは、前述のように、従来のマルチスポット発生器１０２のなかには、接着剤媒質１０４の近位面１０７及び遠位面１０９のレーザ光線のフレネル反射率が、実質的にレーザ光線の一部を光学手術プローブ１００に反射させる場合があり、プローブチップを不都合なほどに過熱させてしまうことを示す。図３Ａに示すように、ライトガイド１０８の遠位端から放射される光は、接着剤媒質１０４の近位面１０７でフレネル反射率を受け、反射ビーム３００を発生させ得る。場合によっては、反射ビーム３００の強度は、ファセット近位面１０７を照射する光の約５％と同じ強さであることができる。反射ビーム３００は次にカニューレ１０３の内面３０２上に部分的に入射することが可能であり、約３０から４０％のパワーが再反射されることが可能であり、場合により、フェルール１０５及びライトガイド１０８に再度向けられ、ビームのパワーの６０から７０％がカニューレ１０３の内面３０２により吸収されることが可能である。
【００２３】
図３Ｂは、ファセット近位面１０７を反射せずに通って移動する光は、光学手術プローブ１００の平面状遠位面１０９でフレネル反射を受けることが可能であり、光学手術プローブ１００に戻って送達される反射ビーム３０４が生じることを示す。また、反射ビーム３０４はカニューレ１０３及びフェルール１０５の内面３０２により吸収されることが可能である。場合によっては、反射ビーム３０４の強度は、ボールレンズ１０６を通って移動する光の強度の５％と同じ強さであることができる。したがって、反射ビーム３００及び３０４はともに、光ファイバまたはライトガイド１０８によって放射され光学手術プローブ１００の先端に反射された入射レーザ光線の約１０％までになり得、温度が上昇する。
【００２４】
高温は、光学手術プローブ１００の性能を様々な形で低減する可能性がある。例えば、あるケースでは、接着剤媒質１０４の温度は流体になる程度まで上昇し、ボールレンズ１０６が緩み、最適な位置と配向から移動または回転して離れさせてしまう。最悪のケースの場合、ボールレンズ１０６はカニューレ１０３から落下すらして、眼の内部に落下する可能性があり、非常に望ましくない結果となる。その他のケースでは、接着剤媒質１０４の材料が、熱によって劣化し、透過度が落ちるか、その他の原因で光学性能が低減する。
【００２５】
近位面１０７上に反射防止塗装（ＡＲ）を被覆または形成することによって改善される可能性がある。遠位面１０９にも反射防止塗装（ＡＲ）を被覆することにより、さらに改善をすることができる。ＡＲコーティングは、明確な屈折率を有し、厚さ、及び表面特徴を有する、１つ以上の誘電体層から製造することができ、接着剤媒質の近位面及び遠位面でのフレネル反射率を抑え、したがって反射ビーム３００及び３０４の強度も抑えることができる。しかしながら、接着剤媒質１０４上に誘電体ＡＲコーティングを形成または被覆するのには、高い析出温度を必要とし、接着剤媒質１０４を変形させたり光学特性を変化させたりする可能性がある。さらに、ＡＲコーティングと接着剤媒質１０４との材料不適合は、接着剤媒質１０４にＡＲコーティングを付着させるのを困難にし得る。これら全ての理由から、熱を低減するためにＡＲコーティングを使用する設計は実質的に欠点がある。
【００２６】
図４はマルチスポット発生器４０２を有する光学手術プローブ４００を示す図であり、ＡＲコーティング層の被覆をせずに熱及び熱的効果を低減し、その結果前述した問題を回避する。光学手術プローブ４００は、カニューレハウジング１０１、カニューレ１０３、フェルール１０５、ボールレンズ１０６及びライトガイドまたはファイバ１０８を含む、光学手術プローブ１００に類似の要素を含むことができる。カニューレハウジング１０１はハンドピースに入れられ、執刀医によって手動で保持されるように構成され得る。ハンドピースはプラスチックまたは金属の円筒形構造であり、カニューレハウジング１０１を取り囲む。
【００２７】
