JP2013512039A - 眼内照明のためのシングルファイバーマルチスポットレーザプローブ - Google Patents

Abstract

眼内照明器が提供される。眼内照明器は、光源と、第１光学組立体と、光結合要素と、光ファイバーであって、遠位側に配設された光学グレーティングを該光ファイバー上に有し且つ前記光結合要素に結合される光ファイバーとを含む。第１光学組立体は白色光を受容して実質的に平行光にする。光結合要素は、実質的に平行光にされた白色光を第１光学組立体から受容して、その光を光ファイバーに向ける。光学グレーティングは、光ファイバーの遠位端部に結合し、且つ表面レリーフグレーティングと表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層とを有する。光学グレーティングは入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、Ｎ次回折はほぼ一様な強度を有する。

Description

本開示は、眼科手術における使用のための照明器に関し、特に、眼の内側を照明するのに適した光を生成するための眼内照明器に関する。

解剖学的には、眼は前部と後部という２つの別個の部分に分けられる。前部は水晶体を含み且つ角膜（角膜内皮）のもっとも外側の層から水晶体嚢の後方に延びる。後部は水晶体嚢の背後の眼の部分を含む。後部は、前部の硝子体面から網膜まで延び、硝子体の後方の硝子体面は網膜と直接接触している。後部は前部よりもはるかに大きい。

後部は硝子体を含むが、これは無色透明のゲル状の物質である。硝子体は、眼の体積のおよそ３分の２を占め、誕生前に眼を形成している。硝子体は１％のコラーゲン及びヒアルロン酸ナトリウムと９９％の水とから構成されている。硝子体の前方境界は前方硝子体面であり、前方硝子体面は水晶体の後嚢に接触しており、一方、後方硝子体面はその後方境界を形成し且つ網膜に接触している。硝子体は、房水のように流動性を有さず、通常の解剖学的付着部位を有する。これら部位の１つは硝子体基底部であるが、これは鋸状縁の上に重なる３〜４ｍｍ幅の帯である。視神経乳頭、黄斑、及び血管アーケードも付着部位である。硝子体の主な機能は、網膜を所定の位置に保持し、眼球の完全性と形状を維持し、移動による衝撃を吸収し、水晶体を後方から支持することである。房水とは対照的に、硝子体は連続的に取り替えられるものではない。硝子体は離液として知られる過程で年齢と共により流動的になる。離液の結果、硝子体が、収縮して、その正常な付着部位に圧力又は牽引力を及ぼすことがある。十分な牽引力が適用されると、硝子体が網膜に付着しなくなり、網膜の裂傷や孔が生じることがある。

硝子体網膜手術のような様々な外科手術は通常眼の後部において行われる。硝子体網膜手術は後部の多くの深刻な症状を治療するのに適している。硝子体網膜手術は、加齢性黄斑変性（ＡＭＤ）、糖尿病性網膜症及び糖尿病性硝子体出血、円孔、網膜剥離、網膜前膜、ＣＭＶ網膜炎、並びに他の多くの眼疾患のような疾患を治療する。

外科医は、顕微鏡と、後部の鮮明な画像を提供するように設計された特殊レンズとで硝子体網膜手術を行う。いくつかの微小な切開創が毛様体扁平部において強膜上に作られる。外科医は、眼の内側を照明すべく切開創を通して光ファイバー光源のような顕微外科器具を挿入し、手術中に眼の形状を維持すべく灌流ラインを挿入し、且つ硝子体を切断して除去するための器具を挿入する。

斯かる外科手術の際、眼の内部を適切に照明することは重要である。典型的には、細い光ファイバーを眼内に挿入して照明を提供する。メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、又は水銀ランプといった光源を使用して、光ファイバーによって眼内に伝えられる光を生成することが多い。光は、いくつかの光学要素（典型的にはレンズ、ミラー及び減衰器）を通過して、光を眼内に伝える光ファイバーに放出される。この光の品質は、選択された光学要素の種類を含むいくつかの要因に依存する。

眼の内側を照明するのに通常使用される技術は、明視野イメージング、暗視野イメージング及び勾配視野イメージング（gradient field imaging）である。勾配視野イメージングは、照明スポットの部分的な重なりによって要素を照明することによって作り出されるので、要素の一部は直接照明によってうまく照らされ、要素の一部は、散乱光によって又は網膜の要素の上で照明ビームを移動させることによるダイナミックコントラストを通して薄暗く又は背後から照らされる。小さな切開創を通してプローブチップを挿入することによって内視鏡照明が提供されるので、プローブが切開点を通して関節接合されなければならない場合があるということと、所望のコントラストを提供する照明プローブが観察顕微鏡に対して限定的な入射角度に位置するということは実際の手術設定において実現することが難しい。

