JP2002125932A - 無収差デリバリ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料に入射する時または試料を通過した後
に、光ビームの無収差波面を効果的に生成する、光学試
料の評価に使用される光デリバリ・システムを提供す
る。 【解決手段】 光学試料の評価に使用する無収差デリバ
リ・システムを確立する装置および方法に、光をそのシ
ステムを介してビーム経路に沿って試料に向ける光源が
含まれる。第１ビーム・スプリッタを、ビーム経路上に
配置して、システムから放射される光を、第１波面の生
成および信号の生成のための検出器に向ける。その信号
を使用して、やはりビーム経路上に配置されるアクティ
ブ・ミラーをプログラムして、その後、光学試料に入射
する光の無収差波面を確立する。さらに、第２ビーム・
スプリッタを、ビーム経路上に配置して、試料から反射
された光を、試料の光学収差の特性を有する第２波面の
作成のために検出器に向ける。第２波面を使用して、光
学試料の分析および評価のためにアクティブ・ミラーを
さらにプログラムする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概して、動作媒体
として光を使用する外科手術システムおよび診断システ
ムに関する。具体的には、本発明は、眼科の目的に有用
な無収差光ビーム（ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ
ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍｓ）を生成する光ビーム・デリバ
リ・システムおよびそれを使用する方法に関する。本発
明は、限定はしないが、特に、無収差光ビームを生成す
るために光デリバリ・システムにアクティブ・ミラーを
組み込むのに有用である。

【０００２】

【従来の技術】物体を測定、評価、または多少変更しな
ければならない時には必ず、達成される作業の精度およ
び正確さをそれから判定できるある基礎となる基準を確
立することが絶対に必要である。これを行うために、い
くつかの応用分野について、使用されるシステム、デバ
イス、または装置が、それ自体の基礎となる基準を正確
に信頼性のある形で確立できることが必要である。

【０００３】眼科の分野では、手術用光ビームを生成す
るのに使用されるシステムまたは光学測定を行うのに使
用されるシステムが、一般に、環境の変化に極度に敏感
であり、極度に影響されやすい。たとえば、光学機器を
物理的に押すことによって引き起こされる可能性がある
より明白な摂動および外乱のほかに、動作環境の温度条
件および湿度条件も、これらの光学系にアライメントか
ら外れさせる（すなわち、基礎となる基準から外れるよ
うに移動させる）可能性がある。その結果、動作中の正
確さおよび信頼性を維持するために、光学系は、動的な
変化に適合でき、静的に安定していなければならない。
さらに、光学系の動作に影響する可能性がある環境要因
のほかに、光学系の物理的構成要素（たとえばレンズ、
ミラー、フィルタ、およびビーム・スプリッタ）も、動
作に影響する可能性がある。これは、すべての応用分野
について、すべての条件の下でそうである。さらに、光
学試料が一因となる収差も、重要であり、つかまえる必
要がある可能性がある応用分野がある（たとえば網膜外
科手術）。どの場合でも、波面分析技法が使用される特
定の場合に、光学系がその基礎となる基準を正確に確立
し、精度のある形で維持する能力が非常に重要である。

【０００４】波面分析技法は、光ビームの個々の成分光
線が、その屈折の履歴に従って異なる割合で加速または
減速するという概念に頼る。波面分析の場合、平面の波
面すなわち、光の個々の成分光線のすべてが、共通の光
源から同一の距離に同時に到達する場合の波面が、有用
で識別可能な基礎となる基準として働く。したがって、
光ビームが、平面の波面を有することが既知であるか、
そのように確立される場合に、光ビームへの摂動または
外乱によって、収差が導入され、これによって、光ビー
ムの波面が多少歪むことになる。最近では、Ｈａｒｔｍ
ａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの装置を使用することに
よって、そのような歪みを効果的に測定することができ
る。

