(57)【要約】  モード混合のための画素化アレイ光学系は、手術用照明のために使用される光ファイバ内の異なるモードを均質化するために使用され得る。デジタルマイクロミラーデバイスまたはＬＣＤ用位相板などの画素化位相アレイは、コヒーレント光源から均質な照明野を生成するために、光ファイバに入射する入射ビームに動きを付与し得る。
2020506765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術用照明のための方法であって、
コヒーレント光源から画素化位相アレイに第１の光を投射して、前記画素化位相アレイから伝送される第２の光を生成することと、
光ファイバのファイバコアにおける焦点に前記第２の光を向けるように前記画素化位相アレイを制御することであって、前記第２の光は、手術中の患者の照明のために使用され、前記焦点は、前記ファイバコア上で移動される、制御することと、
前記光ファイバから、前記患者に前記第２の光を投射する第２の光ファイバに前記第２の光を伝送することと
を含む方法。
【請求項２】
前記手術は、眼科手術であり、かつ前記第２の光ファイバは、前記患者の眼内に前記第２の光を投射し、および前記方法は、
前記光ファイバからの前記第２の光の強度を測定することと、
測定された前記強度に基づいて、前記ファイバコアへの前記焦点の移動を制限するように前記画素化位相アレイを制御することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コヒーレント光源は、単色レーザである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コヒーレント光源は、前記第１の光を生成するために組み合わされた複数の単色レーザである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記画素化位相アレイは、デジタルマイクロミラーデバイスであり、前記画素化位相アレイを制御することは、前記第２の光を前記ファイバコア上に反射する前記デジタルマイクロミラーデバイスを制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記画素化位相アレイは、液晶表示用位相板であり、前記画素化位相アレイを制御することは、前記第２の光を前記ファイバコアに伝送する前記液晶表示用位相板を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記画素化位相アレイに前記第１の光を投射することは、第１の集光レンズを使用して前記画素化位相アレイに前記第１の光を投射することを更に含み、前記焦点に前記第２の光を集束させるように前記画素化位相アレイを制御することは、第２の集光レンズを使用して前記第２の光を集束させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記画素化位相アレイは、往復運動および円運動の少なくとも一方を前記焦点に付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記画素化位相アレイは、ランダム運動を前記焦点に付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記コヒーレント光源は、レーザからの前記第１の光を受光する第３の光ファイバであり、前記画素化位相アレイは、
前記第３の光ファイバへの接続のための入力光コネクタと、
前記光ファイバへの接続のための出力光コネクタと、
前記画素化位相アレイに電力を供給するための電源と
を更に含む画素化位相アレイデバイス内に含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
手術用照明のためのデバイスであって、
手術中の患者の照明のために第１の光を生成するためのコヒーレント光源と、
画素化位相アレイであって、光ファイバのファイバコアにおける焦点に前記第２の光を集束させることを含め、前記第１の光を受光し、かつ前記画素化位相アレイから伝送される第２の光を生成するためのものであり、前記焦点は、前記ファイバコア上で移動される、画素化位相アレイと、
前記第２の光を受光する第２の光ファイバであって、前記患者に前記第２の光を投射する第２の光ファイバと
を含むデバイス。
【請求項１２】
前記手術は、眼科手術であり、かつ前記第２の光ファイバは、前記患者の眼内に前記第２の光を投射し、および前記デバイスは、
前記光ファイバからの前記第２の光の強度を測定するための光強度センサであって、前記画素化位相アレイは、測定された前記強度に基づいて、前記ファイバコアへの前記焦点の移動を制限するように制御される、光強度センサ