パターン（構造化された）照明がコントラストを提供するのに使用されることができ、外科医はパターン照明によって網膜構造のような眼構造を視覚化することができる。所望のコントラスト照明を得るべく、照明の規則的なパターンを作り出すことが好ましい。（スパイラルリングパターン又はドーナツパターンのような不規則な照明パターンは好ましいコントラストを提供しない。）しかしながら、眼手術における使用について安全な構造化された照明を効率的に提供することができる照明プローブは知られていない。

本開示は、以前に開発されたシステムに関連する欠点及び問題を実質的に無くし又は低減する眼内照明器を提供する。より具体的には、本開示は、眼の内部領域を照明すべく眼内照明器ファイバーにファイバー結合する眼内照明器光源を提供する。一つの実施形態では、眼内照明器は、光源と、第１光学組立体と、光結合要素と、光ファイバーであって、遠位側に配設された光学グレーティングを光ファイバー上に有し且つ前記光結合要素に結合された光ファイバーとを含む。第１光学組立体は白色光を受容して実質的に平行光にする。その後、光結合要素は、実質的に平行光にされた白色光を第１光学組立体から受容して、その光を光ファイバーに向ける。光学グレーティングは、光ファイバーの遠位端部に結合し、且つ表面レリーフグレーティングと表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層（overlayer）とを有する。光学グレーティングは入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、Ｎ次回折はほぼ一様な強度を有する。

図１は、本開示の実施形態に係る眼内照明器が設置されうる眼の生体構造を示す。 図２は、本開示の実施形態に係る眼の内部を照明している眼内照明器を示す。 図３は、本開示の実施形態に係るＬＥＤ眼内照明器３００の断面図である。 図４Ａは、空気中の標準的な回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。 図４Ｂは、生理食塩水溶液中の標準的な回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。 図５Ａは、本開示の実施形態に係る空気中の回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。 図５Ｂは、本開示の実施形態に係る生理食塩水溶液中の回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。 図６は、従来技術のシングルファイバーマルチスポットレーザプローブを描写する。 図７Ａは、回折ビームスプリッタ基板の回折面が網膜に向かって遠位側に面した状態の回折ビームスプリッタを描写する。 図７Ｂは、回折ビームスプリッタ基板の回折面がビーム源に向かって近位側に面した状態の回折ビームスプリッタを描写する。 図８は、極薄の回折グレーティング基板を有することに関連する問題を描写する。 図９は、本開示の実施形態に係る図１１のグレーティング構造を作り出すべく組み合わされることができる方法を描写する。 図１０は、本開示の実施形態に係る図１１のグレーティング構造を作り出すべく組み合わされることができる方法を描写する。 図１１は、本開示の実施形態に係る低屈折率のＵＶ硬化接着剤から作られた誘電体被覆層を備えた高屈折率ＵＶ硬化接着剤から作られたグレーティングを描写する。 図１２は、本開示の実施形態に係るグリンレンズの遠位面上の二つの接着剤の層グレーティング（two-adhesive layer grating）を描写する。 図１３は、本開示の実施形態に係る眼内照明器を使用して眼の内部硝子体領域を照明する方法に関連する論理フロー図を提供する。

本開示及びその利点のより完全な理解のために、添付の図面と併せて以下の記述が参照され、添付の図面では同様の参照番号は同様の特徴を示す。
本開示の好ましい実施形態が図において示され、様々な図面の同様の又は対応する部分を参照するのに同様の番号が使用される。

本開示の実施形態は、眼の内部を照明することに関連する問題に実質的に対処する。より具体的には、光源と、第１光学組立体と、光結合要素と、光ファイバーであって、遠位側に配設された光学グレーティングを光ファイバー上に有し且つ光結合要素に光学的に結合された光ファイバーとを含む眼内照明器が提供される。第１光学組立体は白色光を受容して実質的に平行光にする。その後、光結合要素は、実質的に平行光にされた白色光を第１光学組立体から受容してその光を光ファイバーに向ける。光学グレーティングは光ファイバーの遠位端部に結合し且つ表面レリーフグレーティングと表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層とを有する。光学グレーティングは入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、Ｎ次回折はほぼ一様な強度を有する。光ファイバー／光学グレーティングは眼の内部領域に光を導く。

