專利名稱:用于眼科內(nèi)照明的單纖多點(diǎn)激光探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本公開內(nèi)容涉及用在眼科手術(shù)中的照明器,尤其涉及產(chǎn)生適于照射眼睛內(nèi)部的光的眼科內(nèi)照明器。
背景技術(shù):
在解剖學(xué)上,眼睛分成兩個(gè)不同的部分一前節(jié)和后節(jié)。前節(jié)包括晶狀體并且從角膜的最外層(角膜內(nèi)皮)延伸到晶狀體囊的后面。后節(jié)包括眼睛在晶狀體囊后面的部分。后節(jié)從前玻璃體膜(hyaloid face)延伸到視網(wǎng)膜,玻璃體的后玻璃體膜與視網(wǎng)膜直接接觸。后節(jié)比前節(jié)大得多。 后節(jié)包括玻璃體——一種清澈、無色、象凝膠一樣的物質(zhì)。它構(gòu)成眼睛體積的大約
三分之二,在出生之前就賦予了其形態(tài)與形狀。它是由1%的膠原蛋白和透明質(zhì)酸鈉及99%的水構(gòu)成的。玻璃體的前界是前玻璃體膜,其接觸晶狀體的后囊,而后玻璃體膜構(gòu)成玻璃體的后界而且與視網(wǎng)膜接觸。玻璃體不像房水那樣自由流動(dòng)而是具有正常的解剖學(xué)附著部位。這些部位中的一個(gè)是玻璃體基部,這是一個(gè)位于視網(wǎng)膜鋸齒緣之上的3至4_寬的帶。視神經(jīng)頭、視網(wǎng)膜黃斑和血管弓也是附著部位。玻璃體的主要功能是把視網(wǎng)膜保持在適當(dāng)?shù)奈恢?、維持眼球的完整性和形狀、吸收由于運(yùn)動(dòng)而造成的震動(dòng)并從后面給予晶狀體支撐。與房水相反,玻璃體不會(huì)持續(xù)地被替換。玻璃體會(huì)隨著年齡在稱為脫水收縮的過程中變得更易流動(dòng)。脫水收縮導(dǎo)致玻璃體的收縮,這會(huì)對(duì)其正常的附著部位施加壓力或拉力。如果施加了足夠的拉力,玻璃體可能本身拉離其視網(wǎng)膜附著并造成視網(wǎng)膜撕裂或孔。各種外科手術(shù),例如玻璃體-視網(wǎng)膜手術(shù),通常是在眼睛的后節(jié)中執(zhí)行的。玻璃體-視網(wǎng)膜手術(shù)適于治療后節(jié)的許多嚴(yán)重情況。玻璃體-視網(wǎng)膜手術(shù)治療多種情況,例如與年齡相關(guān)的黃斑變性(AMD)、糖尿病性視網(wǎng)膜病變和糖尿病玻璃體出血、黃斑裂孔、視網(wǎng)膜脫離、視網(wǎng)膜前膜、CMV視網(wǎng)膜炎以及許多其它的眼科情況。外科醫(yī)生利用設(shè)計(jì)成提供后節(jié)的清楚圖像的專門透鏡和顯微鏡來執(zhí)行玻璃體-視網(wǎng)膜手術(shù)。在鞏膜的平坦部分(pars plana)上做幾個(gè)小切口。外科醫(yī)生通過所述切口插入顯微儀器,例如照射眼睛內(nèi)部的光纖光源、在手術(shù)中維持眼睛形狀的輸液線(infusion line)及切割并除去玻璃體的儀器。在這種外科手術(shù)中,對(duì)眼睛內(nèi)部的適當(dāng)照明是很重要的。一般來說,薄的光纖插入到眼睛中,以便提供照明。例如金屬鹵化物燈、鹵素?zé)?,氙燈或汞蒸氣燈的光源常常用來產(chǎn)生被光纖帶入眼睛中的光。光通過若干光學(xué)元件(一般是透鏡、反射鏡和衰減器)并且在把光帶入眼睛中的光纖發(fā)射。這種光的質(zhì)量依賴于幾個(gè)因素,包括所選光學(xué)元件的類型。常常用來照射眼睛內(nèi)部的技術(shù)是明場(chǎng)成像、暗場(chǎng)成像和梯度場(chǎng)成像。梯度場(chǎng)成像是這樣產(chǎn)生的,即通過由部分重疊照明點(diǎn)來照射一個(gè)特征部,使得該特征部的一部分被直接照明很好地照亮,而該特征部的一部分是昏暗的或者被散射光背光照亮,或者是通過在視網(wǎng)膜特征部之上移動(dòng)照明束的動(dòng)態(tài)對(duì)比。因?yàn)閮?nèi)窺鏡照明是通過經(jīng)小的切口插入探針尖端來提供的,探針可能必須活動(dòng)連接(articulate )地通過該切口點(diǎn)以及照明探針關(guān)于查看顯微鏡處于有限的入射角,所以提供期望的對(duì)比度在實(shí)際的手術(shù)設(shè)置中是難以實(shí)現(xiàn)的。圖案化的(結(jié)構(gòu)化的)照明可以用來提供外科醫(yī)生可以看到眼睛結(jié)構(gòu)(例如,視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu))的對(duì)比度。為了獲得期望的對(duì)比度照明,優(yōu)選地是產(chǎn)生規(guī)則的照明圖案(不規(guī)則的照明圖案,例如螺旋環(huán)圖案或甜甜圈圖案,不提供有利的對(duì)比度)。然而,可以有效地提供安全地用在眼科手術(shù)中的結(jié)構(gòu)化照明的照明器探針是未知的。
