JP2021506428A - 電磁放射ビーム走査システム及び方法 - Google Patents

Abstract

電磁ビーム走査システム及び対応する使用方法が提供される。システムは、モータ、往復動機構、及び焦点光学系を含む。モータは、回転運動を発生するように構成される。往復動機構は、モータと動作可能に結合し、回転運動を、第１走査軸に沿った複数のストロークを含む往復運動に変換するように構成される。往復運動は、複数のストロークのうちの少なくとも１つのストロークの一部にわたって一定速度を有する。焦点光学系は、往復動機構に動作可能に結合され、焦点光学系は、移動して往復動機構の往復運動を受ける。焦点光学系は、焦点光学系に入射する電磁放射（ＥＭＲ）ビームを第１走査軸と実質的に直交する光軸に沿って焦点に集束するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、一般にレーザビーム走査のための方法、システム、及び装置に関する。

電磁放射（ＥＭＲ）（例えば、レーザ）ビームの走査は、エネルギーベースの医療及び美容治療を含む多くの技術的な適用のために必要である。多くの場合、ビームが可能な限り速い速度で走査されることが有利であり、その結果、放射線が可能な限り早く伝達され、処理時間（例えば、治療時間）を短縮することができる。また、放射ビームが走査経路上に一貫して伝達されるために、ビームが走査される速度が可能な限り一定であることがしばしば有利である。走査速度が変化する場合、ビームは、走査速度が遅い経路に沿った場所により多くの放射線を伝達し、走査速度が速い経路に沿った場所にさらに少ない放射を伝達する。走査速度の変化量は、応用分野によって異なる。

電磁放射を使用する新しい応用分野が増加するにつれ、このような新しい応用分野に対応するためには、新しいビーム走査システムと方法が必要になる。例えば、ＥＭＲ装置及び方法（例えば、レーザ及び強烈なパルス光）を使用して表皮の色素沈着（例えば、日光性黒子）の治療を長い間、成功的に行ってきた。しかし、一部の皮膚色素沈着（例えば、肝斑）に対するＥＭＲでの成功的な治療は、非現実的であった。

肝斑は、病因が不明である皮膚疾患の１つの例で、多くの場合、顔面領域に斑状の色素沈着過剰を引き起こす。この症状は、男性よりも女性に多く見られる。肝斑の特定の原因はあまりよく理解されていないが、肝斑の色素沈着は、妊娠、日光露出、経口避妊薬などの特定の薬物、ホルモンレベル、遺伝的要因などのいくつかの条件によってさらに悪化することがある。肝斑の典型的な症状には、一般に上頬、鼻、上唇、及び額に見られる、暗くて不規則な形状の斑点又は斑紋が含まれる。このような斑点は、時間の経過とともに徐々に大きくなる。肝斑は、外見上の変色以外の他の症状を引き起こしたり、他の有害な影響を及ぼしたりすることはない。

皮膚の表皮領域（例えば、組織表面又はその近く）に通常存在する多くの色素性構造とは異なり、真皮（又は深部）肝斑は、多くの場合、下層真皮の一部又は領域でメラニン及びメラノファージ（例えば、過度に色素沈着した細胞を含む）の広範囲な存在を特徴とする。従って、真皮肝斑の治療（例えば、色素沈着した暗い領域の外観の淡色化）は、皮膚内のより深い位置にあるそのような色素沈着した細胞及び構造にアクセスして影響を与えることが非常に困難であるため、特に困難な場合がある。従って、主に表皮に影響を与えるフェイスピール（レーザ又は化学物質）、皮膚切除術、局所剤などのような従来の皮膚若返り治療は、真皮肝斑治療に効果的でないこともある。

特定の波長の光又は光エネルギーを適用して様々な症状が治療され得る。標的構造に隣接する組織構造を損傷することなく、適切な標的構造（例えば、皮膚などの組織）にエネルギーを伝達することには、多くの課題が存在する。これらの課題には、十分なフルエンス（ｆｌｕｅｎｃｅ）と焦点を備えた適切な波長のエネルギーの伝達と、光又は光エネルギーで対象構造を効果的かつ効率的に走査する機能とが含まれる。

特定の波長の光又は光エネルギーの適用は、色素沈着細胞（ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ ｃｅｌｌ）によって強く吸収され、それによってそれらに損傷を与え得ることが観察された。しかし、光エネルギーを利用した真皮肝斑の効果的な治療は、いくつかの障害を招く。例えば、真皮の色素沈着細胞は、細胞を破壊又は損傷させるのに適切な波長の十分な光エネルギーを対象にしなければならず、これは色素沈着（ｐｉｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）の一部を放出又は破壊して色素沈着を低減し得る。しかし、このようなエネルギーは、表皮及び上部真皮などの上にある皮膚組織中の色素（例えば、発色団）によって吸収され得る。このような表面近くの吸収は、皮膚の外側部分の過剰な損傷を招き、より深い真皮へその内部の色素沈着細胞に影響を与えるためのエネルギー伝達が不充分となる。さらに、表皮の基底層にあるメラニン細胞に対する熱的損傷は、メラニン生成の増加を誘発し得る。

治癒を促進するために健康な組織によって分離された皮膚上の小さな個別の治療位置に光エネルギーを適用する部分的アプローチ方式が開発された。治療位置（例えば、表皮層）周辺の健康な組織への損傷を回避しながら、望ましい特異性で治療位置（例えば、皮膚層に位置）を正確に標的にすることは、困難な場合がある。これは、例えば、レーザビームを治療位置に集束させるための高開口数（ＮＡ）を備えた光学システムを必要とする。高ＮＡの光学システムは、真皮に十分に低い焦点外フルエンスを維持しながら、真皮に十分に高いフルエンス（即ち、エネルギー密度）を伝達する。「真皮肝斑を治療するための方法及び装置」と題する米国特許出願公開第２０１６／０１９９１３２号は、この技術が研究環境で肝斑を含む皮膚色素沈着の治療に有利であることを説明している。しかしながら、現在の利用可能なビーム走査システム及び方法は、この治療技術を広範囲に採用することを妨げている。肝斑などの色素沈着症に苦しむ人々とその治療者は、ＥＭＲベースの治療が広く利用できるようになることを長い間期待してきた。

従って、高開口数を有することができ、広い患部にわたって走査することができる光学システムを開発することが望ましい。また、光学システムが患部を適切な時間幅（例えば、１時間未満）で治療できることが望ましい場合がある。また、一定の量の放射線を伝達するために、光学システムが一定速度で走査することが有利である。さらに、光学システムが、例えば治療領域との固い接触を設定し、治療領域を安定化させ、治療領域を冷却、又はそれと同様のことができるインターフェースを含むことが望ましい場合がある。

従って、ＥＭＲ（例えば、レーザ）ビーム走査のための改善された方法、システム、及び装置が提供される。

一実施形態では、電磁ビーム走査システムが提供される。システムには、モータ、往復動機構、及び焦点光学系（ｆｏｃｕｓ ｏｐｔｉｃ）を含む。モータは、回転運動を発生させるように構成される。往復動機構は、モータと動作可能に結合し、回転運動を第１走査軸に沿った複数のストローク（ｓｔｒｏｋｅ）を含む往復運動（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）に変換するように構成される。往復運動は、複数のストロークのうちの少なくとも１つのストロークの一部にわたって一定速度を有する。焦点光学系は、往復動機構に動作可能に結合され、焦点光学系は移動して往復動機構の往復運動を受ける。焦点光学系は、焦点光学系に入射する電磁放射（ＥＭＲ）ビームを第１走査軸と実質的に直交する光軸に沿って焦点に集束するように構成される。

他の実施形態では、一定速度は、所望する一定速度の５０％以内であり、ストロークの一部は、ストロークの１０％以上である。

他の実施形態では、システムはまた、電磁放射源及び光学システムを含む。電磁放射源は、ＥＭＲビームを生成するように構成される。光学システムは、ＥＭＲビームが焦点光学系に入射するように構成される。

他の実施形態では、光学システムの少なくとも１つの要素が往復運動を受ける。

他の実施形態では、ＥＭＲ源は、所定の反復速度に従ってパルスモードで動作するように構成され、及びＥＭＲ源の反復速度と往復運動の一定速度との間の関係は、第１走査軸に沿った逐次的パルス焦点間の公称ピッチ（ｎｏｍｉｎａｌ ｐｉｔｃｈ）を決定する。

他の実施形態では、システムは、間欠機構（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）をさらに含む。

間欠機構は、往復動機構と動作可能に結合され、第１走査軸に実質的に直交する第２走査軸に沿って間欠運動を導入するように構成されている。焦点光学系は、間欠機構に動作可能に結合されて焦点光学系が間欠運動を受けるようにする。

他の実施形態では、間欠機構は、往復運動の位置に従って間欠運動を導入するように構成される。

他の実施形態では、間欠運動は、往復運動が一般にストロークの始まり、ストロークの中間、及びストロークの終わりのうちの少なくとも１つに対応する位置にあるときに導入される。

他の実施形態では、システムは、接触面を介して標的組織の表面と接触するように構成された光軸に沿って焦点光学系と焦点との間に設けられたハウジングをさらに含み、焦点は、標的組織の表面の下りビームに位置する。

他の実施形態では、接触面は、標的組織を冷却するように構成される。

他の実施形態では、ハウジングは、圧力センサ、接触センサ、及び温度センサのうちの１つ以上を含む。

さらなる実施形態では、電磁ビーム走査のための方法が提供される。この方法は、回転運動を生成するステップを含む。この方法はまた、生成された回転運動を第１走査軸に沿った複数のストロークを含む往復運動に変換するステップを含む。往復運動は、複数のストロークのうちの少なくとも１つのストロークの一部にわたって一定速度を有する。この方法は、往復運動に従って焦点光学系を移動させるステップをさらに含み、焦点光学系は、焦点光学系に入射する電磁放射（ＥＭＲ）ビームを第１走査軸と実質的に直交する光軸に沿って焦点に集束するように構成される。

他の実施形態では、一定速度は、所望する一定速度の５０％以内であり、ストロークの一部は、ストロークの１０％以上である。

他の実施形態では、この方法は、ＥＭＲビームを生成するステップと、光学システムを使用して、焦点光学系に入射するＥＭＲビームを指向するステップとを含む。

他の実施形態では、この方法は、往復運動に従って光学システムの少なくとも１つの要素を移動させるステップを含む。

他の実施形態では、この方法は、所定の反復速度に従ってＥＭＲビームをパルス化するステップを含む。反復速度と一定速度との関係は、第１走査軸に沿った逐次的パルスレーザ焦点間の公称ピッチを決定する。

他の実施形態では、方法は、第１走査軸に実質的に直交する第２走査軸に沿って間欠運動を導入するステップと、間欠運動に従って焦点光学系を移動させるステップとを含む。

他の実施形態では、間欠運動は、往復運動の位置に従って導入される。

他の実施形態では、間欠運動は、往復運動が一般にストロークの始まり、ストロークの中間、及びストロークの終わりのうちの少なくとも１つに対応する位置にあるときに導入される。

他の実施形態では、方法は、光軸に沿って焦点光学系と焦点との間の標的組織の表面をハウジングの接触面と接触させるステップを含み、焦点は、標的組織の表面の下りビームに位置する。

他の実施形態では、方法は、接触面を使用して標的組織を冷却するステップを含む。

他の実施形態では、方法は、ハウジング内に位置するセンサを使用して標的組織の１つ以上の変数を検出するステップを含む。１つ以上の変数は、圧力、接触面と標的組織との間の接触、及び温度のうちの少なくとも１つを含んでもよい。

本開示の実施形態は、添付図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

いくつかの実施形態による、一次元（１Ｄ）ビーム走査システムを概略的に示す図である。 いくつかの実施形態による、二次元（２Ｄ）ビーム走査システムを概略的に示す図である。 いくつかの実施形態による、例示的なビーム走査システムの断面図である。 いくつかの実施形態による、走査経路を横断するときの例示的なビーム走査システムの底面図である。 いくつかの実施形態による、走査経路を横断するときの例示的なビーム走査システムの底面図である。 いくつかの実施形態による、走査経路を横断するときの例示的なビーム走査システムの底面図である。 いくつかの実施形態による、走査経路を横断するときの例示的なビーム走査システムの底面図である。 いくつかの実施形態による、第１の例示的な往復動機構の入力軸回転角度の関数として走査速度を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、第１の例示的な往復動機構の走査位置の関数として走査速度を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、第１の例示的な往復動機構及びパルス電磁放射（ＥＭＲ）ビームの走査位置の関数としてパルスピッチを示すグラフである。 いくつかの実施形態による、第２の例示的な往復動機構の入力軸回転角度の関数として走査速度を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、第２の例示的な往復動機構の走査位置の関数として走査速度を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、第２の例示的な往復動機構及びパルス電磁放射（ＥＭＲ）ビームの走査位置の関数としてパルスピッチを示すグラフである。 いくつかの実施形態による、例示的なビーム走査装置のモデリングされた走査経路を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、例示的なビーム走査装置及び電磁放射（ＥＭＲ）ビームによる照射後のアクリルブロックを示す顕微鏡画像である。 いくつかの実施形態による、例示的な往復動機構の測定された位置対時間を示すグラフで往復運動を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な二次元（２Ｄ）ビーム走査装置の等角図を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な２Ｄビーム走査装置の正面図を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な間欠機構の図を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な自己反転リードスクリューの側面図を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な２Ｄビーム走査装置の一部の正面図を示す。 いくつかの実施形態による、自己反転リードスクリューナット組立体の断面図を示す。 いくつかの実施形態による、例示的な２Ｄビーム走査装置のモデリングされた走査経路を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、三次元（３Ｄ）走査経路を概略的に示す図である。 治療システムの例示的な実施形態を示す。 皮膚の皮膚層の色素沈着領域で集束されたレーザビームの概略図である。 メラニンの例示的な吸光度スペクトルのグラフである。 ヘモグロビンの例示的な吸光度スペクトルのグラフである。 メラニン及び静脈血の吸収係数、及び皮膚における光の散乱係数対波長のプロットを示す。 プリオブジェクティブ走査システムの概略図である。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 図６のプリオブジェクティブ走査システムのビーム折曲平面を示す。 例示的なfθレンズの例を示す。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 図２０Ａは、図１５、図１８、及び図１９のプリオブジェクティブ走査システムに関連する例示的な走査パターンを示す。 図２０Ｂは、図１５、図１８、及び図１９のプリオブジェクティブ走査システムに関連する例示的な走査パターンを示す。 図２０Ｃは、図１５、図１８、及び図１９のプリオブジェクティブ走査システムに関連する例示的な走査パターンを示す。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 図２０のプリオブジェクティブ走査システムの例示的なプリズムシステムを示す。 図２２と関連する例示的な走査パターンを示す。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 例示的なプリオブジェクティブ走査システムを示す図である。 ポストオブジェクティブ走査システムの概略図である。 例示的な走査ユニット内の光学素子の斜視図である。 回転オブジェクティブ走査システムの概略図である。 治療領域上に配置された内面回転オブジェクティブ走査システムの斜視図である。 治療領域上に配置された内面回転オブジェクティブ走査システムの上面図である。 例示的な内面回転オブジェクティブ走査システムにおける光学素子の配置の斜視図である。 組織表面上に配置された図３０の内面回転オブジェクティブ走査システムの斜視図である。 組織表面上に配置された図３０の内面回転オブジェクティブ走査システムの側面図である。 図３２Ａの第１光学サブシステムの概略図である。 図３０の内面回転オブジェクティブ走査システムの対物レンズに関連する走査経路の概略図である。 図３０の回転オブジェクティブ走査システムにおける対物レンズの角度位置に基づく横方向ピッチの変化を示す図面である。 図３０の内面回転オブジェクティブ走査システムの接触面を示す図面である。 ２つの対物レンズを備えた例示的な内面回転オブジェクティブ走査システムにおける光学素子の配置を概略的に示す図面である。 例示的な偏光ベース内面回転オブジェクティブ走査システムにおける光学素子の配置を概略的に示す図面である。 ３つの対物レンズを備えた例示的な内面回転オブジェクティブ走査システムにおける光学素子の配列を概略的に示す図面である。 治療領域にわたる横断回転オブジェクティブ走査システムの斜視図である。 治療領域にわたる横断回転オブジェクティブ走査システムの他の斜視図である。 例示的な横断回転オブジェクティブ走査システムの斜視図である。 図４０Ａの横断回転オブジェクティブ走査システムの光学素子の図面である。 図４０Ａの横断回転オブジェクティブ走査システムの側面図である。 組織表面上に配置された図４０Ａの横断回転オブジェクティブ走査システムの側面図である。 図４０Ａの横断回転オブジェクティブ走査システムにおける対物レンズの配列の斜視図である。 図４２Ａの横断回転オブジェクティブ走査システムの対物レンズに関連する走査経路の概略図である。 他の例示的な横断回転オブジェクティブ走査システムの側面図である。