を更に含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記コヒーレント光源は、単色レーザである、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記コヒーレント光源は、前記第１の光を生成するために組み合わされた複数の単色レーザである、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記画素化位相アレイは、デジタルマイクロミラーデバイスであり、前記第２の光は、前記デジタルマイクロミラーデバイスから前記ファイバコア上に反射する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記画素化位相アレイは、液晶表示用位相板であり、前記第２の光は、前記液晶表示用位相板から前記ファイバコアに伝送される、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記画素化位相アレイに前記第１の光を投射するための第１の集光レンズと、
前記焦点に前記第２の光を集束させるための第２の集光レンズと
を更に含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記画素化位相アレイは、往復運動および円運動の少なくとも一方を前記焦点に付与する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記画素化位相アレイは、ランダム運動を前記焦点に付与する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記コヒーレント光源は、レーザからの前記第１の光を受光する第３の光ファイバであり、前記画素化位相アレイは、
前記第３の光ファイバへの接続のための入力光コネクタと、
前記光ファイバと、前記第２の光ファイバに直接結合された第４の光ファイバとの間の接続のための出力光コネクタと、
前記画素化位相アレイに電力を供給するための電源と
を更に含む画素化位相アレイデバイス内に含まれる、請求項１１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、手術用照明に関し、より具体的には、混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科において、眼手術、すなわち眼科手術は、眼および補助視覚構造に対して施される。より具体的には、硝子体網膜手術は、硝子体液および網膜などの眼の内部部分を含む種々の繊細な処置を包含する。特に、黄斑上膜、糖尿病性網膜症、硝子体出血、黄斑円孔、網膜剥離および白内障手術の合併症を含む多くの眼疾患の治療において視覚感覚機能を向上させるために、ときにレーザを伴う異なる硝子体網膜手術処置が用いられる。
【０００３】
網膜硝子体手術中、眼科医は、典型的には、角膜を通して眼底を観察するために手術用顕微鏡を使用し、その間に様々な処置のいずれかを施すために強膜を貫通する手術器具が導入され得る。患者は、典型的には、網膜硝子体手術中に手術用顕微鏡の下で仰臥位をとり、目を露出させた状態に保つために検鏡が用いられる。使用される光学系の種類に応じて、眼科医は、狭い視野から眼底の周辺領域に広がることのできる広い視野まで様々であり得る、眼底の所与の視野を有する。
【０００４】
加えて、照明源は、典型的には、外科医が作業する場所を照明するために眼底に導入される。照明源は、典型的には、強膜も貫通する照明器組立体を有する手術器具として実装され、他の手術器具と組み合わされ得る。コヒーレント光を伝送する光ファイバを手術用照明源として使用することは、光ファイバで利用可能な非常に小さい物理的寸法の範囲内で高い光強度が提供されるために望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の開示される実施形態は、手術用照明のために使用される光ファイバ内の異なるモードを均質化するために、モード混合のための画素化アレイ光学系を提供する。デジタルマイクロミラーデバイスまたはＬＣＤ用位相板などの画素化位相アレイは、コヒーレント光源から均質な照明野を生成するために、光ファイバに入射する入射ビームに動きを付与し得る。
【０００６】
一態様では、開示の方法は、手術用照明のためのものである。方法は、コヒーレント光源から画素化位相アレイに第１の光を投射して、画素化位相アレイから伝送される第２の光を生成することと、光ファイバのファイバコアにおける焦点に第２の光を向けるように画素化位相アレイを制御することであって、第２の光は、手術中の患者の照明のために使用される、制御することとを含み得る。その方法では、焦点は、ファイバコア上で移動される。方法は、光ファイバから、患者に第２の光を投射する第２の光ファイバに第２の光を伝送することを更に含み得る。
【０００７】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、手術は、眼科手術であり得る一方、第２の光ファイバは、患者の眼内に第２の光を投射し得る。方法は、光ファイバからの第２の光の強度を測定することと、測定された強度に基づいて、ファイバコアへの焦点の移動を制限するように画素化位相アレイを制御することとを更に含み得る。
【０００８】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、単色レーザであり得る。