發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供了基本上消除或減少了與之前所開發(fā)的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)和問題的眼科內(nèi)照明器。更具體而言,本公開內(nèi)容提供了光纖耦合到眼科內(nèi)照明器光纖以便照射眼睛內(nèi)部區(qū)域的眼科內(nèi)照明器光源。在一種實(shí)施方式中,該眼科內(nèi)照明器包括光源、第一光學(xué)組件、光耦合元件和光纖,該光纖具有遠(yuǎn)端位于所述光纖上的光學(xué)光柵,所述光纖光學(xué)耦合到所述光耦合元件。第一光學(xué)組件接收并基本上校準(zhǔn)白光。然后,光耦合元件從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光并將光引導(dǎo)到所述光纖。所述光學(xué)光柵耦合到光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵具有表面起伏光柵和光學(xué)耦合到該表面起伏光柵的覆蓋層(overlayer)。 所述光學(xué)光柵可操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。
為了更完整地理解本公開內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在聯(lián)系附圖參考以下描述,附圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同的特征,附圖中圖I例示了眼睛的解剖結(jié)構(gòu),根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的眼科內(nèi)照明器可以放到眼睛中;圖2例示了根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的照射眼睛內(nèi)部的眼科內(nèi)照明器;圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的LED眼科內(nèi)照明器300的截面圖;圖4A和4B繪出了在空氣和鹽水溶液中的標(biāo)準(zhǔn)衍射分束器光柵;圖5A和5B繪出了在空氣和鹽水溶液中的根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的衍射分束器光柵;圖6繪出了現(xiàn)有技術(shù)的單纖多點(diǎn)激光探針;圖7A繪出了其衍射分束器襯底的衍射表面在遠(yuǎn)端面向視網(wǎng)膜的衍射分束器;圖7B繪出了其衍射分束器襯底的衍射表面在近端面向光束源的衍射分束器;圖8繪出了與具有超薄衍射光柵襯底相關(guān)聯(lián)的問題;圖9和10繪出了根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的可以組合起來產(chǎn)生圖11的光柵結(jié)構(gòu)的方法;圖11繪出了根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的由高折射率紫外光固化膠粘劑制成的光柵,該光柵具有由低折射率紫外光固化膠粘劑制成的介電覆蓋層;圖12繪出了根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的在GRIN透鏡的遠(yuǎn)端表面上的雙膠粘劑層光柵;及圖13提供了與利用根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的眼科內(nèi)照明器照射眼睛的內(nèi)部玻璃體區(qū)域的方法相關(guān)聯(lián)的邏輯流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開內(nèi)容 的優(yōu)選實(shí)施方式在附圖中例示,相同的標(biāo)號(hào)用于指代各個(gè)圖中相同和對(duì)應(yīng)的部分。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式基本上解決了與照射眼睛內(nèi)部相關(guān)的問題。更具體而言,提供了一種眼科內(nèi)照明器,這種眼科內(nèi)照明器包括光源、第一光學(xué)組件、光耦合元件和光纖,該光纖具有遠(yuǎn)端位于所述光纖上的光學(xué)光柵,所述光纖光學(xué)耦合到所述光耦合元件。第一光學(xué)組件接收并基本上校準(zhǔn)白光。然后,光耦合元件從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光并將光引導(dǎo)到光纖。光學(xué)光柵耦合到光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵具有表面起伏光柵和光學(xué)稱合到該表面起伏光柵的覆蓋層。