JP7455848B2

JP7455848B2 - レーザビームの焦点の位置の較正

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Publication number: JP7455848B2
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Inventors: ゴーズエーフィ; ゴルシュボトクラウディア; フォーゼルマティアス; キッテルマンオラフ
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Description

本開示は、概して、例えば手術デバイスで使用されるようなレーザデバイスに関し、より詳細には、レーザビームの焦点の位置の較正に関する。

眼科レーザ手術では、精密な切断を行うことが重要である。例えば、レーザ角膜切削形成術（ＬＡＳＩＫ）のフラップは、典型的には、フラップを引き戻すことによって生じる外傷を避けるためにボーマン層の十分近くで生成されるが、層を破ることを避けるためにボーマン層から十分遠くに生成され、したがって、フラップは、約８０マイクロメートル（μｍ）～５００μｍ、例えば約１２０μｍの深さに切断される。別の例として、小切開レンチクル摘出術（ＳＭＩＬＥ）処置において除去されるレンチクルは、角膜に屈折矯正をもたらすことを意図した曲率を残し、したがって、レンチクルは、精密に切断されなければならない。したがって、一貫した高品質の結果を可能にするために、レーザビームの焦点位置は、数マイクロメートルの精度の範囲内で較正されるべきである。

特定の実施形態では、レーザビームの焦点の位置を較正するためのシステムが、レーザと、集束光学系と、検出器光学系と、二光子吸収（ＴＰＡ）検出器と、コンピュータとを備える。レーザはレーザビームを発生させる。集束光学系は、レーザビームをｚ軸に沿ってゼロ平面に対応するゼロ表面に向けて導き、ゼロ表面によって反射されたレーザビームの部分を受け取る。検出器光学系は、集束光学系から反射された部分を受け取り、反射された部分をＴＰＡ検出器に向かわせる。ＴＰＡ検出器は、焦点の位置のゼロ表面への近接度を示す反射された部分のピーク強度を検知し、反射された部分のピーク強度を表す信号を生成する。コンピュータは、ピーク強度を表す信号に応じて、レーザビームの焦点の位置が較正されているか否かを判定する。

特定の実施形態では、レーザビームの焦点の位置を較正するための方法が、レーザビームを発生させることを含む。レーザビームは、集束光学系によって、ｚ軸に沿って、レーザビームの少なくとも部分を反射するゼロ平面に対応するゼロ表面に向けられる。反射された部分は、集束光学系で受け取られ、次いで集束光学系から検出器光学系によって受け取られる。反射された部分は二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に向けられる。反射された部分のピーク強度がＴＰＡ検出器によって検知される。ピーク強度は、焦点のゼロ表面への近接度を示す。反射された部分のピーク強度を表す信号が生成される。コンピュータによって、ピーク強度を表す信号に応じて、レーザビームの焦点の位置が較正されているか否かが判定される。

システム及び方法の実施形態は、以下の特徴のうちのいずれかの１つ、２つ、又はそれ以上を含み得る：
・コンピュータは、ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定する。ピーク強度が最大ピーク強度である場合、コンピュータは、焦点が実質的にゼロ表面にあると判定する。
・コンピュータは、ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定する。ピーク強度が最大ピーク強度ではない場合、コンピュータは、焦点をｚ軸の異なる点に導くように集束光学系を調整する。
・コンピュータは、ピーク強度が最大ピーク強度になるまで、ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定し、ピーク強度が最大ピーク強度ではない場合、焦点をｚ軸の異なる点に導くように集束光学系を調整することを繰り返す。
・コンピュータは、ゼロ表面の一般領域を特定するために複数の大区間に沿って焦点を導くように集束光学系を調整し、ゼロ表面の位置を判定するために一般領域の複数の小区間に沿って焦点を導くように集束光学系を調整する。
・コンピュータは、信号から、反射された部分のピーク強度を表すグラフを生成する。
・集束光学系は、ビームエキスパンダと、スキャナと、対物レンズとを備える。
・検出器光学系は、偏光子と１／４波長板とを備える。偏光子は、第１の直線偏光を伴うレーザビームを１／４波長板に透過させる。１／４波長板は、レーザビームを第１の直線偏光から円偏光に変換し、反射された部分を円偏光から第２の直線偏光に変換する。偏光子は、第２の直線偏光を伴う反射された部分をＴＰＡ検出器に向けて偏向させる。
・検出器光学系は、偏光子と、半波長板及びファラデー回転子を備えるコンビネーションとを備える。偏光子は、第１の直線偏光を伴うレーザビームをコンビネーションに透過させる。コンビネーションは、レーザビームの直線偏光を０度回転させ、反射された部分の直線偏光を９０度回転させて第２の直線偏光にする、又はレーザビームの直線偏光を９０度回転させ、反射された部分の直線偏光を０度回転させて第２の直線偏光にする。偏光子は、第２の直線偏光を伴う反射された部分をＴＰＡ検出器に向けて偏向させる。