加えて、光学手術プローブ４００は、光透過性のある接着剤媒質４０４の微細構造化ファセット近位面４０７を有する、マルチスポット発生器４０２を含むことができる。微細構造化ファセット近位面４０７のファセットは、光ファイバ１０８から異なる方向に放射され、マルチスポットビームのビーム成分を発生させる入射光線の一部を屈折させるよう構成されることが可能である。ボールレンズ１０６は、ビーム成分を送信し、接着剤媒質４０４の遠位面４０９を通るマルチスポットビームとして放射することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態によると、微細構造化ファセット近位面４０７は、モスアイ構造を有し、入射レーザビームの反射を低減し得る。モスアイ構造は、蛾や蝿の眼の表面に見られる、小さな表面の凹凸状の起伏や突起に似ているため、このように称される。この眼の構造は、眼の表面からの光の反射を低減し、捕食動物が蛾を発見するのをより困難にする。
【００２９】
いくつかの実施形態によると、微細構造化表面４０７の起伏や突起は、光の反射を低減するためには、入射光の波長の倍数よりも小さくてよい。倍数は３、１または０．３であることができる。言い方を変えれば、微細構造化ファセット近位面４０７の変調長さは入射光の波長の３、１または０．３倍未満であり得る。さらに他の態様では、微細構造化表面４０７の微細構造は、光またはレーザビームの波長の３、１または０．３倍未満の平均隔離がある。微細構造化表面４０７の反射防止特性は、変調長さ及び起伏や突起の寸法が減少するにつれ改善することに注意する。換言すれば、前述の多数のものが小さければ小さいほど、入射光の反射部も小さい。
【００３０】
図４も、類似のように、いくつかの実施形態で、接着剤媒質４０４の遠位面４０９は微細構造化されることが可能であることを示す。微細構造化遠位面４０９の平均的な形状の寸法または変調長さも、光の波長の３、１または０．３倍未満であり、微細構造化近位面４０７に類似し得る。
【００３１】
図５Ａから図５Ｂは、構造化表面４０７の微細構造または微細特徴がいかにファセット近位面４０７の反射率を低減するかを示す。この図は、接着剤媒質４０４であり得る一般的な光学的媒質５００、及び、微細構造化ファセット近位面４０７または微細構造化遠位面４０９であり得る一般的な微細構造化表面５０２を意味する。
【００３２】
電磁波の伝播理論から知られているように、微細構造化表面５０２の突起のそれぞれの平均寸法が入射光線の波長λと同程度、またはこれより大きな場合、次に、微細構造が定期的に繰り返される場合、表面５０２を通過する光は多数の個々の方向に回折されるか、または、微細構造が無作為に分布される場合、全ての空間角度に連続的に分布され、表面が拡散する形になる。
【００３３】
一方、突起の平均寸法または変調の程度が、入射光線の波長λと比較して小さな場合には、光は表面５０２の微細構造を平均化し、微細構造化表面５０２の突起または微細特徴の典型的な寸法の有効媒質５０４の幅ｔeffを通過する際に、表面５０２を通過するのみである。有効媒質５０４は、実効屈折率ｎeffを有する均質の有効なスラブであり、媒質５００の屈折率ｎmedの重量平均で、周囲の媒質の屈折率ｎambientであると考えることができる。微細構造化表面５０２の外部側面が空気に取り囲まれている場合は、ｎambient＝ｎairである。微細構造化表面５０２の外部側面上の周囲の媒質が空気でない場合、しかしながら、例えば保護被膜層、透明基材、埋込材料または光学的に屈折するターゲット材料若しくは生体物質である場合、ｎambientは周囲の材料または媒質の屈折率である。ｎeffの重量平均の種別は、突起が微細構造化表面５０２の容積をどのように、かつどの程度まで塞ぐかに依存し、微細構造化表面５０２の突起の形状に依存し得る。微細構造は突起、円錐、プリズム、角錐、溝、トラフ、窪み及びレリーフパターンを含むことが可能であり、それぞれが平均的な平均屈折を画定する。
【００３４】