光學(xué)光柵可操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。光纖/光柵把光引導(dǎo)到眼睛的內(nèi)部區(qū)域中。圖I例示了眼睛的解剖結(jié)構(gòu),由本公開內(nèi)容提供的改進(jìn)設(shè)計(jì)的用于眼科植入物可以放到眼睛中。眼睛100包括角膜102、虹膜104、瞳孔106、晶狀體108、晶狀體囊110、小帶124、睫狀體122、鞏膜112、玻璃體凝膠114、視網(wǎng)膜116、黃斑120和視神經(jīng)118。角膜102是眼睛表面上清澈的拱形結(jié)構(gòu),其充當(dāng)窗口,讓光進(jìn)入眼睛。虹膜104是眼睛的彩色部分,圍繞瞳孔106的肌肉松弛和收縮以便控制進(jìn)入眼睛的光量。瞳孔106是虹膜104的圓形、中央開口。晶狀體108是眼睛內(nèi)部的結(jié)構(gòu),主要幫助把光聚焦到視網(wǎng)膜116上。晶狀體囊110是包住晶狀體108的一個(gè)彈性袋,當(dāng)眼睛聚焦到處于不同距離的對(duì)象時(shí)幫助控制晶狀體的形狀。小帶124是把晶狀體囊110附著到眼睛內(nèi)部的修長(zhǎng)韌帶,用以把晶狀體108保持在合適的位置。睫狀體122是附著到晶狀體108的肌肉區(qū)域,其收縮和松弛以便控制晶狀體108的尺寸用以進(jìn)行聚焦。鞏膜112是眼睛堅(jiān)韌的最外層,維持眼睛的形狀。玻璃體凝膠114填充眼睛朝著眼球背面的大區(qū)域,并幫助維持眼睛的曲度。視網(wǎng)膜116是眼睛背面的光敏神經(jīng)層,其接收光并把它轉(zhuǎn)換成信號(hào)以發(fā)送到大腦。黃斑120是眼睛背面的包含看精細(xì)細(xì)節(jié)的功能的區(qū)域。視神經(jīng)118連接并且把信號(hào)從眼睛發(fā)送到大腦。睫狀體122位于虹膜104的正后方。附著到睫狀體122的是稱為小帶124的小纖維“導(dǎo)絲”。晶狀體108通過小帶纖維124懸掛在眼睛內(nèi)部。用于睫狀體122的營(yíng)養(yǎng)來自血管,這些血管也供給虹膜104。睫狀體122的一個(gè)功能是通過改變晶狀體108的形狀來控制眼調(diào)節(jié)。當(dāng)睫狀體122收縮時(shí),小帶124松弛。這使得晶狀體108變厚,由此增加了眼睛近距離聚焦的能力。當(dāng)看遠(yuǎn)處的對(duì)象時(shí),睫狀體122松弛,從而使小帶124收縮。于是,晶狀體108變薄,以調(diào)節(jié)眼睛對(duì)遠(yuǎn)處視覺的聚焦。眼科內(nèi)照明器先前是基于鹵鎢燈或者高壓弧光燈(金屬鹵化物、Xe)?;」鉄舻膬?yōu)點(diǎn)是發(fā)射面積小(〈1mm)、接近日光的色溫而且具有比鹵素?zé)舾L(zhǎng)的壽命-例如,大約400小時(shí)對(duì)大約50小時(shí)?;」鉄舻娜秉c(diǎn)是成本高、功率衰退、系統(tǒng)復(fù)雜和需要在系統(tǒng)壽命期間更換若干次燈。由本公開內(nèi)容實(shí)施方式提供的基于LED的照明器可以提供相當(dāng)?shù)偷某杀九c復(fù)雜性及50,000至100,000小時(shí)的特征壽命時(shí)間,這將允許在儀器的整個(gè)壽命期間運(yùn)行眼科光纖照明器,且輸出下降非常小并且不需要更換LED。來自典型白色LED的光是通過使用紫外(UV)/紫色/藍(lán)色光激勵(lì)發(fā)射白光的白色磷光體帽產(chǎn)生的。當(dāng)前,所有的白色LED都可以認(rèn)為是具有高數(shù)值孔徑的空間延伸的照明源(3mm直徑左右的磷光體區(qū)域)。因而,當(dāng)前的白色LED不是很好地適于耦合到單條光纖中?;诎咨獿ED的可用尾纖光纖照明器使用端接(butt against)LED磷光體的纖維。在這些照明器中,發(fā)射出的光中只有一小部分可以耦合到低數(shù)值孔徑和小直徑的光纖中。因此,可用的尾纖白色LED源遞送低水平的光。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式通過利用UV/紫色/藍(lán)色光照射白色LED的磷光體層的外表面來產(chǎn)生附加的白光光學(xué)信號(hào),而不需要過度驅(qū)動(dòng)LED。圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的位于眼睛中的眼科內(nèi)照明器160的截面圖。圖2繪出了使用當(dāng)中的手柄部分(hand piece) 164和探針162。探針162通過平坦區(qū)域中的 切口插入到眼睛100中。探針162照射眼睛100的內(nèi)部或者玻璃體區(qū)域114。在這種配置中,探針162可以用于在玻璃體-視網(wǎng)膜外科手術(shù)中照射內(nèi)部或者玻璃體區(qū)域114。