JP2016140461A - 眼科用レーザ手術装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザパルスの繰り返し周波数を適切に変化させて、短時間で精密に患者眼を処置することができる眼科用レーザ手術装置を提供する。【解決手段】眼科用レーザ手術装置は、レーザ装置１０、走査ユニット、および制御部を備える。レーザ装置１０のシード光源１１０は、利得スイッチ駆動の光源である。シード光源１１０は、繰り返し周波数可変性を有すると共に、パルス幅が１０フェムト秒以上１ナノ秒以下のシードレーザパルスを、決定された繰り返し周波数に従って発生させる。レーザ装置１０は、シード光源１１０が発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることで、レーザ装置１０の外部に出射するレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。制御部は、走査ユニットによる集光位置の走査速度に応じて、レーザ装置１０から出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。【選択図】図２

Description

本開示は、レーザパルスによって光破壊が生じることを利用して、主に患者眼の透明組織（例えば、角膜、水晶体等）を処置する眼科用レーザ手術装置に関する。

従来、患者眼における複数のターゲット位置の各々にレーザパルスを集光させることで、組織内に光破壊を生じさせて患者眼を処置する技術が知られている。また、患者眼に向けて出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を、手術中に変化させる技術も知られている。

例えば、特許文献１が開示するレーザ装置は、発振器と、空洞ダンピング型再生増幅器とを備える。発振器は、一定の繰り返し周波数で複数のシードレーザパルス（以下、「シードレーザパルス列」という場合もある）を発生させる。空洞ダンピング型再生増幅器は、発振器が発生させたシードレーザパルス列のうち、５番目毎〜２００００番目毎のシードレーザパルスのみを捕捉して増幅させる。捕捉されなかったシードレーザパルスは、増幅されることなく、空洞ダンピング型再生増幅器から放出される。つまり、空洞ダンピング型再生増幅器は、シードレーザパルス列を間引く。特許文献１のレーザ装置は、発振器が発生させたシードレーザパルス列のうち、捕捉して増幅させるシードレーザパルスの割合を変化させることで、出射するレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。

シードレーザパルス列、または増幅済みのレーザパルス列を、音響光学素子（ＡＯＭ）等を用いて間引くことで、患者眼に向けて出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることも考えられる。

特表２０１３−５２０８４６号公報

超短パルスレーザを用いて患者眼を処置する場合、短時間で精密に患者眼を処置できることが望ましい。従って、眼科用レーザ手術装置には、より高い繰り返し周波数で出射される超短パルスレーザを、より高速で走査することが求められる。シードレーザパルス列を間引いて繰り返し周波数を変化させる従来の方法では、レーザ装置から出射させるレーザパルスの繰り返し周波数は、シードレーザパルスの繰り返し周波数の約数に変更できるのみである。従って、従来の方法では、繰り返し周波数は段階的に変化するのみで、連続的に（線形に）変化することはできない。また、従来の方法では、間引かれたパルスは処置に用いられないので、エネルギーが無駄になる。

本開示は、レーザパルスの繰り返し周波数を適切に変化させて、短時間で精密に患者眼を処置することができる眼科用レーザ手術装置を提供することを典型的な目的とする。

本開示における典型的な実施形態が提供する眼科用レーザ手術装置は、複数のレーザパルスを患者眼の透明組織内に集光させることで、前記透明組織における複数のレーザパルスの各々の集光位置に光破壊を生じさせて前記透明組織を処置する眼科用レーザ手術装置であって、複数のレーザパルスを繰り返し出射するレーザ装置と、前記レーザ装置から出射される各々のレーザパルスの集光位置を走査する走査部と、前記眼科用レーザ手術装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記レーザ装置は、繰り返し周波数可変性を有すると共に、パルス幅が１０フェムト秒以上１ナノ秒以下のシードレーザパルスを、決定された繰り返し周波数に従って繰り返し発生させる利得スイッチ駆動のシード光源を備え、前記シード光源が発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることで、前記レーザ装置の外部に出射するレーザパルスの繰り返し周波数を変化させ、前記制御部は、前記走査部による集光位置の走査速度に応じて、前記レーザ装置から出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることを特徴とする。

本開示に係る眼科用レーザ手術装置は、レーザパルスの繰り返し周波数を適切に変化させて、短時間で精密に患者眼を処置することができる。

眼科用レーザ手術装置１の概略構成を示す図である。 レーザ装置１０の概略構成を示す図である。 眼科用レーザ手術装置１が実行する繰り返し周波数変更処理を示すフローチャートである。

以下、本開示における典型的な実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１の概略構成について説明する。以下では、一例として、患者眼Ｅの視軸方向をＺ方向、水平方向をＸ方向、鉛直方向をＹ方向として説明を行う。なお、図面では、レンズ、ミラー等の各々が１つの部材によって示されている。しかし、レンズ、ミラー等の各々は、複数の光学部品によって構成されていてもよい。