図面は、必ずしも縮尺の通りではないことに留意されたい。図面は、本明細書で開示された主題の典型的な態様のみを示すことを意図しており、従って、本開示の範囲を制限するものと見なされるべきではない。当業者は、本明細書に具体的に説明され、添付の図面に示されるシステム、装置、及び方法が非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。

本明細書に開示される装置及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理の全般的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態がここに説明される。これらの実施形態の１つ以上の例が添付の図面に示されている。当業者は、本明細書で具体的に説明され、添付の図面に示される装置及び方法が非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。例示的な一実施形態と関連して図示又は説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。そのような修正及び変形は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。

本発明の実施形態は、このような色素沈着症状（ｐｉｇｍｅｎｔａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）の外観を改善するために、肝斑などの皮膚の色素沈着症状の治療に関して以下で詳細に論じる。しかしながら、開示された実施様態は、他の色素沈着及び非色素沈着症状、並びに他の組織及び非組織標的の治療のために制限なく使用されてもよい。色素沈着症状の例は、炎症後の色素沈着（ｈｙｐｅｒｐｉｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）、目の周囲の色黒の皮膚、黒目、カフェオレ斑（ｃａｆｅ ａｕ ｌａｉｔ ｐａｔｃｈｅｓ）、ベッカー母斑（Ｂｅｃｋｅｒ’ｓ ｎｅｖｉ）、太田母斑（Ｎｅｖｕｓ ｏｆ Ｏｔａ）、先天性色素細胞性母斑（ｃｏｎｇｅｎｉｔａｌ ｍｅｌａｎｏｃｙｔｉｃ ｎｅｖｉ）、小斑点／黒子（ｆｒｅｃｋｌｅｓ／ｌｅｎｔｉｇｏ）、ヘモジデリン（ｈｅｍｏｓｉｄｅｒｉｎ）リッチ構造、色素胆石（ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ ｇａｌｌｓｔｏｎｅｓ）、ルテイン、ゼアキサンチン（ｚｅａｘａｎｔｈｉｎ）、ロドプシン（ｒｈｏｄｏｐｓｉｎ）、カロチノイド（ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ）、ビリベルジン（ｂｉｌｉｖｅｒｄｉｎ）、ビリルビン（ｂｉｌｉｒｕｂｉｎ）及びヘモグロビン（ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）リッチ構造、及びタトゥー（ｔａｔｔｏｏ）を含む組織を含むことができるが、これらに制限されることはない。非色素沈着状態の例には、毛嚢、毛幹、血管病変、感染性状態、皮脂腺、にきびなどを含むことができるが、これらに制限されることはない。

さらに、本開示では、実施形態の同様の名称の構成要素は、一般に同様の特徴を有し、特定の実施形態内では、それぞれ同様の名前の構成要素の各特徴は、必ずしも完全に記述されているわけではない。また、開示されたシステム、装置、及び方法の説明において、直線又は円形の寸法が使用される限り、そのような寸法は、そのようなシステム、装置、及び方法と組み合わせて使用できる形態の類型を制限すること意図しない。当業者は、そのような直線及び円形の寸法と同等の寸法が任意の幾何学的形態に対して容易に決定され得ることを認識するであろう。システム及び装置、並びにそれらの構成要素のサイズ及び形状は、システム及び装置が使用される構成要素のサイズ及び形、システム及び装置が使用される方法及び手続は、システム及び装置が使用される対象の解剖学的構造に少なくとも依存し得る。

一般に、電磁放射（ＥＭＲ）（例えば、レーザビーム）を組織の治療領域に集束させることができる高開口数（ＮＡ）光学走査システムが記述されている。集束レーザビームは、周辺組織を損傷することなく治療領域に光エネルギーを伝達することができる。伝達された光エネルギーは、影響を受けない非標的領域（例えば、上皮層、皮膚層の他の部分など）に囲まれた皮膚又は組織の周辺領域又は他の色素沈着標的領域に影響を及ぼすことなく、例えば皮膚の皮膚層の治療領域で色素沈着発色団（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ）及び／又は標的を破壊することができる。他の実施形態では、伝達された光エネルギーは、タトゥーの除去又は変更、又はヘモグロビン関連の治療を誘発することができる。

光又は光エネルギーで皮膚状態を治療するための例示的な方法及び装置は、「真皮肝斑の選択治療のための方法及び装置」と題する米国特許出願公開第２０１６／０１９９１３２号に開示されており、及び「真皮肝斑の治療のための方法及び装置」という題名の米国仮出願第６２／４３８，８１８号に開示されており、これらの各々は、その全体が参照として本明細書に組み込まれている。

一般に、組織の色素沈着症状の治療のためのシステム及び対応する方法が提供される。以下でより詳細に論じられるように、開示されるシステム及び方法は、レーザビームなどの電磁放射（ＥＭＲ）を使用して、所定の量のエネルギーを標的組織に伝達する。ＥＭＲは、焦点領域に集束させることができ、焦点領域は標的組織に対して任意の方向に平行移動又は回転し得る。所定の量の放射線は、色素沈着症状を示す組織の部分を熱的に破壊するか、又は損傷するように構成され得る。このようにして、所定の量のエネルギーは、その外観を改善するための色素沈着症状の治療のために標的組織内の任意の位置に伝達され得る。

組織の治療を含む標的へのＥＭＲの伝達する様々な応用では、一定の量の放射線を伝達することが重要である。そのようにするために、光学システムが一定速度で走査することが有利である。一定又は実質的に一定の走査速度を実現する例示的なシステムが以下に説明される。

図１は、本発明の実施形態による電磁放射（ＥＭＲ）ビーム１０２を走査するためのシステム１００を概略的に示す。モータ１０４は、回転運動１０６を発生させる。モータ１０４は、回転運動１０６が往復動機構１０８を駆動するように往復動機構１０８に動作可能に結合される。往復動機構１０８は、回転運動１０６を第１走査軸１１２（例えば、ｘ軸）に沿って直線的に作用する往復運動１１０に変換する。いくつかの実施形態によれば、往復動機構は、カム及びフォロア、クランク及びスライダ、スコッチヨーク及びマルチバーリンケージのうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態によれば、往復運動１１０は、複数のストローク（例えば、２つのストローク、前方ストローク、及び後方ストローク）で動く。典型的に、往復動機構１０８は、一定速度で往復運動１１０を提供するように構成される。言い換えれば、往復運動１１０は、少なくとも１つのストロークのある部分にわたって実質的に平坦な速度プロファイルを有する。

一定速度の実施形態は、所定又は所望の定速を採用することができる。例えば、所望の一定速度は、約２ｍｍ／ｓ〜約５ｍ／ｓの範囲から選択されてもよい。特定の実施形態では、一定速度は、所望の一定速度の選択された割合であり得る。一例として、選択された割合は、所望の一定速度の約５％〜約９５％（例えば、約５０％）の範囲から選択され得る。

往復運動１１０のストロークにおいて一定速度が提供される部分は変化することができる。例えば、一定速度を有するストロークの部分は、約５％〜約９５％（例えば、少なくとも約１０％）の範囲から選択され得る。

焦点光学系１１４は、往復動機構１０８に動作可能に結合され、往復運動１１０を受けてそれに従って移動する。焦点光学系１１４は、光軸１１８に沿ってＥＭＲビーム１０２を焦点１１６に集束するように構成される。焦点光学系１１４の往復運動１１０は、第１走査軸１１２に沿って焦点１１６及び光軸１１８を移動させる。

いくつかの実施形態によれば、ＥＭＲビーム１０２は、電磁放射（ＥＭＲ）源１２０によって生成される。ＥＭＲ源の例は、以下で詳細に説明する。ＥＭＲビーム１０２は、ＥＭＲ源１２０から送出され、光学システム１２２によって焦点光学系１１４に入射するように向けられる。一般に、光学システム１２２は、１つ以上の反射及び／又は透過光学系（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ）を含む。いくつかの実施形態によれば、光学システム１２２は、移動する１つ以上の動的光学素子１２４を含む。例えば、光軸１１８に沿って配置され、焦点光学系１１４に機械的に取り付けられた反射器の形態の動的光学素子１２４は、往復運動１１０を受けてそれに従って移動する。以下でより詳細に説明するように、ＥＭＲ源１２０は、所定の反復速度に従ってパルスモードで動作するように構成することができる。ＥＭＲ源１２の反復速度と往復運動１１０の一定速度との間の関係は、第１走査軸１１２に沿った逐次的パルス焦点間の公称ピッチを決定することができる。

いくつかの実施形態によれば、ハウジング１２６は、光軸に沿って焦点光学系１１４と焦点１１６との間に設けられる。ハウジング１２６は、接触面を介して、標的表面（ｔａｒｇｅｔ ｓｕｒｆａｃｅ）、例えば標的組織１２８の表面と接触するように構成される。図に示すように、焦点１１６は、標的組織１２８の表面の下りビームに位置する。ハウジング１２６は、以下でより詳細に説明する。一実施形態では、接触面は、標的組織１２８を冷却するように構成することができる。他の実施形態では、１つ以上のセンサ（例えば、圧力センサ、接触センサ、温度センサなど）がハウジング内に位置し、標的組織の１つ以上の変数を測定するように構成し得る。１つ以上の変数は、１つ以上の圧力、接触面と標的組織との間の接触、及び温度を含むことができる。

いくつかの実施形態によれば、コントローラ１３０は、モータ１０４、往復動機構１０８、及びＥＭＲ源１２０のうちの１つ以上を制御するために使用される。いくつかのバージョンでは、コントローラ１３０は、回転運動１０６及び往復運動１１０のうちの少なくとも１つを測定する１つ以上のセンサ１３２から入力を受ける。

図２は、電磁放射（ＥＭＲ）ビームを２つの軸で走査するシステム２００を概略的に示す。モータ２０２は、回転運動２０４を生成して往復動機構２０６に伝達し、回転運動２０４を第１走査軸２１０に沿って往復運動２０８に変換する。いくつかの実施形態によれば、往復運動２０８は、直線ストロークを含み、直線ストロークの一部にわたって一定速度を有する。焦点光学系２１２は、往復運動２０８を受けてそれに従って動くように、往復動機構２０６の出力に機械的に取り付けられる。間欠機構２１４は、往復動機構２０６と動作可能に結合される。間欠機構２１４は、断続的に間欠運動２１６を出力する。いくつかの実施形態によれば、間欠機構は、ラチェット機構、ゼネバホイール機構、カム機構、及び間欠的ギヤ機構のうちの１つ以上を含む。

いくつかの実施形態によれば、間欠運動２１６は、線形であり、一般に第１走査軸２１０と直交する第２走査軸２１８に沿って作用する。いくつかの実施形態によれば、間欠機構２１４は、往復運動２０８が特定位置又はその近くにあるとき、例えばストロークの始まり、ストロークの中間、又はストロークの終わりに間欠運動２１６を導入する（例えば、タイミングを合わせる）ように構成される。

いくつかの実施形態によれば、コントローラ２３０は、モータ２０２、往復動機構２０６、及び間欠機構２１４のうちの１つ以上を制御するために使用される。いくつかのバージョンでは、コントローラ２３０は、回転運動２０４、往復運動２０８、及び間欠運動２１６のうちの少なくとも１つを測定する１つ以上のセンサ２３２から入力を受ける。

図３Ａは、いくつかの実施形態により、単一軸で電磁放射（ＥＭＲ）ビーム３０２を走査するための例示的なシステム３００の断面図を示す。ＥＭＲビーム３０２は、右からシステム３００に入り、ミラー３０４によって反射する。ミラー３０４は、ＥＭＲビーム３０２が焦点光学系（例えば、対物レンズ）３０６に入射するように指向する。焦点光学系３０６は、ＥＭＲビーム３０２を焦点３０８に集束させる。モータ３１０は、第１非円形ギヤ３１２（例えば、楕円形二葉ギヤ（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｂｉｌｏｂｅ ｇｅａｒ））を駆動させる。第１非円形ギヤ３１２は、第２非円形ギヤ３１４に歯合して駆動する。第２非円形ギヤ３１４は、偏心ピン３１６に取り付けられている。偏心ピン３１６は、ヨーク３１８内にかかっている。ヨーク３１６は、ミラー３０４、焦点光学系３０６、及び直線レール３２０上にかかるキャリッジに取り付けられている。偏心ピン３１６、ヨーク３１８、及びレール３２０は、偏心ピン３１６の回転運動を直線往復運動に（例えば、スコッチヨーク機構によって）変換するように配列される。いくつかの実施形態によれば、偏心ピン３１６は、ピン３１６とヨーク３１８との間の摩擦力を低減するためのベアリング（例えば、ローリングスコッチヨーク疑似機構）を含む。いくつかの実施形態によれば、直線往復運動を検出するためにリニアエンコーダが使用される。磁気ストリップ３２２（例えば、コメンダ（スロベニア）のＲＬＳメリルナ・テクニカｄ．ｏ．ｏ．（ＲＬＳ Ｍｅｒｉｌｎａ ｔｅｈｎｉｋａ ｄ．ｏ．ｏ．）のＰＮ：ＭＳ０５ＢＭ０４０ＡＭ０１０）がヨーク３１８に取り付けられて示されている。磁気エンコーダセンサ（例えば、コメンダ（スロベニア）のＲＬＳメリルナ・テクニカｄ．ｏ．ｏ．のＰＮ：ＲＬＭ２ＩＣＡＤ４０Ｂ１５Ａ００）は、磁気ストリップ３２２に対して静的に保持され、磁気ストリップの移動を検出する。いくつかの実施形態によれば、ヨーク３１８の相対位置は、磁気ストリップの検出されたパルスをカウントすることによって導出され、ヨーク３１８の移動方向は、リニアエンコーディングから導出される。いくつかの実施形態によれば、リニアエンコーダは、接続３２４を介して１つ以上の信号をコントローラに通信する。