光纖耦合的照明器的輸出依賴于光源的亮度和光進(jìn)入光纖的耦合效率。隨著光纖的物理尺寸和/或數(shù)值孔徑減小,為了維持通過更小光纖的期望輸出,光源的亮度級(jí)必須成比例地增加。這導(dǎo)致需要比LED可以提供的亮度級(jí)更高的光源亮度級(jí)。由此,在過去,光纖外科照明器依賴高亮度光源(例如,氙弧燈、汞蒸氣燈或金屬鹵化物燈)在光纖探針的輸出處獲得用于手術(shù)的足夠的光。對(duì)于光纖耦合的外科照明應(yīng)用,白色LED有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而,如果不使用亮度增強(qiáng),那么本領(lǐng)域當(dāng)前現(xiàn)有的白色LED不能提供高到足以與這些燈源競(jìng)爭(zhēng)的亮度級(jí)。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式提供了一種亮度增強(qiáng)的光學(xué)方法,該方法可以把LED亮度推到超過針對(duì)當(dāng)前高功率白色LED所要求的閾值,從而與用于眼科照明應(yīng)用的燈源競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)白色LED來說,最簡(jiǎn)單和最直接的亮度增強(qiáng)就是通過把到LED結(jié)的驅(qū)動(dòng)電流增加至超過其額定驅(qū)動(dòng)電流來過度驅(qū)動(dòng)LED,從而獲得更高的亮度。LED的壽命(主要)依賴于兩個(gè)主要的運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行溫度和電流密度,其中增加這兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)或者兩個(gè)都導(dǎo)致LED壽命減小。由此,即使有充分的制冷,通過過度驅(qū)動(dòng)LED來獲得較高的亮度級(jí)也會(huì)遭受LED壽命的折中。磷光體轉(zhuǎn)換的白色LED通過用磷光體層涂覆藍(lán)色LED管芯來產(chǎn)生白光。一部分藍(lán)光泵浦磷光體,磷光體提供顏色主要為黃色的寬帶熒光。調(diào)整磷光體層的厚度,使得藍(lán)光的一部分透射通過該磷光體層,以產(chǎn)生白光。LED磷光體在不飽和狀態(tài)下運(yùn)行,由此,如果有更多的藍(lán)光從底層LED或者其它的源提供給磷光體,那么LED的亮度將增加。使用從前側(cè)聚焦到LED的第二個(gè)泵浦源增加了 LED的亮度,使得原始的LED以較低的驅(qū)動(dòng)電流運(yùn)行,由此導(dǎo)致延長(zhǎng)的LED壽命,同時(shí)獲得了與單個(gè)過度驅(qū)動(dòng)的白色LED相同的亮度級(jí)。在一個(gè)例子中,如將參考圖3討論的,白色LED的輸出通過會(huì)聚光學(xué)器件被光學(xué)提升,基本上校準(zhǔn)并引導(dǎo)到光纖中。白色LED的輸出是從如下產(chǎn)生的(1)在磷光體的磷光材料的吸收帶內(nèi)照射白色LED的磷光體層的內(nèi)表面的LED管芯;和(2)在磷光體的磷光材料的吸收帶內(nèi)照射白色LED的磷光體層的外表面的外部光源。結(jié)果是來自磷光體的光學(xué)輸出增加,而不需要過度驅(qū)動(dòng)LED管芯。然后,該輸出通過球透鏡或者其它的光學(xué)器件很容易地耦合到標(biāo)準(zhǔn)的眼科內(nèi)照明器光纖中。應(yīng)當(dāng)指出,芯直徑和數(shù)值孔徑可以選擇成等于或者小于內(nèi)照明器光纖的芯直徑和數(shù)值孔徑。圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的LED眼科內(nèi)照明器300的截面圖。眼科內(nèi)照明器300包括LED 302、磷光體帽304、次泵浦源306 (B卩,藍(lán)色或者UV LED或者激光器、其它LED、燈源,等等)、校準(zhǔn)光學(xué)器件308、會(huì)聚光學(xué)器件310和光纖312。次泵浦源306利用在磷光材料的吸收帶內(nèi)的光照射白色LED 302的磷光體層304。對(duì)磷光體層的輔助泵浦增加了白色LED源的亮度。此外,光纖312可以是閃爍光纖,其中包層和/或芯部是發(fā)熒光的。這種光纖可以用于通過熒光把UV/紫色/藍(lán)色光照明(泵浦)轉(zhuǎn)換成寬帶或者白色光。再次發(fā)射的白光的一部分傳播通過閃爍光纖,而且可以耦合到常規(guī)的光纖或者直接輸送到照明設(shè)備。光纖312可以通過球透鏡316或者其它相當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)光學(xué)耦合到眼科內(nèi)照明器光纖314。光纖312的芯直徑和數(shù)值孔徑可以選擇成使得其等于或者小于眼科內(nèi)照明器探針324中的光纖314的芯直徑和數(shù)值孔徑。