【０００５】上で示したように、光ビーム・デリバリ・
システムの目的上、目などの試料の光学特性をつかまえ
ることが必要になる特定の応用分野では、試料によって
導入される光学収差を分離することが望ましい。上で述
べたように、これらの収差は、試料を通過した光ビーム
の波面の変化として現れる。したがって、光が試料を通
過する時に生じる波面の変化を判定できる場合には、試
料の光学特性も判定することができる。これは、もちろ
ん、波面の変化を測定することを必要とする。この目的
に便利な基礎となる基準は、平面の波面または他の定義
可能で確認可能な波面である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】該に鑑みて、本発明の
目的は、試料に入射する時または試料を通過した後に、
光ビームの無収差波面を効果的に生成する、光学試料の
評価に使用される光デリバリ・システムを提供すること
である。本発明のもう１つの目的は、後に外科手術また
は診断に使用することができる無収差光ビームを生成す
るためにプログラム可能アクティブ・ミラーを使用する
光ビーム・デリバリ・システムを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、他の場合にシステムの光学
アライメントに影響する環境要因の動的変化にかかわら
ず、本質的に無収差の光ビームを維持する光ビーム・デ
リバリ・システムを提供することである。本発明のもう
１つの目的は、光学的に試料を分離し、その結果、他の
光源からの干渉する歪みなしに試料を評価できるように
する光ビーム・デリバリ・システムを提供することであ
る。本発明のもう１つの目的は、製造が比較的簡単であ
り、使用が単純であり、比較的コスト効率のよい、光ビ
ーム・デリバリ・システムを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、光学試
料の評価、変更、または修正に使用する無収差デリバリ
・システムを確立する装置および方法によって、２ステ
ップ・プロセスで光学収差をつかまえることが想定され
る。第１ステップには、デリバリ・システムによって導
入される光学収差の補償が含まれる。第２ステップに
は、必要な場合または望まれる場合に、光学試料自体に
よって導入される光学収差の補償が含まれる。

【０００８】詳細には、本発明のデリバリ・システムに
は、光源が含まれる。具体的には、光源は、デリバリ・
システムを介して、試料に向けて光ビームを向ける。よ
り具体的には、デリバリ・システムを通過した後に、光
ビームは、ビーム経路に沿ってアクティブ・ミラーに向
けられ、その後、アクティブ・ミラーから試料に向かっ
て反射される。ビーム経路上でアクティブ・ミラーと試
料との間に順次配置される第１ビーム・スプリッタおよ
び第２ビーム・スプリッタが含まれる。第１ビーム・ス
プリッタの目的は、アクティブ・ミラーから反射される
光の約１０％を、試料に入射する前に検出器に向けるこ
とである。しかし、重要なことに、これは、光がデリバ
リ・システムを通過した後に行われる。その一方で、第
２ビーム・スプリッタの目的は、その後に光学試料から
反射された光を検出器に向けることである。本発明で
は、検出器は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサな
どの装置であることが好ましい。

【０００９】本発明の第１動作ステップでは、第１ビー
ム・スプリッタによって検出器に向かって反射される光
が、第１波面の特徴を持つ。ここでの重要な検討項目
は、この第１波面に、デリバリ・システムを通過する際
に光ビームに導入された収差のすべてが含まれることで
ある。コンピュータ／コンパレータが、この第１波面を
基礎となる基準（たとえば平面の波面）と比較し、第１
波面と基礎となる基準との間の差を示す信号を生成す
る。この信号が、その後、アクティブ・ミラーのプログ
ラミングに使用され、その結果、第１動作ステップで、
アクティブ・ミラーから試料に向かって反射される光
が、本質的に無収差の光ビームになる。

【００１０】目的が平面の波面だけを生成することであ
る応用例では、本発明の第２ステップを省略することが
できる。しかし、網膜外科手術など、試料が一因である
光学収差も必要な場合には、本発明では、第２ステップ
での光学試料の評価が企図されている。

【００１１】第２ステップでは、第１ステップを実施し
た結果として、平面の波面が、アクティブ・ミラーから
反射され、試料に向けられる。この光は、試料から反射
される際に、試料が一因となる光学収差だけを示す第２
波面を有する。第２ビーム・スプリッタが、この第２波
面を検出器に向ける。次に、コンピュータ／コンパレー
タが、第２波面を基礎となる基準（たとえば平面の波
面）と比較し、第２波面と基礎となる基準との間の差を
示す信号を生成する。この信号を使用して、アクティブ
・ミラーをプログラムすることができ、その結果、アク
ティブ・ミラーから試料に向かって反射される光が、光
学試料からの収差寄与の負の光になる。この負の光によ
って、光学試料の収差寄与が打ち消され、その結果が、
本質的に無収差の光ビームになる。

【００１２】本発明によれば、第１ステップだけを実施
することによって、システムが、アクティブ・ミラーの
閉ループ制御を使用して、無収差の平面の波面として第
１波面を維持することができる。したがって、この第１
波面に対する補正を、アクティブ・ミラーに連続的に事
前プログラムすることができる（すなわち、連続閉ルー
プ制御）。その代わりに、両方のステップを実施する時
に、アクティブ・ミラーの閉ループ制御を達成して、望
み通りの第２波面を確立することができる。この場合に
は、第１ステップを、所定の時間間隔で周期的に行って
（すなわち、ハイブリッド開／閉ループ制御）、デリバ
リ・システムの光学収差寄与の変化をつかまえることが
できる。