【０００９】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、第１の光を生成するために組み合わされた複数の単色レーザであり得る。
【００１０】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、デジタルマイクロミラーデバイスであり得る一方、画素化位相アレイを制御するための方法動作は、第２の光をファイバコア上に反射するデジタルマイクロミラーデバイスを制御することを更に含む。
【００１１】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、液晶表示用位相板であり得る一方、画素化位相アレイを制御するための方法動作は、第２の光をファイバコアに伝送する液晶表示用位相板を制御することを更に含む。
【００１２】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイに第１の光を投射するための方法動作は、第１の集光レンズを使用して画素化位相アレイに第１の光を投射することを更に含み得る。焦点に第２の光を集束させるように画素化位相アレイを制御するための方法動作は、第２の集光レンズを使用して第２の光を集束させることを更に含み得る。
【００１３】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、往復運動および円運動の少なくとも一方を焦点に付与し得る。
【００１４】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、ランダム運動を焦点に付与し得る。
【００１５】
方法の開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、レーザからの第１の光を受光する第３の光ファイバであり得る一方、画素化位相アレイは、第３の光ファイバへの接続のための入力光コネクタと、光ファイバへの接続のための出力光コネクタと、画素化位相アレイに電力を供給するための電源とを更に含む画素化位相アレイデバイス内に含まれ得る。
【００１６】
別の態様では、手術用照明のためのデバイスが開示される。デバイスは、手術中の患者の照明のために第１の光を生成するためのコヒーレント光源と、画素化位相アレイであって、光ファイバのファイバコアにおける焦点に第２の光を集束させることを含め、画素化位相アレイから伝送される第２の光を生成するために第１の光を受光するための画素化位相アレイとを含み得る。そのデバイスでは、焦点は、ファイバコア上で移動される。デバイスは、第２の光を受光する第２の光ファイバであって、患者に第２の光を投射する第２の光ファイバを更に含み得る。
【００１７】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、手術は、眼科手術であり得る一方、第２の光ファイバは、患者の眼内に第２の光を投射し得る。デバイスは、光ファイバからの第２の光の強度を測定するための光強度センサを更に含み得、それにより、画素化位相アレイは、測定された強度に基づいて、ファイバコアへの焦点の移動を制限するように制御され得る。
【００１８】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、単色レーザであり得る。
【００１９】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、第１の光を生成するために組み合わされた複数の単色レーザであり得る。
【００２０】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、デジタルマイクロミラーデバイスであり得る一方、第２の光は、デジタルマイクロミラーデバイスからファイバコア上に反射し得る。
【００２１】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、液晶表示用位相板であり得る一方、第２の光は、液晶表示用位相板からファイバコアおよび焦点に第２の光を集束させるための第２の集光レンズに伝送され得る。
【００２２】
開示の実施形態のいずれかでは、デバイスは、画素化位相アレイに第１の光を投射するための第１の集光レンズを更に含み得る。
【００２３】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、往復運動および円運動の少なくとも一方を焦点に付与し得る。
【００２４】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、画素化位相アレイは、ランダム運動を焦点に付与し得る。
【００２５】
デバイスの開示の実施形態のいずれかでは、コヒーレント光源は、レーザからの第１の光を受光する第３の光ファイバであり得る一方、画素化位相アレイは、第３の光ファイバへの接続のための入力光コネクタと、光ファイバと、第２の光ファイバに直接結合された第４の光ファイバとの間の接続のための出力光コネクタと、画素化位相アレイに電力を供給するための電源とを更に含む画素化位相アレイデバイス内に含まれ得る。