白光輸出322通過光學(xué)元件316和光纖314被引導(dǎo)到例如探針324/162,在那里它照射眼睛100的內(nèi)部。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式可以利用一個(gè)或多個(gè)LED以產(chǎn)生恒定和穩(wěn)定的輸出322。如已知的,存在許多類型的具有不同功率等級(jí)和光輸出的LED可以選擇為源302??蛇x的反射鏡可以用作反射可見波長(zhǎng)的光并且只透射紅外和紫外光以便產(chǎn)生過 濾掉有害的紅外和紫外線的光束的二向色反射鏡。這種反射鏡反射長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外光和短波長(zhǎng)的紫外光,同時(shí)透射可見光。眼睛的天然晶狀體過濾進(jìn)入眼睛的光。特別地,天然晶狀體吸收會(huì)損害視網(wǎng)膜的藍(lán)色和紫外光。提供合適范圍的可見光波長(zhǎng)的光同時(shí)過濾掉有害的短和長(zhǎng)波長(zhǎng)可以大大降低通過無晶狀體危險(xiǎn)、藍(lán)光視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷和紅外加熱損傷及類似的光毒性危險(xiǎn)對(duì)視網(wǎng)膜造成損害的風(fēng)險(xiǎn)。一般來說,大約430至700納米范圍內(nèi)的光對(duì)于降低這些危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)是優(yōu)選的。可選的反射鏡可以選擇成允許合適波長(zhǎng)的光發(fā)射到眼睛中。其它的過濾器和/或二向色分束器也可以用來產(chǎn)生在這個(gè)合適波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。眼外科醫(yī)生持有的內(nèi)照明器探針324包括光耦合器316、光纖314、手柄部分326和探針尖端328。光耦合器316設(shè)計(jì)成把光纖314連接到包含光源300的主控制臺(tái)(未示出)。光耦合器316正確地對(duì)準(zhǔn)光纖314與要透射到眼睛中的光束。光纖314—般是可能或者可能沒有逐漸變細(xì)的小直徑光纖。手柄部分326被外科醫(yī)生拿著并允許在眼睛中操縱探針尖端328。探針尖端328插入到眼睛中并載送光纖314,光纖314可以在探針尖端328的末端終止。由此,探針328從在眼睛中的光纖314提供照明。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式還可以采用一條或多條熒光光纖,這些光纖可以摻雜有紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)有機(jī)染料。這種有機(jī)染料和UV LED泵浦方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。例如,放到集成球(integrating sphere)中并用UV LED照射的三卷這種RGB光纖將產(chǎn)生強(qiáng)RGB輸出。然后,單個(gè)的RGB輸出可以組合到單條光纖上。這可以按照多種方式進(jìn)行,例如但不限于RGB X棱鏡、色散棱鏡或者衍射分級(jí)。圖4A和4B繪出了在空氣和鹽水溶液中產(chǎn)生光柵的標(biāo)準(zhǔn)衍射分束器。用在標(biāo)準(zhǔn)單纖多點(diǎn)激光探針中的衍射分束器是表面起伏光柵,如圖4A和4B中所示出的。光柵設(shè)計(jì)成把入射光強(qiáng)烈地衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)級(jí)中的功率分布是非常均勻的。這種特性依賴于表面起伏光柵浸在空氣中的事實(shí)(見圖4A)。然而,在玻璃體-視網(wǎng)膜外科手術(shù)中,眼睛一般不是用空氣而是用鹽水溶液或者油填充的。如果光柵是在光柵襯底的遠(yuǎn)端側(cè),那么在玻璃體-視網(wǎng)膜外科手術(shù)中它將浸在液體中。其結(jié)果將是嚴(yán)重削弱光柵到非零衍射級(jí)的衍射效率,如圖4B中所例示的。圖5A和5B繪出了在空氣和鹽水溶液中的根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的衍射分束器光柵。通過使表面起伏結(jié)構(gòu)變厚(見圖5A和5B)并且通過用一層介電材料填充該表面起伏結(jié)構(gòu),結(jié)果產(chǎn)生的光柵具有到N個(gè)衍射級(jí)中的強(qiáng)且均勻的衍射,而不管光柵是浸在空氣中還是鹽水溶液中。在圖6中例示了現(xiàn)有技術(shù)的單纖多點(diǎn)激光探針。圖6中的衍射分束器是設(shè)計(jì)成浸到空氣中的表面起伏光柵。