図１は、本開示によって提供される改良された設計の眼インプラントが設置されうる眼の生体構造を示す。眼１００は、角膜１０２、虹彩１０４、瞳孔１０６、水晶体１０８、水晶体嚢１１０、小帯１２４、毛様体１２２、強膜１１２、硝子体ゲル１１４、網膜１１６、黄斑１２０及び視神経１１８を含む。角膜１０２は、眼の表面上の透明なドーム形状の構造体であり、窓として作用して光を眼内に通す。虹彩１０４は、眼の着色部分であり且つ瞳孔１０６を囲む筋肉であり、眼に入る光の量を制御すべく弛緩し且つ収縮する。瞳孔１０６は虹彩１０４の円形の中心孔である。水晶体１０８は、眼の内側の構造体であり、主に網膜１１６上に光の焦点を合わせることを補助する。水晶体嚢１１０は、水晶体１０８を包む弾性の袋であり、眼が種々の距離における物体に焦点を合わせるとき、水晶体の形状を制御することを補助する。小帯１２４は、眼の内側に水晶体嚢１１０を取り付ける細長い帯であり、水晶体１０８を所定位置に保持する。毛様体１２２は、焦点を合わせるために水晶体１０８のサイズを制御すべく収縮し且つ弛緩する水晶体１０８に取り付けられた筋肉領域である。強膜１１２は、眼の形状を維持する眼の強靱な最外層である。硝子体ゲル１１４は、眼球の背面に向かって配設される眼の大きな区域を満たし、眼の曲率を維持することを補助する。網膜１１６は、光を受容して、脳に送るべく光を信号に変換する眼の背面における感光性の神経層である。黄斑１２０は、細部を見るための機能を含む眼の背面における領域である。視神経１１８は眼から脳へ信号を接続して伝送する。

毛様体１２２は虹彩１０４の直ぐ背後に位置する。小帯１２４と呼ばれる微細線維の「ガイドワイヤ」が毛様体１２２に取り付けられる。水晶体１０８は小帯線維１２４によって眼の内側に懸架される。毛様体１２２のための栄養は血管からもたらされ、血管は虹彩１０４も供給する。毛様体１２２の一つの機能は、水晶体１０８の形状を変化させることによって調節を制御することである。毛様体１２２が収縮すると、小帯１２４は弛緩する。これによって、水晶体１０８は厚くされ、近くに焦点を合わせるための眼の能力が増大される。遠くの物体を見るとき、毛様体１２２が弛緩するので、小帯１２４は収縮する。その後、水晶体１０８は薄くなり、遠視のための目の焦点が調整される。

以前の眼内照明器はハロゲンタングステンランプ又は高圧アークランプ（メタルハライド、キセノン）のいずれかを基礎としてきた。アークランプの利点は、放出領域が小さく（＜１ｍｍ）、色温度が日光に近く、例えば約５０時間に対して約４００時間と寿命がハロゲンランプよりも長いことである。アークランプの欠点は、コストが高く、出力が低下し、システムが複雑であり、システムの寿命に亘って何回もランプの交換が必要になることである。

本開示の実施形態によって提供されるＬＥＤを基礎とする照明器はコストおよび複雑さを大幅に下げることができ、寿命特性は５０，０００〜１００，０００時間なので、出力の低下がほとんどない状態でＬＥＤを交換する必要なく器具の寿命の全寿命の間眼科用ファイバー照明器を動作させることができるだろう。

典型的な白色ＬＥＤからの光は、紫外線（ＵＶ）／紫色／青色の光を使用して、白色を発する白色蛍光体キャップを励起することによって発生せしめられる。現在のところ、全ての白色ＬＥＤは、高開口数を有する空間的に拡大された照明源（直径３ｍｍ又はより大きな蛍光体領域）であると考えられる。このため、現在の白色ＬＥＤは、シングル光ファイバーに結合するのにあまり適さない。白色ＬＥＤを基礎とする入手可能なピグテール型ファイバー照明器（pig-tailed fiber illuminator）は、ＬＥＤ蛍光体に当接せしめられたファイバーを使用する。これら照明器では、発せられた光のごく少量のみが低開口数の小径光ファイバー内に結合されることができる。このため、入手可能なピグテール型白色ＬＥＤ源は低レベルの光を供給する。本開示の実施形態は、ＵＶ／紫色／青色の光を有する白色ＬＥＤの蛍光体層の外側の層を照明することによって、ＬＥＤを過度に駆動する必要なく追加の白色光の光信号を発生させる。

図２は、本開示の一つの実施形態に係る眼内に配設された眼内照明器１６０の断面図である。図２は使用中のハンドピース１６４及びプローブ１６２を描写する。プローブ１６２は毛様体扁平部領域（pars plana region）における切開創を通して眼１００内に挿入される。プローブ１６２は眼１００の内側又は眼１００の硝子体領域１１４を照明する。この形態では、プローブ１６２は、硝子体網膜手術の間、眼１００の内側又は硝子体領域１１４を照明するのに使用されることができる。

