JP2012037883A - フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための眼科用装置であって、より柔軟性の高い切断誘導を使用することを可能にする眼科用装置を提供する。
【解決手段】眼科用装置１は、フェムト秒レーザパルスを眼組織８に集光して投射するための投射光学ユニット２を備えている。第１のビーム偏向スキャナシステム３と第２のビーム偏向スキャナシステム５が配置され、眼組織を走査するように構成されている。第２のスキャナシステムは、第１のスキャナシステムの走査速度の倍数の走査速度を有し、少なくとも１つの偏向ミラーと、第１の走査軸５１と、第２の走査軸５２と、を備えている。制御モジュール７は、走査曲線ｆの所定の曲線形状、所定の曲線振幅、および所定の曲線の向きに従って、第１の走査軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向および第２の走査軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための眼科用装置に関し、特に、フェムト秒レーザパルスを眼組織に集光して投射するための投射光学ユニットを備えた眼科用装置に関する。

レーザビームによって眼組織を処理するには、適切なスキャナシステム（偏向装置）によってパルス状のレーザビームを１つまたは２つの走査方向に偏向することにより、レーザパルスで像領域または作業領域を走査する。光ビームの偏向またはフェムト秒レーザパルスのようなレーザパルスの偏向は普通、１つまたは２つの走査軸を中心とする揺動が可能な可動ミラーによって、例えばガルバノスキャナ、ピエゾスキャナ、またはポリゴンスキャナによって実施される。

特許文献１は、眼組織を処理するための装置であって、レーザパルスを発生するためのレーザ源を備えた基台と、その基台の中に配置された、そのレーザパルスを走査方向に偏向するための可動偏向ミラーを備えたスキャナと、を有する装置について記載している。偏向されたレーザパルスは、伝送光学系を介して、基台からアプリケーションヘッドまで伝送される。このヘッドは、機械的手段で移動させられる投光機による走査パターンに従って、作業領域上を移動する。機械運動よりもはるかに速い走査方向の偏向は、アプリケーションヘッドにおいて、投光動作の機械運動に、したがってその走査パターンに重ね合わされる。基台のスキャナシステムが高速であれば、レーザパルスの微細な移動が可能になる（微小走査）。この微細移動は、目全体といった広い作業領域を対象として含む可動投光機の走査パターンに重ね合わされる。

例えば１００万パルス／秒（ＭＨｚ）を超える、一層速いパルス速度を実現する高速レーザパルスが利用可能であるため、既知のスキャナシステムでは、複数のパルスを離して位置させる能力に物理的な限界が生じ、レーザのパルス速度をわざと低下させなければならなくなっている。詳細には、大きな方向転換は回避されなければならないという意味、および折り返し点等で最小走査速度に満たないときにはパルス速度を積極的に低下させなければならない（複雑な態様で）またはレーザを止めなければならないという意味で、作業領域を走査するための投光機またはレンズの機械運動、さらには自由な高速化を妨げているガルバノメーターのスキャナシステムの質量慣性も、走査パターンおよび走査軌跡に対する制約となっている。結果として、既知のスキャナシステムは、実現可能な切断誘導にかなりの制約を課している。しかし、臨床上の観点からは、組織の生体力学的挙動には従うが、スキャナシステムの速度および帯域には、既知のスキャナシステムで行われているようには必ずしも従わない切断形状を計画することが望まれている。眼組織のような柔軟な組織を切断する場合、表面処理とは対照的に、線状またはらせん状のパターンのような単純なパルス走査パターンを用いることが常に可能であるとは限らない。というのは、ガスの内部放出または応力の解放によって組織の変形が生じる可能性があるからである。しかも、組織の変形は、予期される組織の生体力学的挙動を考慮した、適度により複雑化した走査パターンによって回避する必要がある。組織を、縁の形状が単純な大面積のセグメントとなるフラップ状に切断するような単純な走査パターンの処理を行うことは、既知のスキャナシステムで行うことができる。しかしながら、例えば屈折補正に対して要求される、縁の形状が複雑な分離された処理領域の場合、または他の生体力学的に支配されたより複雑な走査パターンの場合、処理は、そのような単純なやり方では、もはや不可能である。例として、その場合、１つの大面積走査パターンをマスクで覆う（電子的にまたは光学的に）必要があり、または、複数の小さな領域で、走査等の処理が個々に行われ、それによって、スキャナシステムは、走査対象のセクションに対して非常に頻繁に減速と加速を行わなければならないので、相当分だけ処理速度が落ちることになる。

米国特許第７，６２１，６３７号明細書

本発明の目的は、フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための眼科用装置であって、既知のシステムが持つ不都合の少なくともいくつかを無くした装置を提案することである。特に、本発明の目的は、フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための眼科用装置であって、レンズを機械運動させなくても処理領域を走査することができ、処理時間を短縮するために、パルス周波数が高いレーザ光源、詳細には１秒当たりのパルス数が１００万を超えるＭＨｚ領域の周波数のレーザ光源を使用すること、およびより柔軟性の高い切断誘導を使用することを可能にする眼科用装置を提案することである。