図３Ｂ〜図３Ｃは、ヨーク３１８、ミラー３０６、及び焦点光学系３０８がストロークを右位置から中間位置に、そして最終的に左位置に移動するときの図３Ａのシステム３００の底面図を示す。図３Ｂは、ストロークの開始時に、完全に右の位置にあるヨーク３１８、ミラー３０６、及び焦点光学系３０８を有するシステム３００を示す。図３Ｃは、ストロークの中間位置に、ヨーク３１８、ミラー３０６、及び焦点光学系３０８を有するシステム３００を示す。図３Ｄは、ストロークの終わりに完全に左の位置に、ヨーク３１８、ミラー３０６、及び焦点光学系３０８を有するシステム３００を示す。非円形ギヤ３１２，３１４によって、モータ３１０と偏心ピン３１６との間のギヤ比は、一定ではなく、回転位置に従って変化する。楕円形二葉ギヤ（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｂｉｌｏｂｅ ｇｅａｒ）の場合、ギヤ比は１回転で約Ｋと約１／Ｋとの間で２倍に変化し、ここで、Ｋはピッチ楕円の最大半径をピッチ楕円の最小半径で割った比率である。非円形ギヤを使用してスコッチヨークを駆動するメカニズムは、回転運動を一定又はほぼ一定の線速度を有する往復運動に変換するための１つの手法である。例えば、いくつかの実施形態によれば、約±２５％の公差で、約１０００ｍｍ／ｓの一定の線速度でＥＭＲビームを走査して、加速及び減速時間を最小にすることが望ましい。

図４Ａ〜４Ｃは、約１．７のＫ値を有する楕円形二葉ギヤを含む第１の例示的な往復動機構のモーションプロファイルを説明するグラフを示し、スコッチヨーク機構は、約１４ｍｍのストローク長さ及び約７ｍｍの偏心半径を有し、入力軸は、約２０８９ＲＰＭの一定速度で駆動する。

図４Ａは、第１の例示的な往復動機構の入力軸の１／２回転に対応する第１の例示的な往復運動の速度プロファイル４０２のグラフ４００を示す。グラフ４００は、垂直軸４０４に沿ってプロットされた１秒当たりのミリメートル単位のスライダ（例えば、焦点光学系）の瞬間線速度、及び水平軸４０６に沿ってプロットされたラジアン単位の入力軸角度（例えば、モータ軸角度）を有する。下限閾値速度４０８は、１０００ｍｍ／ｓの所望の一定の線速度（例えば、７５０ｍｍ／ｓ）よりも約２５％遅い。上限閾値速度４１０は、１０００ｍｍ／ｓの所望の線速度（例えば、１２５０ｍｍ／ｓ）よりも約２５％速い。速度プロファイル４０２は、入力軸角度４０６の約８８％にて、下限閾値速度４０８と上限閾値速度４１０との間の瞬間速度４０４を有する（例えば、一定速度を有する）。

図４Ｂは、第１の例示的な往復動機構の入力軸（例えば、スライダの１つのストローク）の１／２回転に対応する第１の例示的な往復運動の速度プロファイル４２２のグラフ４２０を示す。グラフ４２０は、垂直軸４２４に沿ってプロットされた１秒当たりミリメートル単位のスライダ（例えば、焦点光学系）の瞬間線速度、及び水平軸４２６に沿ってプロットされたミリメートル単位のスライダ位置（例えば、対物レンズの位置）を有する。下限閾値速度４０８は、１０００ｍｍ／ｓの所望の一定の線速度（例えば、７５０ｍｍ／ｓ）よりも約２５％遅い。上限閾値速度４３０は、所望の線速度１０００ｍｍ／ｓ（例えば、１２５０ｍｍ／ｓ）よりも約２５％速い。速度プロファイル４２２は、ストロークの約１３．３ｍｍ又は約９５％の間、下限閾値速度４０８と上限閾値速度４１０との間の瞬間速度４２４を有する（例えば、一定の線速度を有する）。いくつかの実施形態によれば、走査ビームは、速度プロファイル４２２が下限閾値４２８と上限閾値４３０との間の瞬間線速度（例えば、約−７．５ｍｍ〜約＋７．５ｍｍの位置範囲）を有する場合にのみ放出されるようにゲート制御される。

図４Ｃは、約２０ＫＨｚの反復速度でパルス化される、ＥＭＲビームを走査する第１の例示的な往復動機構の入力軸（例えば、スライダの１つのストローク）の１／２回転に対応する第１の例示的な往復運動のレーザパルスピッチプロファイル４４２のグラフ４４０を示す。グラフ４４０は、垂直軸４４４に沿ってプロットされたミリメートル単位の逐次的レーザパルスと、水平軸４４６に沿ってプロットされたミリメートル単位のスライダ位置（例えば、対物レンズの位置）の間の瞬間ピッチを有する。

いくつかの実施形態によれば、より一定の線速度でＥＭＲビームを走査することが望ましい。例えば、いくつかの実施形態によれば、約±１％の公差を有する１０００ｍｍ／ｓの一定の線速度が望ましい。図５Ａ〜図５Ｃは、約１．３のＫ値を有する楕円形二葉ギヤを含む第２の例示的な往復動機構のモーションプロファイルを説明するグラフを示し、スコッチヨーク機構は、約１４ｍｍのストローク長さ及び約７ｍｍの偏心半径を有し、入力軸は、約１７５９ＲＰＭの一定速度で駆動する。

図５Ａは、第２の例示的な往復動機構の入力軸の１／２回転に対応する第２の例示的な往復運動の速度プロファイル５０２のグラフ５００を示す。グラフ５００は、垂直軸５０４に沿ってプロットされた１秒当たりのミリメートル単位のスライダ（例えば、焦点光学系）の瞬間線速度、及び垂直軸５０４に沿ってプロットされたラジアン単位の入力軸角度（例えば、モータ軸角度）を有する。下限閾値速度５０８は、所望の一定の線速度１０００ｍｍ／ｓ（例えば、９９０ｍｍ／ｓ）よりも約１％遅い。上限閾値速度５１０は、１０００ｍｍ／ｓの所望の線速度（例えば、１０１０ｍｍ／ｓ）よりも約１％速い。速度プロファイル５０２は、入力軸角度５０６の約４９％に対して下限閾値速度５０８と上限閾値速度５１０との間の瞬間速度５０４を有する（例えば、一定速度を有する）。

図５Ｂは、第２の例示的な往復動機構の入力軸（例えば、スライダの１ストローク）の１／２回転に対応する第２の例示的な往復運動の速度プロファイル５２２のグラフ５２０を示す。グラフ５２０は、垂直軸５２４に沿ってプロットされた１秒当たりのミリメートル単位のスライダ（例えば、焦点光学系）の瞬間線速度、及び水平軸５２６に沿ってプロットされたミリメートル単位のスライダ位置（例えば、対物レンズの位置）を有する。下限閾値速度５０８は、所望の一定の線速度１０００ｍｍ／ｓ（例えば、９９０ｍｍ／ｓ）よりも約１％遅い。上限閾値速度５３０は、所望の線速度１０００ｍｍ／ｓ（即ち、１０１０ｍｍ／ｓ）よりも約１％速い。速度プロファイル５２２は、ストロークの約８．４ｍｍ又は約６０％の間、下部閾値速度５０８と上部閾値速度５１０との間の瞬間速度５２４（例えば、一定速度）を有する。いくつかの実施形態によれば、走査ビームは、速度プロファイル５２２が下限閾値５２８と上限閾値５３０との間にある瞬間線速度（例えば、約−４ｍｍと約＋４ｍｍとの間の位置範囲）を有する場合にのみ放出されるようにゲート制御される。

図５Ｃは、２０ＫＨｚの反復速度でパルス化される、ＥＭＲビームを走査する第２の例示的な往復動機構の入力軸（例えば、スライダの１つのストローク）の１／２回転に対応する第２の例示的な往復運動のレーザパルスピッチプロファイル５４２のグラフ５４０を示す。グラフ５４０は、垂直軸５４４に沿ってプロットされたミリメートル単位の逐次的レーザパルスの間の瞬間ピッチ、及び水平軸５４６に沿ってプロットされたミリメートル単位のスライダ位置（例えば、対物レンズの位置）を有する。

いくつかの実施形態によれば、走査は、上記の第１軸での往復走査、及び一般に第１軸に直交する第２軸での一定リニア移動による２つの軸で行われる。図６Ａ及び図６Ｂは、この方法による走査経路を示す。図６Ａは、二次元（２Ｄ）走査経路６０２のグラフ６００を示す。グラフは、垂直軸６０４に沿ってプロットされたミリメートル単位の遅軸に沿った位置、及び水平軸６０６に沿ってプロットされたミリメートル単位の速軸に沿った位置を有する。走査経路６０２は、速軸６０６における移動を含み、これは、Ｋ値１．７を有する楕円形二葉ギヤを含む例示的な往復動機構によって提供され、スコッチヨーク機構は、約１４ｍｍのストローク長さ及び約７ｍｍの偏心半径を有し、入力軸は、約２３００ＲＰＭの一定速度で駆動する。走査経路は、遅軸６０４での移動をさらに含み、これは約１０ｍｍ／ｓの一定速度で移動するステージによって提供される。走査経路６０２は、ジグザグパターンを有する。例示的な走査システムが構築され、上記のパラメータ及び約２０ＫＨｚの反復速度で動作するレーザでテストされた。図６Ｂは、さらなる例示的な走査装置を用いて、上述した走査経路及びパラメータに従って二次元で走査されたアクリルブロックの顕微鏡画像６１８（倍率１０Ｘ）を示す。一連のレーザマーク６１９は、個々のレーザパルスに対応する個々のマークで走査経路を追跡する。垂直リーダー６２０は、例示的な往復動機構の３つの全回転（例えば、６ストローク）の間の遅軸距離を示す。遅軸距離は、約０．７８ｍｍと推定される。水平リーダー６２４は、垂直リーダーと同一の距離を有し、垂直リーダーに垂直に配置される。水平リーダー６２４の距離にわたって約１３から約２０のパルスが発生する。従って、速軸に沿った逐次的レーザパルスの間の平均ピッチは、約０．０４ｍｍ〜約０．０６ｍｍの範囲であると推定できる。これは約８００ｍｍ／ｓ〜約１２００ｍｍ／ｓの推定された速軸の走査速度に該当する。

次に図６Ｃを参照すると、例示的な往復動機構の性能がグラフ６４０を参照してさらに説明される。往復運動６４２は、磁気ストリップ及びリニアエンコーダによって測定された（上記を参照）。例示的な往復動機構は、遅速（例えば、約２Ｈｚ）での一定の回転運動によって駆動された。グラフ６４０は、垂直軸６４４に沿って往復運動の位置をミリメートルで表示する。そして、秒単位の時間が水平軸６４６に沿って表示される。往復運動６４２は、グラフ６４０において線形であると見ることができる（例えば、往復運動は、一定の走査速度を有する）。

いくつかの実施形態によれば、非ジグザグパターンで二次元のＥＭＲビームを走査することが有利である。例えば、いくつかの実施形態によれば、ラスター走査又は疑似ラスター走査パターンが望ましい。二次元（２Ｄ）走査装置７００の例が図７Ａ〜図７Ｆに示されている。図７Ａを参照すると、電磁放射（ＥＭＲ）ビーム７０２は、ｙ軸に沿って右から走査装置７００に向けられ、光学システムを介して方向を変えられる。ＥＭＲビーム７０２は、ｘ軸に沿って第１反射器７０４によって左に約９０°反射され、次に第２反射器７０６によってｚ軸に沿って９０°下方に反射される。最終的に、ビームは、ビームを集束させる対物レンズ（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）７０８に入射するように向けられる。走査装置７００は、前述したような往復動機構７１０を含む。往復動機構７１０は、第１二葉楕円ギヤ（ｂｉｌｏｂｅ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｇｅａｒ）７１０Ａ、第２二葉楕円ギヤ７１０Ｂ、線形レール７１０Ｃ、及びキャリッジ７１０Ｄを含む。往復動機構７１０は、回転運動をｘ軸に沿った往復運動に変換するように構成される。回転運動は、モータ７２０によって提供され、これは、ドライブトレインを介して往復動機構７１０と動作可能に結合される。ドライブトレインは、第１ギヤ７２２、第２ギヤ７２４、ボールスプライン駆動軸７２６、第３ギヤ７２８、及び第４ギヤ７３０を含む。第１ギヤ７２２及び第２ギヤ７２４、並びに第３ギヤ７２８及び第４ギヤ７３０は、約１：１のギヤ比を有する。従って、モータ７２０における回転運動の回転速度は、ドライブトレインのギヤリングによって実質的に変わらない。

次に図７Ｂ〜７ｃを参照すると、間欠機構７４０は、往復動機構７１０及びモータ７２０の両方と機械的に連通することが示されている。第５ギヤ７３２は、第２ギヤ７２４と噛合する。第２ギヤ７２４と第５ギヤ７３２との間のギヤ比は、約１：２である。従って、第５ギヤ７３２の回転速度は、第２ギヤ７２４の回転速度、そして最終的にモータ７２０の２倍である。間欠機構は、偏心ピン７４０Ｂを有するクランク７４０Ａを備える。クランク７４０Ａは、第５ギヤ７３２と結合して第５ギヤ７６２と同じ速度で回転する。間欠運動は、ゼネバホイール（Ｇｅｎｅｖａ ｗｈｅｅｌ）７４０Ｃによって提供され、クランク７４０Ａの毎回転ごとに間欠的に移動する。ゼネバホイール７４０Ｃは、偏心ピン７４０Ｂが周期的にかかってゼネバホイール７４０Ｃを回転させる８つのスロットで示されている。ゼネバホイールには、８つのスロットがあるため、クランク７４０Ａの回転ごとに約１／８回転する。クランク回転の残りの７／８の間、ゼネバホイールは停止する（即ち、回転しない）。クランク７４０Ａの半月形によって所定の位置に保持される。最終的に、ゼネバホイール７４０Ｃの間欠的回転運動は、リードスクリュー７４２とリードスクリューナット組立体７５０との組み合わせによって、間欠的直線運動に変換される。リードスクリューナット組立体７５０は、往復動機構７１０及び対物レンズ７０８に間欠的直線運動を導入し、ＥＭＲビーム焦点７５２が一般にｙ軸に沿って移動するようにする。

図７Ｄは、往復動機構７１０又は光学システムのない走査装置７００のドライブトレインを示す。図７Ｄでは、リードスクリュースレッド（ｌｅａｄ ｓｃｒｅｗ ｔｈｒｅａｄ）７５６が示されている。リードスクリュースレッド７５６は、一般にダイヤモンドスレッドとして知られる自己反転スレッドである。これらスレッドは、リードスクリュー７４２の回転方向を変えることなく、ナットがリードスクリュー軸７５７に沿って方向を逆にすることを可能にする。