【００２６】
本開示ならびにその特徴および利点のより詳細な理解のために、ここで、添付の図面と併せて解釈される以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】手術用顕微鏡と、照明器組立体を備えた手術器具とを使用する眼科手術の実施形態の図である。
【図２】ファイバモードからの不均質な光の画像である。
【図３】モード混合のための画素化アレイ光学系を備えた手術用照明システムの実施形態の図である。
【図４Ａ】画素化アレイ光学系を備えた光源の実施形態の図である。
【図４Ｂ】デジタルマイクロミラーデバイスを備えた光源の実施形態の図である。
【図４Ｃ】ＬＣＤ用位相板を備えた光源の実施形態の図である。
【図４Ｄ】２次画素化アレイ光学デバイスの実施形態の図である。
【図４Ｅ】画素化位相アレイデバイスの実施形態の図である。
【図５】手術用レーザ照明のための方法の選択された要素のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の説明では、開示の主題の考察を容易にするために例として詳細が記載されている。しかしながら、開示の実施形態が例示的なものであり、全ての可能な実施形態を網羅するものではないことが当業者に明らかであろう。
【００２９】
本明細書で使用される場合、参照符号のハイフン付きの形態は、要素の具体的な例を指し、参照符号のハイフンなしの形態は、集合的な要素を指す。したがって、例えば、デバイス「１２−１」は、集合的にデバイス「１２」と称され得、かつ任意の１つが一般的にデバイス「１２」と称され得る、デバイス類の例を指す。
【００３０】
上述のように、光ファイバおよびコヒーレント光源の使用は、光ファイバの非常に小さい物理的寸法の範囲内で高い光強度が提供されるため、手術用照明に望ましい。そのような手術用照明源は、種々の医療用途および手術用途で使用され得るが、１つの例示的な用途は、硝子体網膜手術などの眼手術である。
【００３１】
硝子体網膜手術に関して、例えば、照明源は、典型的には、強膜を貫通する照明器組立体を有する手術器具として実装され、他の手術器具と組み合わされ得る。眼底に光を投射して、眼内に施される手術処置を照明するために、非常に小さい直径の光ファイバが照明器組立体の先端部に使用され得る。例えば、約２５〜１００μｍのファイバコアを有する非常に小さい直径のファイバは、典型的には、レーザ源などのコヒーレント光源に基端側で結合する光ファイバに結合される。各種の光ファイバが使用され得るが、照明のために眼内にコヒーレント光を伝送するためにマルチモード光ファイバが使用され得る。
【００３２】
しかしながら、コヒーレント光がマルチモード光ファイバを通して伝送されるとき、ファイバ内における、「モード」と称されるコヒーレント光の異なる光子群は、僅かに異なる経路長を横断し得る。光ファイバ内の異なるモードが異なる経路長を受ける結果として、モードは、光ファイバ内での伝播中に互いに建設的および破壊的に干渉することがある。異なるモードが光ファイバのファイバコアから出射するとき、出射光によって提供される照明野がモード間干渉に起因して不均質に見えることがある。モード間干渉は、温度、ファイバの歪み、ファイバの動きに非常に敏感である場合があり、かつ均一な背景光を投射する均質な照明野の代わりに、不均質な照明野が望ましくない動的パターンを投射するため、概して人間の眼にかなり目立つ可能性がある。不均質な照明野は、動的であり得る異なる有色光の異なる領域として見えるため、不均質な照明野は、手術用照明にあまり適さない場合がある。
【００３３】
例えば、硝子体網膜手術では、不均質な照明野が提供し得ない、眼内の種々の微細な生体構造の鮮明でありかつ不明瞭でない視野は、外科医が安全かつ効果的に手術することを可能にするのに非常に望ましい。特に、不均質な照明野は、いくつかの実装形態では、単色レーザ源または単色レーザ源の組み合わせで観察される。単色レーザ源は、コヒーレント光を所望の均質な照明野にする均質化を可能にする光ファイバ内のより少ないモード、したがってより少ない程度のモード混合を呈し得る。更に、眼内照明器または複合照明付き手術器具などの種々の手術器具が設計および実装されるにつれて、高い光強度を担うより小さいファイバ直径の使用が一層望ましくなる。しかしながら、モード間干渉の問題は、光ファイバの大きさ（すなわち直径）が減少するにつれて一層悪化し、かかる小型の照明システムの使用を不必要に抑制する場合がある。また、手術用照明用途では、約２〜３ｍの長さなどの比較的短い長さの光ファイバが使用される。より均質な照明野を生じさせるモード混合は、ファイバ長さと共に増加するため、手術用照明用途で使用されるより短い光ファイバは、不均質な照明野をもたらす不十分なモード混合を受けることがある。また、ガラスコアで構成された光ファイバは、より少ないモードおよびより少ないモード混合を呈することがあり、特に不均質な照明野の影響を受けることがある。