微細構造化表面５０２の設計は、特定の実効厚さｔeff及び、突起、角錐、溝またはその他の種類などの微細構造または微細特徴の種類あるいは形状を選択することを含むことができる。これらの設計の選択は微細構造化表面５０２の実効屈折率ｎeffを決定する。実効パラメータ及びその組み合わせの光路長ｎeff＊ｔeffが、弱め合い干渉の条件を満たす場合：ｎeff＊ｔeff＝λ／４、微細構造化表面５０２は従来のＡＲコーティングに類似した反射防止特徴を示すことができる。微細構造化表面５０２の実施形態は、光媒体５００及び空気または周囲の境界でｔeffを有し、光が非常に効率的に透過するために組み合わせるｎeffを示すように製造され得る。特定の実施形態は、９９％超の透過率に達することが可能であり、場合によっては９９．５％超であり、フレネル反射率が１％未満、場合によっては０．５％未満である。これらの実施形態の一つは図５Ｂに示されている。
【００３５】
図６は、いくつかの実施形態による微細構造化表面６００の例を示す図である。微細構造化表面６００は、時としてレリーフ構造、すなわち微細特徴を有する表面とも呼ばれ、突起６０２及び窪み６０４を有し得る。その他の実施形態では、微細構造化表面６００は円錐、プリズム、角錐、溝、トラフ、窪み及びレリーフパターンを有し得る。場合によっては、微細構造化表面６００はモスアイ構造を有することができる。微細構造化表面６００は、微細構造化ファセット近位面４０７、微細構造化遠位面４０９、基材上にエッチングされた微細構造化表面、または、ツールまたはピンにエッチングされた微細構造化表面に対応し、接着剤媒質４０４内の微細構造化ファセット近位面４０７を作製するために使用される。
【００３６】
さらに、いくつかの実施形態によると、突起６０２の間の典型的または平均的な距離は、光学手術プローブ４００内で使用される光の波長λの３、１または０．３倍未満であり得る。上記のように、このような微細構造を持たない表面は５％と同じ高さの反射率を有することができる。これに対して、微細構造化表面６００は１％未満の反射率に下げることが可能で、場合によっては０．５％未満に下げることが可能であり、熱を管理するために反射特性を著しく有益に１０倍低減できる。
【００３７】
この実用性の利益は、いくつかの光学手術プローブ４００において、光源が、約１０００ｍＷの電力を光ファイバ１０８を通って手術プローブ４００に連結することができることを考慮すると、高く評価されることができる。本明細書にて記載された微細構造化表面なくしては、５％までまたは５０ｍＷまでが手術プローブ４００に反射され得る。ある代表的なケースでは、カニューレ１０３の内径は約０．４ｍｍであり、ファセット近位面１０７とライトガイド１０８の先端との間の距離は約０．４ｍｍであり得る。したがって、円筒状の内面３０２の領域から反射した光線３００及び３０４は、約０．０５ｍｍ2に反射され、反射電力密度が約１０4Ｗ／ｍ2に上昇し、熱流束または熱流量を管理し低減する問題の重大性と重要性を実証する。
【００３８】
ファセット近位面４０７または遠位面４０９から反射された熱は、対応する表面を微細構造化することにより、５分の１、場合により最大１０分の１まで低減され得る。熱流量をこのように１０倍低減することで、光学手術プローブ４００の熱管理を有利に改善する。この熱の低減は、接着剤媒質４０４の熱劣化の可能性を実質的に低減することが可能であり、ボールレンズ１０６を緩めたり放出したりする可能性をも低減する。
【００３９】
図７Ａから図７Ｆは、いくつかの実施形態による、微細構造化ファセット近位面４０７を備えるマルチスポット発生器４０２を有する光プローブ４００を製造し形成する方法を示す図である。本方法の工程は、また、図９Ａから図９Ｂのフローチャートに照らして付番されている。
【００４０】
図７Ａは、基材７０２上にボールレンズ１０６を置くステップ（９１０）により、この工程は始めることが可能であることを示す。基材は例えば、石英基材、またはその他の非接着性材料であり得る。
【００４１】
図７Ｂは次のステップ（９２０）にて接着剤媒質４０４が導入され、またはボールレンズ１０６を取り囲んで入れるために置かれ得ることを示す。接着剤媒質４０４は室温で流体であり得る。他のいくつかの場合においては、高温または希釈液若しくは溶媒を使用することにより付着物が流体になり得る。
【００４２】