＜全体構成＞
本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、患者眼の組織（例えば、角膜、水晶体等の少なくともいずれか）を処置するために使用される。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザ装置１０、走査ユニット３０、対物レンズ５３、位置検出ユニット５５、観察・撮影ユニット６０、操作ユニット７０、および制御ユニット７６を備える。

＜レーザ装置＞
レーザ装置１０は、複数のレーザパルスを繰り返し出射する。本実施形態では、レーザ装置１０によって出射されたレーザパルスは、透明組織に光破壊を生じさせて組織の切断・破砕等を行うために用いられる。より具体的には、本実施形態では、非線形相互作用によって透明組織にプラズマを誘起するためにレーザパルスが用いられる。非線形相互作用とは、光と物質とによって生じる相互作用の１つであり、光の強度（つまり、光子の密度）に比例しない応答が現れる作用である。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザパルスを患者眼Ｅの透明組織内に集光（合焦）させることで、集光位置で多光子吸収を生じさせる。多光子吸収が生じる確率は、光の強度に比例せず、非線形となる。多光子吸収によって励起状態が生じると、透明組織内にプラズマが発生し、光破壊が生じる。なお、誘起されるプラズマは、プラズマ発光を伴うプラズマであってもよいし、プラズマ発光を伴わないプラズマであってもよい。

一例として、レーザ装置１０が患者眼に出射するレーザパルスのパルス幅は、１０フェムト秒以上１ナノ秒以下としてもよい。本実施形態では、パルス幅が１０フェムト秒以上１０ピコ秒以下のレーザパルスを用いる場合を例示する。レーザ装置１０の詳細については後述する。

＜走査ユニット＞
走査ユニット３０は、レーザ装置１０から出射される各々のレーザパルスの集光位置を走査することで、対物レンズ５３（詳細は後述する）によって集光されるレーザパルスの集光位置を走査させる。つまり、走査ユニット３０は、レーザパルスの集光位置を目標位置に移動させる。本実施形態の走査ユニット３０は、Ｚ走査部３４およびＸＹ走査部４０を備える。

本実施形態のＺ走査部３４は、凹レンズ３６、凸レンズ３７、および駆動部３８を備える。駆動部３８は、凹レンズ３６を光軸Ｌ１に沿って移動させる。凹レンズ３６が移動することで、凹レンズ３６を通過したビームの発散状態が変化する。その結果、レーザパルスの集光位置（レーザスポット）がＺ方向に移動する。

本実施形態のＸＹ走査部４０は、Ｘスキャナ４１、Ｙスキャナ４４、およびレンズ４７，４８を備える。Ｘスキャナ４１は、駆動部４３によってガルバノミラー４２を搖動させることで、レーザパルスをＸ方向に走査させる。Ｙスキャナ４４は、駆動部４６によってガルバノミラー４５を搖動させることで、レーザパルスをＹ方向に走査させる。レンズ４７，４８は、２つのガルバノミラー４２，４５を共役とする。

レーザ装置１０とＺ走査部３４の間には、ミラー３１，３２、およびホールミラー３３が設けられている。ミラー３１，３２は、レーザ装置１０によって出射されたレーザパルスを誘導する。ホールミラー３３は、レーザパルスの光軸Ｌ１と、位置検出ユニット５５（後述する）の光軸Ｌ２とを一致させる。また、ＸＹ走査部４０と対物レンズ５３の間には、レンズ５０，５１およびビームコンバイナ５２が設けられている。レンズ５０，５１は、レーザパルスをリレーする。ビームコンバイナ５２は、レーザパルスの光軸Ｌ１と、観察・撮影ユニット６０（後述する）の光軸Ｌ３とを一致させる。

なお、走査ユニット３０の構成は適宜変更できる。例えば、Ｘスキャナ４１とＹスキャナ４４の間のレンズ４７，４８は省略できる。眼科用レーザ手術装置１は、ガルバノミラー４２，４５の代わりに、レーザパルスを偏向させる音響光学素子（ＡＯＭ、ＡＯＤ）等を用いて、レーザパルスのＸＹ方向の走査を行ってもよい。１つの方向の走査を複数の素子で行ってもよい。レゾナントスキャナ、ポリゴンミラー等を用いてもよい。Ｚ走査部３４の位置は、ＸＹ走査部４０の下流側であってもよいし、ＸＹ走査部４０の上流側および下流側の両方であってもよい。ＸＹ走査部４０の上流側または下流側に複数のＺ走査部を搭載してもよい。対物レンズ５３を光軸方向に移動させることで、レーザパルスのＺ方向の走査を行うことも可能である。他の変更を走査ユニット３０に加えることも可能である。