【００１３】当業者によって諒解されるように、第２波
面を、コンピュータ／コンパレータによって分析して、
外科手術または診断のために光学試料を評価することが
できる。さらに、本発明で想定されているように、アク
ティブ・ミラーのプログラミングに使用される光および
光学試料の外科手術的変更または修正に使用される光
は、異なる波長を有することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の新規の特徴ならびに本発
明自体は、その構造および動作の両方に関して、以下の
説明と共に添付図面を見ることから最もよく理解され
る。図面では、類似する符号が類似する部分を指す。

【００１５】図を参照して、本発明が、デリバリ・シス
テム１０と、デリバリ・システム１０および試料１２の
間の相互作用に関することを諒解されたい。具体的に
は、デリバリ・システム１０には、光ビーム１４を形成
し、これを試料１２に入射するように向ける光学構成要
素の配置が含まれる。本発明において、他の本質的に透
明の物体を評価することができるが、試料１２は、人間
の目である可能性が最も高い。本発明でさらに想定され
るように、デリバリ・システム１０は、光ビーム１４
を、外科手術または診断の目的でビーム経路１６上で試
料１２へ導くことができる。この目的のために、本発明
のデリバリ・システム１０に、関連技術分野で現在既知
の多数のさまざまな光学構成要素のどれでも含めること
ができる。

【００１６】本発明には、ビーム経路１６上でデリバリ
・システム１０とビーム・スプリッタ２０の間に配置さ
れたアクティブ・ミラー１８が含まれる。アクティブ・
ミラー１８は、本発明と同一の譲受人に譲渡される米国
特許出願第０９／５１２４４０号明細書、出願人ビル
（Ｂｉｌｌｅ）、表題「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏ
ｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎ Ａｃｔｉｖｅ Ｍｉｒｒｏｒ
ｔｏ Ｍｉｍｉｃ ａＷａｖｅｆｒｏｎｔ」に記載の
タイプであることが好ましい。さらに、ビーム・スプリ
ッタ２０は、ビーム経路１６を進む光の約９０％を試料
１２に透過させるタイプであることが好ましい。光ビー
ム１４の光のうちで、ビーム・スプリッタ２０によって
わきへ向けられる１０％は、ビーム経路２２に沿って検
出器２４に向けられる。本発明の意図の通り、検出器２
４は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの、波
面を分析することができる、関連技術分野で既知の装置
である。

【００１７】光ビーム１４のうちの、ビーム・スプリッ
タ２０によって透過される９０％は、ビーム経路１６に
沿って進み、試料１２に入射する途中でもう１つのビー
ム・スプリッタ２６を通過する。試料１２から反射され
た、ビーム経路１６に沿って戻る光は、ビーム・スプリ
ッタ２６によってビーム経路２８に沿って検出器２４に
向かってわきへ逸らされる。この図には、検出器２４
が、信号線３０を介してコンピュータ／コンパレータ３
２に接続されることと、コンピュータ／コンパレータ３
２が、信号線３４を介してアクティブ・ミラー１８に接
続されることも示されている。さらに、この図には、コ
ンピュータ／コンパレータ３２が、信号線３６を介して
エバリュエータ３８に接続されることと、エバリュエー
タ３８が、信号線４０を介してデリバリ・システム１０
に接続されることが示されている。

【００１８】動作中に、光源４２が、デリバリ・システ
ム１０に向かって、平面の波面４６で矢印４４の向きに
光ビーム１４を向ける。しかし、デリバリ・システム１
０を通過する間に、光ビーム１４の光が、デリバリ・シ
ステム１０の内部の光学構成要素（図示せず）によって
歪まされる。この結果として、光がデリバリ・システム
１０からビーム経路１６に放射される時に、光が、歪ん
だ（第１の）波面４８を有することになる。この歪んだ
（第１の）波面４８が、アクティブ・ミラー１８から反
射される。まず、デリバリ・システム１０に関する正し
い光学補正を確立するために、アクティブ・ミラー１８
が、平坦な面としてプログラムされる。したがって、セ
ット・アップ・フェーズ中に、アクティブ・ミラー１８
は、歪んだ（第１の）波面４８に追加の歪みを導入しな
い。その後、アクティブ・ミラー１８から反射された後
に、歪んだ（第１の）波面４８が、ビーム・スプリッタ
２０によって矢印５０の方向でビーム経路２２に沿って
検出器２４に向けられる。