【００３４】
更に詳細に説明するように、混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系が開示される。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、コヒーレント光を伝送するために光ファイバを使用して、手術用照明のための均質な照明野を提供し得る。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、比較的短くかつ比較的小さい直径の光ファイバと共に使用され得る。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、ガラスコアを有する光ファイバと共に使用され得る。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、手術用照明のための光源に実装され得る。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、コヒーレント光源から手術用照明を提供する光ファイバに結合され得る光学デバイスとして実装され得る。本明細書に開示する混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、硝子体網膜手術などの眼科手術中の患者の眼の照明のために使用され得る。
【００３５】
照明組立体１００が使用され得る１つの方式が図１に図示されており、図１では、外科医１２０は、手術器具１２２を使用して患者１３０の眼１０４に眼科手術を施している。図１では、検鏡１４０を使用して眼１０４が露出されており、かつ眼１０４の内部構造の可視化を容易にするために接触レンズ１５０が眼上の適所に保持されて、手術用顕微鏡１０２と視覚的に位置合わせされる。外科医１２０は、眼１０４の内部構造に手術を施すために手術器具１２２を使用している。
【００３６】
例えば、手術器具１２２が硝子体切除プローブである場合、外科医１２０は、あらゆる機械的作用に極めて敏感である、網膜などの隣接する眼構造との相互作用を避けながら硝子体液のみを実質的に除去するように注意して、通常、眼１０４の内部を満たす透明なゲル状の硝子体液を除去するために手術器具１２２を使用し得る。外科医が眼底を明確に視認する能力は、照明組立体１００によって提供される均質な照明野によって高められる。手術器具１２２が様々な手持ち式手術器具のいずれかであり得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、照明組立体１００は、２次照明器具を使用せずに照明を提供するために手術器具１２２内に一体化され得る。
【００３７】
図１の差し込み図には、手術中の眼１０４の更なる詳細が示されている。カニューレ処置のための強膜貫通部を提供する２つの強膜ポート１０８、すなわち手術器具１２２のための強膜ポート１０８および照明器組立体１００のための強膜ポート１０８を視認できる。示すように、照明器組立体１００は、以下で更に詳細に説明するように、混合モード手術用レーザ照明のための画素化位相アレイ光学系を含み得る。したがって、照明器組立体１００は、均質な照明野（図１では視認できない）を眼底内に投射するように光を伝送する光ファイバを使用して、眼１０４内にコヒーレント光を投射するために使用され得る。
【００３８】
本開示の範囲から逸脱することなく、照明器組立体１００に対する修正形態、追加形態または省略形態がなされ得る。手術用照明器具組立体１００の構成要素および要素は、本明細書で説明するように、特定の用途に応じて一体化または分離され得る。照明器組立体１００は、いくつかの実施形態では、より多い、より少ない、または異なる構成要素を使用して実装され得る。
【００３９】
図２は、ファイバモードからの不均質な光の画像２００を図示する。画像２００は、頁に対して斜め向きに位置する画面に投射された光ファイバからのコヒーレント光を描いている。画像２００内において、描かれている画面には、不均質な照明野の上下に黒インクで書かれた関係のない注記がある。画像２００内の不均質な照明野は、光ファイバ内での不十分なモード混合に起因する。画像２００内の不均質な照明野は、多くの用途および使用シナリオにおいて動的であり得る最大約５００％までの強度変化を呈する場合があり、この強度変化は、先に解説したように、手術用照明に望ましくない。画像２００内の不均質な照明野は、本明細書に開示するモード混合のための技術を適用することにより、略均一強度の照明野（図示せず）などの均質な照明野に直ちに変換され得る。
【００４０】
ここで、図３を参照すると、手術用照明システム３００の実施形態の図が示されている。図３に示すように、手術用照明システム３００は、図１に示す眼１０４の眼科手術において使用され得る。図３は、概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図３には、図１に関して上で説明した種々の要素の視認を可能にする眼１０４の断面図が示されている。具体的には、眼１０４の眼底の比較的広い角度の視野を提供する接触レンズ１２０が示されている一方、２つの強膜ポート１０８が眼１０４の強膜を貫通する。一方の強膜ポート１０８を貫通する手術器具１２２が示されている一方、照明組立体が別の強膜ポート１０８を貫通する。