＜対物レンズ＞
対物レンズ５３は、走査ユニット３０と患者眼Ｅの間の光路上に設けられている。対物レンズ５３は、走査ユニット３０を経たレーザパルスを患者眼Ｅの組織に集光させる。本実施形態では、対物レンズ５３から出射されたレーザパルスは、液浸インターフェース５４を経て患者眼Ｅの組織に集光される。液浸インターフェース５４の構造には、例えば、患者眼Ｅに吸引固定されたカップに液体が充填される構造等を採用できる。なお、患者眼Ｅに装着されるインターフェースは液浸インターフェース５４に限られない。例えば、患者眼Ｅに圧平されるコンタクトレンズを液浸インターフェース５４の代わりに使用することも可能である。

＜位置検出ユニット＞
位置検出ユニット５５は、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出するために用いられる。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出することで、レーザパルスが集光する集光位置を、断層画像（詳細は後述する）に対応付ける。集光位置を断層画像に対応付けることで、走査ユニット３０等を制御するための制御データを、断層画像を用いて設定することができる。

本実施形態では、レーザパルスが通過する光学系の一部が、位置検出ユニット５５の光学系を兼ねる。位置検出ユニット５５は、ホールミラー３３、集光レンズ５６、開口板５７、および受光素子５８を備える。ホールミラー３３は、中央に入射した光を透過させると共に、患者眼Ｅによって反射された光を光軸Ｌ２に沿って反射させる。集光レンズ５６は、ホールミラー３３によって反射された光を、開口板５７の開口に集光させる。開口板５７は、中央に開口を有する共焦点開口板である。開口板５７の開口は、患者眼Ｅにおけるレーザパルスの集光位置（レーザスポットの位置）と共役な関係に配置されている。受光素子５８は、開口板５７の開口を通過した光を受光する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、患者眼Ｅの位置を検出する場合、レーザ光が集光位置で光破壊を生じさせないように、レーザ装置１０から出射されるレーザ光の出力を調整する。眼科用レーザ手術装置１は、走査ユニット３０によって集光位置を三次元方向に移動させながら、患者眼Ｅからの反射光を受光素子５８によって受光する。

なお、走査ユニット３０に対する患者眼Ｅの位置を検出するための構成は、適宜変更することができる。例えば、ホールミラー３３の代わりに偏光ビームスプリッタを用いて照射光と反射光を分離してもよい。位置検出ユニット５５を省略することも可能である。また、眼科用レーザ手術装置１は、サンプル物質等にレーザパルスを照射し、サンプル物質等における実際の集光位置を断層画像（後述する）によって検出してもよい。

＜観察・撮影ユニット＞
観察・撮影ユニット６０は、患者眼Ｅを術者に観察させると共に、処置対象となる組織を撮影する。一例として、本実施形態の観察・撮影ユニット６０は、ＯＣＴユニット６１および正面観察ユニット６５を備える。観察・撮影ユニット６０の光軸Ｌ３は、ビームコンバイナ５２によって、レーザパルスの光軸Ｌ１と同軸とされる。光軸Ｌ３は、ビームコンバイナ６３によって、ＯＣＴユニット６１の光軸Ｌ４と、正面観察ユニット６５の光軸Ｌ５とに分岐する。

ＯＣＴユニット６１は、光干渉の技術を用いて患者眼Ｅの組織の断層画像を取得する。詳細には、本実施形態のＯＣＴユニット６１は、光源、光分割器、参照光学系、走査部、および検出器を備える。光源は、断層画像を取得するための光を出射する。光分割器は、光源によって出射された光を、参照光と測定光に分割する。参照光は参照光学系に入射し、測定光は走査部に入射する。参照光学系は、測定光と参照光の光路長差を変更する構成を有する。走査部は、測定光を組織上で二次元方向に走査させる。検出器は、組織によって反射された測定光と、参照光学系を経た参照光との干渉状態を検出する。眼科用レーザ手術装置１は、測定光を走査し、反射測定光と干渉光の干渉状態を検出することで、組織の深さ方向の情報を取得する。取得した深さ方向の情報に基づいて、組織の断層画像を取得する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザパルスが集光する位置を、術前に撮影した患者眼Ｅの断層画像に対応付ける。その結果、眼科用レーザ手術装置１は、レーザパルスを照射する動作（例えば、駆動部３８，４３，４６の動作）を制御するための制御データを、断層画像を用いて作成することができる。なお、ＯＣＴユニット６１には種々の構成を用いることができる。例えば、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴ、ＴＤ−ＯＣＴ等のいずれをＯＣＴユニット６１として採用してもよい。

正面観察ユニット６５は、患者眼Ｅの正面画像を取得する。本実施形態の正面観察ユニット６５は、可視光または赤外光によって照明された患者眼Ｅを撮影し、モニタ７２（後述する）に表示する。術者は、モニタ７２を見ることで、患者眼Ｅを正面から観察することができる。

観察・撮影ユニット６０の構成も適宜変更できる。例えば、観察・撮影ユニット６０の構成には、シャインプルークの原理を利用して患者眼Ｅを撮影する構成、および、超音波を用いて患者眼Ｅを画像化する構成等の少なくともいずれかを採用することも可能である。