次に図７Ｅ〜図７Ｆを参照すると、リードスクリューナット組立体７５０は、往復動機構７１０及び光学システムの一部に取り付けられて示されている。リードスクリューナット組立体７５０は、米国特許第３，７７９，０９４号に記載されたダイヤモンドスレッドスクリュー用の逆転ナットのようなものであり、参照として本明細書に含まれる。ナット組立体７５０は、静的ローラ（ｓｔａｔｉｃ ｒｏｌｌｅｒ）７５０Ａ、第１スライドローラ７５０Ｂ、及び第２スライドローラ７５０Ｃを含む。第１スライドローラ７５０Ｂは、リードスクリュー軸に平行に延びる第１レール７５０Ｄに沿ってスライドする。第２スライドローラ７５０Ｃはまた、リードスクリュー軸７５７に平行に延びる第２レール７５０Ｅに沿ってスライドする。それぞれのスライドローラ７５０Ｂ，７５０Ｃのスライド移動は、前部／後部ストッパによって制限される。図７Ｅを参照すると、ナット組立体がスレッド７５６上で前方に移動するとき、第１の前部ストッパ７５０Ｆは、第１スライドローラ７５０Ｂのスライドを停止させる。同様に、ナット組立体７５０がスレッド７５６上で後方に移動するとき、第１の後部ストッパ７５０Ｇは、第１スライドローラ７５０Ｂのスライドを停止させる。

例示的な２Ｄ走査装置７００の性能が、モデリングして図８に示されている。例示的な２Ｄ走査装置は、モータ、往復動機構、スコッチヨーク機構、及び間欠機構を含む。モータは、約２０８９ＲＰＭの一定速度で駆動する。往復動機構は、約１．７のＫ値を有する楕円形二葉ギヤを含む。スコッチヨーク機構は、約１４ｍｍのストローク長さ及び約７ｍｍの偏心半径、及び約１：１のモータと往復動機構との間のギヤ比を有する。間欠機構は、約５ｍｍのクランク半径、約８スロット、及び駆動素子と被駆動素子との間の約１３．０７ｍｍの分離を有するゼネバホイール、１ｍｍ／ｒｅｖのリードスクリューピッチ、及びモータと間欠機構との間の１：２のギヤ比を含む。例示的な２Ｄ走査装置のパラメータは、以下の表１に要約されている。

図８に示すように、グラフ８００は、走査経路８０２を二次元でプロットする。間欠運動軸に沿った走査位置は、垂直軸８０４に沿ってミリメートル単位で表示される。往復軸に沿った走査位置は、水平軸８０６に沿ってミリメートル単位で表示される。走査経路８０２は、ラスター又は疑似ラスターパターンである。間欠機構及び往復動機構は、間欠運動８０８Ａ〜８０８Ｃが実質的にストロークの終わり／始まりに導入されるようにタイミングが取られている。往復動機構が完全回転すれば、２回のストロークが発生する。そして間欠機構の単一回転は、１つの間欠運動をもたらす。従って、往復動機構と間欠機構との間の機械的連通は、往復動機構の単一回転（例えば、約１：２のギヤ比）に対応する間欠機構に対する２つの回転をもたらす。いくつかの例では、間欠運動８０８Ａ〜８０８Ｃの間の電磁放射（ＥＭＲ）ビーム放出を有することが望ましくない場合もある。これらの例では、ＥＭＲビームは、走査経路８０２の動きが望ましいウィンドウ８１０中に放出されるようにゲート制御される。垂直ピッチ８１２は、約０．１３ｍｍである。上記の図４Ｂを参照すると、同一のパラメータを備えた例示的な往復動機構は、約−５ｍｍ〜約＋５ｍｍの範囲の軸方向位置（例えば、ウィンドウ８１０内）にわたって約１０００ｍｍ／ｓの平均走査速度を有することが示されている。従って、水平ピッチと垂直ピッチをほぼ等しくするには、ＥＭＲビームを約７．７ＫＨｚの補充速度（ｒｅｐｌｅｔｉｏｎ ｒａｔｅ）でパルス化する必要がある。いくつかの実施形態によれば、経路の終わりに到達した後、２Ｄ走査経路を逆方向にすることが有利である。

上述したように、自己反転リードスクリュー７５６及びナット７５０は、単一方向の回転運動が２方向の直線運動を生成することを可能にする。いくつかの実施形態によれば、自己反転リードスクリュー７５６は、走査経路がリードスクリュー走査軸に沿って極値に到達すると（例えば、経路終了）２Ｄ走査経路方向を反転させる。いくつかの実施形態によれば、リードスクリュー軸に沿った方向の変化が検出され、コントローラへの入力として提供される。いくつかの実施形態によれば、リードスクリューナット７５０は、１つ以上のスライドスレッド係合要素７５０Ｂ，７５０Ｃを含む。これらのスライドスレッド係合要素７５０Ｂ，７５０Ｃは、静的スレッド係合要素７５０Ａが順方向及び逆方向の回転スレッドの交差点にあるとき、スレッド係合状態で保持される（従って、結合しない）ようにする。ナット組立体７５０が方向を反転する場合（例えば、極値）、１つ以上のスライドスレッド係合要素７５０Ｂ，７５０Ｃは、リードスクリュー軸に平行な軸に沿ってスライドする。いくつかの実施形態によれば、検出器（例えば、マイクロスイッチ、リニアエンコーダなど）は、１つ以上のスライドスレッド係合要素７５０Ｂ，７５０Ｃのスライド、及びリードスクリュー軸に沿った走査経路の反転方向を検出するのに使用される。いくつかの実施形態によれば、異なる深さのビーム焦点を有する二次元領域を走査することが有利である（例えば、三次元で走査）。

図９を参照すると、３つの深度（ｚ軸に沿った）３つの走査経路を有する三次元３Ｄ走査経路９００が示されている。最も深い深度での第１走査経路９０２、中間の深度での第２走査経路９０４、及び最上の深度での第３走査経路９０６。走査経路９００は、最も深い深度での開始点９０８で始まり第１経路９０２を走査する。第１経路９０２の終わりに、走査経路９００は（ｚ軸に沿って）９１０上に移動し、（ｙ軸に沿って）方向を反転し、それにより第２経路９０４を開始する。第２経路９０４の終わりに、走査経路９００は再び（ｚ軸に沿って）９１２上に移動し、再び（ｙ軸に沿って）方向を反転し、それにより第３経路９０６を開始する。最終的に、走査経路９００は、第３経路９０６が完了時に終了点９１４に到達する。いくつかの実施形態によれば、ｚ軸に沿った移動は、光軸に沿った焦点の移動である。焦点は、電磁放射（ＥＭＲ）ビームの波面を形成する焦点光学系によって形成される。いくつかのバージョンでは、光軸に沿った焦点の移動は、焦点光学系を光軸に沿って（例えば、上下に）移動することによって達成される。あるいは、いくつかのバージョンによれば、光軸に沿った焦点の移動は、ＥＭＲビームの発散を変化させることによって達成される。例えば、集束されているビームの発散を増加させることにより、焦点光学系と焦点との間の距離が増加する。

［色素沈着障害の治療（Treatment of disorders of pigmentation）］
図１０は、治療システム１０１０の例示的な一実施形態を示す。図に示すように、治療システム１０１０は、プラットフォーム１０１２、エミッタ１０１４、及びコントローラ１０１６を含む。プラットフォーム１０１２は、１つ以上のマニピュレータ又はアーム１０２０を含んでもよい。アーム１０２０は、目標１０２４の標的組織１０２２に対して様々な治療を行うためにエミッタ１０１４に結合することができる。プラットフォーム１０１２及びエミッタ１０１４の動作は、ユーザによって、手動で、又はコントローラ１０１６を使用して（例えば、ユーザインターフェースを介して）指示されてもよい。特定の実施形態で（図示せず）、エミッタは、ハンドヘルド形状因子を有することができ、プラットフォーム１０１２は省略されてもよい。他の実施形態では、プラットフォームは、ロボットプラットフォームであってもよく、アームは、エミッタの操作のためにコントローラに通信可能に接続されてもよい。

エミッタ１０１４とコントローラ１０１６（及び任意にプラットフォーム１０１２）は、通信リンク１０２６を介して通信することができ、これは、任意の適切な通信プロトコルによって任意の適切なタイプの信号（例えば、電気、光学、赤外線など）を伝達する任意の適切なタイプの有線及び／又は無線通信リンクであり得る。

コントローラ１０１６の実施形態は、エミッタ１０１４の動作を制御するように構成してもよい。一態様では、コントローラ１０１６は、ＥＭＲ１０３０の移動を制御することができる。以下で詳細に説明するように、エミッタ１０１４は、ＥＭＲ１０３０の放出のための源１０３２、及びＥＭＲ１０３０の操作のための走査システム１０３４を含むことができる。一例として、走査システム１０３４は、ＥＭＲ１０３０を焦点領域に集束させ、この焦点領域を空間内で平行移動及び／又は回転させるように構成してもよい。コントローラ１０１６は、通信リンク１０２６を介して源１０３２に、波長、電力、反復速度、パルス持続時間、パルスエネルギー、集束特性（例えば、焦点体積、レイリー長など）の１つ以上の選択された特性を有するＥＭＲ１０３０を放出するように命令するために、信号を源１０３２に送信することができる。他の態様では、コントローラ１０１６は、通信リンク１０２６を介して走査システム１０３４が１つ以上の平行移動及び／又は回転動作で標的組織１０２２に対してＥＭＲ１０３０の焦点領域を移動するように命令するために、走査システム１０３４に信号を送信することができる。

以下の説明から明白なように、本明細書に説明されるシステムの１つの有利な態様は、コントローラ１０１６及び／又は走査システム１０３４による治療の制御が、実質的に円形又は重なる形の治療パターンを可能にすることである。従って、このシステムの特徴は、単純に直線ドットパターンを蓄積するのではなく、同心円の形の走査パターンを利用することにある。

治療システム１０１０及び方法の実施形態は、皮膚層などの皮膚組織内の標的と関連して本明細書で説明される。しかしながら、開示された実施形態は、制限されることなく対象の任意の場所の任意の組織の治療のために使用され得る。非皮膚組織の例には、粘膜組織、生殖器組織、内臓組織、及び胃腸管組織の表面領域及び表面下領域を含むことができるが、これらに制限されない。

図１１は、皮膚組織の皮膚層の色素沈着領域に集束されたレーザビームの例示的な概略図である。皮膚組織は、皮膚表面１１００及び上部表皮層１１１０、又は、顔面領域において、例えば約６０〜１２０ｕｍの厚さの表皮を含む。真皮は、身体の他の部分では、わずかに厚くなることもある。例えば、一般に、表皮の厚さは、約３０ｕｍ（例えば、まぶた）〜約１５００ｕｍ（例えば、手のひら又は足の裏）の範囲であり得る。このような表皮は、皮膚の特定の状態、例えば乾癬により、上記の例よりも薄い又は厚い場合もある。下部皮膚層１１２０、又は真皮は、表皮１１１０の下からより深い皮下脂肪層（図示せず）まで延びる。深部又は真皮の肝斑を示す皮膚は、過剰な量のメラニンを含む色素沈着した細胞又は領域１１３０の集団を含むことができる。電磁放射（ＥＭＲ）１１５０（例えば、レーザビーム）は、真皮１１２０又は表皮１１１０内に位置し得る１つ以上の焦点領域１１６０に集束することができる。ＥＭＲ１１５０は、メラニンによって吸収される１つ以上の適切な波長で提供されてもよい。ＥＭＲ波長は、以下で説明する１つ以上の基準に基づいて選択されてもよい。

［治療放射線の特性（Properties of treatment radiation）］
色素沈着症状及び非色素沈着症状などの特定の皮膚症状の治療に望ましい波長の決定は、例えば、皮膚に存在する様々な競合する発色団（例えば発色団、ヘモグロビン、タトゥーのインクなど）の波長依存吸収係数に依存することができる。図１２Ａは、メラニンの例示的な吸光度スペクトルのグラフである。メラニンによるＥＭＲの吸収は、約３５０ｎｍの波長でピーク値に到達した後、波長の増加とともに減少することが観察されている。メラニンによるＥＭＲの吸収は、色素沈着領域１１３０の加熱及び／又は破壊を促進するが、非常に高いメラニン吸光度は、表皮１１１０における色素による高い吸収をもたらし、ＥＭＲの真皮１１２０又は表皮１１１０への浸透を低減させることができる。図１２Ａに示すように、約５００ｎｍ未満のＥＭＲ波長でのメラニン吸収は比較的高く、約５００ｎｍ未満の波長は、真皮１１２０に十分に浸透して、その中の色素沈着領域１１３０を加熱及び損傷又は破壊するのに適さない可能性がある。より小さい波長でのそのような増強された吸収は、表皮１１１０及び真皮１１２０の上部（表層）部分、又は表皮１１１０に望まない損傷をもたらす可能性があり、吸収されていないＥＭＲが組織を通過して真皮１１２０のより深い部分に入ることは比較的少ない。

図１２Ｂは、酸素化又は脱酸素化ヘモグロビンの例示的な吸光度スペクトルのグラフである。ヘモグロビンは、皮膚組織の血管に存在し、酸素化（ＨｂＯ_２）又は脱酸素化（Ｈｂ）される。ヘモグロビンの各形態は、わずかに異なるＥＭＲ吸収特性を示す場合がある。図１２Ｂに示すように、Ｈｂ及びＨｂＯ_２の両方の例示的な吸収スペクトルは、約６００ｎｍ未満のＥＭＲ波長でＨｂ及びＨｂＯ_２の両方の吸収係数が高く、より高い波長では、吸光度が大幅に減少することを示している。ヘモグロビン（Ｈｂ及び／又はＨｂＯ_２）によって皮膚組織に向けられたＥＭＲの強い吸収は、ヘモグロビンを含む血管の加熱をもたらし、これら血管構造への不要な損傷を引き起こし、メラニンによる吸収に利用できるＥＭＲが少なくなる。

ＥＭＲに適切な波長の選択は、ＥＭＲと相互作用する組織の波長依存散乱プロファイルにも依存することができる。図１３は、波長に対するメラニン及び静脈血の吸収係数のプロットを示している。図１３は、皮膚における光の散乱係数と波長のプロットも示している。メラニンの吸収は、波長によって単調に減少する。メラニンが色素沈着症状の治療の対象である場合、メラニンに高い吸収を有する波長が望ましい。これは、光の波長が短いほど治療の効率が上がることを示唆している。しかし、血液による吸収は、８００ｎｍよりも短い波長で増加するため、意図しない血管の標的化のリスクが増加する。さらに、意図した標的が皮膚表面の下に位置する可能性があるため、皮膚（例えば、皮膚層）による散乱の役割が重要になり得る。散乱は、意図した対象に到達する光の量を減らす。散乱係数は、波長の増加とともに単調に減少する。従って、より短い波長はメラニンによる吸収に有利に働くことができ、より長い波長は散乱が減少するため、より深い浸透に有利に働くことができる。同様に、長い波長は血液による吸収が低いため、血管を保存するのに適している。