本発明によれば、これらの目標は、独立請求項の特徴によって達成される。加えて、その他の有利な態様が、従属請求項および明細書から得られる。

上記の目標は、本発明によって達成される。詳細には、フェムト秒レーザパルスによって、特に目全体にわたって眼組織を処理するための眼科用装置には、フェムト秒レーザパルスを眼組織に集光して投射するための投射光学ユニットが備わっているが、他にも、投射光学ユニットの上流側に配置され、フェムト秒レーザパルスによって処理線に沿って眼組織を走査するための第１のビーム偏向スキャナシステムと、第１のスキャナシステムの上流側に配置され、フェムト秒レーザパルスによって、処理線に重ね合わされた走査曲線上で、第１のスキャナシステムの走査速度の倍数の走査速度で眼組織を走査するための第２のビーム偏向スキャナシステムであって、少なくとも１つの偏向ミラーと、第１の走査軸と、第２の走査軸と、を備える第２のビーム偏向スキャナシステムと、走査曲線の所定の曲線形状、所定の曲線振幅、および／または所定の曲線の向きに従って、第１の走査軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向および第２の走査軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向を制御するための制御モジュールと、が設けられているという事実によって達成される。

ミラーを利用したスキャナシステムの場合、走査軸なる用語はミラー軸と等価であると理解されるべきであり、したがって、走査軸を中心としてミラーを偏向させると、偏向平面内を延伸する走査方向にレーザビームが偏向される。ミラー軸を持たない他のスキャナシステムの場合、走査軸なる用語は、相応な走査方向にレーザビームを偏向するためにミラーをそれを中心として回転させることになる仮想的な軸として理解されるべきである。

機器の実用上の理由およびコスト上の理由で、概して、９０度よりもかなり小さい偏倚角度または走査角度を都合よく実現できるように、投射光学ユニットおよび伝送光学ユニットの大きさ（例えば直径）を制限する必要がある。レーザパルスの集光点（スポット）が、組織を保護するために、および正確に処理するために要求されるように、例えばスポットの直径が５μｍ未満、特に３μｍ未満、好ましくは１μｍ未満のような微小な集光点の場合に、像領域（処理領域）が大きいと、そのために大きなビーム直径を走査させなければならず、それによって大きく重いミラーが必要になり、したがって、機械運動するレンズについての方策の場合と同様に、低走査周波数が必要になる。換言すると、基本的な物理的理由で、小さな（すなわち、高速に偏向可能）ミラーで、同時に上記の処理品質を得るのに望ましい小ささの直径を有するスポットで、大きな像領域を走査することはできない。

可動偏向ミラーを有する２つのビーム偏向スキャナシステムを多段状にすれば、柔軟な構成および制御可能な態様で眼組織を処理することが可能になる。この場合、第１のスキャナシステムが、目全体といった広大な処理領域を受け持ち、上流側に配置された第２のスキャナシステムが、高速で微細な走査移動を重ね合わせる。その形態、大きさ、および向きは柔軟に調節することができ、過度に大きな投射光学ユニットおよび伝送光学系を使用する必要はなく、走査に必要なレンズまたは投射対物レンズの機械運動は不要であり、結果として、高走査周波数または高走査速度を実現することができる。レーザ光源と、「高速主スキャナシステム」である第１のスキャナシステムとの間に、より速い「超高速スキャナシステム」である第２のスキャナシステムを配置することで、小さなビーム開口部、例えばミラーを使用することが可能になり、したがって、眼組織の高速、高周波数走査が可能になる。この場合、比較的小さな偏倚で、眼組織の高周波数での走査および処理、すなわち切断を行えるように、速い方の第２のスキャナシステムを最適化することができ、広大な処理領域（像領域）で任意のアドレス可能点に迅速に移動できるように、第１のスキャナシステムを最適化することができる。偏向平面が、したがって、超高速スキャナシステムの微細な走査移動が、例えば垂直にまたは何か他の所定の角度で、主スキャナシステムの処理線に対して自動的に位置合わせされることによって、ラスター型の走査パターンに限定されない複雑な切断が可能になる。

一変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅と第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅を、連携させて制御することによって、走査曲線の曲線の向きを決めるように構成されている。偏倚振幅に基づく曲線の向きの制御が単純である結果として、全面的に電子的手段および／またはプログラミング手段によって制御がなされるため、高価で低速な機械的および／または光学的像回転器が無用になる。

一変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、および第１のミラー軸を中心とする偏向と第２のミラー軸を中心とする偏向の相対的な位相を、連携させて制御することによって、走査曲線の曲線の向きを決定するように構成されている。偏倚振幅と相対的な位相を、連携させて制御することによって、例えば楕円の向きを制御することが可能になる。

さらに別の変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅と第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅を、連携させて制御することによって、走査曲線の曲線振幅を決定するように構成されている。

一変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向と第２のミラー軸を中心とする偏向との間の相対的な位相を制御することによって、走査曲線の曲線形状を決定するように構成されている。

さらに別の変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅と第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅を、連携させて制御することによって、走査曲線の曲線形状を決定するように構成されている。

さらに別の変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏倚周波数と第２のミラー軸を中心とする偏倚周波数を、連携させて制御することによって、走査曲線の曲線形状を決定するように構成されている。

一変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、第１のミラー軸を中心とする偏向と第２のミラー軸を中心とする偏向との間の相対的な位相、第１のミラー軸を中心とする偏倚周波数、および／または第２のミラー軸を中心とする偏倚周波数を制御することによって、走査曲線の曲線形状−フーリエ合成による規定が可能−を決定するように構成されている。

制御モジュールは、第１のスキャナシステムと第２のスキャナシステムを、連携させるように制御するように構成されることが好ましい。

制御モジュールは、処理線に応じて、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅、第１のミラー軸を中心とする偏向と第２のミラー軸を中心とする偏向との間の相対的な位相、第１のミラー軸を中心とする偏向周波数、および／または第２のミラー軸を中心とする偏向周波数を制御するように構成されることが好ましい。