図７Ａ’から図７Ｂ’は、ステップ９１０及び９２０が反対の順で実施可能であり、はじめに（９１０’）接着剤媒質４０４は基材７０２上に置かれ、次に（９２０’）ボールレンズ１０６が接着剤媒質４０４中に挿入または配置され得ることを示す。このステップの順序は下記の利益を有し得る。（ａ）微細構造化遠位面４０９は、接着剤媒質４０４の連続表面になる可能性がさらにあり、ボールレンズ１０６の突き出した先端によって連続する。（ｂ）アセンブリはより容易であり得る。ボールレンズ１０６が基材７０２上にはじめに配置された場合、静電気やその他の原因により、回転や弾んでしまい正確な処理が困難になる。ボールレンズ１０６を接着剤媒質４０４の中に置くことで、これらの移動を防ぐことができる。したがって、一連の９２０から９１０は、上述の課題の双方に関して改善し得る。
【００４３】
図７Ｃは、次のステップ（９３０）で、ピン７０４が接着剤媒質４０４と接触させて置くことができることを示す。ピン７０４の遠位端７１０は、マルチスポット発生器４０２のファセット近位面４０７用を意図した斜めファセットのネガの状態にすることができる。したがって、ピン７０４は、流体の状態で接着剤媒質４０４に接触または押し付けて配置されるため、接着剤媒質４０４の近位面４０７は、上記のように斜めのファセット形状である。加えて、ピン７０４のファセット遠位端は、微細構造化表面７１０をも含み得る。ピンでインプリントをする際に、この微細構造ピンの表面７１０は、ファセット近位面４０７を所望のように微細構造化する。
【００４４】
図７Ｄは、ステップ（９４０）において、カニューレ１０３はピン７０４−接着剤媒質４０４−ボールレンズ１０６構造に配置され、マルチスポット発生器４０２を画定することを示す。カニューレ１０３はガイドまたはシャフト７０６によりその位置に誘導されることができる。
【００４５】
図７Ｃ’及び図７Ｄ’は、ステップ９３０及び９４０も反対の順で実施可能であり、はじめにカニューレ１０３を接着剤媒質４０４上に配置し、次にピン７０４を接着剤媒質４０４上に配置することを示す。
過剰な接着剤７０５が外部へ流出、変形できるため、（９３０）から（９４０）の一連のステップにより、ピン７０４を所望の高さに正確に配置することが可能である。場合によっては、カニューレ１０３を引き続いて配置すると接着剤４０４の最上部端と側面がある程度変形する。
【００４６】
このステップを逆に行うと、一連の（９４０）から（９３０）は、ピン７０４を引き続いて配置することにより、接着剤媒質の最上部端が充填され、そのため画定を十分に行うことができる。同時に、さらに接着剤４０４は、ピン７０４によりカニューレ１０３から押し出されることができない。そのためマルチスポット発生器４０２の高さは、接着剤の量が制御可能な程度にまでのみ制御され得る。
【００４７】
図７Ｅは、９３０及び９４０のステップがどちらかの順で実施された後、ステップ（９５０）で、接着剤媒質４０４は硬化され得ることを示す。硬化は、基材７０２が透明である場合、接着剤媒質４０４を紫外線ＵＶまたは青色光７０８で基材７０２の遠位面を通って照射することにより行われ得る。接着剤を硬化することは、マルチスポット発生器４０２の機械的及び構造的整合性をより強固にし、良好にコントロールすることが可能になる。
【００４８】
図７Ｆは、一旦、接着剤媒質４０４が硬化されると、ステップ（９６０）で、端部のピン７０４及びガイド７０６並びに対向する端部の基材７０２を除去し、光学手術プローブ４００を完成させることを示す。
【００４９】
次に、ピン７０４の微細構造化表面７１０の製造のための様々な方法を記載する。一つの方法は、電子ビームでエッチングすることにより、ピン７０４を硬化鋼で製造し、微細構造化表面７１０の突起、角錐、溝及び類似体などの、個々の微細特徴が、走査型のプロセスにおいて個別に、そして順次に形状される。その他の実施形態では、ピン７０４は鋼鉄、石英またはダイヤモンドヘッドをも有するものなどの、その他の種類の硬質材料で製造することができる。この電子ビームのエッチングプロセスは、ピン７０４の遠位端上の微細構造化表面７１０を明確に製造することができる。しかしながら、この直接電子ビームをエッチングする方法は、高品質のピンを製造するものの、電子ビームエッチングの機械が高価で走査をする方法で操作されるため、高価でありかつ速度が遅い。
【００５０】