上記の考慮事項を念頭に置いて、波長は、約３００ｎｍ〜約３０００ｎｍ、より具体的には約８００ｎｍ〜約１０６４ｎｍの範囲であり得、真皮中の特定の構造（例えば、メラニン）を標的化するのに使用され得る。特に、約８００ｎｍ及び約１０６４ｎｍの波長は、このような治療に有用であり得る。８００ｎｍ波長は、この波長のレーザダイオードが安価で容易に利用できるため、魅力的である。しかし、１０６４ｎｍは、この波長での散乱が少ないため、より深い病変を標的とする場合に役立ち得る。１０６４ｎｍの波長は、表皮メラニンが大量にある色黒の皮膚のタイプにも適合し得る。このような個体では、表皮のメラニンによる低波長ＥＭＲ（例えば、約８００ｎｍ）の吸収が高いほど、皮膚への熱損傷の可能性が高くなる。従って、１０６４ｎｍは、一部個人の特定の治療のための治療放射線のさらに適切な波長であり得る。

ＥＭＲ生成には、様々なレーザ源を使用することができる。例えば、１０６４ｎｍ ＥＭＲを提供するネオジム（Ｎｄ）を含むレーザ源は容易に利用可能である。これらレーザ源は、所定の反復速度のパルスモードで動作することができる。所定の反復の例は、約１Ｈｚ〜約１００ＫＨｚから選択され得る。ＱスイッチＮｄレーザ源は、１ナノ秒未満のパルス持続期間を有するレーザパルスを提供し得る。他のＮｄレーザ源は、１ミリより長いパルス持続期間を有するパルスを提供し得る。１０６０ｎｍ波長ＥＭＲを提供する例示的なレーザ源は、米国コネチカット州のイーストグランビーのＮＵＦＥＲＮ社（Ｎｕｆｅｒｎ ｏｆ Ｅａｓｔ Ｇｒａｎｂｙ， ＣＴ， ＵＳＡ）の２０Ｗ ＮｕＱ光ファイバレーザである。２０Ｗ ＮｕＱ光ファイバレーザは、約２０ＫＨｚ〜約１００ＫＨｚの範囲の反復速度で約１００ｎｓのパルス持続期間を有するパルスを提供する。他のレーザ源は、フランスレジュリスのクァンテル社（Ｑｕａｎｔｅｌ ｏｆ Ｌｅｓ Ｕｌｉｓ、Ｆｒａｎｃｅ）のＮｄ：ＹＡＧ Ｑ−ｓｍａｒｔ８５０である。Ｑ−ｓｍａｒｔ８５０は、最大約８５０ｍＪのパルスエネルギーと、約６ｎｓのパルス持続期間を最大約１０Ｈｚの反復速度で有するパルスを提供する。

本明細書に説明されたシステムは、ＥＭＲを非常に集束性の高いビームに集束させるように構成することができる。例えば、システムは、約０．３から０．９（例えば、約０．５から０．９）から選択される開口数（ＮＡ）を有する焦点又は集束レンズ構成を含むことができる。ＥＭＲの対応する大きい集束角は（皮膚内に配置可能）レンズの焦点領域で高いフルエンス及び強度を提供し、焦点領域上の上部組織では低いフルエンスを提供できる。このような焦点幾何構造は、色素沈着した皮膚領域上の上部組織の望ましくない加熱及び熱損傷を低減するのに役立つ。例示的な光学配列は、ＥＭＲを放出配列から焦点レンズ配列に向けるように構成されたコリメートレンズ配列をさらに含んでもよい。

例示的な光学走査システムは、約２００μｍ未満、例えば、約１００μｍ未満、又は約５０μｍ未満、例えば、約１μｍと小さい幅又はスポットサイズを有する焦点領域にＥＭＲを集束するように構成してもよい。例えば、スポットサイズは、約１μｍ〜約５０μｍ、約５０μｍ〜約１００μｍ、及び約１００μｍ〜約２００μｍの範囲を有することができる。焦点領域のスポットサイズは、例えば空気中で決定されてもよい。このようなスポットサイズは、焦点領域でＥＭＲの高いフルエンス又は強度を提供するのに十分に小さく（真皮の色素性構造を効果的に照射するために）、適切な治療時間で皮膚組織の大きい領域／ボリュームの照射を容易にするのに十分な大きさに選択されてもよい。

例示的な光学配置は、皮膚表面の下の深く、例えば約１２０μｍ〜約１０００μｍの範囲、例えば約１５０ｕｍ〜約３００ｕｍの皮膚組織内の場所にＥＭＲの焦点領域を向けるように構成することもできる。このような例示的な深度範囲は、真皮黒色腫又は他の目的の標的を示す、皮膚の色素沈着領域の典型的な観察された深度に対応することができる。この焦点深度は、皮膚表面と接触するように構成された装置の下面からの距離及び焦点領域の位置に対応することができる。さらに、いくつかの実施形態は、表皮内の標的を治療するように構成されてもよい。例えば、光学配置は、例えば、皮膚表面の下の約５ｕｍ〜２０００ｕｍの範囲の表皮組織内の場所にＥＭＲの焦点領域を向けるように構成してもよい。さらに他の実施形態は、真皮の深い標的を治療するように構成してもよい。例えば、タトゥーアーティストは、一般にそのタトゥーガンを調整して皮膚表面の下約１ｍｍ〜約２ｍｍの深さまで皮膚を貫通する。従って、いくつかの実施形態では、光学配置は、皮膚表面の下の約０．４ｍｍ〜２ｍｍの範囲の真皮組織内の場所にＥＭＲの焦点領域を向けるように構成してもよい。

上述したように、組織治療のための光学走査システムは、高開口数を有することが望ましい場合がある。さらに、光学システムが大きい治療領域（例えば、数平方センチメートル）を治療できることが望ましい場合もある。これは、例えば、治療領域上で集束レーザビームを走査することによって達成され得る。しかし、高ＮＡの光学システムを使用してレーザビームで治療領域を走査することは、困難な場合がある。例えば、高ＮＡの光学システムは、皮膚治療に幾何学的に不可能なこともある。幾何学的に実行可能な光学システムは、開口数が少なく、体積が大きく、走査時間が長い。従って、集束レーザビームで広い治療領域に、迅速かつ効率的に照射できる高開口数を有する光学システムを開発することが望ましい。以下では、プリオブジェクティブ走査システム、ポストオブジェクティブ走査システム、及び回転オブジェクティブ走査システムの様々な実施形態が説明される。

［プリオブジェクティブ走査システム（Pre-Objective Scanning System）］
図１４は、対物レンズ（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）１４１０及び走査ユニット１４１２を含むプリオブジェクティブ走査システム１４００の概略図である。走査ユニット１４１２は、レーザ源１４０２からレーザビーム１４０４を受光して、レーザビーム１４０４を対物レンズ１４１０に向けることができる。対物レンズ１４１０は、レーザビーム１４０４を受光して、組織１４１６（例えば、皮膚）の治療領域に集束レーザビーム１４０６を焦点体積１４０８に向けることができる。走査システム１４１２は、対物レンズ１４１０を向けられたレーザビーム１４０４の方向を変えることができる。例えば、走査システム１４１２は、１つ以上の走査方向に沿って出射レーザビームの方向を変えることができる。対物レンズ１４１０に衝突するレーザビーム１４０４の方向の変化は、焦点体積１４０８に組織１４１２の治療経路１４１４を追跡させることができる。焦点体積１４０８は、走査速度で治療経路１４１４を横断する。走査ユニット１４１２は、レーザビーム１４０４（又はレーザビーム１４０４の一部）を対物レンズ１４１０に向けることができる１つ以上の光学素子を含む。プリオブジェクティブ走査システム１４００は、対物レンズ１４１０と組織１４１６との間に配置できる（例えば、以下に示すような）接触面を含むことができる。接触面は、組織１４１６の表面に圧力を加えることができ、組織１４１６の表面からの熱の消散を可能にする。

図１５は、例示的なプリオブジェクティブ走査システム１５００の図である。走査システム１５００は、入射レーザビーム１４０４を（例えば、レーザ源１４０２から）受光して、入射レーザビーム１４０４を対物レンズ１４１０（例えば、fθレンズ）に向けることができるポリゴンスキャナ１５０２を含む。入射レーザビーム１４０４の出射方向（例えば、入射レーザビーム１４０４が対物レンズ１４１０に衝突する入射角）は、組織１４１６（例えば、ｘ−ｙ平面）における焦点体積１４０８の位置を決定することができる。いくつかの実施形態によれば、レーザ源１４０２は、複数の対応する焦点体積をもたらす複数のレーザパルスを提供する。逐次的レーザパルスから生じる２つの焦点体積の間の距離は、焦点体積ピッチである。

ポリゴンスキャナ１５０２は、複数の反射面（例えば、１５０２ａ〜１５０２ｃ）を含むことができる。ポリゴンスキャナ１５０２は、回転方向１５０６に沿って多角形軸１５０４を中心に回転することができる。反斜面１５０２ａ〜１５０２ｃが軸１５０４を中心に回転する（例えば、軸１５０４に対する反斜面１５０２ａ〜１５０２ｃの角度位置が変化する）につれて、ｙ−ｚ平面における入射レーザビーム１４０４の入射角が変化する。これは、第１走査方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４の方向を変化させる。例えば、反斜面（例えば、１５０２ｂ）が回転方向１５０６に沿って軸１５０４を中心に回転している場合、出射レーザビームの方向は、より高いｙ値からより低いｙ値にスイープ（ｓｗｅｅｐ）する。

軸１５０４は、ｚ軸及び／又はｘ軸を中心に傾斜／回転することができる。これにより、ｘ−ｚ平面における入射レーザビーム１４０４の入射角が変化し、それにより、第２走査方向に沿って（例えば、ｘ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４の方向を変化させる。ポリゴンスキャナ１５０２の回転及び多角形軸１５０４の回転／傾斜は、ｘ−ｙ平面における出射レーザビーム１４０４の走査をもたらし得る出射ビーム１４０４の方向の変化を可能にすることができる。

出射レーザビーム１４０４の方向の変化に基づいて、対物レンズ１４１０は、組織１４１６で１つ以上の治療経路に沿って焦点体積１４０８を追跡することができる。例えば、多角形１５０２の回転による出射ビームの方向の変化は、焦点体積１４０８をｙ軸に沿って移動させることができる。多角形軸１５０４の傾斜による出射ビームの方向の変化は、焦点体積１４０８をｘ軸に沿って移動させることができる。一実施形態では、プリオブジェクティブ走査システム１５００は、組織１４１６に対してｘ軸に沿って移動してもよい。これは、ｘ軸に沿った焦点体積１４０８の位置の追跡をもたらし得る。

焦点体積１４０８は、第３治療経路に沿って、即ちｚ軸に沿って移動することもできる。これは、ｚ軸に沿って（例えば、組織１４１６から離れて又は向けて）対物レンズ１４１０を変化させることで実行されてもよい。代替的又は追加的に、レンズ１５４０は、入射又は出射レーザビーム１４０４のビーム経路に配置することができる。ビーム伝播方向１５４２（光軸とも呼ばれる）に沿ってレンズ１５４０の位置を変化させることにより、位置焦点体積１４０８をｚ軸（例えば、組織１４１６の深さ）に沿って追跡することができる。

図１６は、プリオブジェクティブ走査システム１５００のためのビーム折曲平面１６００を示す。走査システム１５００は、ビーム折曲平面１６００の周辺に走査システム１５００を折り曲げることにより（例えば、ｚ軸に沿って走査システム１５００の範囲を縮小することにより）小型化することができる。これは、例えばビーム折曲平面にミラー（例えば、平面ミラー）を配置してミラーをｘ−ｙ平面に平行に向けることによって達成してもよい。

図１７は、プリオブジェクティブ走査システム１５００で対物レンズとして使用され得る例示的なfθレンズ１７００を示す。入射レーザビーム１４０４は、出射レーザビーム１４０４をfθレンズ１７００に向けることができる反射面１７０２（例えば、ポリゴンスキャナ１５０２の反射面１５０１ｂ）に衝突することができる。反射面１７０２の向きは、出射レーザビーム１４０４がfθレンズに衝突する入射角（例えば、ｙ−ｚ平面における入射角）を決定することができる。入射角は、焦点体積１４０８の位置を（例えば、ｙ軸に沿って）決定することができる。

図１８は、例示的なプリオブジェクティブ走査システム１８００の例示である。走査システム１８００は、（例えば、光ファイバ１８２０を介して）入射レーザビーム１４０４を受光し、レーザビーム１４０４を対物レンズ１４１０（例えば、ｆθレンズ）に向けることができるミラーシステム１８０２を含む。出射ビーム１４０４ｃの方向は、組織１４１６内（例えば、ｘ−ｙ平面内）の焦点体積１４０８の位置を決定することができる。

ミラーシステム１８０４は、２つの走査ミラーを含むことができる。第１走査ミラー１８０６は、第１軸１８２２を中心に（例えば、時計回り、反時計回りなど）回転することができ、第２走査ミラー１８０８は、第２軸１８２４を中心に（例えば、時計回り、反時計回りなど）回転することができる。第１走査ミラー１８０６が回転すると、ミラー１８０６への入射レーザビーム１４０４の入射角が変化する。これは、第１走査方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４ｂの方向を変化させる。第２走査ミラー１８０８が回転すると、ミラー１８０８へのレーザビーム１４０４ｂの入射角が変化する。これは、第２走査方向に沿って（例えば、ｘ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４ｃの方向を変化させる。第１走査ミラー１８０６及び第２走査ミラー１８０８の回転は、対物レンズ１８０２の平面内で出射レーザビーム１４０４ｃの走査をもたらすことができる出射レーザビーム１４０４ｃの方向の変化を可能にすることができる。

出射レーザビーム１４０４ｃの方向の変化に基づいて、対物レンズ１４１０は、組織１４１６内の１つ以上の治療経路に沿って焦点体積１４０８（図示せず）を追跡することができる。例えば、第１走査ミラー１８０６の回転による出射レーザビーム１４０４ｃの方向の変化は、焦点体積１４０８を第１治療経路に沿って移動させることができる。第２走査ミラー１８０８の回転による出射レーザビーム１４０４ｃの方向の変化は、焦点体積１４０８を第２治療経路に沿って移動させることができる。

走査システム１８００は、レーザビーム１４０４ａ，１４０４ｂ，１４０４ｃのビーム経路に配置され得るレンズ１８４０を含むことができる。レンズ１８４０の位置をビーム伝播方向に沿って変化させることにより、位置焦点体積１４０８を組織１４１６の深さに沿って追跡することができる。