一変形態様では、制御モジュールは、処理線の方向が変わった場合に、第１のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅を大きくするとともに、第２のミラー軸を中心とする偏向の偏倚振幅を小さくするように構成されている。例えば、上記の各偏倚振幅は、連続的に減少しまたは増加する。

さらに別の変形態様では、制御モジュールは、第１のミラー軸を中心とする偏向が、第２のミラー軸を中心とする偏向に対して２倍の偏向周波数で行われ、第１のミラー軸を中心とする偏向によって、第１のスキャナシステムによって処理線の方向に生じさせられる偏向が少なくとも部分的に補償されるように、第１のミラー軸を中心とする偏向および第２のミラー軸を中心とする偏向を制御するように構成されている。

さらに別の変形態様では、装置は、第１のスキャナシステムと第２のスキャナシステムとの間に配置され、第２のスキャナシステムによって所定の走査幅の外側の領域へと偏向されたフェムト秒レーザパルスを遮光する働きをする絞りを備えている。

さらに別の変形態様では、装置は、走査曲線の所定領域でフェムト秒レーザパルスを選択的に排除するための、制御可能なフィルタモジュールを備えている。

好ましくは、第２のスキャナシステムの第１のミラー軸と第２のミラー軸は相互に直交するように向けられ、第２のスキャナシステムは、第１のミラー軸および第２のミラー軸を中心として、振動する態様でフェムト秒レーザパルスを偏向するように構成され、および第１のスキャナシステムは、第２のスキャナシステムに比べて偏倚が著しく大きい。

一変形態様では、制御モジュールは、走査曲線が丸い曲線形状を有するように、第１のミラー軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向および第２のミラー軸を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向を制御するように構成されるとともに、結果として得られる所定の軌跡形状を有する走査軌跡が、走査曲線の処理線への重ね合わせから生じさせられるように、第１のスキャナシステムの走査速度を制御するように構成されている。円形の走査曲線が処理線に重ね合わされたときは、対称性の理由により、その向きを目的とした走査曲線の制御は不要になる。

縦続接続された２つのスキャナシステムを備えた、フェムト秒レーザパルスによって眼組織を処理するための眼科用装置を模式的に示したブロック図であり、図１（ａ）は、相互に直交するように向けられた２つの走査軸を有する上記２つのスキャナシステムのうちの一方の投射平面を示す模式図で、図１（ｂ）は、スキャナシステムを縦続接続して得られる走査軌跡を付した処理平面の模式図である。 相互に直交して配置された２つのミラー軸または走査軸を中心とする走査移動であって、位相のずれしない態様で振動している走査移動を重ね合わせる様子を示した説明図である。 相互に直交して配置された２つのミラー軸または走査軸を中心とする走査移動であって、位相がπ／２だけ位相のずれした態様で振動している走査移動を重ね合わせる様子を示した説明図である。 相互に直交して配置された２つのミラー軸または走査軸を中心とする走査移動であって、位相がπ／２だけ位相のずれしおよび周波数が異なる態様で振動している走査移動を重ね合わせる様子を示した説明図である。 ２つのミラー軸または走査軸を有するあるスキャナシステムの走査曲線の、別のスキャナシステムの処理線への重ね合わせであって、一方のミラー軸を中心とする偏向が、エッジを直線化する目的で、他方のミラー軸を中心とする偏向に対して２倍の偏向周波数で行われるような態様での重ね合わせを示した説明図である。 ２つのミラー軸または走査軸を有するあるスキャナシステムの走査曲線の、別のスキャナシステムの処理線への重ね合わせであって、直線的な走査パターンを形成する目的で、その走査曲線の各立ち上がりエッジが、いずれの場合も遮光されるような態様での重ね合わせを示す説明図である。 ２つのミラー軸または走査軸を有するあるスキャナシステムの走査曲線の、別のスキャナシステムの処理線への重ね合わせであって、走査幅およびその処理線に対する向きを保つ目的で、その処理線の方向が変わった場合に、それらのミラー軸または走査軸を中心とする偏向の偏倚振幅が適合するような態様での重ね合わせを示す説明図である。 ２つのミラー軸または走査軸を有するあるスキャナシステムの丸い走査曲線の、別のスキャナシステムの丸い処理線への重ね合わせを示す説明図である。 上記丸い走査曲線の上記丸い処理線への重ね合わせであって、その走査曲線が、図８ａの走査曲線とは逆方向の回転を有するような態様での重ね合わせを示す説明図である。

例に基づき、以下で本発明の一実施形態について説明する。下記の添付図面を使って、その実施形態を示す。

図１において、参照符号１は、フェムト秒レーザパルスを有するパルス状のレーザビームＬ１によって眼組織８を処理するための眼科用装置を示している。好ましくは１秒当たりのパルス数が１００万を超えるＭＨｚ領域のパルス周波数を有するパルス状のレーザビームＬ１は、ビーム源６によって供給され、伝送光学系１０によって、パルス状の処理ビームＬ５として、走査軌跡ｔに沿って眼組織８上、または眼組織８中に集光されて投射される。実施形態によっては、ビーム源６は、伝送光学系１０の一部であり、または、光ファイバー線および／またはミラー／レンズ系といった光伝送システムを介して伝送光学系１０に接続される独立したユニットとして構成されている。

図１に模式的に例示しているように、眼科用装置１または伝送光学系１０は、２つのビーム偏向スキャナシステム３，５と、ビーム源６から投射光学ユニット２までのビーム経路（Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３−Ｌ４）中に配置された任意構成のフィルタモジュール４と、を備えている。