照明器に結合されたファイバーの出力は光源の輝度と光ファイバー内への光の結合効率とに依存する。光ファイバーの物理的なサイズ及び／又は開口数が減少するにつれて、光源の輝度レベルは、小さなファイバーを通して所望の出力を維持すべく比例的に増大しなければならない。このことによって、必要とされる光源の輝度レベルが、ＬＥＤが提供できる輝度レベルよりも高くなる。したがって、過去の光ファイバーの手術照明器は、手術のためにファイバープローブの出力で十分な光を実現すべく（キセノンアークランプ、水銀蒸気ランプ又はメタルハライドランプのような）高輝度光源に頼ってきた。白色ＬＥＤは、ファイバー結合される手術照明の用途についていくつかの利点を有する。しかしながら、現在の最先端の市販の白色ＬＥＤは、輝度を高めることなしにこれらランプ源と競い合うのに十分高い輝度レベルを提供しない。本開示の実施形態は、輝度を高める光学的な方法を記述し、この方法は、眼科照明用途のためのランプ源と競い合うべく今日の高パワー白色ＬＥＤに必要とされる閾値を超えたＬＥＤ輝度を達成することができる。

白色ＬＥＤについて輝度を高める最も単純且つ明快な方法は、高輝度を実現すべくＬＥＤ接点への駆動電流をその定格駆動電流を超えて増大させることによってＬＥＤを過度に駆動することである。ＬＥＤの寿命は（主に）二つのメイン動作パラメータすなわち動作温度及び電流密度に依存し、いずれか又は両方のパラメータを増大させることはＬＥＤ寿命の減少をもたらす。したがって、高輝度レベルを実現すべくＬＥＤを過度に駆動することは、十分な冷却があったとしても、ＬＥＤ寿命とトレードオフの関係にある。

蛍光体変換白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤのダイを蛍光体層で覆うことによって白色光を作り出す。青色光の一部は蛍光体をポンプし、蛍光体は、大部分が黄色である広帯域の蛍光発光を提供する。蛍光体層の厚さは、白色光を作り出すべく青色光の一部が蛍光体層を透過するように調整される。ＬＥＤ蛍光体は飽和条件よりも下において動作し、このため、下部のＬＥＤ又は別の源からより多くの青色光が蛍光体に提供されれば、ＬＥＤの輝度は増大されるであろう。前側からＬＥＤ上に焦点が合わされる第２ポンプ源を使用することは、ＬＥＤの輝度を増大させ、元々のＬＥＤがより低い駆動電流において動かされることを可能とし、このことによって、過度に駆動されるシングル白色ＬＥＤと同じ輝度レベルを実現しつつ、延長されたＬＥＤ寿命がもたらされる。

一つの例では、図３を参照して議論されるように、白色ＬＥＤの出力は、光学的に増強され、実質的に平行光にされて、集光光学素子によって光ファイバー内に向けられる。白色ＬＥＤの出力は（１）ＬＥＤのダイ及び（２）外部光源から生成され、ＬＥＤのダイは蛍光体の蛍光体材料の吸収帯において白色ＬＥＤの蛍光体層の内面を照明し、外部光源は蛍光体の蛍光体材料の吸収帯において白色ＬＥＤの蛍光体層の外面を照明する。結果として、ＬＥＤのダイを過度に駆動する必要なく蛍光体からの光出力が増大される。その後、出力はボールレンズ又は他の光学素子を通して標準的な眼内照明器光ファイバー内に容易に結合される。コア径及び開口数が眼内照明器ファイバーのものと等しい又はそれよりも小さくなるように選択されうることに留意されたい。

図３は、本開示の実施形態に係るＬＥＤ眼内照明器３００の断面図である。眼内照明器３００は、ＬＥＤ３０２、蛍光体キャップ３０４、第２ポンプ源３０６（すなわち青色ＬＥＤ、ＵＶＬＥＤ、レーザ、他のＬＥＤ、ランプ源等）、コリメーティング光学素子３０８、集光光学素子３１０及び光ファイバー３１２を含む。第２ポンプ源３０６は蛍光体材料の吸収帯の範囲の光で白色ＬＥＤ３０２の蛍光体層３０４を照射する。蛍光体層の補助的なポンピングは白色ＬＥＤ源の輝度を増大させる。加えて、光ファイバー３１２は、クラッディング及び／又はコアが発光性であるシンチレータファイバーであってもよい。斯かるファイバーは発光を通してＵＶ／紫色／青色の光照明（ポンプ）を広帯域光又は白色光に変換するのに使用されてもよい。再発光された白色光の一部はシンチレータファイバーを通って伝搬し且つ通常の光ファイバーに結合され又は照明装置に直接供給されうる。