＜操作ユニット＞
操作ユニット７０は、術者からの各種操作指示の入力を受け付ける。一例として、本実施形態の操作ユニット７０は、各種操作ボタンを備えた操作部７１と、モニタ７２の表面に設けられたタッチパネルとを備える。しかし、ジョイスティック、キーボード、マウス等の他の構成も操作ユニット７０として採用できる。なお、モニタ７２には、例えば、患者眼Ｅの正面画像、組織の断層画像、各種操作メニュー等、種々の画像を表示させることができる。

＜制御ユニット＞
制御ユニット７６は、ＣＰＵ７７、ＲＯＭ７８、ＲＡＭ７９、および不揮発性メモリ（図示せず）等を備える。ＣＰＵ７７は、眼科用レーザ手術装置１の各種制御（例えば、レーザ装置１０の制御、走査ユニット３０の制御等）を司る。ＲＯＭ７８には、眼科用レーザ手術装置１の動作を制御するための各種プログラム、初期値等が記憶されている。ＲＡＭ７９は、各種情報を一時的に記憶する。不揮発性メモリは、電源の供給が遮断されても記憶内容を保持できる非一過性の記憶媒体である。

なお、詳細は後述するが、本実施形態のレーザ装置１０は、レーザ装置１０によるレーザパルスの出射を制御するレーザ制御部１５０（図２を参照して後述する）を備える。制御ユニット７６は、レーザ制御部１５０との間で信号の送受信を行い、レーザ制御部１５０と協同して患者眼Ｅへのレーザパルスの出射を制御する。つまり、本実施形態では、制御ユニット７６とレーザ制御部１５０とがレーザパルスの出射を制御する。しかし、レーザパルスの出射を制御するための制御部の構成は適宜変更できる。例えば、レーザ制御部１５０を設けずに、制御ユニット７６が全ての制御を司ることも可能である。また、他の制御部がレーザパルスの出射を制御してもよい。

＜レーザ装置の構成＞
図２を参照して、レーザ装置１０の概略構成について説明する。図２に示すように、本実施形態におけるレーザ装置１０は、シード光源１１０、予備増幅部１２０、最終増幅部１３０、減衰器１４０、およびレーザ制御部１５０を備える。

＜シード光源＞
シード光源１１０は、制御部（本実施形態では制御ユニット７６およびレーザ制御部１５０）が決定した繰り返し周波数に従って、シードレーザパルス（種光）を繰り返し発生させる。特に、本実施形態のシード光源１１０は、利得（ゲイン）スイッチ駆動のシード光源である。

ここで、シードレーザパルスの発生原理について説明する。レーザパルスを発生させる方式として、モード同期（モードロック）法と、利得スイッチング法（Ｑスイッチング法等と言われる場合もある）がある。

モード同期法とは、多モード発振しているレーザの縦モード間の位相を固定することによって、繰り返し周波数が一定のレーザパルス列を発生させる方法である。モード同期法によるシード光源の繰り返し周波数は、レーザの共振器長によって定まる。従って、超短パルスを発生させるために従来使用されていたモード同期法によるシード光源は、発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることはできない。モード同期法によるシード光源を用いる場合でも、増幅させないシードレーザパルスを間引いたり、増幅された複数のレーザパルスの一部を間引いたりすれば、患者眼Ｅに向けて出射されるレーザパルスの繰り返し周波数は変化する。しかし、これらの方法では、複数のレーザパルスの一部を等しい時間間隔で間引く必要があるので、繰り返し周波数は段階的に変化するのみである。また、間引かれたレーザパルスは無駄になる。

一方で、利得スイッチング法とは、共振器の利得を制御してレーザパルスを取り出す方法である。利得スイッチ駆動のシード光源１１０は、発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数をリニアに（連続的に）変化させることができる。よって、本実施形態のレーザ装置１０は、シード光源１１０が発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることで、レーザ装置１０の外部に出射するレーザパルス（つまり、患者眼Ｅに向けて出射されるレーザパルス）の繰り返し周波数を適切に変化させることができる。

シード光源１１０には、種々の利得スイッチ駆動の光源を用いることができる。一例として、本実施形態では、半導体レーザがシード光源１１０に用いられている。この場合、眼科用レーザ手術装置１は、患者眼Ｅの手術を適切に行うことができる。また、マイクロチップレーザをシード光源１１０に用いることも可能である。この場合、低コストのシード光源１１０を用いて適切に患者眼Ｅが処置される。

一例として、本実施形態のシード光源１１０は、パルス幅が１０フェムト秒以上１０ピコ秒以下のシードレーザパルスを繰り返し発生させる。この場合、超短パルスを用いた透明組織の精密な処置を行うことができる。しかし、パルス幅を１０フェムト秒以上１ナノ秒以下としても、光破壊による透明組織の処理は可能である。