【００４１】
図３に示すように、均質な照明野３１０は、照明器組立体１００によって眼１０４内に投射される。具体的には、照明器組立体１００は、眼内に光を投射するように露出され得る光ファイバ部分３０８で先端側が終端する。光ファイバ部分３０８は、外部光ファイバ３０４に結合される。いくつかの実施形態では、光ファイバ部分３０８は、外部光ファイバ３０４自体の先端部分であり得る。強膜ポート１０８でのカニューレ処置を可能にするために、光ファイバ３０４の周囲にシースまたはチューブを含み得る、ハンドピース３０６を通過する光ファイバ３０４が示されている。手術用コンソール３１２からハンドピース３０６に延びる光ファイバ３０４が示されている。
【００４２】
図３において、手術用コンソール３１２は、本明細書で説明するように、混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系を含み得る。いくつかの実施形態では、混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系は、別個のデバイスとして実装され得る（図４Ｄおよび図４Ｅを参照されたい）。具体的には、手術用コンソール３１２は、レーザ源および集光レンズ（または均等な光学要素）で構成された光源を含み得る。集光レンズは、レーザ源によって生成された第１の光を、電子的に制御される画素化位相アレイにおける焦点に集束させ得る。画素化位相アレイは、受光した光を基端部における光ファイバ３０４のファイバコアの方に向けて集束させるために個々の画素要素に位相シフトを適用し得る。画素化位相アレイは、デジタルマイクロミラーデバイスまたはＬＣＤ用位相板であり得る。このように、光ファイバ３０４によって伝送される第２の光を生成するために焦点をファイバコア上で移動させる。焦点の移動により、光ファイバ３０４内でモード混合が生じるかまたは増進されるため、第２の光は、光ファイバ３０４の先端部に位置する光ファイバ部分３０８から出射した後に眼１０４内に均質な照明野３１０を提供し得る。
【００４３】
手術用コンソール３１２は、手術器具１２２のための駆動機器ならびにデータ操作および画像処理のためのユーザインターフェースなどの種々の他の機器および機能を提供し得る。混合モード手術用レーザ照明のための画素化アレイ光学系の更なる内部詳細については、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄおよび図４Ｅに関して以下で説明する。
【００４４】
ここで、図４Ａを参照すると、画素化アレイ光学系を備えた光源４００の実施形態の図が示されている。図４Ａは、概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図４Ａには、光源４００内に含まれる要素が側面図で概略的に示されている。光源４００は、例えば、図４Ａに図示する構成要素を収納するための筐体（図示せず）を有する光学デバイスとして実装され得ることが理解されるであろう。特定の実施形態では、光源４００は、光ファイバ３０４が基端部において始まり得る手術用コンソール３１２（図３を参照されたい）に含まれるかまたはそれと一体化され得る。
【００４５】
光源４００において、レーザ源４３０は、コヒーレント光の光源を表し得る。レーザ源４３０は、単色光源を表し得る。レーザ源４３０は、いくつかの実施形態では、複数の単色光源の組み合わせを表し得る。レーザ源４３０は、コヒーレント光である第１の光４４０−１を生成し得る。第１の光４４０−１は、第２の光４４０−２を生成し得る画素化位相アレイ４３４に第１の光４４０−１を集束させるために使用され得る第１の集光レンズ４３２−１に投射され得る。次いで、画素化位相アレイ４３４は、光ファイバ３０４のファイバコア４４２に第２の光４４０−２を集束させ得る第２の集光レンズ４３２−２の方に第２の光４４０−２を向け得る。第１の光４４０−１は、種々の実施形態では、約１０〜５００ｍＷの範囲の光パワーを有する、直径が約１〜５ｍｍのコリメートされたレーザビームとして生成され得る。第１の光４４０−１は、第２の集光レンズ４３２−２を使用して、画素化位相アレイ４３４によって直径が約５〜１０μｍの焦点に集束され得る。焦点は、種々の実施形態では、直径が２０μｍ未満であるかまたは直径が２５μｍ未満であり得る。ファイバコア４４２は、直径が約３０μｍほどの小ささであり得る。いくつかの実施形態では、ファイバコア４４２は、直径が約５０μｍであるかもしくは直径が約１００μｍであるか、または約５０μｍ〜約１００μｍの種々の直径サイズであり得る。
【００４６】