圖7A中所例示的標(biāo)準(zhǔn)配置是要讓衍射分束器襯底的衍射表面在遠(yuǎn)端面向視網(wǎng)膜。這種配置對(duì)于在玻璃體-視網(wǎng)膜外科手術(shù)過程中浸入鹽水溶液中是易受損的,這將破壞衍射分束器的期望性能。圖7B中例示的另選方法是要讓衍射分束器襯底的衍射表面在近端面向光束源。在這種配置中,光柵得到保護(hù),不會(huì)暴露給鹽水溶液,因此將保持其期望的衍射效率屬性。然而,如我們可以在圖7中看到的,離軸衍射束被插管部分地暈映(vignette)。出于如下幾個(gè)原因,這是有問題的·衍射光束與零級(jí)光束之間的衍射束功率〈10%不均勻性的目標(biāo)沒有滿足;及 ·離軸衍射束具有比期望值小的激光功率,而且因此,為了在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生期望的激光燒蝕圖案,將需要更長(zhǎng)的暴露時(shí)間。圖8例示了與具有超薄衍射光柵襯底相關(guān)聯(lián)的問題。為了最小化這種暈映效果,衍射光柵襯底將需要制成盡可能薄。然而,這種薄的襯底將具有非常小的結(jié)構(gòu)完整性而且將需要光學(xué)結(jié)合到GRIN透鏡。然而,把表面起伏光柵結(jié)合到GRIN透鏡是不期望的,因?yàn)榻Y(jié)合膠粘劑的折射率將從根本上與GRIN透鏡和衍射分束器襯底的折射率匹配,并且光柵效率特性將被破壞。相反,光柵襯底將需要通過把分束器襯底的柱體側(cè)壁結(jié)合到插管來固定。這種膠粘性結(jié)合有必要完全把光柵襯底的外圍密封到插管,以防止鹽水溶液滲入到光柵襯底后面的空氣空間中。然而,很難避免膠粘劑蔓延到衍射光柵表面之上,就象圖8中一樣。圖5A和5B中所例示的改進(jìn)后的衍射分束器比用在單纖多點(diǎn)激光探針中的現(xiàn)有技術(shù)的衍射分束器具有以下優(yōu)點(diǎn)。表面起伏光柵可以在光柵襯底的遠(yuǎn)端側(cè),由此避免當(dāng)光柵在光柵表面的近端側(cè)時(shí)的光束暈映(及由其造成的問題)。由于光柵可以前進(jìn)到光柵襯底的遠(yuǎn)端側(cè),因此不需要薄的光柵襯底。這避免了例如膠粘劑滲入或者鹽水溶液滲入光柵襯底背面的問題,這個(gè)問題在使用薄襯底時(shí)會(huì)出現(xiàn)。光柵具有進(jìn)入N個(gè)衍射級(jí)的每一級(jí)中的強(qiáng)且均勻的衍射,而不管光柵是浸入空氣中還是例如鹽水溶液或者油的液體中。來自圖4A和4B中標(biāo)準(zhǔn)光柵的有效衍射依賴于光柵襯底材料(一般是I. 45-1. 55)與周圍空氣(折射率=1)之間大的折射率不匹配Λη。有效衍射還依賴于光柵結(jié)構(gòu)的深度d。對(duì)于第一級(jí),光柵的衍射效率依賴于乘積An*d。同樣,圖5A和5B中的改進(jìn)后的光柵需要光柵襯底材料與介電材料之間顯著的折射率不匹配Annrod,其中光柵表面浸入到介電材料中。它還依賴于光柵材料的深度d。對(duì)于第一級(jí),光柵的衍射效率依賴于乘積折射率調(diào)制Annrod將一般比Λη小得多,因?yàn)榻莸慕殡姴牧系恼凵渎士赡鼙瓤諝獾恼凵渎师?. O)高得多而且非常接近光柵襯底的折射率。為了補(bǔ)償,光柵特征部的深度必須根據(jù)以下公式按比例增加
「 I J, AnU -^
KdJ例如,如果Ληπκχ1=1/3Λη,那么,為了獲得大致相等的高效率,cLd必須比d深三倍。在改進(jìn)后的光柵中,如果浸泡的介電材料的折射率是大約I. 5,那么,為了獲得顯著的Λ Iinrod,光柵襯底應(yīng)當(dāng)由折射率比I. 5高得多的高折射率玻璃制成。
圖5A和5B中的浸泡介電層應(yīng)當(dāng)具有平面的鏡面遠(yuǎn)端表面,以避免當(dāng)衍射束從介電層出射再朝著視網(wǎng)膜進(jìn)入周圍介質(zhì)和頭部時(shí)的變形或像差。利用藍(lán)色或者UV光固化光學(xué)膠產(chǎn)生這種介電層的實(shí)踐方法在圖9中例示。本公開內(nèi)容實(shí)施方式的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)將類似于圖6中的配置,其中遠(yuǎn)端朝向的衍射表面是圖5A和5B中的光柵結(jié)構(gòu)。這種光柵一般是在光柵襯底中通過把光柵圖案激光直寫或者電子束直寫到光致抗蝕劑層上產(chǎn)生的,所述圖案隨后利用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝蝕刻到玻璃光柵襯底中。