シード光源１１０が発生させた複数のシードレーザパルス（シードレーザパルス列という場合もある）は、間引かれることなく増幅されてレーザ装置１０の外部に出射されてもよい。勿論、増幅される前のシードレーザパルス列の一部、または増幅後のレーザパルス列の一部を間引くことも可能である。増幅後のレーザパルスを間引く場合、レーザパルスを間引くためのデバイス（例えば、音響光学素子、ポッケルスセル等）は、レーザ装置１０の内部および外部のいずれに配置されていてもよい。

＜予備増幅部＞
予備増幅部１２０は、シード光源１１０が発生させたシードレーザパルスを受け取り増幅させる。シードレーザパルスのエネルギーは小さい。従って、パルス幅がフェムト秒オーダーのシードレーザパルスを増幅させる場合でも、増幅中の自己収束が原因で予備増幅部１２０の光学系の損傷等が生じる可能性は低い。よって、予備増幅部１２０には種々の増幅機構を用いることができる。

本実施形態の予備増幅部１２０は、第１予備増幅器１２１、第１励起光源１２２、拡大レンズ１２４、第２予備増幅器１２６、および第２励起光源１２７を備える。第１予備増幅器１２１および第２予備増幅器１２６の各々は、多重パス増幅器である。第１予備増幅器１２１および第２予備増幅器１２６の各々には増幅媒質が含まれる。増幅媒質には、シードレーザパルスの波長に合った媒質を用いればよい。第１励起光源１２２および第２励起光源１２７は、対応する増幅器に含まれる増幅媒質に励起光を照射して、増幅媒質を励起させる。励起状態にある増幅媒質は、入射したレーザパルスを増幅して出射する。拡大レンズ１２４は、第１予備増幅器１２１と第２予備増幅器１２６の間に設けられ、第１予備増幅器１２１から第２予備増幅器１２６に向けて出射されるレーザパルスの径を広げる。なお、予備増幅部１２０はバルク型でもよいが、光ファイバー増幅器が複数使用されてもよい。また、後述するチャープパルス増幅部を予備増幅部１２０として用いることも可能である。増幅段も適宜設定すればよい。

＜最終増幅部＞
最終増幅部１３０は、予備増幅部１２０が増幅させたレーザパルスを受け取り、患者眼Ｅに向けて出射させるレーザパルスのエネルギー以上のエネルギーに増幅させる。従って、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、エネルギーが小さいシードレーザパルスを発生させるシード光源１１０を用いる場合でも、予備増幅部１２０および最終増幅部１３０を備えることで、適切に患者眼を処置することができる。

前述したように、本実施形態のシード光源１１０は、パルス幅が１０フェムト秒以上１０ピコ秒以下のシードレーザパルスを発生させる。この場合、ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に例示される増幅機構を最終増幅部に用いると、パルス幅が小さいので、最終増幅部で増幅している間の自己収束が原因で光の強度が過度に高くなる場合がある。その結果、最終増幅部の光学系の損傷等が生じ得る。従って、本実施形態では、チャープパルス増幅部（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が最終増幅部１３０に用いられている。

詳細には、本実施形態の最終増幅部１３０は、伸張器１３１、最終増幅器１３２、および圧縮器１３３を備える。伸張器１３１は、予備増幅部１２０から受け取ったレーザパルスのパルス幅を伸張させる。本実施形態の伸張器１３１は、スペクトル幅を有するレーザパルスに対して、周波数に応じて異なるチャープを与えることによって、パルス幅を伸張させる。伸張器１３１には、回折格子、体積ブラッグ格子、チャープミラー等の少なくともいずれかが用いられていてもよい。最終増幅器１３２は、伸張器１３１によって伸張されたレーザパルスを増幅させる。最終増幅器１３２が増幅させるレーザパルスは伸張されているので、伸張されていない状態に比べてピークパワーが低い。従って、光学系の損傷等は生じ難い。最終増幅器１３２にも種々の構成を採用することができる。一例として、本実施形態の最終増幅器１３２には、複数のミラー間をレーザパルスが通過している間にレーザパルスを増幅させる再生増幅器が用いられている。

＜圧縮器・分散補償器＞
圧縮器１３３は、最終増幅器１３２によって増幅されたレーザパルスのパルス幅を圧縮させる。本実施形態では、伸張器１３１によって与えられたチャープと逆のチャープが周波数に応じて与えられることで、レーザパルスが圧縮される。圧縮器１３１には、回折格子、体積ブラッグ格子、チャープミラー、プリズムペア等の少なくともいずれかが用いられていてもよい。

また、本実施形態の圧縮器１３３は、圧縮器１３３よりも光路上流側の素子（例えば増幅器）によってレーザパルスに与えられた分散を補償する分散補償器を兼ねる。その結果、レーザパルスのパルス幅の変動が補償される。圧縮器１３３が分散補償器を兼ねるので、簡易な構成で超短パルスレーザの増幅と分散補償が共に行われる。