図４Ａに示すように、画素化位相アレイ４３４は、往復運動および円運動の少なくとも一方を第２の光４４０−２に付与し得る。いくつかの実施形態では、画素化位相アレイ４３４は、ランダム運動を第２の光４４０−２に付与し得る。異なる実施形態では、画素化位相アレイ４３４は、第２の光４４０−２を往復運動させるか、回転させるか、または約３０Ｈｚ超の周波数など、人間の眼で視認できない動きを生じさせる周波数で振動させ得る。
【００４７】
ここで、図４Ｂを参照すると、デジタルマイクロミラーデバイス４３４−１を含む画素化アレイ光学系を備えた光源４００−１の実施形態の図が示されている。図４Ｂは、図４Ａと同様の要素を含む概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図４Ｂには、光源４００−１内に含まれる要素が上面図で概略的に示されている。デジタルマイクロミラーデバイス４３４−１の配置により、デジタルマイクロミラーデバイス４３４−１が反射するように動作することが可能となる。光源４００−１は、例えば、図４Ｂに図示する構成要素を収納するための筐体（図示せず）を有する光学デバイスとして実装され得ることが理解されるであろう。特定の実施形態では、光源４００−１は、光ファイバ３０４が基端部において始まり得る手術用コンソール３１２（図３を参照されたい）に含まれるかまたはそれと一体化され得る。
【００４８】
ここで、図４Ｃを参照すると、ＬＣＤ用位相板４３４−２を含む画素化アレイ光学系を備えた光源４００−２の実施形態の図が示されている。図４Ｃは、図４Ａと同様の要素を含む概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図４Ｃには、光源４００−２内に含まれる要素が上面図で概略的に示されている。ＬＣＤ用位相板４３４−２の配置により、ＬＣＤ用位相板４３４−２が伝送するように動作することが可能となる。光源４００−２は、例えば、図４Ｃに図示する構成要素を収納するための筐体（図示せず）を有する光学デバイスとして実装され得ることが理解されるであろう。特定の実施形態では、光源４００−２は、光ファイバ３０４が基端部において始まり得る手術用コンソール３１２（図３を参照されたい）に含まれるかまたはそれと一体化され得る。
【００４９】
ここで、図４Ｄを参照すると、２次画素化アレイ光学デバイス４０１の実施形態の図が示されている。図４Ｄは、概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図４Ｄには、２次画素化アレイ光学デバイス４０１内に含まれる要素が概略的に示されている。２次画素化アレイ光学デバイス４０１は、例えば、図４Ｄに図示する構成要素を収納するための筐体（図示せず）を有する光学デバイスとして実装され得ることが理解されるであろう。特定の実施形態では、２次画素化アレイ光学デバイス４０１は、中間光学デバイスとして光ファイバ３０４に沿って設置され得る一方、光ファイバ３０４は、適切な光コネクタを備えた２つのセクション内に実装され得る。
【００５０】
具体的には、光ファイバ３０４−１に接続するための入力光コネクタ４０２を有すると共に、光ファイバ３０４−２に接続するための出力光コネクタ４０６を有する２次画素化アレイ光学デバイス４０１が示されている。種々の実施形態では、入力光コネクタ４０２および出力光コネクタ４０６は、光ファイバ３０４−１および３０４−２に取り付けられた対応するコネクタと嵌合する解除可能なコネクタ（図示せず）であり得る。いくつかの実施形態では、入力光コネクタ４０２および出力光コネクタ４０６は、固定コネクタであり得る。示すように、入力光コネクタ４０２は、画素化位相アレイデバイス４０４に接続する第１の内部光ファイバ４０８−１に結合する。画素化位相アレイデバイス４０４は、第２の内部光ファイバ４０８−２を使用して出力光コネクタ４０６に接続し得る。
【００５１】
２次画素化アレイ光学デバイス４０１では、入力光コネクタ４０２は、コヒーレント光源から伝送された後に光ファイバ３０４−１内での不十分なモード混合を受け得る第１の光４２０−１を受光し得る。コヒーレント光源は、単色レーザまたは第１の光４２０−１を生成するために組み合わされた単色レーザの組み合わせであり得る。したがって、第１の光４２０−１は、異なる周波数（すなわち色）の光を含み得る。第１の光４２０−１は、第１の内部光ファイバ４０８−１によって画素化位相アレイデバイス４０４に伝送され、この画素化位相アレイデバイス４０４は、光源４００と同様であり、図４Ｅに関して以下で更に詳細に説明される。画素化位相アレイデバイス４０４は、出力光コネクタ４０６に接続する第２の内部光ファイバ４０８−２に対し、モード混合された第２の光４２０−２を出力し得る。
【００５２】
図４Ｄに示すように、ある程度の光エネルギーを第２の光４２０−２からフォトダイオード４１４（または別の光強度センサ）にそらすために第２の内部光ファイバ４０８−２に沿って光タップ４１２が使用され得る。フォトダイオード４１４からのフィードバック制御信号４１６は、画素化位相アレイ４３４の出力ビーム（第２の光４４０−２）がファイバコア４４２に向けられたままとなるように、画素化位相アレイ４３４（画素化位相アレイデバイス４０４内に含まれる）の動作を調整するために画素化位相アレイデバイス４０４によって使用され得る。画素化位相アレイ４３４の出力ビームがファイバコア４４２に向けられていない場合、フォトダイオード４１４によって測定される強度が低下する（コヒーレント光源において一定の光パワーを仮定する）。このように、フィードバック制御信号４１６は、画素化位相アレイ４３４の動作の所望の方式での調整を可能にし得る。