一種另選方法將是產(chǎn)生光柵母板,其中該母板是要復(fù)制的光柵的精確反轉(zhuǎn),然后在一層光學(xué)膠中產(chǎn)生光柵拷貝,如圖10中所示。圖9和10中所例示的方法可以組合起來,以產(chǎn)生圖11中的光柵結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)組合了由高折射率UV固化膠制成的光柵和由較低折射率UV固化膠制成的介電覆蓋層。圖12繪出了根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的GRIN透鏡的遠(yuǎn)端表面上的雙膠粘劑層光柵。兩層的膠粘劑光柵結(jié)構(gòu)還有可能在柱體GRIN透鏡的遠(yuǎn)端面上產(chǎn)生(如圖12中所例示的),由此繞過對(duì)光柵的單獨(dú)玻璃襯底的需求。圖13提供了與利用根據(jù)本公開內(nèi)容實(shí)施方式的眼科內(nèi)照明器照射眼睛的內(nèi)部玻璃體區(qū)域的方法相關(guān)聯(lián)的邏輯流程圖。操作900在塊902開始,在塊902中光是利用至少一個(gè)白色LED產(chǎn)生的。在塊904,可以產(chǎn)生附加的光。在塊906,光基本上被校準(zhǔn)。塊908把這種白光光學(xué)耦合到眼科內(nèi)照明器,在塊910中,該眼科內(nèi)照明器可以用于照射眼睛的內(nèi)部區(qū)域。這允許眼科內(nèi)照明器的光纖引導(dǎo)光,以在塊910中照射眼睛的內(nèi)部區(qū)域??偟膩碚f,實(shí)施方式提供了眼科內(nèi)照明器。根據(jù)以上所述,可以認(rèn)識(shí)到,本公開內(nèi)容提供了一種用于照射眼睛內(nèi)部的改進(jìn)系統(tǒng)。眼科內(nèi)照明器包括光源、第一光學(xué)組件、光耦合元件和光纖,該光纖具有在遠(yuǎn)端位于所述光纖上的光學(xué)光柵,所述光纖光學(xué)耦合到所述光耦合元件。第一光學(xué)組件接收并基本上校準(zhǔn)白光。光耦合元件從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光并將光引導(dǎo)到光纖。光學(xué)光柵耦合到光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵具有表面起伏光柵和光學(xué)稱合到該表面起伏光柵的覆蓋層。光學(xué)光柵可操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。然后,光纖/光柵用于把白光引導(dǎo)到眼睛中。本公開內(nèi)容在這里是通過例子例示的,而且可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行各種修改。盡管本公開內(nèi)容已經(jīng)具體地進(jìn)行了描述,但是應(yīng)當(dāng)理解,在不背離所描述的公開內(nèi)容的主旨與范圍的情況下,可以進(jìn)行各種改變、替換和變更。
權(quán)利要求
1.ー種眼科內(nèi)照明器,包括 光源,操作成產(chǎn)生光; 第一光學(xué)組件,耦合到所述光源,該第一光學(xué)組件操作成接收并基本上校準(zhǔn)來自所述光源的光; 光耦合元件,該光耦合元件操作成從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光; 光纖,光學(xué)耦合到所述光耦合元件,該光纖操作成把白光引導(dǎo)到眼睛中 '及 光學(xué)光柵,稱合到所述光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵包括 表面起伏光柵;及 覆蓋層,該覆蓋層光學(xué)耦合到所述表面起伏光柵,所述光學(xué)光柵操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層包括介電材料層。
3.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,當(dāng)所述光學(xué)光柵浸入空氣或者鹽水溶液時(shí),所述光學(xué)光柵把光衍射成具有基本上均勻強(qiáng)度的N個(gè)衍射級(jí)。
4.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,在所述表面起伏光柵的折射率與所述覆蓋層的折射率之間存在折射率不匹配。
5.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中 所述表面起伏光柵的折射率大于所述覆蓋層的折射率。
6.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層包括平面的鏡面遠(yuǎn)端表面,該表面操作成避免當(dāng)N個(gè)衍射級(jí)光束從所述覆蓋層出射到周圍介質(zhì)中時(shí)這些光束的變形或像差。
7.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,所述光學(xué)光柵的深度是根據(jù)下式確定的
8.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層是從固化光學(xué)膠產(chǎn)生的。