特に、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、シード光源１１０が発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数をリニアに変化させる。繰り返し周波数を変化させると、増幅器１２１，１２６，１３２によってレーザパルスに与えられる分散の量が変化する場合がある。この場合、本実施形態の分散補償器は、レーザパルスの繰り返し周波数に応じて、補償する分散の量を変化させる。その結果、繰り返し周波数を変化させた場合でも、適切なパルス幅のレーザパルスが患者眼Ｅに向けて出射される。補償する分散の量を変化させる方法には、種々の方法を採用できる。例えば、分散補償器に含まれる光学素子の位置および角度の少なくともいずれかを変更することで、補償する分散の量が変化する。なお、レーザパルスに与えられた分散を補償する場合、眼科用レーザ手術装置１は、圧縮器１３３とは別に分散補償器を備えてもよい。この場合、分散補償器の位置は適宜設定できる。

以上のように、本実施形態のレーザ装置１０は増幅部（予備増幅部１２０および最終増幅部１３０）を備える。従って、眼科用レーザ手術装置１は、シード光源が発生させるシードレーザパルスのエネルギーが低い場合でも、適切なエネルギーのレーザパルスを患者眼に照射することができる。

＜減衰器＞
単位時間当たりに増幅器１２１，１２６，１３２に加えるエネルギー（つまり、増幅量）を変化させると、各々のレーザパルスのパルス幅および波形が変化する場合がある。従って、本実施形態の制御部は、単位時間当たりに増幅器１２１，１２６，１３２に加えるエネルギーを一定としたまま、繰り返し周波数を変化させる。しかし、この場合、繰り返し周波数を減少させると各々のレーザパルスのエネルギーは増加し、繰り返し周波数を増加させると各々のレーザパルスのエネルギーは減少する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、増幅部１２０，１３０によって増幅されるレーザパルスのエネルギーを調整する減衰器（アッテネータ）１４０を備える。制御部は、繰り返し周波数を変化させた場合でも適切なエネルギーのレーザパルスが患者眼Ｅに出射されるように、減衰器１４０を制御する。なお、減衰器１４０を設ける場合、減衰器１４０の位置は適宜設定できる。例えば、レーザ装置１０の外部に減衰器１４０を設けてもよい。

なお、眼科用レーザ手術装置１は、減衰器１４０を用いる代わりに、または減衰器１４０を制御しつつ、増幅器１２１，１２６，１３２による増幅量を調整してもよい。この場合、レーザパルスのパルス幅および波形が変化する場合がある。従って、眼科用レーザ手術装置１は、増幅量に応じて分散補償器による分散の補償を行うことで、パルス幅の変化を抑制してもよい。

＜レーザ制御部＞
レーザ制御部１５０は、レーザ装置１０によるレーザパルスの出射を制御する。具体的には、本実施形態のレーザ制御部１５０は、シード光源１１０、予備増幅部１２０、最終増幅部１３０、および減衰器１４０に電気的に接続されると共に、眼科用レーザ手術装置１の制御ユニット７６（図１参照）と信号の送受信を行う。レーザ制御部１５０は、制御ユニット７６と協同して患者眼Ｅへのレーザパルスの出射を制御する。例えば、レーザ制御部１５０は、繰り返し周波数を指定する信号を制御ユニット７６から受信すると、信号によって指定された繰り返し周波数でシード光源１１０からシードレーザパルスを発生させる。また、レーザ制御部１５０は、レーザパルスのエネルギーを指定する信号を制御ユニット７６から受信すると、信号によって指定されたエネルギーのレーザパルスをレーザ装置１０の外部へ出射するように、シード光源１１０、予備増幅部１２０、最終増幅部１３０、および減衰器１４０を制御する。レーザ制御部１５０には、例えば、プロセッサおよびメモリ等を備えたマイクロコンピュータ等を使用できる。

なお、超短パルスレーザを患者眼Ｅに向けて出射するために、レーザパルスのパルス幅を、シード光源１１０が発生させたシードレーザパルスのパルス幅よりも短く圧縮させてレーザ光源１０から出射することも考えられる。しかし、この場合、レーザパルスのスペクトル幅を、シードレーザパルスのスペクトル幅よりも広げなければ、パルス幅を圧縮させることが困難となる場合が多い。これに対し、本実施形態のレーザ装置１０は、レーザパルスのスペクトル幅を広げる構成（例えば、自己位相変調によってスペクトル幅を広げる構成等）を備える必要が無い。つまり、本実施形態のレーザ装置１０は、シードレーザパルスのスペクトル幅以下のスペクトル幅でレーザパルスを外部へ出射する。従って、眼科用レーザ手術装置１は、簡易な構成で、適切なレーザパルスを患者眼Ｅに向けて出射することができる。なお、「シードレーザパルスのスペクトル幅以下のスペクトル幅で」との表現は、レーザパルスの増幅等の過程で、スペクトル幅が意図せずにシードレーザパルスのスペクトル幅よりも広がってしまう場合も含む。

