(57)【要約】  光源から光線を受けてライトガイドの遠位端で光線を放射するように構成され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と、ライトガイドの遠位端で放射する光線を受け、受け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を有するマルチスポット発生器と、多数の光線成分がマルチスポット発生器を出て行く遠位面とを含む、光源に光学的に連結されるように構成された光学手術プローブであり、その遠位端は、プローブへの光の反射率を低減するために、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。【選択図】図１
2016502920.tif 000002
【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、
光源から光線を受け、前記光線をライトガイドの遠位端に誘導し、前記ライトガイドの前記遠位端で前記光線を放射するよう構成される、前記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け、受けた前記光線を多数の光線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、
多数の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前記遠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遠位面が、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】
突起、円錐、プリズム、角錐、溝、トラフ、ディボット及びレリーフパターンのうち少なくとも１つを備える微細構造である、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遠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遠位面が、前記マルチスポット発生器の前記遠位面による多数の前記光線成分の反射を１％以下に低減する有効な屈折率を有する微細構造である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項６】
前記マルチスポット発生器が、
前記カニューレの遠位端の硬化した接着剤媒質であって、
前記微細構造化遠位面が前記接着剤媒質の前記遠位面で形成される、硬化した接着剤媒質と、
前記硬化した接着剤中に配置されたボールレンズとを備える、請求項１に記載のプローブ。
【請求項７】
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６に記載のプローブ。
【請求項８】
光学手術プローブ用のマルチスポット発生器を製造する方法であって、
アプリケータで基材表面に光学的に透過性のある接着剤媒質を置き、
光学素子を前記接着剤媒質に挿入し、
斜めにファセットされた遠位端を有するピンを前記接着剤媒質に配置して、前記接着剤媒質上に斜めにファセットされた近位面を形成し、それにより、ピン−接着剤−光学素子−基材アセンブリを形成し、
カニューレを前記ピン−接着剤−光学素子−基材アセンブリ上に配置し、前記カニューレ内に前記マルチスポット発生器を内蔵し、
前記接着剤媒質を硬化して前記接着剤媒質上に微細構造化遠位面を形成し、
前記基材と前記ピンを前記カニューレに内蔵された前記マルチスポット発生器から隔離することを含む方法。
【請求項９】
電子ビームエッチングで前記基材表面を微細構造化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
微細構造化されたマスタツールで基材表面に刻みをつけることによって、前記基材の表面を微細構造化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記マスタツールが前記基材の材料よりも硬い前記材料を備え、前記マスタツールは電子ビームエッチングで微細構造化された、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
微細構造化した金型で射出成形することにより、前記基材の前記表面を微細構造化することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記接着剤媒質を堆積する前に、前記基材の前記微細構造化表面上に離型層を堆積させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記微細構造化遠位面が、前記光学手術プローブの動作光線の波長よりも短い変調長さを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記微細構造化遠位面が、突起、円錐、プリズム、角錐、溝、トラフ、ディボット、レリーフパターン及びモスアイ構造のうち少なくとも１つを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記形成することが、前記遠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よう、前記微細構造化遠位面を微細構造化で形成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピンを配置する前に前記カニューレの配置を実行する、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記基材上の前記光学素子の配置が、前記表面に前記接着剤媒質を堆積させることに先行する、請求項８に記載の方法。
【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、微細構造化遠位面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、微細構造化遠位面及び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、レーザプローブ内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、網膜組織の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つの方法においては、プローブの遠位端にある回折要素を利用し、到来するビームを多数のビームに分割している。
【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、回折要素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可能性がある。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。回折要素もまた、製造することが困難である。特に、回折要素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および遠位面の双方は、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。
【０００５】
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マルチ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】
【０００６】
いくつかの実施形態によると、円筒状カニューレと、光源から光線を受けるよう構成され、光線を光源の遠位端に誘導し、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と、ライトガイドの遠位端で放射する光線を受け、受け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を有するマルチスポット発生器と、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とを含む光学手術プローブが提供され、遠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。
【０００７】
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て接着剤媒質上に微細構造化遠位面を形成し、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方法も提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】微細構造化遠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】微細構造化遠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】微細構造化遠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】微細構造化遠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】微細構造化遠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】微細構造化遠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８Ａ】微細構造化遠位面を有す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。
【図８Ｂ】微細構造化遠位面を有す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。
【０００９】
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】
【００１０】
以下の説明において、具体的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。
【００１１】
図１は、円筒状カニューレ１０３、カニューレ内のライトガイド１０８を含み得る光学手術プローブ１００の一例を示し、光源から光線を受けるように構成され、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、ライトガイド１０８の遠位端で放射される光線を受け、受け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。
【００１２】
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。
【００１３】
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を含むことができる。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の範囲の直径を有しうる。コア１１９用のより大きな口径は、一般により大きなスポットを作ることができる。
【００１４】