ビーム偏向スキャナシステム５の走査速度は、スキャナシステム３の走査速度の倍数である。したがって、以下の説明では、スキャナシステム５を高速スキャナシステム５と呼び、スキャナシステム３を低速スキャナシステム３と呼ぶ。結果として、高速スキャナシステム５は、低速スキャナシステム３で実現可能なものに対して、整数倍だけ速い偏向速度、および振動スキャナシステムの場合は整数倍だけ高い振動周波数（ω_ｘ、ω_ｙ）を有している。特に、高速スキャナシステム５は、投射目標（切断目標）の像領域、すなわち投射光学ユニット２の像領域で高い走査速度を有し、および／または、高い走査周波数を有している。一方、低速スキャナシステム３は、投射光学ユニットの像領域で、高速スキャナシステム５に比べてはるかに大きな可動域を有している。結果として、フェムト秒レーザパルスで、眼組織８を、目全体にわたって完全に走査し処理することができるように、低速スキャナシステム３によって、高速スキャナシステム５に比べてはるかに広い像領域および処理領域をカバーし、扱うことが可能になる。

高速スキャナシステム５は、ビーム源６と低速スキャナシステム３との間に配置されていることが好ましい。高速スキャナシステム５は、例えばビーム経路中でビーム源６の直ぐ下流側に配置されている。

低速スキャナシステム３は、高速スキャナシステム５と投射光学ユニット２との間に配置されていることが好ましい。低速スキャナシステム３は、例えばビーム経路中で投射光学ユニット２の直ぐ上流側に配置されている。

高速スキャナシステム５は、相互に直交するように向けられていることが好ましい２つのミラー軸５１，５２を有している。変形実施形態によっては、走査軸（ミラー軸）５１，５２は、傾斜可能な（チップ−チルトモード）共通の偏向ミラー、または多段状に配置されたそれぞれに専用の別個の偏向ミラーに結合されている。２つの走査軸５１，５２および傾斜可能な共通の偏向ミラーを有するスキャナシステムを使用することには、高価な中間光学ユニットを省くことができ、装置１の全体の構成が比較的コンパクトになるという利点がある。後で、図２、図３、および図４を参照して詳細に説明するように、高速スキャナシステム５は、ビーム源６からのパルス状のレーザビームＬ１またはそのフェムト秒レーザパルスを、所定の走査移動によって、投射平面Ｐ_ｘｙ内で規定される走査曲線ｆ上に偏向する。図１（ａ）は、高速スキャナシステム５の投射平面Ｐ_ｘｙを模式的に示しており、走査軸５１はｘ軸に沿うように向けられ、走査軸５２はｙ軸に沿うように向けられている。移動ベクトルａは、偏倚振幅がｘ方向にＡである、走査軸５２（ｙ軸）を中心とする偏向ミラーの偏倚を指し、移動ベクトルｂは、偏倚振幅がｙ方向にＢである、走査軸５１（ｘ軸）を中心とする偏向ミラーの偏倚を示している。２つの走査軸５１，５２を中心とする偏倚が同期している場合、すなわち周波数が同一（ω_ｘ＝ω_ｙ）で位相のずれが無い（φ＝０）場合、フェムト秒レーザパルスは走査曲線ｆに沿うように偏向され、これは、図１（ａ）に、対応する移動ベクトルによって表されている。したがって、偏倚振幅Ａ，Ｂによって、スキャナシステム５の、結果として得られる投射平面Ｐ_ｘｙ上の走査移動または走査曲線ｆの向きθおよび偏倚振幅Ｆが決まる。

低速スキャナシステム３も同様に、相互に直交するように向けられ、傾斜可能な共通偏向ミラーまたは別個の２つの偏向ミラーに結合された、２つの走査軸（ミラー軸）を有することが好ましい。

低速スキャナシステム３は、２つのガルバノメータースキャナの形態で、またはチップ−チルトモードで傾斜可能な２軸偏向ミラー（例えばピエゾ素子で管理される）によって、自由にアドレス可能に実現されることが好ましい。高速スキャナシステム５は、動作モードまたは構成に応じて、共振スキャナ、振動スキャナ、または自由にアドレス可能なスキャナとして実現される。正弦波動作モードは、特に振動ミラーを有する機械式の共振スキャナ（ＭＥＭ（マイクロエレクトロメカニカル）スキャナとも呼ばれる、またはピエゾ駆動部を有する）の場合に、ガルバノメータースキャナで実現できる周波数および偏向速度よりも高い周波数および偏向速度を可能にする。したがって、共振動作モードでは振動する高速スキャナシステム５を使用することが好ましい。というのは、その走査周波数が高いということを考慮すると、その具体的な用途に、それが特に有利だからである。幾つかの例でさらに高い周波数が可能な他のスキャナのタイプが、文献から知られている（例えば、ＡＯＭ（音響光学変調器）スキャナまたはＥＯＭ（電子光学変調器））。高速スキャナシステム５および低速スキャナシステム３は、直交する複数の走査軸（ミラー軸）を有するように実現し動作させることが好ましい。

任意構成のフィルタモジュール４が、ビーム経路中に、好ましくは高速スキャナシステム５と低速スキャナシステム３との間に配置されている。変形実施形態によっては、フィルタモジュール４は、固定された、および／または制御可能な絞り４１を備えている。この絞り４１は、シャッタとして実現することも可能である。この場合、このシャッタは、レーザの所に配置され、ビーム源６の直ぐ下流側に配置されることが好ましい。一変形実施形態では、絞り４１は、視野絞りとして実現され、すなわち、中間像平面に配置される。この場合、変形実施形態によっては、この視野絞りは、さらに、可変に、および／または非対称に構成されている。