光ファイバー３１２はボールレンズ３１６又は他の類似の光学系を通して眼内照明器ファイバー３１４に光学的に結合することができる。光ファイバー３１２のコア径及び開口数は、眼内照明器プローブ３２４内の光ファイバー３１４のコア径及び開口数以下になるように選択されうる。白色光の出力３２２は、光学要素３１６及び光ファイバー３１４を通して例えばプローブ３２４／１６２に向けられ、ここで眼１００の内側を照明する。本開示の実施形態は一定の安定した出力３２２を生成すべく一つ以上のＬＥＤを利用することができる。知られているように、異なる電力定格及び光出力を有する多くのタイプのＬＥＤが存在し源３０２として選択されうる。

随意的なミラーがダイクロイック反射器として使用されることができ、ダイクロイック反射器は、有害な赤外線及び紫外線がフィルタリングされたビームを生成すべく可視波長光を反射し且つ赤外光及び紫外光のみを透過する。斯かるミラーは可視光を透過しつつ長波長の赤外光及び短波長の紫外光を反射する。眼の生来の水晶体は、眼に入る光をフィルタリングする。特に、生来の水晶体は、網膜を損傷しうる青色光及び紫外光を吸収する。有害な短波長及び長波長をフィルタリングしつつ適切な範囲の可視光波長の光を提供することは、無水晶体の危険、青色光の光化学的な網膜損傷、赤外線加熱損傷及び同様の光毒性危険を通して網膜を損傷させるリスクを大幅に低減することができる。典型的には、約４３０〜７００ｎｍの範囲の光がこれら危険のリスクを低減するために好ましい。随意的なミラーが、適切な波長の光が眼内に発せられることを可能とすべく選択されることができる。他のフィルター及び／又はダイクロイックビームスプリッタがこの適切な波長範囲において光を生成するのに用いられてもよい。

眼科医によって取り扱われる眼内照明器プローブ３２４は、光結合器３１６、光ファイバー３１４、ハンドピース３２６及びプローブチップ３２８を含む。光結合器３１６は、光源３００を収容するメインコンソール（図示せず）に光ファイバー３１４を接続するように設計される。光結合器３１６は光ファイバー３１４と眼内に伝達されるべき光のビームとを適切に整列させる。光ファイバー３１４は、典型的には、先細であってもなくてもよい小径のファイバーである。ハンドピース３２６は外科医によって保持され且つ眼内においてプローブチップ３２８の操作を可能とする。プローブチップ３２８は、眼内に挿入され、且つ、プローブチップ３２８の端部において終端しうる光ファイバー３１４を担持する。このため、プローブ３２８は眼内において光ファイバー３１４からの照明を提供する。

本開示の実施形態は、赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）の有機色素でドープされた一つ以上の蛍光ファイバーを用いてもよい。この有機色素及びＵＶＬＥＤのポンピング方法は当業者にすでに公知である。例えば、積分球内に設置され且つＵＶＬＥＤで照明される斯かるＲＧＢファイバーの三つのコイルは強力なＲＧＢ出力を作り出すであろう。その後、個々のＲＧＢ出力がシングルファイバー上に結合されうる。このことは、限定されるものではないがＲＧＢＸプリズム、分散プリズム又は回折グレーティングのような多数の態様においてなされることができる。

図４Ａは空気中の標準的な回折ビームスプリッタグレーティングを描写し、図４Ｂは生理食塩水溶液中の標準的な回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。標準的なシングルファイバーマルチスポットレーザファイバーにおいて使用される回折ビームスプリッタは図４Ａ及び４Ｂにおいて示されるような表面レリーフグレーティングである。グレーティングは入射光をＮ次回折に強く回折するように設計され、ここでＮ次間のパワー分布は非常に一様である。この特性は、表面レリーフグレーティングが空気中に浸されるということを頼りにしている（図４Ａ参照）。しかしながら、硝子体網膜手術の間、眼は典型的には空気ではなく生理食塩水溶液又は油で満たされる。グレーティングは、グレーティング基板の遠位側上にある場合、その後硝子体網膜手術の間、液体中に浸されるであろう。結果として、図４Ｂにおいて示されるように、グレーティングの非０次回折への回折効率が激しく弱められるであろう。