カニューレ１０３は、光ファイバ１０８を交替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、実質的に１つの部品から発せられる全てレーザビームがその他の部品により受光される場合、２つの部品は整列させることができる。
【００１５】
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。本開示全体で使用される場合、「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指し、「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指す。
【００１６】
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、多少分岐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。分岐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り得る。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。
【００１７】
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は、マルチスポットビームを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分岐を最小限にすることが可能になる。
【００１８】
ファセット近位面１０７は任意の好適な数及びファセットの形状を有し得る。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。
【００１９】
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、コリメートされ、または小さな角度で分岐または集光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集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。
【００２０】
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、または集光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のサファイアボースレンズであり得る。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。
【００２１】
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集光し、マルチスポットパターンを生成することができる。
【００２２】
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し得る。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を提供するため、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。
【００２３】
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は、実質的にレーザ光線の一部を光学手術プローブ１００に反射する場合があり、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。
【００２４】
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、温度が上昇する。
【００２５】
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り得る。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。
【００２６】
遠位面１０９上に反射防止（ＡＲ）コーティング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。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上に誘導体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との材料の不適合は、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。これらすべての理由から、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。
【００２７】
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、ファセット近位面１０７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ることができ、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、カニューレハウジング１０１を取り囲むプラスチックまたは金属の円筒形構造であることができる。
【００２８】
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の微細構造化遠位面４０９を有する、マルチスポット発生器４０２を含むことができる。ファセット近位面１０７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反射す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の微細構造化遠位面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。
【００２９】
いくつかの実施形態によると、微細構造化遠位面４０９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、眼の表面へ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。
【００３０】
いくつかの実施形態によると、微細構造化遠位面４０９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、微細構造化遠位面４０９の変調長さは入射光の波長の３，１，または０．３倍以下であり得る。さらに他の態様では、微細構造化遠位面４０９の微細構造は、光またはレーザビームの波長の平均３，１または０．３倍以下の隔離を有し得る。微細構造化遠位面４０９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、前述の倍数が小さければ小さいほど、入射光の反射部も小さい。
【００３１】
図５Ａから図５Ｂは、微細構造化遠位面４０９の微細構造または微細特徴がいかに遠位面１０９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、及び微細構造化遠位面４０９であり得る一般的な微細構造化表面５０２を指す。
【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同程度、または入射光線の波長λ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、すべ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、実行屈折率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、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、ディボット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の実行屈折率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、次に、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、ｔeffを有し、光媒体５００及び空気または周囲の境界で、光を非常に効率的に透過するために組み合わせるｎeffを示すために製造され得る。特定の実施形態は、９９％以上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％以上であり、フレネル反射率が１％以下、場合によっては０．５％以下である。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とも呼ばれ、または微細特徴を有する表面は突起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、ディボット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、微細構造化遠位面４０９、基材上にエッチングされた微細構造化表面、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内の微細構造化遠位面４０９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倍以下であり得る。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％以下の反射率に下げることが可能で、場合によっては０．５％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、評価することができる。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】
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。この熱流量を１０倍低減することで、光学手術プローブ４００の熱温度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、微細構造化遠位面４０９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。本方法の段階は、また、図８Ａから図８Ｂのフローチャートを参照して表示されている。
【００４０】
図７Ａは、基材７０２上にボールレンズ１０６を配置するステップ（８１０）により、この工程は始めることができることを示す。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。さらに基材は、例えば、射出成型プラスチック基材でもあり得る。さらに、基材７０２はその上に微細構造化表面を有し得る。例えば、基材７０２は、図６に示すように、突起６０２及び窪み６０４を有する表面を有し得る。
【００４１】
図７Ｂは次のステップ（８２０）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。接着剤媒質は、突起６０２及び窪み６０４を有する基材７０２の微細構造化表面をインプリントされ、基材７０２の微細構造化表面の形状になる。