走査ミラーシステムのいくつかの実装形態では、第１走査ミラー１８０６によるレーザビーム１４０４ｂの方向の変化は大きくなり得る。これは、レーザビーム１４０４ｂが第２走査ミラー１８０８に衝突することを防ぐことができる。また、第２走査ミラー１８０８へのレーザビーム１４０４ｂの大きい入射角は、焦点体積の湾曲した治療経路をもたらし得る。これらの効果は、第１走査ミラー１８０６と第２走査ミラー１８０８との間に第３走査ミラーを含めることによって防止／低減することができる。図１９は、第１走査ミラー１８０６の下流で第２走査ミラー１８０８の上流にある第３走査ミラー１８０７を含む例示的なプリオブジェクティブ走査システム１９００の図である。第３走査ミラー１８０７は、より小さい第２走査ミラー１８０８を可能にすることができ、焦点領域治療経路の湾曲を防止／低減することができる。

図２０Ａ〜図２０Ｃは、走査ユニット１４１６（例えば、ポリゴンスキャナ１５０２、ミラーシステム１８０２など）からの出射ビーム（例えば、出射レーザビーム１４０４）の様々な走査パターンを示す。図２０Ａは、出射ビームが次の順序で走査する第１走査パターンを示す。（ａ）左から右への移動（例えば、ｘ軸に沿って）、（ｂ）上から下への移動（例えば、ｙ軸に沿って）、及び（ｃ）右から左への移動（例えば、負のｘ軸に沿って）。図２０Ｂは、出射ビームが次の順序で走査する第２走査パターンを示す。（ａ）左から右への移動（例えば、ｘ軸に沿って）、（ｂ）上から下への移動及び右から左への移動の重畳、及び（ｃ）左から右への移動。図２０Ｃは、出射ビームが次の順序で走査する第３走査パターンを示す。（ａ）左から右への移動及び上から下への移動の重畳、（ｂ）右から左への移動及び上から下への移動の重畳。走査ミラー１８０６，１８０７，１８０８の時計回り又は反時計回りの回転、又はポリゴンスキャナ５０２の回転／軸の傾斜による光ビームの移動（例えば、左から右に、右から左に、上から下になど）を得ることができる。

図２１は、例示的なプリオブジェクティブ走査システム２１００の図である。走査システム２１００は（例えば、光ファイバ２１２０を介して）入射レーザビームを受光し、対物レンズ１４１０（例えば、fθレンズ）に向けて出射ビーム１４０５（上記参照）を透過することができるプリズムシステム２１０２を含む。出射ビーム１４０５の方向は、組織１４１６内の焦点体積１４０８の位置を決定することができる。

図１３は、プリオブジェクティブ走査システム２１００と共に使用することができるプリズムシステム２１０２を示す。プリズムシステム２１０２は、共通軸２１１９を中心に回転できる第１プリズム２１０６及び第２プリズム２１０８を含む。各プリズムは、入射光ビームの方向を特性角度で変えることができる。プリズム２１０６，２１０８の両方が完全に位置合わせされている場合、入射レーザビームの方向は、特性角度の２倍だけ変化する。プリズム２１０６，２１０８が完全にずれている場合、入射レーザビームの方向は変化しないまま保持される。プリズム２１０６，２１０８の他の全ての配向に沿って、入射レーザビームの方向は、０度から特性角度の２倍の間の範囲にある角度に変更され得る。

プリズム２１０６，２１０８の両方が同じ角速度で回転する場合（例えば、それらの相対配向は、回転中に変化しない）、出射ビーム１４０５は、円形治療経路に沿って走査する。プリズム２１０６，２１０８が異なる角速度で回転している場合、それらの相対的な向きは回転中に変化する。例えば、プリズムのペアは、完全な整列状態（出射ビームの方向が特性角度の２倍外れた）と完全な非整列状態（出射ビームの方向が変わらない状態）との間でスイング（ｓｗｉｎｇ）する。

図２３は、第１プリズム及び第２プリズムの角速度が異なるプリズムシステム２１０２による出射ビーム１４０５の走査パターンを示す。出射ビームは、螺旋状のパターンを形成し、出射ビーム１４０５は、内側（例えば、中心に到達するまで）に螺旋状になり、その後、外向きの螺旋が続き得る。

図２４は、例示的なプリオブジェクティブ走査システム２４００の例示である。走査システム２４００は、レーザビーム１４０４を案内することができる光ファイバ２４１０に接続された走査ユニット２４０２を含む。走査ユニット２４０２は、第１アクチュエータ２４０６及び第２アクチュエータ２４０８を含むことができる。第１アクチュエータ２４０６は、ｘ軸を中心に光ファイバ２４１０の一部（例えば、対物レンズ２４１２に近接するファイバの先端）を回転させることができる。これは、第１走査方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４の方向を変化させる。第２アクチュエータ２４０８は、ｙ軸を中心に光ファイバ２４１０の一部（例えば、対物レンズ２４１２に近接するファイバの先端）を回転させることができる。これは、第２走査方向に沿って（例えば、ｘ軸に沿って）出射レーザビーム１４０４の方向を変化させる。第１及び第２アクチュエータによる動作は、対物レンズ２４１２の平面（例えば、ｘ−ｙ平面）における出射レーザビーム１４０４の走査をもたらし得る出射レーザビーム１４０４の方向の変化を可能にすることができる。出射レーザビーム１４０４の方向の変化に基づいて、対物レンズ２４１２（例えば、fθレンズ）は、組織１４１６の１つ以上の治療経路に沿って焦点体積１４０８を追跡することができる。

図２５は、例示的なプリオブジェクティブ走査システム２５００の図である。走査システム２５００は、レーザビーム１４０４を案内することができる光ファイバ２５１０に結合された（例えば、堅固に結合された）走査ユニット２５０２を含む。走査ユニット２５０２は、６軸アクチュエータ２５０６及び支持アーム２５０８を含むことができる。光ファイバ２５１０の一部は、６軸アクチュエータ２５０６上の取り付け位置２５３０に堅固に結合され得る。支持アーム２５０８は、組織１４１６に近接した光ファイバの部分を支持することができる。

６軸アクチュエータ２５０６は、ｘ、ｙ及びｚ軸に沿って光ファイバ２５１０を移動することができる。追加的に又は代替的に、６軸アクチュエータ２５０６は、ｘ、ｙ及びｚ軸を中心に光ファイバ２５１０を回転させることができる。光ファイバ２５１０の先端は、出射レーザビーム１４０４を組織１４１６の焦点体積１４０８に集束させることができる対物レンズ２５１２に結合されてもよい。プリオブジェクティブ走査システム２５００は、対物レンズ２５１２と組織１４１６との間で出射レーザビーム１４０４の光路に置かれ得る接触面２５１６を含むこともできる。

焦点体積１４０８は、ｙ軸の周りに光ファイバを回転させることにより、第１治療経路に沿って（例えば、ｘ軸に沿って）移動することができる。焦点体積１４０８はまた、ｘ軸の周りに光ファイバを回転させることにより、第２治療経路に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）移動することができる。いくつかの実装形態では、焦点体積１４０８が組織１４１６内の固定された深さに留まることを確実にするために、回転中に（例えば、ｘ軸、ｙ軸に沿って）光ファイバ２５１０の先端と組織１４１６との間の距離を変更する（例えば、光ファイバの先端をｚ軸に沿って移動させる）ことが望ましい場合がある。

［ポストオブジェクティブ走査システム（Post-Objective Scanning System）］
図２６は、ポストオブジェクティブ走査システム２６００の概略図である。ポストオブジェクティブ走査システム２６００は、対物レンズ２６１０及び走査ユニット２６１２を含む。対物レンズ２６１０は、レーザ源２６０２からレーザビーム２６０４を受光し、集束レーザビーム２６０６を走査ユニット２６１２に向けることができる。走査ユニット２６１２は、集束レーザビーム２６０６を受光し、それを組織２６１６の治療領域（例えば、皮膚）の焦点体積２６０８に向けることができる。走査システム２６１２は、焦点体積２６０８が治療経路２６１４を追跡するようにすることができる。走査ユニット２６１２は、レーザビーム２６０６（又はレーザビーム２６０６の一部）を皮膚に向けることができる１つ以上の光学素子を含む。

図２７は、例示的な走査ユニット２６１２における光学素子の配列の斜視図である。走査ユニット２６１２は、支持プラットフォーム２７１０及び接触面２７２２を有するハウジングを含む。走査ユニット２６１２はまた、支持プラットフォーム２７１０に回転可能に結合された光学素子２７１２を含む。光学素子２７１２は、回転方向２７０６に沿って軸２７０４を中心に回転することができる。走査ユニット２６１２は、対物レンズ２６１０から集束レーザビーム２６０６を受光することができ、集束レーザビーム２６０６を組織２６１６の焦点体積２６０８に向けることができる。走査ユニット２６１２が回転すると、焦点体積２６０８は、組織２６１６内の第１治療経路２７３０を追跡することができる。走査ユニット２６１２はまた、組織２６１６内の第２治療経路２７３２を追跡する焦点体積１６０８をもたらすことができる軸２７０４に沿って平行移動することができる。

接触面２７２２は、湾曲してもよく、組織２６１６の表面に圧力を加えることができる。これは、光学素子２７１２によって反射した集束ビーム２６０６によって組織２６１６の治療領域の焦点体積２６０８への光エネルギーの効率的な伝達を可能にすることができる。接触面２７２２又はそれの一部は、組織２６１６の表面からの熱の消散を可能にすることができる。一実施形態では、接触面はサファイアで作ることができる。

本出願で説明された走査システム（例えば、プリオブジェクティブ走査システム１４００及びポストオブジェクティブ走査システム２６００）は、治療領域（例えば、組織１４１６，２６１６の表面など）を安定化できる、及び／又はレーザビーム（例えば、ビーム１４０６，２６０６など）の照射プロファイルの均一性及び制御を容易にするインターフェース（「ベース」、「ウィンドウ」、又は「接触面」とも呼ばれる）を含んでもよい。例えば、インターフェースは、圧力を加えることにより、及び／又はインターフェースと治療領域との間にゲルパッドを含むことにより、治療領域を固定することができる。治療領域上のインターフェースによって加えられた圧力は、圧力検出器によって検出されてもよい。インターフェースはまた、皮膚とインターフェースとの間の相対運動を検出する接触センサを含むことができる。インターフェースによって治療領域に提供される圧力は、照射される治療領域の体積を白くする（又はいくらかの血液を除去する）こともできる。これは、血管への望ましくない損傷のリスクを低減しながら、治療領域（例えば、治療領域における色素沈着細胞）による集束レーザビーム（例えば、１４０６，２６０６など）の吸収の選択性をもたらすことができる。

インターフェースは、例えば集束レーザビームによる治療領域の加熱によって発生し得る治療領域からの熱を冷却／消散することができる。インターフェースは、放熱に適した材料（例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラスなど）で製造されてもよい。

いくつかの実装形態では、インターフェースは、治療領域の温度が閾値温度を超過するのを防止できる冷却システムを含むことができる。冷却システムは、治療領域の温度を検出できる温度センサを含むことができる。温度が閾値温度を超過する場合、ユーザに通知することができ、及び／又は冷却ユニット（例えば、ペルチェ素子、クライオスプレー、伝導性冷導管など）を作動させて、治療領域を冷却することができる。

プリオブジェクティブ及びポストオブジェクティブビーム走査装置のいくつかの実施形態による例示的なパラメータを下の表２に示す。

［回転オブジェクティブ走査システム（Rotary Objective Scanning System）］
図２８は、回転オブジェクティブ走査システム２８００の概略図である。回転オブジェクティブ走査システム２８００は、レーザ源２８０２からレーザビーム２８０４を受光することができる。走査システム２８００は、レーザビーム２８０４を集束させ、組織２８１２の治療領域（例えば、皮膚）の焦点領域２８０８に集束レーザビーム２８０６を向ける対物レンズ（図示せず）を含む。対物レンズが移動すると（例えば、走査システム２８００及び／又は全体の走査システム２８００の移動により）、焦点領域は、治療領域２８１０を通る治療経路２８２３を追跡することができる。治療経路２８２３は、経路形状（例えば、円形、楕円形など）を有することができる。走査システム２８００は、レーザビーム２８０４（又はレーザビーム２８０４の一部）を移動対物レンズに向けることができる光学素子を含む。

走査システム２８００はまた、治療領域２８１０を安定化し、及び／又は照射プロファイルの制御及び均一性を容易にすることができるインターフェース（「ベース」、「ウィンドウ」、又は「接触面」とも呼ばれる）を含むこともできる。例えば、インターフェースは、圧力を加えることにより、及び／又はインターフェースと治療領域との間にゲルパッドを含めることにより、治療領域２８１０を固定することができる。治療領域２８１０上のインターフェースによって加えられる圧力は、圧力検出器によって検出することができる。インターフェースはまた、皮膚とインターフェースとの間の相対運動を検出する接触センサを含むことができる。インターフェースによって治療領域に提供される圧力は、照射される治療領域の体積を白くする（又はいくらかの血液を除去する）こともできる。これは、血管への望ましくない損傷のリスクを低減しながら、治療領域（例えば、治療領域における色素沈着細胞）による集束レーザビーム２８０６の吸収の選択性をもたらすことができる。

インターフェースは、例えば集束レーザビーム２８０６による治療領域２８１０の加熱によって発生し得る治療領域２８１０からの熱を冷却／消散することができる。インターフェースは、放熱に適した材料（例えば、サファイア、ダイヤモンド、ガラスなど）で製造されてもよい。いくつかの実装形態では、インターフェースは、治療領域の温度が閾値温度を超過するのを防止できる冷却システムを含むことができる。冷却システムは、治療領域の温度を検出できる温度センサを含むことができる。温度が閾値温度を超過する場合、ユーザに通知することができ、及び／又は冷却ユニット（例えば、ペルチェ素子、クライオスプレー、伝導性冷導管など）を作動させて、治療領域を冷却することができる。

回転オブジェクティブ走査システムは、様々な実施形態を有することができる。回転オブジェクティブ走査システムの２つの例示的な実施形態は、内面回転オブジェクティブ走査システム及び横断回転オブジェクティブ走査システムを含み、これらの両方が以下に説明される。

［内面回転オブジェクティブ走査システム（In-plane Rotary Objective Scanning System）］
図２９Ａは、治療領域２９０２の上に配置された内面回転オブジェクティブ走査システム２９００の斜視図である。走査システム２９００は、走査システムのハウジングに対して移動できる対物レンズを含む。例えば、対物レンズは、走査システム２９００の軸２９０４を中心に回転（例えば、時計回り、反時計回りなど）することができる。対物レンズが（回転走査方向２９０６に沿って）回転すると、治療領域２９０２に対して回転走査経路を横断することができる。図２９Ｂは、内面回転オブジェクティブ走査システム２９００の上面図である。軸２９０４（ページの外に突出）は、治療領域２９０２に対して（第２走査方向２９０８に沿って）移動することができる。例えば、走査システム２９００は、手動によって、又は軸２９０４の変位をもたらすアクチュエータによって移動させることができる。対物レンズの回転（軸２９０４を中心に）と軸２９０４の変位の両方がほぼ同じ時間に（例えば、同時に）発生する場合、対物レンズは、回転が完了した後に特定の距離だけ変位する。対物レンズのこのような変位は、走査システムの並進ピッチ（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ ｐｉｔｃｈ）２９１０と呼ばれる。並進ピッチは、例えば回転プラットフォームの角速度及び／又は軸２９０４の並進速度を変更することによって変えることができる。