低速スキャナシステム３は、処理線ｓに沿って拡大された処理領域で、フェムト秒レーザパルスによって眼組織８を走査するように構成されている。この場合、低速スキャナシステム３は、高速スキャナシステム５によって偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ２、またはフィルタモジュール４でフィルタリングされて遮光されなかったフェムト秒レーザパルスＬ３を偏向する。処理線ｓの方向および形状は、図１（ａ）を参照して高速スキャナシステム５について上述したように、低速スキャナシステム３のスキャナ軸（ミラー軸）３１，３２を中心とする偏倚の偏倚振幅によって決められる。したがって、高速スキャナシステム５によって生じさせられる走査移動または走査曲線ｆは、低速スキャナシステム３によって連続的に走査される処理線ｓに重ね合わされ、それによって、図１（ｂ）に示すように、結果としての走査軌跡ｔが処理平面Ｔ_ｘｙ内に形成れ、この軌跡によって、眼組織８が実際に処理される。図５、図６、図７、図８ａ、および図８ｂは、眼組織８を処理するために処理平面Ｔ_ｘｙ上に生じさせられる様々な走査軌跡ｔの例を示している。これについては、後で詳細に論じる。

フィルタモジュール４は、高速スキャナシステム５によって偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ２のうち一定のものを、所定のフィルタ基準に従って遮光するように構成されている。絞り４１は、例えば、高速スキャナシステム５によって所定の走査幅Ｅの外側の領域へと偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ２を、固定された、または制御可能なやり方で遮光するように、または偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ２を完全に、または走査曲線ｆの所定の領域Ｒ１，Ｒ２で遮蔽するように構成されている。図５の例では、フィルタモジュール４は、領域Ｒ１において、走査偏倚ｂのピーク部、例えば、所定の振幅値Ｂを超える部分を遮光するように構成されている。図６の例では、フィルタモジュール４は、実質的に平行な走査部分を有する走査パターンが形成されるように、領域Ｒ２において走査軌跡ｔの立ち上がりエッジを、いずれの場合も遮光するように構成されている。例えばミラー軸５１，５２を中心とする偏倚ａ，ｂに応じて、および／または処理線ｓの方向に応じて、遮光領域Ｒ１、Ｒ２は、例えば動的に、かつ自由に、規定することができおよび変更することができる。

投射光学ユニット２は、低速スキャナシステム３によって偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ４を、眼組織８上または眼組織８中に焦点を合わせて投射するように構成されている。この場合、眼組織８は、処理線ｓの方向への走査速度に応じて、個々のフェムト秒レーザパルスによって、または重なるように続けて投射された複数のフェムト秒レーザパルスによって、いずれの場合も、焦点Ｑの所で分解される。一変形実施形態では、投射光学ユニット２は、さらに、集光され、偏向されたパルス状のレーザビームＬ５の焦点Ｑを、例えば上下の変位によって、投射方向に設定するように構成されている。そうでなければ、投射光学ユニット２は、処置時に静止しており、すなわち、投射光学ユニット２のレンズは、予定された処置に備えて投射光学ユニット２を患者の目に位置合わせした後は、眼組織８を走査し処理するのに、いかなる横方向の機械運動（ｘ方向および／またはｙ方向）も不要である。目に対する固定は、例えば真空によって制御される吸引リングによって行われる。

図１で見て取れるように、眼科用装置１は、制御モジュール７を備えており、この制御モジュール７は、実施形態に応じて、伝送光学系１０の一部として構成され、または、制御する目的で、制御線、または１つまたは複数のデータ通信接続、例えば、複数の信号線および／またはデータ線および／またはデータバスを介して伝送光学系１０に接続されている独立したユニットとして構成されている。実施形態によっては、制御モジュール７は、ビーム源６、高速スキャナシステム５、フィルタモジュール４、低速スキャナシステム３、および／または投射光学ユニット２に接続されている。制御モジュール７は、１つまたは複数のプロセッサと、そのプロセッサに固定されて、または着脱可能に接続され、そのプロセッサを制御するためのコンピュータプログラムコードを含むプログラムされたソフトウェアモジュールが少なくとも１つ格納されている、アクセス可能なコンピュータ読み取り可能なデータキャリア（コンピュータプログラム製品）と、を備えていることが好ましい。様々な変形実施形態で制御モジュール７は、完全にまたは少なくとも部分的にハードウェアコンポーネントによって実現できることが、当業者には理解できる。

以下の段落では、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８ａ、および図８ｂを参照して、制御モジュール７の機能、およびそれによって行われるプロセッサの、したがって、眼科用装置１の制御について説明する。

変形実施形態によっては、制御モジュール７は、ビーム源６および／または投射光学ユニット２を、例えばパルスエネルギー、パルス周波数、または焦点深度について制御するように構成されているが、これについては、以降の段落では、より詳細には説明しない。

制御モジュール７は、特に、高速スキャナシステム５のミラー軸５１，５２を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向ａ，ｂを制御するための高速スキャナ制御部を備えている。表１に示すように、高速スキャナ制御部は、様々な曲線形状、曲線の向き、および曲線振幅（または曲線の大きさ）によって規定され、例えば、特有の曲線識別子を割り当てられた所定の走査曲線ｆを実現するために、ミラー軸５１，５２を中心とする偏向ａ，ｂを制御するように構成されている。選択された所定の走査曲線ｆ上にフェムト秒レーザパルスを偏向するために、制御モジュール７は、当該走査曲線ｆに割り当てられた、高速スキャナシステム５を制御するための相応の制御パラメータを使用する。ミラー軸５１，５２を中心とする偏倚は、特に、偏倚振幅Ａ，Ｂ、偏倚周波数ω_ｘ，ω_ｙ、および／またはミラー軸５１，５２を中心とする偏倚ａ，ｂ（振動）間の相対的な位相φ（位相のずれ）のそれぞれを制御するためのパラメータによって決められる。