さらに、ピン７０４は硬質で、そのため高価な材料で形成されているため、ピン７０４を何度も再利用することが経済的に考慮すると有利である。ピン７０４は硬質材料で製造されるため、何回も再利用することは実質的に物理的に可能である。しかしながら、ピン７０４が再利用されるたび、接着剤媒質の材料が少量残り、微細構造化表面７１０の割れ目、谷、トラフに残り得る。使用するたび、これらの残った付着物は微細構造化表面７１０の割れ目及び谷にさらに充填し、高価な硬質材料のピン７０４が再利用され得る回数が減少する。定期的に、残留物を割れ目及び谷６０４から清掃することにより除去することも可能であり、これにより残留物が蓄積される割合を減らすことができる。場合によっては、清掃することで微細構造化表面を実質的に元の状態に戻すことも可能であり得る。
【００５１】
少なくともコスト、速度及び再使用の回数に関連する上述の問題のため、別の方法もピン７０４の微細構造化表面７１０を製造するために使用することができる。この方法は、ダイヤモンドや硬化鋼のような好適な硬質材料でできたマスタツールなどの中間ツール（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｔｏｏｌ）を作り、その後、マスタツールの端部面に微細構造化表面を電子ビームエッチングすることを含む。次に、数多くの「ブランク」ピン７０４が、成型プラスチックや流体のプラスチックなどのマスタツールと接着剤媒質４０４の間の、硬さの材料から製造され得る。マスタツールは、連続する電子ビームのエッチングをする代わりに、単一のインプリントのステップの間に、微細構造化表面７１０全体をブランクピン７０４にインプリントするのに使用されることができ、その結果、同時並行して微細構造化表面７１０の微細特徴をそれぞれ作ることができる。
【００５２】
マスタツールは、先端が機械加工された角錐またはその他のファセット形状を有し得る。ピン７０４は、凹型、またはファセット近位面４０７の逆を有するため、マスタツールは凸型をとり、所望のファセット近位面４０７の逆の形状ではない。凸型ファセット及びマスタツールの微細構造端部でピン７０４をインプリントすることで、ピンの微細構造の凹型表面７１０を製造する。ピン７０４は接着剤媒質４０４よりも硬いため、ピン７０４は、微細構造化近位面４０７を多くのマルチスポット発生器４０２の接着剤媒質４０４上にインプリントするために使用することができる。
【００５３】
したがって、より高価な電子ビームでエッチングされたマスタツールを単一回使用することで、微細構造化表面４０７を有する多数の光プローブ４００の製造をすることができ、よって微細構造化表面の電子ビームエッチングのコストを多数の光プローブ４００に広げることになる。
【００５４】
別の中間ツールに基づいた方法は、射出成形をしたピン７０４の微細構造化表面７１０を形成する。微細構造の金型は、マスタツールに類似した役割を果たすことが可能であり、電子ビームでエッチングされた微細構造化表面を有する角錐の形状をした金型を有する。この中間金型は、次に微細構造化表面７１０でピン７０４を多数製造するために繰り返し使用され得る。双方の中間金型のプロセスは、直接電子ビームでエッチングされた高価なマスタツールまたは金型を単一回使用することにより、多数のマルチスポット発生器４０２の製造を可能にする。したがって、光学手術プローブ４００ごとの高価な電子ビームでエッチングされた微細構造化表面中の残留分の集積の割合が遅く、中間ツールの効果的な使用回数を伸ばし、そのため製造プロセスの経済性を改善する。
【００５５】
中間ツールのいくつかの方法は、（残留分が蓄積することで、所定の閾値より低い製造された微細構造化表面の品質を下げる前に）単一の電子ビームでエッチングされたツールにより製造される光学手術プローブの数を１０、１００または１，０００倍超増加させることができる。
【００５６】
別の方法で表現すると、はじめに、中間ツールを使用しないダイレクトインプリントシステムでは、同じ数のマルチスポット発生器４０２を製造するのに必要な、直接電子ビームでエッチングされたツールの回数は、中間ツールの方法よりも大幅に多くなり得る。そのため製造のコストが上がり得る。
【００５７】