【００４２】
図７Ａ’から図７Ｂ’は、ステップ８１０及び８２０が逆の順序で実施可能であり、はじめに（８１０’）接着剤媒質４０４は基材７０２上に置かれ、次に（８２０’）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、８２０から８１０の順序は、これらの双方の問題を避け得る。
【００４３】
図７Ｃは、次のステップ（８３０）で、ピン７０４が接着剤媒質４０４と接触させて配置する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１０７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１０７は、上記のように斜めのファセット形状である。
【００４４】
図７Ｄは、ステップ（８４０）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は誘導またはシャフト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８３０及び８４０が、逆の順序でも実施可能であり、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。
【００４６】
過剰な接着剤７０５が外部へ流出、変形できるため、（８３０）から（８４０）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の最上部端と側面にある程度変形する。
【００４７】
この一連の（８３０’）から（８４０’）のステップを逆に行うと、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。
【００４８】
図７Ｅは、８３０及び８４０のステップがどちらかの順で実施された後、ステップ（８５０）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、良好にコントロールすることが可能になる。
【００４９】
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及び誘導７０６並びに対向する端部の基材７０２を除去し、微細構造化遠位面４０９を有する光学手術プローブ４００を完成させることを示す。
【００５０】
次に、基材７０２の微細構造化表面の製作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、微細構造化表面の突起６０２、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、そして順次に形成される。この電子ビームのエッチングプロセスは、基材７０２の近位面上の微細構造化表面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、高品質の微細構造化表面を製造するものの、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くなり得る。
【００５１】
電子ビームエッチングした基材７０２は高価なため、経済的な配慮から基材７０２を多くの回数再利用することが好ましい。しかしながら、基材７０２が再利用されるたび、接着剤媒質の材料の在留物が少量残り、微細構造化表面の割れ目、窪み、トラフ６０４に残り得る。使用するたび、これらの残った付着物は、基材７０２の微細構造化表面の割れ目及び窪み６０４にさらに充填し、基材７０２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窪み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。
【００５２】
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、別の方法も基材７０２の微細構造化表面を製作するために使用することができる。この方法は、基材７０２のクオーツの表面よりも硬い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。マスタツールは、連続的に電子ビームエッチングをする代わりに、多くの基材上に微細構造化表面の全体をインプリントするために使用され得る。
【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、微細構造化遠位面４０９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】
他の中間ツールをベースにした方法は、射出成型で基材の微細構造化表面を形成して、その微細構造化表面を有する射出成型プラスチック基材７０２を形成することが可能である。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。この中間金型は、次に微細構造化表面で基材７０２を多数製造するために繰り返し使用され得る。
【００５５】
双方の中間ツールのプロセスは、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の改質を可能にする。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物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、そのため改質プロセスの経済性を改善する。
【００５６】
中間ツールのいくつかの方法は、（残留物が蓄積することで、改質された微細構造化表面の品質を所定の閾値より低く下げる前に）単一の電子ビームでエッチングされたツールにより製作される光学手術プローブの数を１０、１００または１，０００倍以上増加させることができる。
【００５７】
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を製作するのに必要な、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。
【００５８】
上記の方法のすべての性能は、中間ツールの方法に対応して、直接的な方法で基材７０２自体の電子ビームでエッチングされた表面上の離型層、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を形成すること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。
【００５９】
図８Ａ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８は図１から図７のいずれかに関して記載され得る。
【００６０】
ステップ８１０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。例えば基材は、クオーツ基材、射出成形基材またはその他の非接着性材料であり得る。さらに、基材７０２はその上に微細構造化表面を有し得る。例えば、基材７０２は、図６に示すように、突起６０２及び窪み６０４を有する表面を有し得る。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。基材の微細構造化表面は、微細構造化表面の突起６０２及び窪み６０４に付着する接着剤表面の残留物の量を減少するための離型層を含み得る。基材７０２の微細構造化表面に付着する残留物が少ないほど、基材７０２はより再利用し得る。
【００６１】
ステップ８２０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み得る。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。
【００６２】
図８Ｂは、ステップ８１０及び８２０が、逆の順序で実行され得ることを示し、はじめに（８１０’）接着剤４０４を導入し、次に（８２０’）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、改質の間、ボールレンズ１０６の制御されない動きや回転を減少または排除することができる。
【００６３】
ステップ８３０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１０７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１０７は、上記のように斜めのファセット形状である。
【００６４】
ステップ８４０は、カニューレ１０３をピン−７０４−接着剤媒質−４０４−ボールレンズ−１０６構造にマルチスポット発生器４０２を画定するために押し付けまたは配置することを含み得る。カニューレ１０３は誘導またはシャフト７０６によりその位置に誘導されることができる。
【００６５】
ステップ８３０及び８４０は、逆の順序である（８３０’）から（８４０’）でも実施可能であり、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。前述のように、双方の順序は利点と欠点がある。
【００６６】
ステップ８５０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整合性をより強固に、良好にコントロールすることが可能になる。
【００６７】
ステップ８６０は、片端にあるピン７０４及び誘導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を完成させることを含むことができる。
【００６８】
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される、開示された実施形態による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】
2016502920.tif 000003
【図２】
2016502920.tif 000004
【図３Ａ】
2016502920.tif 000005
【図３Ｂ】
2016502920.tif 000006
【図４】
2016502920.tif 000007
【図５Ａ】
2016502920.tif 000008
【図５Ｂ】
2016502920.tif 000009
【図６】
2016502920.tif 000010
【図７Ａ】
2016502920.tif 000011
【図７Ａ−１】
2016502920.tif 000012
【図７Ｂ】
2016502920.tif 000013
【図７Ｂ−１】
2016502920.tif 000014
【図７Ｃ】
2016502920.tif 000015
【図７Ｃ−１】
2016502920.tif 000016
【図７Ｄ】
2016502920.tif 000017
【図７Ｄ−１】
2016502920.tif 000018
【図７Ｅ】
2016502920.tif 000019
【図７Ｆ】
2016502920.tif 000020
【図８Ａ】
2016502920.tif 000021
【図８Ｂ】
2016502920.tif 000022
【国際調査報告】
2016502920.tif 000023