9.ー種眼科內(nèi)照明器,包括 光源,操作成產(chǎn)生光; 第一光學(xué)組件,耦合到所述光源,該第一光學(xué)組件操作成接收并基本上校準(zhǔn)來自所述光源的光; 光耦合元件,該光耦合元件操作成從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光; 光纖,光學(xué)耦合到所述光耦合元件,該光纖操作成把白光引導(dǎo)到眼睛中 '及 光學(xué)光柵,稱合到所述光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵包括 表面起伏光柵;及 覆蓋層,該覆蓋層光學(xué)耦合到所述表面起伏光柵,其中在所述表面起伏光柵的折射率與所述覆蓋層的折射率之間存在折射率不匹配,所述光學(xué)光柵操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),當(dāng)所述光學(xué)光柵浸入空氣或鹽水溶液中時(shí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層包括介電材料層。
11.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中 所述表面起伏光柵的折射率大于所述覆蓋層的折射率。
12.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層包括平面的鏡面遠(yuǎn)端表面,該表面操作成避免當(dāng)N個(gè)衍射級(jí)光束從所述覆蓋層出射到周圍介質(zhì)中時(shí)這些光束的變形或像差。
13.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,所述光學(xué)光柵的深度是根據(jù)下式確定的
14.如權(quán)利要求I所述的眼科內(nèi)照明器,其中,所述覆蓋層是從固化光學(xué)膠產(chǎn)生的。
15.ー種方法,包括 利用光源產(chǎn)生光; 基本上校準(zhǔn)所述光; 把白光光學(xué)耦合到至少一條光纖,以產(chǎn)生至少ー個(gè)光學(xué)輸出; 利用光耦合元件把所述至少ー個(gè)光學(xué)輸出光學(xué)耦合到眼科內(nèi)照明器光纖;及利用所述眼科內(nèi)照明器光纖引導(dǎo)所述光學(xué)輸出以照射眼睛的內(nèi)部區(qū)域,所述眼科內(nèi)照明器光纖具有耦合到所述眼科內(nèi)照明器光纖的遠(yuǎn)端的光學(xué)光柵,該光學(xué)光柵操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),當(dāng)所述光學(xué)光柵浸入空氣或者鹽水溶液中時(shí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。
16.如權(quán)利要求15所述的方法,所述光學(xué)光柵包括 表面起伏光柵;及 覆蓋層,該覆蓋層光學(xué)耦合到所述表面起伏光柵。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中,在所述表面起伏光柵的折射率與所述覆蓋層的折射率之間存在折射率不匹配。
18.如權(quán)利要求16所述的方法,其中,所述覆蓋層包括平面的鏡面遠(yuǎn)端表面,該表面操作成避免當(dāng)N個(gè)衍射級(jí)光束從所述覆蓋層出射到周圍介質(zhì)中時(shí)這些光束的變形或像差。
19.如權(quán)利要求16所述的方法,所述光學(xué)光柵的深度是根據(jù)下式確定的
20.如權(quán)利要求15所述的方法,所述覆蓋層包括介電材料層。
全文摘要
提供了一種眼科內(nèi)照明器。該眼科內(nèi)照明器包括光源、第一光學(xué)組件、光耦合元件和光纖,所述光纖具有在遠(yuǎn)端位于該光纖上的光學(xué)光柵,所述光纖光學(xué)耦合到所述光耦合元件。第一光學(xué)組件接收并基本上校準(zhǔn)白光。光耦合元件從所述第一光學(xué)組件接收基本上校準(zhǔn)后的白光并將光引導(dǎo)到光纖。所述光學(xué)光柵耦合到光纖的遠(yuǎn)端,該光學(xué)光柵具有表面起伏光柵和光學(xué)耦合到該表面起伏光柵的覆蓋層。所述光學(xué)光柵可操作成基本上把入射光衍射成N個(gè)衍射級(jí),這N個(gè)衍射級(jí)具有基本上均勻的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)A61F9/009GK102665622SQ201080053082
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
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