上記の方法の効率は、中間ツールの方法に対応して、直接的な方法でピン７０４の電子ビームでエッチングされた表面上、またはマスタツールまたは金型の電子ビームでエッチングされた表面上の離型層の形成によって改善することができる。離型層は単一の原子または少数の原子の層と同じように薄くてよい。その化学組成は、微細構造化表面を「濡ら」さないように、または換言すれば、貼り付かないように選択され得る。このような離型層を導入することで、微細構造の電子ビームでエッチングされた表面の残留分の蓄積をさらにかなりの程度減少させることができる。
【００５８】
図８は、いくつかの実施形態では、微細構造化表面はマルチスポット発生器４０２の遠位面４０９上にも形成され得ることを示す。マルチスポット発生器４０２の両端に、このような微細構造化表面を作ることで、反射光を全体的に、大変効率的に低減することが可能になる。上記で論じたように、マルチスポット発生器４０２の近位面４０７または遠位面４０９に、微細構造化表面を作ることは、５％までの値から０．５％未満に表面の反射率を低減し得る。
【００５９】
いくつかの実施形態によると、基材７０２は、その近位面に例えば電子ビームでエッチングされた微細構造化表面を有する石英板であり得る。微細構造化表面は突起６０２及び谷６０４を有し得る。これらの微細特徴は、典型的な距離により隔離されることができ、光学手術プローブ４００によって使用される光の波長λの３、１または０．３倍未満である。
【００６０】
いくつかの実施形態によると、基材７０２の微細構造化表面は、電子ビームエッチングにより直接に、またはそれ自体が電子ビームエッチングにより形成された中間ツールの使用により形成され得る。中間ツールはインプリントツールまたはマスタツールであることができ、前述の中間ツールに類似している。もし基材７０２が、石英などのように硬い場合、インプリンティングツールも硬化鋼のように硬くすることも可能である。このような中間ツールの使用は、高価なエッチングされた表面の再利用をするため、製造プロセスの経済性をまた改善することができる。
【００６１】
基材７０２の微細構造化表面は、図７Ｂに示すように、接着剤４０４が基材７０２に置かれるとき、ステップ９２０の間に使用される。その展性のため、接着剤媒質４０４は、所望の微細構造で遠位面４０９を形成するであろう。次に、図７Ｅに示した硬化ステップ９５０では、微細構造化遠位面４０９を固化する。
【００６２】
上述のように、微細構造化表面を有する基材７０２は、マルチスポット発生器４０２の多数の遠位面４０９を形成するために、繰り返して再利用し得る。この再利用はさらに製造プロセスの経済性を改善する。
【００６３】
上述のように、微細構造化基材及び微細構造化中間ツールの再利用を支援するため、いくつかの実施形態によると、離型層は基材またはツールの微細構造化表面に形成され得る。この離型層はそれぞれのインプリンティングプロセスの後、残された残留分の量を減少させる。
【００６４】
図９Ａは、いくつかの実施形態による、マルチスポット発生器の製造方法を示すフローチャートである。説明のために、図９Ａは図１から図８のいずれかに関して記載され得る。
【００６５】
ステップ９１０は、基材７０２上のボールレンズ１０６などの光学素子の配置を含み得る。基材は例えば、石英基材、またはその他の非接着性材料であり得る。
【００６６】
ステップ９２０は、接着剤媒質４０４を導入してボールレンズ１０６を包囲し入れるステップを含む。接着剤媒質４０４は、高温または希釈液若しくは溶媒を使用することにより付着物が流体になり得る。または、室温ですでに流体か粘性になり得る。接着剤の屈折率は１．５から１．６の範囲内であることができ、場合によっては１．５６から１．５８の範囲内であることができる。
【００６７】
図９Ｂは９１０及び９２０のステップが、逆の順序で実行され得ることを示し、はじめに（９１０’）接着剤４０４を導入し、次に（９２０’）光学素子１０６を光学接着剤４０４に挿入する。この順序は光学手術プローブ４００用により高品質な遠位面を形成し得る。そして図７Ａ’から図７Ｂ’に関連して述べたように、製造の間、ボールレンズ１０６の制御できない動きや回転を減少または排除することができる。