図２は、走査軸５１，５２を中心とする偏倚振幅Ａ，Ｂを制御することによって、投射平面Ｐ_ｘｙ上での、結果として得られる走査移動ｆの向きθおよび偏倚Ｆを、２つの走査軸５１，５２を中心とする偏向ａ，ｂが、同一の周波数ω_ｘ＝ω_ｙおよび偏倚振動間の位相のずれを伴わないφ＝０の状態で行われるように、残りの制御パラメータが設定された場合に、制御モジュール７がどのように設定できるのか、その例を示している。

図３は、走査軸５１，５２を中心として正弦波状に振動している偏倚ａ，ｂ間の相対的な位相φも、例えば制御モジュール７の一部分である位相変更エレメントによって付加的に設定することができる例を示している。この例は、高速スキャナシステム５によって、結果として楕円形状を有する走査曲線ｆが投射平面Ｐ_ｘｙに形成されるように、図２のものと同じ偏倚振幅Ａ，Ｂを用いて、走査軸５１，５２を中心とする偏倚間の位相のずれをφ＝π／２にして高速スキャナシステム５を駆動するのを示している。結果として得られる楕円の向きθは、偏倚振幅Ａ，Ｂおよび相対的な位相φを同時に設定することによって設定することができる。偏倚振幅Ａ，Ｂの大きさを同じにすると、円形の走査曲線ｆが得られる。

図４は、制御モジュール７により走査軸５１，５２を中心とする偏倚ａ，ｂの偏倚周波数ω_ｘ，ω_ｙを設定し制御することによって、結果として得られる走査曲線ｆの形状を、どのように決定できるのかの例を示している。この例は、制御モジュール７によって、走査軸５２（ｙ軸）を中心とするｘ方向の偏倚ｘの偏倚周波数ω_ｙを走査軸５１（ｘ軸）を中心とするｙ方向の偏倚ｂの偏倚周波数ω_ｘの２倍の値、ω_ｙ＝２ω_ｘに設定した場合に、結果としてリサジュ形状の走査曲線ｆが生じるのを示している。

制御モジュール７または高速スキャナ制御部は、古典的リサジュ形状に加えて、フーリエ合成で生成可能な正弦波、のこぎり歯形状、台形、または長方形の振動または他の形状を有する走査曲線ｆが結果として生じるように、ミラー軸５１，５２を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向ａ，ｂを、それらの偏倚振幅Ａ，Ｂ、偏倚周波数ω_ｘ，ω_ｙ、および相対的な位相φに関して制御するように構成されている。走査軸５１，５２を自由に駆動できる場合は、上記に加えて、非周期的な図形も生じさせることができる。

制御モジュール７は、他にも、低速スキャナシステム３のミラー軸３１，３２を中心とするフェムト秒レーザパルスの偏向を制御するための低速スキャナ制御部を備えている。この低速スキャナ制御部は、様々な処理パターンによって規定され、例えば割り当てられた特有のパターン識別子または線識別子を有する所定の処理線に従って、例えばミラー軸３１，３２を中心とする偏向を制御するように構成されている。例えば格納された処理パターンまたは時間関数によって規定される処理線ｓ上にフェムト秒レーザパルスを偏向するために、制御モジュール７は、低速スキャナシステム３を制御するのに、当該処理線ｓに割り当てられた相応の制御パラメータを用いる。

制御モジュール７による高速スキャナシステム５および低速スキャナシステム３の制御では、実質的に３つの動作モードを区別することができる。

ａ）完全連携動作では、高速スキャナシステム５の２つの走査軸５１，５２を中心とする偏向ａ，ｂの偏倚振幅Ａ，Ｂおよび相対的な位相φの両方が、低速スキャナシステム３と（例えば、基準点としてのＴ_ｘｙでの開始点または絶対位相値と）同期される。この動作モードまたは変形実施形態は、走査曲線ｆの向きθおよび形状の両方を、処理線ｓに対し処理線ｓに応じて、特に、処理線ｓの方向および走査速度（進行速度）に応じて制御することを意図する場合に、例えば、結果として得られる走査軌跡ｔ上で連続するレーザパルスの、特定の、定義された（意図可能な）位置合わせを行うように位相角を制御するために、選択される。

ｂ）部分連携動作では、高速スキャナシステム５の２つの走査軸５１，５２の偏倚振幅Ａ，Ｂ、偏倚周波数ω_ｘ，ω_ｙ、および相対的な位相φの部分集合が、低速スキャナシステム３の処理線ｓに応じて制御されまたは設定される。この動作モードまたは変形実施形態は、所望の走査軌跡ｔを生じさせるために、処理線ｓに対して、主として走査曲線ｆの向きθおよび／または大きさを制御することを意図する場合に選択される。