図５Ａは空気中の本開示の実施形態に係る回折ビームスプリッタグレーティングを描写し、図５Ｂは生理食塩水溶液中の本開示の実施形態に係る回折ビームスプリッタグレーティングを描写する。表面レリーフ構造をより厚くし（図５Ａ及び５Ｂ参照）且つ表面レリーフ構造を誘電体材料の層で満たすことによって、結果として得られるグレーティングは、空気中又は生理食塩水溶液中に浸されるかに拘わらずＮ次回折への強く一様な回折を有する。

従来技術のシングルファイバーマルチスポットレーザプローブが図６において示される。図６における回折ビームスプリッタは、空気中に浸されるように設計された表面レリーフグレーティングである。図７Ａにおいて示される標準的な形態は、網膜に向かって遠位側に面する回折ビームスプリッタ基板の回折面を有するべきである。この形態は、硝子体網膜手術の間、生理食塩水溶液中に浸されることに弱く、このことによって回折ビームスプリッタの所望の特性が損なわれるであろう。図７Ｂにおいて示される代替的なアプローチは、ビーム源に向かって近位側に面する回折ビームスプリッタ基板の回折面を有することである。この形態では、グレーティングは、生理食塩水溶液への曝露から保護され、このため、その所望の回折効率特性を保持するであろう。しかしながら、図７Ｂにおいて見られうるように、軸外の回折ビームがカニューレによって部分的にけられる。このことはいくつかの理由で問題である。
・回折ビームと０次ビームとの間の回折ビームパワーにおける１０％よりも小さい非均一性という目標が満たされない。
・軸外の回折ビームが所望よりも低いレーザパワーを有し、このため、網膜上に所望のレーザバーンパターン（laser burn pattern）を作り出すべくより長い曝露時間が必要とされる。

図８は、極薄の回折グレーティング基板を有することに関連する問題を示す。このけられ効果を最小にすべく、回折グレーティング基板はできるだけ薄く作られる必要があるだろう。しかしながら、斯かる薄い基板は、構造的な完全性をほとんど有さないので、グリンレンズに光学的に接合される必要がある。しかしながら、接合接着剤の屈折率がグリンレンズ及び回折ビームスプリッタ基板の屈折率と基本的に一致し、グレーティング効率特性が損なわれるだろうから、表面レリーフグレーティングをグリンレンズに接合することは望ましくない。代わりに、グレーティング基板は、ビームスプリッタ基板の円筒側壁をカニューレに接合することによって繋止される必要があるだろう。この接着剤接合が、グレーティング基板の背後の空気空間への生理食塩水溶液の侵入を妨げるべくカニューレに対してグレーティング基板の周囲を完全にシールすることが必要である。しかしながら、図８において見られるように、接着剤が回折グレーティング表面上を這うことを回避することは非常に難しい。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて示される修正された回折ビームスプリッタは、シングルファイバーマルチスポットレーザプローブにおいて使用される従来技術の回折ビームスプリッタを超えた以下の利点を有する。表面レリーフグレーティングはグレーティング基板の遠位側上にあり、このことによってグレーティングがグレーティング表面の近位側上にあるときのビームのけられ（及びそれによって結果として生じる問題）が回避される。グレーティングがグレーティング基板の遠位側上に延びることができるので、薄いグレーティング基板は必要とされない。このことによって、薄い基板が使用されるときに起こりうるグレーティング基板の背面への接着剤の侵入又は生理食塩水溶液の浸入のような問題が回避される。グレーティングは、空気中又は生理食塩水溶液若しくは油のような液体中に浸されるかに拘わらず各Ｎ次回折への強く一様な回折を有する。

図４Ａ及び４Ｂにおける標準的なグレーティングからの効率的な回折はグレーティング基板材料（典型的には１．４５〜１．５５）と周囲空気（屈折率＝１）との間の屈折率の大きなミスマッチΔｎを頼りにする。効率的な回折はグレーティング構造の深さｄにも依存する。グレーティングの１次への回折効率はΔｎ×ｄの積に依存する。

同様に、図５Ａ及び５Ｂにおける修正されたグレーティングは、グレーティング基板材料と、グレーティング表面が中に浸される誘電体材料との間の著しい屈折率のミスマッチΔｎ_modを必要とする。このグレーティングはグレーティング構造の深さｄにも依存する。グレーティングの１次への回折効率はΔｎ_mod×ｄ_modの積に依存する。屈折率変調Δｎ_modは、浸す誘電体材料の屈折率が空気の屈折率（〜１．０）よりも恐らくかなり高く且つグレーティング基板の屈折率にかなり近いので、典型的にはΔｎよりもかなり小さいであろう。補償するために、グレーティング要素の深さが以下の公式に従って比例的に増加しなければならない。
ｄ_mod＝ｄ（Δｎ／Δｎ_mod）