【００５３】
また、画素化位相アレイデバイス４０４に含まれる画素化位相アレイ４３４に電力を提供し得る電源４１０が図４Ｄに２次画素化アレイ光学デバイス４０１と共に示されている。いくつかの実施形態では、電源４１０は、遠隔操作を可能にするためのバッテリなど、２次画素化アレイ光学デバイス４０１に対する内部電源を表し得る。他の実施形態では、電源４１０は、外部給電源（図示せず）からの系統電力または直流電流のためのコネクタなどの外部電源を表し得る。
【００５４】
ここで、図４Ｅを参照すると、画素化位相アレイデバイス４０４の実施形態の図（図４Ｄも参照されたい）が示されている。図４Ｅは、概略図であり、原寸に比例したものではないかまたは遠近法で描かれていない。図４Ｅには、画素化位相アレイデバイス４０４内に含まれる要素が概略的に示されている。画素化位相アレイデバイス４０４は、例えば、図４Ｅに図示する構成要素を収納するための筐体（図示せず）を有する光学デバイスとして実装され得ることが理解されるであろう。特定の実施形態では、画素化位相アレイデバイス４０４は、上で説明した２次画素化アレイ光学デバイス４０１に含まれ得る。
【００５５】
画素化位相アレイデバイス４０４では、第１の光４２０−１は、先に説明したように、第１の内部光ファイバ４０８−１から到達する。例えば、第１の光４２０−１は、第１の集光レンズによってコリメートされ、光源（図４Ｅでは視認できない）において光ファイバ４０８−１を通して伝送され得る。第１の光４２０−１は、第２の光４２０−２を生成するために第２の内部光ファイバ４０８−２のファイバコア４４２に第１の光４４０−１を方向転換するために使用され得る画素化位相アレイ４３４に投射され得る。示すように、第２の集光レンズ４３２−２は、画素化位相アレイ４３４からファイバコア４４２に第２の光４２０−２を集束させるために使用され得る。画素化位相アレイ４３４は、先に説明したように、第１の光４４０−１に振動、動き、回転または並進運動を付与するように動作し得る。先に説明したように、第１の光４４０−１の方向転換を調整するための入力としてフィードバック制御信号４１６を受信する画素化位相アレイ４３４が示されている。
【００５６】
ここで、図５を参照すると、本明細書で説明するように、モード混合のための画素化アレイ光学系を使用する手術用レーザ照明のための方法５００の実施形態の選択された要素のフローチャートがフローチャート形式で描かれている。方法５００において説明するある動作は、任意選択であり得るか、または異なる実施形態で再構成され得ることに留意されたい。方法５００は、本明細書で説明するように、画素化アレイ光学系光源４００または２次画素化アレイ光学デバイス４０２と一緒に照明組立体１００を使用して行われ得る。
【００５７】
方法５００は、ステップ５０２において、コヒーレント光源から画素化位相アレイに第１の光を投射して、画素化位相アレイから伝送される第２の光を生成することによって開始する。ステップ５０４では、画素化位相アレイは、光ファイバのファイバコアにおける焦点に第２の光を向けるように制御され、第２の光は、手術中の患者の照明のために使用され、焦点は、ファイバコア上で移動される。ステップ５０６では、第２の光は、光ファイバから、患者に第２の光を投射する第２の光ファイバに伝送される。
【００５８】
本明細書に開示するように、モード混合のための画素化アレイ光学系は、手術用照明のために使用される光ファイバ内の異なるモードを均質化するために使用され得る。デジタルマイクロミラーデバイスまたはＬＣＤ用位相板などの画素化位相アレイは、コヒーレント光源から均質な照明野を生成するために、光ファイバに入射する入射ビームに動きを付与し得る。
【００５９】
上記の開示の主題は、限定的なものではなく、例示的なものと見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲に含まれる全てのそのような修正形態、改善形態および他の実施形態を網羅するように意図されている。したがって、法律によって許容される最大限度まで、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物の許容可能な最も広義の解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｃ】
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【図４Ｄ−４Ｅ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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