【００６８】
ステップ９３０は接着剤媒質４０４にピン７０４を押し付けまたは配置することを含み得る。ピン７０４の遠位端７１０は、マルチスポット発生器４０２のファセット近位面４０７用を意図した斜めファセットのネガの形状にすることができる。したがって、ピン７０４は、流体の接着剤媒質４０４に接触または押し付けて配置されるため、接着剤媒質４０４の近位面４０７は、上記のように斜めのファセット形状である。
【００６９】
加えて、ピン７０４のファセット遠位端は、微細構造化表面７１０をも含み得る。ピン７０４でインプリントする際に、この微細構造化ピン表面７１０は、ファセット近位面４０７を所望の微細構造にするであろう。微細構造化表面の変調長さは、光学手術プローブによって使用されるレーザビームの波長λの３、１または０．３倍未満であり得る。微細構造化表面７１０は、微細構造化表面の微細特徴に付着する接着剤表面の残留分の量を減少するための離型層を含み得る。微細構造化表面７１０に付着する残留分が少ないほど、ピン７０４はより再利用し得る。
【００７０】
ステップ９４０は、カニューレ１０３をピン７０４−接着剤媒質４０４−ボールレンズ１０６−基材７０２のマルチスポット発生器４０２を内蔵する構造に押すまたは配置することを含み得る。カニューレ１０３はガイドまたはシャフト７０６によりその位置に誘導されることができる。
【００７１】
ステップ９３０及び９４０も反対の順（９４０）から（９３０）で実施可能であり、はじめにカニューレ１０３を接着剤媒質４０４上に押し付けるか配置し、次にピン７０４を接着剤媒質４０４上に押し付けるか配置する。前述したように、双方の順序は利点と欠点がある。
ステップ９５０は接着剤媒質４０４を硬化させることを含み得る。硬化は、基材７０２が透明である場合、接着剤媒質４０４を紫外線ＵＶまたは青色光７０８で基材７０２の遠位面を通って照射することにより行われ得る。接着剤を硬化することは、マルチスポット発生器４０２の機械的及び構造的一体性をより強固にし、良好にコントロールすることが可能になる。
【００７２】
ステップ９６０は、片端にあるピン７０４及びガイド７０６と、対向する端の基材７０２とを分離し、光学手術プローブ４００を完成させる。本明細書で記載された実施形態は、レーザプローブ内の内部反射率を低減し得る微細構造化遠位面及び微細構造化ファセット光学素子を有する、マルチスポットレーザプローブ及びその製造方法を提供し得る。前述の例は、例示のみであり、限定を意図するものではない。当業者は、本開示の範囲内に入るものとして意図している、開示された実施形態によるその他のシステムを容易に考案し得る。故に、本願は以下の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図１】
0006313333.tif 000002
【図２】
0006313333.tif 000003
【図３Ａ】
0006313333.tif 000004
【図３Ｂ】
0006313333.tif 000005
【図４】
0006313333.tif 000006
【図５Ａ】
0006313333.tif 000007
【図５Ｂ】
0006313333.tif 000008
【図６】
0006313333.tif 000009
【図７Ａ】
0006313333.tif 000010
【図７Ａ−１】
0006313333.tif 000011
【図７Ｂ】
0006313333.tif 000012
【図７Ｂ−１】
0006313333.tif 000013
【図７Ｃ】
0006313333.tif 000014
【図７Ｃ−１】
0006313333.tif 000015
【図７Ｄ】
0006313333.tif 000016
【図７Ｄ−１】
0006313333.tif 000017
【図７Ｅ】
0006313333.tif 000018
【図７Ｆ】
0006313333.tif 000019
【図８】
0006313333.tif 000020
【図９Ａ】
0006313333.tif 000021
【図９Ｂ】
0006313333.tif 000022