例えば、Δｎ_mod＝１／３Δｎであるならば、ほぼ同等の高効率を実現するためには、ｄ_modがｄよりも三倍深くなければならない。修正されたグレーティングでは、浸す誘電体材料の屈折率が約１．５であるならば、著しいΔｎ_modを実現するためには、グレーティング基板が、１．５よりもかなり高い屈折率を有する高屈折率ガラスから作られるべきである。

図５Ａ及び５Ｂにおける浸す誘電体層は、回折ビームが誘電体層から周囲媒質に出てきて網膜に向かって進むときに回折ビームの歪み又は収差を回避すべく平面の遠位鏡面（specular distal surface）を有するべきである。光学接着剤を硬化させる青色光又はＵＶ光を使用してこの誘電体層を作り出す実際の方法が図９において示される。

本開示の実施形態の標準的な実装は図６における形態に似ており、ここでは、遠位側に面する回折面は図５Ａ及び５Ｂにおけるグレーティング構造である。このグレーティングは、典型的にはフォトレジスト層上にグレーティングパターンを直接レーザで書き込み又は電子ビームで書き込むことによってグレーティング基板内に作り出され、その後、グレーティングパターンは標準的なリソグラフィックプロセスを使用してガラスグレーティング基板にエッチングされる。

代替的なアプローチは、図１０において示されるように、複製されるべきグレーティングと正確に正反対のものであるグレーティングマスターを作り出し、その後、光学接着剤の層内にグレーティングのコピーを作り出すことである。

図９及び１０において示される方法は図１１におけるグレーティング構造を生成すべく組み合わされることができ、図１１におけるグレーティング構造は、高屈折率のＵＶ硬化接着剤から作られたグレーティングと、低屈折率のＵＶ硬化接着剤から作られた誘電体被覆層とを組み合わせる。

図１２は、本開示の実施形態に係るグリンレンズの遠位面上の二つの接着剤の層グレーティングを描写する。（図１２において示されるように）二層の接着剤グレーティングが円筒形のグリンレンズの遠位端面上に作り出されることも可能であり、このことによってグレーティングのための別個のガラス基板についての必要性が避けられる。

図１３は、本開示の実施形態に係る眼内照明器を使用して眼の内部の硝子体領域を照明する方法に関連する論理フロー図を提供する。操作９００はブロック９０２から開始し、ブロック９０２では少なくとも一つの白色ＬＥＤで光を発生させる。ブロック９０４では、追加の光を発生させてもよい。ブロック９０６では、光は実質的に平行光にされる。ブロック９０８では、この白色光を眼内照明器に光学的に結合し、ブロック９１０では、眼の内部領域を照明するのにこの眼内照明器を使用することができる。このことは、眼内照明器の光ファイバーが、ブロック９１０において眼の内部領域を照明するための光を導くことを可能とする。

概して、実施形態では眼内照明器が提供される。上記から、本開示が眼の内側を照明するための改良されたシステムを提供することが理解されうる。眼内照明器は、光源と、第１光学組立体と、光結合要素と、光ファイバーであって、遠位側に配設された光学グレーティングを光ファイバー上に有し且つ光結合要素に光学的に結合された光ファイバーとを含む。第１光学組立体は白色光を受容して実質的に平行光にする。光結合要素は、実質的に平行光にされた白色光を第１光学組立体から受容して、その光を光ファイバーに向ける。光学グレーティングは、光ファイバーの遠位端部に結合し、且つ表面レリーフグレーティングと表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層とを有する。光学グレーティングは入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、Ｎ次回折はほぼ一様な強度を有する。光ファイバー／光学グレーティングは、その後、白色光を眼内に導くのに使用される。