ｃ）非連係動作では、処理線ｓに対する走査曲線ｆの向きθは重要ではなく、大きさ（振幅Ｆ）は予め一定に規定される。

図５は、走査軸５１を中心とする偏倚ｂの、−処理線ｓ_ｘに直交する−振動からなる直線状のエッジｔ_Ｆを有する走査軌跡ｔがどのように生じさせられるのかの例を示している。図５に模式的に示しているように、制御モジュール７または直線化モジュールは、走査軸５２を中心とするｘ方向の偏倚ａが、走査軸５１を中心とするｙ方向の偏倚ｂの２倍の偏倚周波数ω_ｙ＝２ω_ｘで行われるように、高速スキャナシステム５を制御するように構成されている。この場合、振動エッジｔ_Ｆを直線状にするために、直交する偏倚振動の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジｔ_Ｆの所で処理線ｓ_ｘの（ｘ）方向の移動成分を補償するように、処理線ｓ_ｘの方向の低速スキャナシステム３の偏倚振幅Ｂおよび走査速度に応じて偏倚振幅Ａが設定される（したがって、都合のよいことに、軌跡ｔの一部を遮光せずに済ませることができる）。

図７は、走査軌跡ｔが、例えばｘ方向からｙ方向への処理線ｓ_ｘ、ｓ_ｙの方向の変化にどのように適合させられるのかの例を示している。図７に模式的に示されているように、高速スキャナシステム５が、処理線ｓ_ｘ，ｓ_ｙの方向に応じて、走査軸５１を中心とするｙ方向の偏倚ｂの偏倚振幅Ｂおよび走査軸５２を中心とするｘ方向の偏倚ａの偏倚振幅Ａを設定するように、例えば、低速スキャナシステム３による処理がｘ方向の処理線ｓ_ｘに沿って行われている間、高速スキャナシステム５の偏倚振幅Ｂが所定の走査幅Ｅに設定され、高速スキャナシステム５の偏倚振幅Ａがゼロに設定され、逆に低速スキャナシステム３による処理がｙ方向の処理線ｓ_ｙに沿って行われている間、高速スキャナシステム５の偏倚振幅Ａが所定の走査幅Ｅに設定され、偏倚振幅Ｂがゼロに設定されるように、制御モジュール７または回転モジュールは高速スキャナシステム５を制御するように構成されている。ｘ方向の処理からｙ方向の処理に移行する遷移領域Ｕでは、例えば、高速スキャナシステム５の偏倚ａの偏倚振幅Ａは、連続的に増加させられ、偏倚ｂの偏倚振幅Ｂは、連続的に減少させられる。

図５〜７において、いずれの場合も、円は、パルス状のレーザビーム（処理ビームＬ５）またはフェムト秒レーザパルスの、焦点Ｑでの焦点の中心点を模式的に表している。図５，６，７，８ａ，８ｂに示されている走査軌跡ｔでは、レーザパルスの分布が特定の領域で不均一になっている。その対策として、変形実施形態および／または用途によっては、レーザビームまたはレーザパルスは、フィルタモジュール４によって、例えばシャッタまたは絞り４１によって遮光され、その結果として、走査軌跡ｔの、選択的に定められた領域が選択される。図５の例では、例として、任意構成として、連続するレーザパルスが比較的密集している振動のピーク部が、領域Ｒ１において、フィルタモジュール４によって、好ましくは視野絞りによって遮光されている。図６の例では、走査軌跡ｔの立ち下がり枝部だけが選択的に処理に使用されるように、領域Ｒ２における走査軌跡ｔの各立ち上がりエッジが、いずれの場合も遮光されている。この場合、例として、振動のピーク部も切り取られている。領域Ｒ２は、レーザの所に配置され、ビーム源６の下流側に配置され、領域Ｒ２を遮光するときは閉じられ、そうでなければ開いているシャッタによって遮光することが好ましい。さらに別の変形実施形態では、枝部またはエッジ内にパルスの分離を整合させるように、制御モジュール７によって、走査軌跡ｔにおける位置に応じてパルス周波数を適合させ（例えばパルスピッカーによって）、または、高速スキャナシステム５の偏倚振幅Ａ，Ｂを動的に変化させている。結果として生じる、走査移動ｆの偏倚振幅Ｆにおける動的な増大（拡張）または減少（圧縮）のために、走査移動ｆまたは走査軌跡ｔ上の連続する個々のフェムト秒レーザパルス間の距離を、簡素なやり方で、ｓとは独立して、拡大し、または短縮することができ、それによって、遮光されない走査幅Ｅ内のレーザパルスの数を、可変に制御することができる。

図８ａおよび図８ｂは、高速スキャナシステム５の丸い走査曲線ｆを低速スキャナシステム３の丸い処理線ｓに重ね合わせることによって生じさせられるサイクロイド走査軌跡ｔの例を示している。図８ａおよび図８ｂに模式的に示すように、制御モジュール７または高速スキャナ制御部は、投射平面Ｐ_ｘｙ上のレーザパルスが、丸い、例えば、円形または楕円形の走査曲線ｆ上に偏向されるように、高速スキャナシステム５を制御するように構成され、制御モジュール７または低速スキャナ制御部は、高速スキャナシステム５によって偏向されたフェムト秒レーザパルスＬ２またはフィルタモジュール４によって遮光されなかったフェムト秒レーザパルスＬ３が、丸い処理線ｓ、例えば円形または楕円形の処理線ｓ上に偏向されまたは重ね合わされるように、低速スキャナシステム３を制御するように構成される。図８ａおよび図８ｂから分かるように、結果として得られる両サイクロイド走査軌跡ｔは、重ね合わせ後の走査曲線ｆが逆方向の回転を有するという点で異なっている。

サイクロイド走査軌跡ｔが特に最適な構成となるのは、レーザパルスのスポットの直径より大きくすることができる相互作用ゾーンの大きさの結果である（キャビテーション気泡）。用途によっては、走査軌跡ｔが重ね合わされれば、極めて好都合である。例として、サイクロイドのループは、隣接するサイクロイド間の間隙内に位置させることができる。この後者の変形例は、低速スキャナシステム３との連携を少ししかまたは全くさせなくても実現できるため、制御技術が簡単であるという利点を有している。