＜繰り返し周波数変更処理＞
図３を参照して、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１が実行する繰り返し周波数変更処理について説明する。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、繰り返し周波数変更処理を実行することで、走査ユニット３０による集光位置の走査速度に応じて、レーザ装置１０から出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。

集光位置の走査速度は、走査ユニット３０の性能等の影響で変化する場合がある。例えば、走査方向を反転させる場合には、直線に沿って集光位置を走査させている場合に比べて走査速度は低下し得る。また、螺旋に沿って集光位置を走査させる場合、螺旋の中心部分における走査速度は、螺旋の外側における走査速度に比べて低くなり易い。走査速度が変化する前後でレーザパルスの繰り返し周波数が同一であると、隣接する集光位置間の間隔が一定とならなくなり、処置の品質が低下する可能性がある。本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、集光位置の走査速度に応じてレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。その結果、隣接する集光位置同士の間隔が均一になり易くなり、処置の品質低下が抑制される。さらに、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、走査速度のリニアな変化に対し、レーザパルスの繰り返し周波数を適宜リニアに変化させることも可能である。従って、眼科用レーザ手術装置１は、繰り返し周波数を段階的に変化させる場合よりも容易且つ適切に患者眼Ｅを処置することができる。なお、「リニア」は、連続的な線形の変化を示し、直線的な変化に限定する意味ではない。

図３に示す繰り返し周波数変更処理は、レーザパルスによる患者眼Ｅの処置を開始する指示が操作部７１等を介して入力された場合に、制御ユニット７６のＣＰＵ（プロセッサ）７７によって実行される。ＣＰＵ７７は、ＲＯＭ７８または不揮発性メモリに記憶されたプログラムに従って、図３に示す繰り返し周波数変更処理を実行する。

まず、ＣＰＵ７７は、予め作成された駆動データに従って、走査ユニット３０の駆動を開始する（Ｓ１）。ＣＰＵ７７は、集光位置の走査速度を取得する（Ｓ２）。本実施形態では、集光位置の走査速度は、患者眼Ｅにおける三次元上の集光位置の走査速度である。次いで、ＣＰＵ７７は、Ｓ２で取得した走査速度に比例するように、レーザ装置１０に出射させるレーザパルスの繰り返し周波数を決定する（Ｓ３）。前述したように、本実施形態のレーザ装置１０は繰り返し周波数をリニアに変化させることができる。よって、ＣＰＵ７７は、走査速度の変化に応じてリニアに繰り返し周波数を変化させることで、より適切に複数の集光位置を配置することができる。なお、ＣＰＵ７７は、走査速度と繰り返し周波数を厳密に比例させなくてもよい。

次いで、ＣＰＵ７７は、Ｓ２で決定した繰り返し周波数で、レーザ装置１０からレーザパルスを出射させる（Ｓ４）。本実施形態では、レーザ装置１０によるレーザパルスの出射制御は、制御部７１とレーザ制御部１５０が協同して行う。従って、Ｓ４では、ＣＰＵ７７は、Ｓ２で決定した繰り返し周波数を指定するための信号をレーザ制御部１５０に送信する。レーザ制御部１５０は、信号によって指定された繰り返し周波数でシード光源１１０からシードレーザパルスを発生させることで、指定された繰り返し周波数でレーザ装置１０からレーザパルスを出射させる。

ＣＰＵ７７は、駆動データによって定められた一連の処置が終了したか否かを判断する（Ｓ５）。終了していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、処理はＳ２へ戻り、Ｓ２〜Ｓ５の処理が繰り返される。一連の処置が終了すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、走査ユニット３０およびレーザ光源１０の駆動が停止されて（Ｓ６）、処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザ装置１０、走査ユニット３０、および制御部を備える。レーザ装置１０は、繰り返し周波数可変性を有する利得スイッチングタイプのシード光源１１０を備える。レーザ装置１０は、シード光源１１０の繰り返し周波数を変化させることで、外部に出射するレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。制御部は、走査ユニット３０による集光位置の走査速度に応じて、レーザ装置１０から患者眼Ｅに向けて出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させる。この場合、眼科用レーザ手術装置１は、レーザパルスの繰り返し周波数を段階的に変化させることも、リニアに（連続的に）変化させることもできる。レーザパルス列の一部を間引かずに繰り返し周波数を変化させることもできるので、エネルギー効率も良い。集光位置の走査速度に応じてレーザパルスの繰り返し周波数が変化するので、隣接する集光位置同士の間隔が均一になり易くなる。よって、本実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、レーザパルスの繰り返し周波数を適切に変化させて、短時間で精密に患者眼Ｅを処置することができる。また、パルスレーザ列の一部を間引くための構成（例えば音響光学素子）を備えることが、繰り返し周波数を変化させるために必須の条件とはならない。