【００１９】検出器２４は、本発明によって、歪んだ
（第１の）波面４８を識別し、定義するのに使用され
る。検出器２４は、歪んだ（第１の）波面４８に関する
情報を、分析のためにコンピュータ／コンパレータ３２
に送る。コンピュータ／コンパレータ３２は、この情報
を基礎となる基準（たとえば平面の波面４６）と比較
し、歪んだ（第１の）波面４８と基礎となる基準との間
の差を示す信号を生成する。この信号が、アクティブ・
ミラー１８をプログラムするために、信号線３４を介し
てアクティブ・ミラー１８に送られる。そのようにプロ
グラムされた後に、アクティブ・ミラー１８をさらにプ
ログラムして、デリバリ・システム１０から放射される
歪んだ（第１の）波面４８を変更できることが意図され
ている。具体的には、アクティブ・ミラー１８が、歪ん
だ（第１の）波面４８を補償し、その結果、アクティブ
・ミラー１８から反射される光が、アクティブ・ミラー
１８からビーム経路１６に沿って矢印５２の向きで試料
１２に向かって進む際に平面の波面４６を有するように
することが意図されている。平面の波面４６の生成が、
本発明の動作の第１ステップを示す。

【００２０】重要なことに、光が、本発明の第１動作ス
テップ中にデリバリ・システム１０から試料１２に入る
時に、その光は平面の波面４６を有する。しかし、試料
１２によって導入される光学収差に起因して、試料１２
からビーム経路１６に沿って矢印５６の向きに反射され
る光は、歪んだ（第２の）波面５４を示す。この歪んだ
（第２の）波面５４は、ビーム・スプリッタ２６によっ
てビーム経路２８に沿って矢印５８の向きで検出器２４
に向けられる。上で歪んだ（第１の）波面４８に関して
述べたものと同様の形で、検出器２４は、歪んだ（第２
の）波面５４を識別し、定義する。歪んだ（第２の）波
面５４に関する情報が、コンピュータ／コンパレータ３
２に送られ、さらに、信号線３６を介してエバリュエー
タ３８に送られる。デリバリ・システム１０の目的に応
じて、望まれる場合には、エバリュエータ３８で、歪ん
だ（第２の）波面５４に関する情報を使用して、デリバ
リ・システム１０を制御することができる。

【００２１】本発明の第２動作ステップでは、歪んだ
（第２の）波面５４も、アクティブ・ミラー１８のプロ
グラムに使用することができる。具体的には、第１ステ
ップ中に達成されたアクティブ・ミラー１８のプログラ
ミングがどのようなものであっても、それに加えて、歪
んだ（第２の）波面５４の負の波面（すなわち波面５
４’）を用いて、アクティブ・ミラー１８をさらにプロ
グラムすることができる。その結果は、歪んだ（第２
の）波面５４を作るために試料１２によって導入された
光学収差がどのようなものであっても、それが、試料１
２に入射する光の負の波面５４’によって打ち消される
ということである。

【００２２】要約すると、本発明で想定される第１動作
ステップについて、アクティブ・ミラー１８は、平坦な
表面として開始される。デリバリ・システム１０内での
光学収差に起因して、歪んだ（第１の）波面４８が、平
坦なアクティブ・ミラー１８から反射される。歪んだ
（第１の）波面４８は、デリバリ・システム１０が一因
となっている光学収差を除去するためにアクティブ・ミ
ラー１８をプログラムし、再構成するのに使用される。
平面の波面４６が、アクティブ・ミラー１８によって、
試料１２に向かって反射される。上で述べたように、こ
の平面の波面４６は、第１ステップを示す。第２ステッ
プで、アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムし
て、試料１２が一因となっている光学収差を除去する。
これが可能であるのは、平面の波面４６が、試料１２に
入射した後に、歪んだ（第２の）波面５４として反射さ
れるからである。コンピュータ／コンパレータ３２が、
アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムすることが
でき、その結果、負の波面５４’が、アクティブ・ミラ
ー１８から反射されるようになる。この負の波面５４’
によって、試料１２の光学収差への寄与が打ち消され
る。