最後に、上記の説明では、コンピュータプログラムコードを特定の機能モジュールに割り当てていたが、保護される主題から逸脱することなく、コンピュータプログラムコードを種々の構造的形態に変更できることが、当業者には理解でできるということを述べておきたい。

Claims (15)

1. フェムト秒レーザパルスによって眼組織（８）を処理するための眼科用装置（１）であって、
   前記フェムト秒レーザパルスを前記眼組織（８）に集光して投射するための投射光学ユニット（２）と、
   前記投射光学ユニット（２）の上流側に配置され、処理線（ｓ）に沿って前記フェムト秒レーザパルスによって前記眼組織（８）を走査するための第１のビーム偏向スキャナシステム（３）と、
   前記第１のスキャナシステム（３）の上流側に配置され、前記フェムト秒レーザパルスによって、前記処理線（ｓ）に重ね合わされた走査曲線（ｆ）上で、前記第１のスキャナシステム（３）の走査速度の倍数の走査速度で前記眼組織（８）を走査するための第２のビーム偏向スキャナシステム（５）であって、少なくとも１つの偏向ミラーと、第１の走査軸（５１）と、第２の走査軸（５２）と、を備える第２のビーム偏向スキャナシステム（５）と、
   前記走査曲線（ｆ）の所定の曲線形状、所定の曲線振幅、および所定の曲線の向きのうちの少なくとも１つに従って、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記フェムト秒レーザパルスの偏向（Ａ），（ｂ）および前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記フェムト秒レーザパルスの偏向を制御するための制御モジュール（８）と、
   を備えている眼科用装置（１）。
2. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）を、連携させて制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線の向きを決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）、前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）、および前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の相対的な位相を、連携させて制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線の向きを決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
4. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）を、連携させて制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線振幅（Ｆ）を決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の装置（１）。
5. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の相対的な位相を制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線形状を決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の装置（１）。
6. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）を、連携させて制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線形状を決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の装置（１）。
7. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする偏向周波数（ω_ｘ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする偏向周波数（ω_ｙ）を、連携させて制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の前記曲線形状を決めるように構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の装置（１）。
8. 前記制御モジュール（８）は、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）、前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の相対的な位相、前記第１の走査軸（５１）を中心とする偏向周波数（ω_ｘ）、および前記第２の走査軸（５２）を中心とする偏向周波数（ω_ｙ）のうちの少なくとも１つを制御することによって、前記走査曲線（ｆ）の、フーリエ合成によって規定可能な曲線形状を決めるように構成されていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１つに記載の装置（１）。
9. 前記制御モジュール（８）は、前記処理線（ｓ）に応じて、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の偏倚振幅（Ｂ）、前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の偏倚振幅（Ａ）、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）と前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の相対的な位相、前記第１の走査軸（５１）を中心とする偏向周波数（ω_ｘ）、および前記第２の走査軸（５２）を中心とする偏向周波数（ω_ｙ）のうちの少なくとも１つを制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の装置（１）。
10. 前記制御モジュール（８）は、前記処理線（ｓ_ｘ，ｓ_ｙ）の方向が変わった場合に、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）の前記偏倚振幅（Ｂ）を小さくするとともに、前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）の前記偏倚振幅（Ａ）を大きくするように構成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の装置（１）。
11. 前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ｂ）が前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）に対して２倍の偏向周波数（ω_ｙ）で行われ、前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）によって、前記第１のスキャナシステム（３）によって前記処理線（ｓ_ｘ）の方向に生じさせられる前記偏向が少なくとも部分的に補償されるように、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記偏向（ｂ）および前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記偏向（ａ）を制御するように、前記制御モジュール（８）が構成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の装置（１）。
12. 前記第１のスキャナシステム（３）と前記第２のスキャナシステム（５）との間に配置され、前記第２のスキャナシステム（５）によって所定の走査幅の外側の領域（Ｒ１）へと偏向されたフェムト秒レーザパルスを遮光する働きをする絞り（４１）を特徴とする、請求項１から１１のいずれか１つに記載の装置（１）。
13. 前記走査曲線（ｆ）の所定の領域（Ｒ１、Ｒ２）でフェムト秒レーザパルスを選択的に排除するための、制御可能なフィルタモジュール（４）を特徴とする、請求項１から１２のいずれか１つに記載の装置（１）。
14. 前記第２のスキャナシステム（５）の第１の走査軸（５１）と前記第２の走査軸（５２）は、相互に直交するように向けられており、前記第２のスキャナシステム（５）は、前記第１の走査軸（５１）を中心として、および前記第２の走査軸（５２）を中心として、振動するように前記フェムト秒レーザパルスを偏向するように構成されており、前記第１のスキャナシステム（３）は、前記第２のスキャナシステム（５）に比べて偏倚が著しく大きいことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１つに記載の装置（１）。
15. 前記走査曲線（ｆ）が丸い曲線形状を有するように、前記第１の走査軸（５１）を中心とする前記フェムト秒レーザパルスの前記偏向および前記第２の走査軸（５２）を中心とする前記フェムト秒レーザパルスの前記偏向を制御するように、前記制御モジュール（８）が構成されており、結果として得られる所定の軌跡形状を有する走査軌跡（ｔ）が前記走査曲線（ｆ）の前記処理線（ｓ）への重ね合わせから生じさせられるように、前記第１のスキャナシステム（３）の前記走査速度を制御するように、前記制御モジュール（８）が構成されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１つに記載の装置（１）。

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