上記実施形態で例示された内容は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された内容を変更することも可能である。例えば、上記実施形態のシード光源１０は、パルス幅が１０フェムト秒以上１０ピコ秒以下のシードレーザパルスを発生させる。従って、増幅機構の光学系の損傷等を抑制するために、最終増幅部１３０にチャープパルス増幅部が用いられている。しかし、光学系の損傷等が発生し難いレーザパルス（例えば、１０ピコ秒よりも大きいパルス幅のレーザパルス）を用いる場合には、チャープパルス増幅部以外の増幅機構を最終増幅部に採用することも可能である。

上記実施形態の眼科用レーザ手術装置１は、エネルギーが小さいシードレーザパルスを発生させるシード光源１１０を用いる場合でも、予備増幅部１２０および最終増幅部１３０を備えることで、適切に患者眼を処置することができる。しかし、エネルギーが大きいシードレーザパルスを発生させるシード光源を用いる場合には、増幅部の構成を変更してもよい。例えば、予備増幅部を用いずに最終増幅部のみを用いてもよいし、増幅部自体を用いずにレーザ装置１０を構成することも可能である。

上記実施形態の最終増幅部１３０では、伸張器１３１と圧縮器１３３が別体である。しかし、伸張器と圧縮器を一体とすることも可能である。例えば、体積ブラッグ格子を使用し、伸張時の入射方向とは逆の入射方向からレーザパルスを体積ブラッグ格子に入射させることで、レーザパルスを圧縮してもよい。

１ 眼科用レーザ手術装置
１０ レーザ装置
３０ 走査ユニット
７６ 制御ユニット
７７ ＣＰＵ
１１０ シード光源
１２０ 予備増幅部
１３０ 最終増幅部
１３１ 伸張器
１３２ 最終増幅器
１３３ 圧縮器
１４０ 減衰器
１５０ レーザ制御部

Claims (10)

1. 複数のレーザパルスを患者眼の透明組織内に集光させることで、前記透明組織における複数のレーザパルスの各々の集光位置に光破壊を生じさせて前記透明組織を処置する眼科用レーザ手術装置であって、
   複数のレーザパルスを繰り返し出射するレーザ装置と、
   前記レーザ装置から出射される各々のレーザパルスの集光位置を走査する走査部と、
   前記眼科用レーザ手術装置の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記レーザ装置は、
   繰り返し周波数可変性を有すると共に、パルス幅が１０フェムト秒以上１ナノ秒以下のシードレーザパルスを、決定された繰り返し周波数に従って繰り返し発生させる利得スイッチ駆動のシード光源を備え、
   前記シード光源が発生させるシードレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることで、前記レーザ装置の外部に出射するレーザパルスの繰り返し周波数を変化させ、
   前記制御部は、
   前記走査部による集光位置の走査速度に応じて、前記レーザ装置から出射されるレーザパルスの繰り返し周波数を変化させることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
2. 請求項１に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置は、
   シードレーザパルスのスペクトル幅以下のスペクトル幅でレーザパルスを外部へ出射することを特徴とする請求項１に記載の眼科用レーザ手術装置。
3. 請求項１または２に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置は、
   前記シード光源が発生させたシードレーザパルスを増幅させる増幅部をさらに備えることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
4. 請求項３に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置の前記増幅部は、
   前記シード光源が発生させたシードレーザパルスを受け取り増幅させる予備増幅部と、
   前記予備増幅器が増幅させたレーザパルスを受け取り、前記患者眼に向けて出射させるレーザパルスのエネルギー以上のエネルギーに増幅させる最終増幅部と、
   を備えたことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
5. 請求項３または４に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置の前記シード光源は、パルス幅が１０フェムト秒以上１０ピコ秒以下のシードレーザパルスを発生させ、
   前記レーザ装置の前記増幅部はチャープパルス増幅部を備え、
   前記チャープパルス増幅部は、
   受け取ったレーザパルスのパルス幅を伸張させる伸張器と、
   前記伸張器によって伸張されたレーザパルスを増幅させる増幅器と、
   前記増幅器によって増幅されたレーザパルスのパルス幅を圧縮させる圧縮器と、
   を備えたことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
6. 請求項５に記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記圧縮器は、レーザパルスの分散を補償する分散補償器を兼ねることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
7. 請求項３から６のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記増幅部によって増幅されるレーザパルスのエネルギーを調整する減衰器をさらに備えたことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置は、
   レーザパルスの分散を補償する分散補償器をさらに備えたことを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
   前記レーザ装置の前記シード光源が半導体レーザであることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。
10. 請求項１から８のいずれかに記載の眼科用レーザ手術装置であって、
    前記レーザ装置の前記シード光源がマイクロチップレーザであることを特徴とする眼科用レーザ手術装置。