【００２３】本発明について想定されているように、１
つの光源４２を、第１動作ステップと第２動作ステップ
の両方でアクティブ・ミラー１８をプログラミングする
ために使用することができる。もう１つの光源６０を、
外科手術または診断の目的で試料１２に対して使用する
ことができる。めいめいの光源４２および光源６０によ
って生成される光の波長を、異なるものとすることがで
きることと、光源４２および光源６０を同時にまたは独
立にのいずれかで操作することができることを諒解され
たい。しかし、すべての場合で、歪んだ（第１の）波面
４８が、アクティブ・ミラー１８によって補償され、そ
の結果、平面の波面４６が、第１ステップで試料１２に
入射するようになることが、本発明の重要な態様であ
る。その結果、試料１２が、光学的にデリバリ・システ
ム１０から分離され、試料１２から反射される光が、試
料１２によって導入された収差だけを含む歪んだ（第２
の）波面５４を有する。この歪んだ（第２の）波面５４
を、望み通りに使用することができる。一応用例では、
目に入射する負の波面５４’の作成によって、そうでな
ければ角膜によって導入されるはずの光学収差を打ち消
すことができることが想定されている。その結果は、光
が角膜を通過し、平面の波面（たとえば平面の波面４
６）で網膜に入射することができるということである。

【００２４】本明細書で図示され、詳細に開示された特
定の無収差デリバリ・システムは、完全に、本明細書で
前に述べた目的を獲得し、利益を提供することができる
が、これが、本発明の好ましい実施形態の例示にすぎ
ず、請求項に記載されたもの以外の本明細書で示された
構成または設計の詳細への制限が意図されていないこと
を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】構成要素の相互関係を示す、本発明の概略図で
ある。

【符号の説明】

１０ デリバリ・システム １２ 試料 １４ 光ビーム １６，２２，２８ ビーム経路 １８ アクティブ・ミラー ２０，２６ ビーム・スプリッタ ２４ 検出器 ３２ コンピュータ／コンパレータ ３８ エバリュエータ ４２，６０ 光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学試料を評価するのに使用する無収差
   デリバリ・システムを確立する装置であって、該システ
   ムが、ビーム経路に沿って該試料に向かって光を向け、 検出器と、 前記ビーム経路上で前記システムと前記試料との間に位
   置決めされたアクティブ・ミラーと、 第１波面を作成するために前記システムから放射される
   光の一部を前記検出器に向けるために、前記ビーム経路
   上で前記アクティブ・ミラーと前記試料との間に位置決
   めされた第１ビーム・スプリッタであって、前記第１波
   面が、前記システム内の光学収差の特性を有する、第１
   ビーム・スプリッタと、 前記第１波面を示す信号を生成するための手段であっ
   て、前記信号生成手段が、前記システムから該光学試料
   に入射する光の無収差波面を確立するために、前記信号
   を用いて前記アクティブ・ミラーを選択的にプログラム
   するために前記アクティブ・ミラーに接続される、信号
   生成手段と、 第２波面を作成するために前記試料から反射される光の
   一部を前記検出器に向けるために、前記ビーム経路上で
   前記第１ビーム・スプリッタと前記試料との間に位置決
   めされた第２ビーム・スプリッタであって、前記第２波
   面が、前記試料内の光学収差の特性を有する、第２ビー
   ム・スプリッタと、 該光学試料を評価するために前記第２波面を分析するた
   めの手段とを含む装置。
2. 【請求項２】 負の前記第２波面を示す信号を生成する
   ための手段をさらに含み、前記信号生成手段が、該試料
   が一因となる光学収差を打ち消すために、該光学試料に
   入射する前記システムからの光の負の前記第２波面を確
   立するために前記信号を用いて前記アクティブ・ミラー
   を選択的にプログラムするために前記アクティブ・ミラ
   ーに接続される、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 光学試料を評価するのに使用する無収差
   デリバリ・システムを確立する方法であって、該システ
   ムが、ビーム経路に沿って該試料に向かって光を向け、 前記ビーム経路上で前記システムと前記試料との間にア
   クティブ・ミラーを位置決めするステップと、 第１波面の作成のために、前記システムから放射される
   光の一部を検出器に向けるステップであって、前記第１
   波面が、前記システムの光学収差の特性を有する、向け
   るステップと、 前記第１波面を表す信号を選択的に生成するステップで
   あって、前記信号が、無収差波面を確立するために前記
   アクティブ・ミラーをプログラムするのに使用される、
   信号を生成するステップと、 第２波面の作成のために、前記試料から反射される光の
   一部を前記検出器に向けるステップであって、前記第２
   波面が、前記試料の光学収差の特性を有する、向けるス
   テップと、 該光学収差を評価するために前記第２波面を分析するス
   テップとを含む方法。
4. 【請求項４】 前記第２波面を示す信号を選択的に生成
   するステップをさらに含み、前記信号が、該試料が一因
   となる光学収差を打ち消すために、該光学試料に入射す
   る前記システムからの光の負の前記第２波面を確立する
   ために前記アクティブ・ミラーをプログラムするのに使
   用される、請求項３に記載の方法。