本開示は本明細書では例によって示され、様々な修正が当業者によってなされうる。本開示が詳細に記述されるが、記述されるような本開示の思想及び範囲を逸脱することなく様々な変更、置換及び改変が本開示に対してなされうることが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 眼内照明器であって、
   光を生成するのに使用可能な光源と、
   該光源に結合された第１光学組立体であって、前記光源から前記光を受容して実質的に平行光にするのに使用可能な第１光学組立体と、
   前記実質的に平行光にされた白色光を前記第１光学組立体から受容するのに使用可能な光結合要素と、
   該光結合要素に光学的に結合された光ファイバーであって、前記白色光を眼内に導くのに使用可能な光ファイバーと、
   該光ファイバーの遠位端部に結合された光学グレーティングであって、
   表面レリーフグレーティングと、
   該表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層とを具備し、
   入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、該Ｎ次回折がほぼ一様な強度を有する、光学グレーティングと
   を具備する、眼内照明器。
2. 前記被覆層が誘電体材料の層を含む、請求項１に記載の眼内照明器。
3. 前記光学グレーティングが、空気中又は生理食塩水溶液中に浸されるとき、ほぼ一様な強度を有する前記Ｎ次回折に光を回折する、請求項１に記載の眼内照明器。
4. 前記表面レリーフグレーティングの屈折率と前記被覆層の屈折率との間に屈折率のミスマッチが存在する、請求項１に記載の眼内照明器。
5. 前記表面レリーフグレーティングの屈折率が前記被覆層の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の眼内照明器。
6. 前記被覆層が、Ｎ次回折ビームが該被覆層から周囲媒質に出てくるときに該Ｎ次回折ビームの歪み又は収差を回避するのに使用可能な平面の遠位鏡面を具備する、請求項１に記載の眼内照明器。
7. 前記光学グレーティングの深さが
   ｄ_mod＝ｄ（Δｎ／Δｎ_mod）
   に従って決定される、請求項１に記載の眼内照明器。
8. 前記被覆層が、光学接着剤を硬化させることで作り出される、請求項１に記載の眼内照明器。
9. 眼内照明器であって、
   光を生成するのに使用可能な光源と、
   該光源に結合された第１光学組立体であって、前記光源から前記光を受容して実質的に平行光にするのに使用可能な第１光学組立体と、
   前記実質的に平行光にされた白色光を前記第１光学組立体から受容するのに使用可能な光結合要素と、
   該光結合要素に光学的に結合された光ファイバーであって、前記白色光を眼内に導くのに使用可能な光ファイバーと、
   該光ファイバーの遠位端部に結合された光学グレーティングであって、
   表面レリーフグレーティングと、
   該表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層とを具備し、
   前記表面レリーフグレーティングの屈折率と前記被覆層の屈折率との間に屈折率のミスマッチが存在し、該光学グレーティングが入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、該Ｎ次回折は該光学グレーティングが空気中又は生理食塩水溶液中に浸されるときにほぼ一様な強度を有する、光学グレーティングと
   を具備する、眼内照明器。
10. 前記被覆層が誘電体材料の層を含む、請求項１に記載の眼内照明器。
11. 前記表面レリーフグレーティングの屈折率が前記被覆層の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の眼内照明器。
12. 前記被覆層が、Ｎ次回折ビームが該被覆層から周囲媒質に出てくるときに該Ｎ次回折ビームの歪み又は収差を回避するのに使用可能な平面の遠位鏡面を具備する、請求項１に記載の眼内照明器。
13. 前記光学グレーティングの深さが
    ｄ_mod＝ｄ（Δｎ／Δｎ_mod）
    に従って決定される、請求項１に記載の眼内照明器。
14. 前記被覆層が、光学接着剤を硬化させることで作り出される、請求項１に記載の眼内照明器。
15. 光源で光を発生させるステップと、
    前記光を実質的に平行光にするステップと、
    少なくとも一つの光出力を生成すべく前記白色光を少なくとも一つの光ファイバーに光学的に結合させるステップと、
    光結合要素で前記少なくとも一つの光出力を眼内照明器ファイバーに光学的に結合させるステップと、
    眼の内部領域を照明すべく前記眼内照明器ファイバーで前記光出力を導くステップであって、該眼内照明器ファイバーが、該眼内照明器ファイバーの遠位端部に結合された光学グレーティングを有し、該光学グレーティングが入射光を実質的にＮ次回折に回折するのに使用可能であり、該Ｎ次回折は該光学グレーティングが空気中又は生理食塩水溶液中に浸されるときにほぼ一様な強度を有する、ステップと
    を含む、方法。
16. 前記光学グレーティングが、
    表面レリーフグレーティングと、
    該表面レリーフグレーティングに光学的に結合された被覆層と
    を具備する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記表面レリーフグレーティングの屈折率と前記被覆層の屈折率との間に屈折率のミスマッチが存在する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記被覆層が、Ｎ次回折ビームが該被覆層から周囲媒質に出てくるときに該Ｎ次回折ビームの歪み又は収差を回避するのに使用可能な平面の遠位鏡面を具備する、請求項１６に記載の方法。
19. 前記光学グレーティングの深さが
    ｄ_mod＝ｄ（Δｎ／Δｎ_mod）
    に従って決定される、請求項１６に記載の方法。
20. 前記被覆層が誘電体材料の層を含む、請求項１５に記載の方法。

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