図３０は、例示的な内面回転オブジェクティブ走査システム３０００における光学素子の配置の斜視図である。走査システム３０００は、ハウジング３０１０と、軸３００４を中心に（回転走査方向３００６に沿って）回転できる回転プラットフォーム（図示せず）とを含む。回転プラットフォーム３０３２（図３１に示す）は、第１光学素子３０１２（例えば、ビームスプリッタ、ミラーなど）、第１ミラー３０１４、及び回転プラットフォームと共に回転する対物レンズ３０１６に堅固に結合され得る。レーザビーム３０２０は、第１反射ビーム３０２２を反射することができる第１光学素子３０１２に衝突することができる。第１反射ビーム３０２２は、第１ミラー３０１４によって対物レンズ３０１６に向けて方向を変えることができる。対物レンズ３０１６は、第１反射ビーム３０２２を治療領域の焦点領域に集束させることができる。

本明細書に開示されるように、光ビームが第２光学素子に衝突する前に第１光学素子に衝突する場合、第１光学素子は、第２光学素子から「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」にあると考えられる。例えば、図３０では、レーザビーム３０２０の一部（即ち、第１反射ビーム３０２２）が第１ミラー３０１４に向けられる前に、レーザビーム３０２０が最初に第１光学素子３０１２に衝突するとき、第１光学素子３０１２は、第１ミラー３０１４の上流にあると考えられる。あるいは、第１ミラー３０１４は、第１光学素子３０１２から「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」であると見なされる。

図３１は、組織表面３１０２の上に配置された内面回転オブジェクティブ走査システム３０００の斜視図である。対物レンズ３０１６は、回転走査方向３００６に沿って軸３００４を中心に回転することができる。軸３００４は、横走査方向３００８に沿って平行移動するように構成される。走査システム３０００のハウジング３０１０は、回転プラットフォーム３０２２を支持できるプラットフォーム３０３０を含むことができる。プラットフォーム３０３０は、組織表面３１０２と当接／接触し、対物レンズ３０１６を組織表面３１０２から分離する。上述したように、プラットフォーム３０３０（「インターフェース」とも呼ばれる）は、組織表面３１０２（又は組織表面３１０２の下の組織部分）を安定化及び／又は冷却することができる。

走査システム３０００は、第１反射ビーム３０２２が対物レンズ３０１６に衝突するのを防ぐことができる光学バリア３０３４を含むこともできる。光学バリア３０３４は（例えば、軸３００４を中心に回転することによって）第２走査方向に実質的に直角に配向できる。例えば、光学バリア軸３０３６は、横走査方向３００８に実質的に直角に配向できる。横走査方向３００８が変化すると、光学バリア３０３４は、横走査方向３００８と直角を維持するように再配向され得る。横走査方向３００８（又はその変更）は、例えば加速度計によって決定されてもよい。横走査方向３００８の変化は、加速度計によって光学バリア３０３４に接続されたアクチュエータに信号で伝えることができる。加速度計からの信号に基づいて、アクチュエータは、光学バリア３０３４を再配向してもよい。

光学バリア３０３４は、光学バリア軸３０３６に沿って配置される組織表面の一部の照射を防ぐことができる（例えば、光学バリア軸領域が横走査方向３００８［「周辺領域」］に対して実質的に垂直にある場合）。周辺領域において第１反射ビーム３０２２によって過剰な光エネルギーを提供する可能性があるため、望ましい場合がある（以下の説明を参照）。他の実施態様では、第１反射ビーム３０２２は、対物レンズ３０１６が横走査方向３００８に対して実質的に直角に向けられている場合（例えば、対物レンズ３０１６が周辺領域を通過するとき）、オフにすることができる。周辺領域の範囲（例えば、横走査方向３００８に対する角度値の範囲）は、治療に安全であると考えられる走査密度（又は単位面積当たりに伝達される光エネルギー）に基づいて決定されてもよい。

回転プラットフォーム３３０２が軸３００４を中心に回転するとき、走査システム３０００は安定して保持される（例えば、揺れない）ことが望ましい場合がある。これは、例えば、質量の中心が回転する間に軸３００４の近くで保持されるように走査システム３０００を設計することによって実行され得る。これは、例えば、回転プラットフォーム３０３４に堅固に結合された第２ミラー３０１５及び第２対物レンズ３０１７を含むことによって実行されてもよい。第２ミラー３０１５及び第２対物レンズ３０１７の半径方向の位置は、第２ミラー３０１５及び第２対物レンズ３０１７と結合する前の走査システム３０００の質量の中心の位置に基づいて決定される。いくつかの実装形態では、入射レーザビーム３０２０の一部は、第２ミラー３０１５を介して第２対物レンズ３０１７に向けることができる。第２対物レンズ３０１７は、レーザビームの受光された部分を治療領域の第２焦点領域に集束させることができる。第２焦点領域はまた、対物レンズ３０１６に関連する第１焦点領域の治療経路とは互いに異なり得る治療経路を追跡することもできる。

図３２Ａは、組織表面３１０２の上に配置された図３０の内面回転オブジェクティブ走査システムの側面図である。入射レーザビーム３０２０は、入射レーザビーム３０２０が横方向（例えば、レーザビーム３０２０の伝播方向に垂直）に延びるビーム幅を示す２つの光線を使用して説明される。当業者は、レーザビームのビーム幅が、例えばレーザビーム３０２０の横方向強度プロファイルの半値全幅を示すことができることを認識するであろう。ビーム幅は、第１光学素子３０１２及び第１ミラー３０１４からの反射時に変化しない可能性がある。対物レンズ３０１６によって第１反射ビーム３０２２を集束させると、ビーム幅は、組織内（例えば、組織表面３１０２の下）の焦点体積３２０４まで減少することができる。プラットフォーム３０３０は、組織表面３１０２と接する接触面３２０２を含むことができる。接触面３２０２は、平面（例えば、組織表面３１０２に平行なｘ−ｙ平面）に位置し、対物レンズ３０１６と組織表面３１０２とを分離する。接触面は、組織表面３１０２の表面に向かって突出し得る隆起領域３２０８を含むことができる。接触面の平面と軸３００４は交差（例えば、直交）する。接触面は、以下でより詳細に議説明する。

図３２Ｂは、図３２Ａの第１光学サブシステム３２００の概略図である。第１光学サブシステム３２００は、第１光学素子３０１２、第１ミラー３０１４、及び回転オブジェクティブ３０１６を含む。第１光学サブシステム３２００は、回転プラットフォーム（例えば、回転プラットフォーム３０３２）に堅固に結合される。一実施形態では、第１光学素子３０１２は、ミラーであり得る。第１光学素子３０１２の反射率は、入射レーザビーム３０２０に対する第１反射ビーム３０２２の強度を決定する。例えば、ミラーの反射率が約１である場合、レーザビーム３０２０のほぼ全ての光は、第１反射ビーム３０２２の形態で反射する。あるいは、いくつかの実装形態では、第１光学素子３０１２は、レーザビーム３０２０の第１部分を反射し、レーザビーム３０２０の第２部分を透過することができるビームスプリッタであってもよい。この実装は、以下でさらに説明する。

第１光学素子３０１２は、回転軸３００４から第１半径距離（「半径１」）に配置することができる。対物レンズが回転走査方向に沿って軸３００４を中心に回転すると、回転走査経路を追跡することができる。第１光学素子３０１２及び反射ミラー３０１４の両方が対物レンズ３０１２と共に回転するため、入射レーザビーム３０２０は、第１光学素子３０１２による回転走査経路の横断中に第１光学素子３０１２で向けられ得る。

回転走査経路に沿った対物レンズ３０１６の動きは、ｘ−ｙ平面における焦点体積３２０４の動きをもたらし得る。焦点体積はまた、ｚ方向に沿って変化させることができる（例えば、組織表面３１０２に対する焦点体積３２０４の深さを変化させる）。これは、例えば、レーザビーム３０２０のビーム経路及び／又は光ビーム３０２２のビーム経路にレンズ３２０６（又は多重レンズ）を配置し、ビーム経路に沿ってレンズを移動させることによって行うことができる。一実施形態では、レンズ３２０６は、第１光学素子３０１２の上流に配置することができ、その位置をビーム経路３２１０に沿って変えることができる。他の実装形態では、レンズ３２０６は、第１反射ビーム３０２２の光路（例えば、第１光学素子３０１２の下流及び第１ミラー３０１４の上流、ミラー３０１４の下流及び対物レンズ３０１６の上流など）の間に配置され得る。代替的に、焦点体積３２０４の深さはまた、対物レンズ３０１６を組織表面３１０２に向かって又は離れるように移動させることによって変化させることができる。

図３３は、内面回転オブジェクティブ走査システム３０００の対物レンズ３０１６に関連する走査経路の概略図である。上述したように、対物レンズ３０１６は、軸３００４を中心に回転走査方向３００６に沿って回転することができ、軸３００４は、横走査方向３００８に沿って平行移動することができる。図３３は、それぞれＯ及びＯ’における軸３００４の固定位置に対応する２つの例示的な走査経路３３０２及び３３１２を示す。回転運動及び並進運動の両方が同時に発生する場合、組織表面３１０２に対する対物レンズ３０１６の動きは、２つの動きの重畳である。完全な回転（例えば、軸３００４を中心に約３６０度回転）を完了した後の対物レンズ３０１６の横方向への平行移動は、走査システム３０００の横方向ピッチ３３０６と呼ばれる。横方向ピッチは、横走査方向に沿った対物レンズ３０１６に関連する焦点領域の間の分離を示す。横方向ピッチの長さは、回転走査方向に沿った対物レンズの回転の角速度、及び横走査方向に沿った軸３００４の並進速度の両方に依存し得る。例えば、軸３００４の並進速度が増加するか、対物レンズ３０１６の角速度が減少する場合、横方向ピッチ３３０６の長さは増加し得る。軸３００４の並進速度が減少するか、対物レンズ３０１６の角速度が増加する場合、横方向ピッチ３３０６の長さは減少し得る。

いくつかの実装形態では、レーザビーム３０２０は、空間で分離した（例えば、レーザ源による異なる放出時間により）一連のレーザパルスを含むパルスレーザビームであってもよい。対物レンズ３０１６が（例えば、回転走査方向３００６に沿って）移動している場合、隣接するレーザパルスは、対物レンズの異なる時間及び／又は異なる位置でレーザに衝突する可能性がある。これにより、隣接するレーザパルスが焦点体積３２０４の治療経路に沿った隣接する場所に向けられることになる。隣接する位置間の（例えば、回転走査方向３００６に沿った）分離は、走査システム３０００の回転ピッチと呼ばれる。回転ピッチの長さは、回転走査方向に沿った対物レンズ３０１６の回転の角速度、及び隣接するレーザパルス間の時間的分離の両方に依存する可能性があり、これは、レーザの反復速度を変更することによって調整できる。例えば、対物レンズ３０１６の角速度が増加するか、隣接したパルス分離が増加する場合、回転ピッチの長さは増加し得る。対物レンズ３０１６の角速度が減少するか、隣接したパルス分離が減少する場合、回転ピッチの長さが減少し得る。

図３４は、横走査方向に対する対物レンズ３０１６の角度位置に基づく横方向ピッチの変化を示す。位置Ａ１（横走査方向３００８に対して第１角度に位置）では、横方向ピッチはＳ１である。位置Ａ２（横走査方向３００８に対してほぼ第２角度に位置）では、横方向ピッチはＳ２である。位置Ａ３（横走査方向３００８に対してほぼ第３角度に位置）では、横方向ピッチはＳ３である。横方向ピッチは、角度位置に反比例し得る。例えば、第３角度が第２角度より大きい場合、横方向ピッチＳ３は横方向ピッチＳ２より小さい。第１角度が第２角度より小さい場合、横方向ピッチＳ１は横方向ピッチＳ２より大きい。

図３４は、図３２Ａの断面Ａ−Ａから見た接触面３２０２の図である。接触面は、組織表面３１０２の表面に向かって突出し得る隆起領域３２０８を含むことができる。隆起領域３２０８は、例えば接触面３２０２上にリングを形成することができる。隆起領域３２０８の形状は、接触面３２０２に対する対物レンズ３０１６の経路（例えば、回転走査方向３００６に沿った対物レンズ３０１６の経路）に依存することができる。対物レンズ３０１６は、接触面上で回転／移動するときに、隆起領域３２０８の上に保持されることが望ましい場合がある。これは、隆起領域３２０８の下の組織表面３１０２が隆起領域３２０８によって加えられた圧力によって引き伸ばされるために有利であり得る。これは、対物レンズ３０１６から組織の治療領域の焦点領域に出射される集束ビームによる光エネルギーの効率的な伝達を可能にすることができる。接触面３２０２又はその一部は、組織表面３１０２からの熱の消散を可能にすることができる。一実施形態では、接触面は、サファイアで作ることができる。

図３６は、２つの対物レンズを含む例示的な内面回転オブジェクティブ走査システム３６００における光学素子の配列の概略図である。２つの対物レンズは、入射レーザビーム３０２０から２つの焦点領域を生成することができる。対物レンズ走査システム３６００は、第１光学サブシステム３２００と光学的に相互作用することができる第２光学サブシステム３６５０を含むことができる。第２光学サブシステム３６５０は、第２光学素子３６１２、第２ミラー３６１４、及び第２対物レンズ３６１６を含むことができる。サブシステム３６５０は、回転プラットフォーム（例えば、回転プラットフォーム３０３２）に堅固に結合される。第２光学素子３６１２は、第１光学素子３０１２によって透過した第１透過ビーム３６２０を受光することができる。第１光学素子３０１２は、入射レーザビーム３０２０の一部を第１反射ビーム３０２２として反射し、入射レーザビーム３０２０の一部を第１透過ビーム３６２０として透過させることができるビームスプリッタ（例えば、５０／５０ビームスプリッタ）であり得る。第２光学素子３６１２は、第２反射ビーム３６２２（例えば、第１透過ビーム３６２０の一部）を第２ミラー３６１４に向けることができ、次にレーザビーム３６２２を対物レンズ３６１６に向けることができる。一実施形態では、第２光学素子３６１２は、ミラーであってもよい。あるいは、他の実装形態では、第２光学素子３６１２は、第１透過ビーム３６２０の第１部分を反射し、第１透過ビーム３６２０の第２部分を透過することができるビームスプリッタであってもよい。第２対物レンズ３６１６は、回転軸３００４から第２半径距離（「半径２」）に配置することができる。第２対物レンズ３６１６は、回転走査方向に沿って回転することができる。対物レンズ３０１６，１２１６がプラットフォーム３０３０に堅固に結合されている場合、それらは同じ回転走査方向（例えば、３００６）に沿って回転することができる。第２対物レンズ３６１６に関連する焦点領域は、治療経路を追跡することができる。軸３００４が組織表面３１０２に対して固定された状態に保持される場合、第１対物レンズ３０１６に関連する治療経路及び第２対物レンズ３６１６に関連する治療経路は、同心であり得る（例えば、ほぼ軸３００４と中心とする）。接触面（例えば、接触面３２０２）は、組織表面３１０２の表面に向かって突出し得る第２隆起領域を含んでもよい。第２対物レンズ３６１６は、接触面上で回転／移動するときに、第２隆起領域を横切って移動することができる。

一実施形態では、対物レンズシステム３６００は、対物レンズ３０１６，３６１６と関連する焦点体積の深さを独立的に制御することができる。これは、例えば、第１反射ビーム３０２２のビーム経路に第１レンズを配置し、光ビーム３６２２のビーム経路に第２レンズを配置することによって実行することができる。

図３７は、例示的な偏光ベース内面回転オブジェクティブ走査システム３７００における光学素子の配列の概略図である。走査システム３７００は、第２光学サブシステム３６５０に光学的に接続された第１光学サブシステム３２００を含む。走査システム３７００は、２つの偏光ビーム３７２０ａ（例えば、ｐ偏光）及び３７２０ｂ（例えば、ｓ偏光）を受光することができ、それらを入射レーザビーム３０２０に結合する（例えば、重畳）ことができる偏光ビーム結合器３７１２を含むことができる。第１光学素子３０１２は、第１偏光（例えば、ｐ偏光）を第１光学サブシステム３２００にむけることができ、及び第２偏光（例えば、ｓ偏光）を第２光学サブシステム３６５０に向けることができる偏光ビームスプリッタであってもよい。対物レンズ３０１６，３６１６は、それぞれ第１及び第２偏光レーザビームを集束させることができる。

図３８は、入射レーザビーム３０２０から３つの焦点体積を生成することができる３つの対物レンズを含む例示的な内面回転オブジェクティブ走査システム３８００における光学素子の配列の概略図である。対物レンズ走査システム３８００は、第１光学サブシステム３２００及び第２光学サブシステム３６５０と光学的に結合することができる第３光学サブシステム３８５０を含むことができる。

第３光学サブシステム３８５０は、第３光学素子３８１２、第３ミラー３８１４、及び第３対物レンズ３８１６を含むことができる。第３光学サブシステム３８５０は、回転プラットフォーム（例えば、回転プラットフォーム３０３２）に堅固に結合され得る。第３対物レンズ３８１６は、第２光学素子３６１２によって透過した透過光学ビーム３８２０を受光することができる。

一実施形態では、第１及び第２光学素子（３０１２，３６１２）は、ビームスプリッタ（例えば、５０／５０ビームスプリッタ、６６／３３ビームスプリッタなど）であり得る。例えば、第１光学素子３０１２は、６６／３３ビームスプリッタ（例えば、入射レーザビームの６６／３３％を透過／反射）であり得る。第１光学素子３０１２は、第１透過ビーム３６２０を透過して第１反射ビーム３０２２を反射することができる。第１反射ビーム３０２２は、第１光学サブシステムに向けられる。第２光学素子３６１２は、第１透過ビーム３６２０を受光することができる。第２光学素子は、第２反射ビーム３６２２を反射し、第２透過ビーム３８２０を透過することができる。第２反射ビーム３６２２は、第２光学サブシステム３６５０に向けられる。第３光学素子３８１２は、第２透過ビーム３８２０を受光して、これを第３光学サブシステムに向けることができる。

第３対物レンズ３８１６は、回転軸３００４から第３半径距離（「半径３」）に配置することができる。第３対物レンズ３８１６は、回転走査方向に沿って回転することができる。対物レンズ３０１６，３６１６，３８１６がプラットフォーム３０３０に堅固に結合されている場合、それらは同じ回転走査方向（例えば、３００６）に沿って回転することができる。第３対物レンズ３８１６に関連する焦点領域は、第３治療経路を追跡することができる。軸３００４が組織表面３１０２に対して停止状態に保持される場合、第１、第２、及び第３治療経路は、同心であり得る（例えば、ほぼ軸３００４の中心に位置）。

一実施形態では、対物レンズ走査システム３８００は、対物レンズ３０１６，３６１６，３８１６と関連する焦点体積の深さを独立的に制御することができる。これは、例えば、第１反射ビーム３０２２のビーム経路に第１レンズ、光ビーム３６２２のビーム経路に第２レンズ、及び光ビーム３８２２にビーム第３レンズを配置することによって行うことができる。

［横断回転オブジェクティブ走査システム（Transverse Rotary Objective Scanning System）］
図３９Ａは、治療領域３９０２上の横断回転オブジェクティブ走査システム３９００の斜視図である。対物レンズ走査システム３９００は、回転走査方向３９０６に沿って軸３９０４を中心に回転することができる。また、軸３９０４は、横走査方向３９０８に沿って横方向に平行移動することができる。図３９Ｂは、治療領域３９０２上の横断回転オブジェクティブ走査システムの他の斜視図である。

図４０Ａは、例示的な横断回転オブジェクティブ走査システム３９００の斜視図である。走査システム３９００は、様々な光学素子を囲むことができるハウジング３９１０を含んでもよい。ハウジング３９１０は、走査システムが治療領域３９０２の表面上でローリングできるようにする円筒状の形状を有してもよい。図４０Ｂは、横断回転オブジェクティブ走査システム３９００の断面の例示である。図４０Ｃは、横断回転オブジェクティブ走査システム３９００の側面図である。

図４１は、組織表面３１０２の上に配置された横断回転オブジェクティブ走査システム３９００の側面図である。走査システムは、ハウジング３９１０に対して回転することができる回転プラットフォーム３９３０を含む。回転プラットフォーム３９３０は、回転プラットフォーム３９３０に堅固に結合された第１光学素子３９１２（例えば、ビームスプリッタ、ミラーなど）、第１対物レンズ３９１６及び第２対物レンズ３９１３に堅固に結合することができ、回転プラットフォーム３９３０と共に回転することができる。レーザビーム３９２０は、第１反射ビーム３９２２を反射することができる第１光学素子３９１２に衝突することができる。第１反射ビーム３９２２は、対物レンズ３９１６に向けられてもよい。対物レンズ３９１６は、組織表面３１０２の治療領域で第１反射ビーム３９２２を焦点体積３９５４に集束させることができる。

回転プラットフォーム３９３０が軸３９０４を中心に回転するときに、走査システム３９００が安定した状態（例えば、揺れない）を保持することが望ましい場合がある。このような安定性は、例えば、回転中にその質量中心が軸３９０４の近くに保持されるように走査システム３９００を設計することによって達成し得る。これは、例えば回転プラットフォーム３９３０に堅固に結合された第２対物レンズ３９１３を含むことによって実行され得る。第２対物レンズ３９１７の半径方向の位置は、第２対物レンズ３９１７と結合する前の走査システム３９００の質量中心の位置に基づいて決定されてもよい。

回転プラットフォーム３９３０は、軸３９０４に沿って（例えば、アクチュエータによって）平行移動し得る。これにより、焦点体積３９５４が組織表面３１０２の側方治療経路を走査することが可能になる。対物レンズ３９１６は、軸３９０４に対して半径方向に沿って移動することができる。これは、焦点体積３９５４の深さを変化させることを可能にできる。ハウジング３９１０の一部（接触面とも呼ばれる）は、対物レンズ３９１６と組織表面３１０２とを分離することができる。ハウジングは、組織表面３１０２の表面を加圧して第１反射ビーム３９２２を通した光エネルギーの効率的な伝達を可能にすることができる。ハウジング３９１０はまた、熱を消散させることによって、組織表面３１０２の表面を冷却することができる。ハウジング３９１０は、曲面を含むことができる。例えば、治療領域（例えば、接触面）と接触するハウジングの部分は、湾曲していてもよい。

図４２Ａは、横断回転オブジェクティブ走査システム３９００における光学素子の配列の斜視図である。対物レンズ３９１６に関連する焦点体積３９５４は、（例えば、ｘ−ｙ平面に平行な）円形走査経路３９５０に沿って横断する。図４２Ｂは、第１対物レンズ３９１６に関連する走査経路の概略図である。円形走査経路３９５０は、円形走査経路３９５０の一部３９５０ａに対して組織表面３１０２と重なってもよい。

図４３は、例示的な横断回転オブジェクティブ走査システム４３００の斜視図である。対物レンズ走査システム４３００は、第１光学素子３９１２から上流にビームスプリッタ３９６０を含む。ビームスプリッタ３９６０は、入射ビーム３９７０を受光して、入射ビーム３９７０の一部を透過ビーム３９２０として送信し、入射ビーム３９７０の一部を反射ビーム３９２１として反射することができる。反射されたビームは、ミラー３９６２，３９６４，３９６６を含む別の光路を介して第１光学素子３９１２に向け直されてもよい。第１光学素子３９１２は、透過ビーム３９２０を第１対物レンズ３９１６に向けることができ、反射ビーム３９２１を第２対物レンズ３９１３に向けることができるビームスプリッタとすることができる。その結果、走査システム４３００は、（対物レンズ３９１６，３９１７に関連する）２つの焦点体積を生成してもよい。２つの焦点体積は、円形走査経路３９５０に沿って回転することができる。これは、組織表面３１０２の治療を促進することができる。第１対物レンズ３９１６及び第２対物レンズ３９１３の半径方向位置は、それらの質量に基づいて決定され得る。これは、回転プラットフォーム３９３０が回転するときに横断回転オブジェクティブ走査システム４３００が安定したまま保持されるようにするために行うことができる。一実施形態では、第１対物レンズ３９１６及び第２対物レンズ３９１３は、同様の質量を有することができ、軸３９０４から等距離にあることができる。

オブジェクティブビーム走査装置のいくつかの実施形態による例示的なパラメータは、下の表３に開示される。

ＥＭＲビームを走査するためのシステム及び方法は、特定の用途（例えば、皮膚科学的治療）を参照して上で説明した。本明細書に記載されたビーム走査システム及び方法は、現在扱いが難しい皮膚科学的状態の治療を加速して利益を得ることが期待されるが、ビーム走査システム及び方法は、一般に他の用途、特に高いＮＡビームを必要とする用途に適している。

美容目的などの様々な皮膚症状を治療する方法は、本明細書に記載されたシステムを使用して実行することができる。このような方法は、医師が実施することができるが、エステティシャン及びその他の適切に訓練された要員などの非医師が、本明細書で説明したシステムを使用して、医師の監督の有無に関わらず、様々な皮膚症状を治療できることを理解できる。

当業者は、上述した実施形態に基づいて、本発明の他の特徴及び長所を理解するであろう。従って、本発明は、添付の請求の範囲によって示される場合を除いて、特に図示し説明されたものによって限定されるべきではない。本明細書に引用された全ての刊行物及び参考文献は、参照によりその全文が本明細書に明示的に含まれる。

Claims (22)

1. システムであって、
   回転運動を発生させるように構成されたモータと、
   モータと動作可能に結合し、回転運動を第１走査軸に沿った複数のストロークを含む往復運動に変換するように構成された往復動機構であって、前記往復運動は、複数のストロークのうちの少なくとも１つのストロークの一部にわたって一定速度を有する、往復動機構と、
   移動して前記往復動機構の往復運動を受けるように前記往復動機構に動作可能に結合された焦点光学系であって、前記焦点光学系に入射する電磁放射（ＥＭＲ）ビームを前記第１走査軸と実質的に直交する光軸に沿って焦点に集束するように構成される、焦点光学系と、
   を含む
   システム。
2. 前記一定速度が、所望する一定速度の５０％以内であり、前記ストロークの一部が前記ストロークの１０％以上である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ＥＭＲビームを生成するように構成された電磁放射源と、
   ＥＭＲビームが前記焦点光学系に入射するように構成された光学システムと、
   をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記光学システムの少なくとも１つの要素が、前記往復運動を受ける、請求項３に記載のシステム。
5. 前記ＥＭＲ源は、所定の反復速度に従ってパルスモードで動作するように構成され、
   前記ＥＭＲ源の反復速度と前記往復運動の一定速度との間の関係は、前記第１走査軸に沿って逐次的パルス焦点間の公称ピッチを決定する、請求項３に記載のシステム。
6. 前記往復動機構と動作可能に結合し、前記第１走査軸に実質的に直交する第２走査軸に沿って間欠運動を導入するように構成される間欠機構であって、前記焦点光学系は、前記間欠機構に動作可能に結合されて、前記焦点光学系が前記間欠運動を受けるように構成される、間欠機構をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記間欠機構は、前記往復運動の位置に従って前記間欠運動を導入するように構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記間欠運動は、一般に前記往復運動がストロークの始まり、ストロークの中間、及びストロークの終わりのうちの少なくとも１つに対応する位置にあるときに導入される、請求項７に記載のシステム。
9. 接触面を通って標的組織の表面と接触するように構成された光軸に沿って焦点と焦点光学系との間に設けられたハウジングをさらに含み、
   前記焦点は、前記標的組織の表面の下りビームに位置する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記接触面は、前記標的組織を冷却するように構成された、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ハウジングは、圧力センサ、接触センサ、及び温度センサのうちの１つ以上を含む、請求項９に記載のシステム。
12. 方法であって、
    回転運動を生成するステップと、
    生成された回転運動を第１走査軸に沿った複数のストロークを含む往復運動に変換するステップであって、前記往復運動は、前記複数のストロークのうちの少なくとも１つのストロークの一部にわたって一定速度を有する、往復運動に変換するステップと、
    前記往復運動に従って焦点光学系を移動させるステップであって、前記焦点光学系は、前記焦点光学系に入射する電磁放射（ＥＭＲ）ビームを第１走査軸と実質的に直交する光軸に沿って焦点に集束するように構成される、焦点光学系を移動させるステップと、
    を含む
    方法。
13. 前記一定速度は、所望する一定速度の５０％以内であり、前記ストロークの一部は、前記ストロークの１０％以上である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ＥＭＲビームを生成するステップと、
    光学システムを使用して、前記焦点光学系に入射する前記ＥＭＲビームを指向するステップと、
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記往復運動に従って前記光学システムの少なくとも１つの要素を移動させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 所定の反復速度に従って前記ＥＭＲビームをパルス化するステップをさらに含み、
    前記反復速度と前記一定速度との関係は、前記第１走査軸に沿った逐次的パルスレーザ焦点間の公称ピッチを決定する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１走査軸と実質的に直交する第２走査軸に沿って間欠運動を導入するステップと、
    前記間欠運動に従って前記焦点光学系を移動させるステップと、
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記間欠運動は、前記往復運動の位置に従って導入される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記間欠運動は、
    前記往復運動が一般にストロークの始まり、ストロークの中間、及びストロークの終わりのうちの少なくとも１つに対応する位置にあるときに導入される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記光軸に沿って前記焦点光学系と前記焦点との間の標的組織の表面をハウジングの接触面と接触させるステップをさらに含み、
    前記焦点は、前記標的組織の表面の下りビームに位置する、請求項１２に記載の方法。
21. 前記接触面を使用して前記標的組織を冷却するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記ハウジング内に位置するセンサを使用して前記標的組織の１つ以上の変数を検出するステップであって、前記変数は、圧力、前記接触面と前記標的組織との間の接触、及び温度を含む、変数を検出するステップ、
    をさらに含む、請求項２１に記載の方法。

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