本開示の実施形態は、添付図面を参照して例として極めて詳細に説明される。

図１は、レーザビームの焦点の位置を較正し得るレーザシステムの一実施形態を示す。図２は、レーザビームの焦点を較正するために図１のシステムによって実行され得る方法の一例を示す。図３は、図１のシステムによって実行され得る調整パターンの一例を示すグラフである。図４Ａは、図１のシステムによって実行され得る、異なる長さの患者ＩＦに対するレーザビームの較正の例を示すグラフである。図４Ｂは、図１のシステムによって実行され得る、異なる長さの患者ＩＦに対するレーザビームの較正の例を示すグラフである。

ここで、説明及び図面を参照すると、開示される装置、システム、及び方法の例としての実施形態が、詳細に示される。当業者には明らかであるように、開示される実施形態は、例示であり、全ての可能な実施形態を網羅するものではない。

図１は、目又はテスト材料などの目標物１２に向けられたレーザビームの焦点の位置を較正し得るレーザシステム１０の一実施形態を示している。特定の実施形態では、レーザがレーザビームを発生させる。集束光学系は、目を安定させる患者ＩＦの端部に概して配置され得るゼロ表面にレーザビームを向ける。ゼロ表面はレーザビームの少なくとも部分を反射する。検出器光学系は、反射された部分のピーク強度を検知できる二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に反射された部分を向ける。一般に、焦点がゼロ表面にある場合、検出器における反射された部分の直径は最小になり、ピーク強度は最大になる。ＴＰＡ検出器によって検知されたピーク強度は、レーザビームの焦点のゼロ表面への近接度を示す。

例示した実施形態では、レーザシステム１０は、図示されるように連結された、レーザ２０と、検出器光学系２２（偏光子２４、レンズ２８、及び波長板３４を含む）と、二光子吸収（ＴＰＡ）検出器３０と、集束光学系４０（ビームエキスパンダ４２、スキャナ４４、対物レンズ４８を含む）と、患者インタフェース１４と、コンピュータ５２とを備える。レーザシステム１０は、目の一部（例えば、人間若しくは動物の目の角膜）、又はその部分を模したテスト材料（例えば、ポリメチルメタクリル酸（ＰＭＭＡ））に対して眼科処置を実行するために使用され得る。

実施形態の説明を補助するために、レーザシステムのｘｙｚ座標系が記載されている。ビームが目標物１２に接近するときのレーザビームの方向が、ｚ軸を定義する。目標物１２が目である場合、ｚ軸は、一般に目の光軸に平行である。そして、ｚ軸はｘｙ平面に垂直であるため、ｚ軸によってｘｙ平面が定義される。「ｚ位置」は、ｚ軸の点を指し、「ｘｙ位置」は、ｘｙ平面の点を指す。「ゼロ平面」は、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｘ，ｙ，０）によって定義される平面を指す。

ｘｙ平面上のｘ軸及びｙ軸の配置は、任意の適当なやり方で選択され得る。例えば、目標物１２が、患者の目である場合、ｘ軸又はｙ軸が、患者の垂直軸に平行であってもよい。ｘ軸及びｙ軸の原点は、任意の適当なやり方で選択され得る。例えば、目標物１２が目である場合、目の中心部分（例えば、瞳孔中心、頂端、頂点、又は光軸）がｘ＝０、ｙ＝０を定義し得る。ｚ軸の原点、ｚ＝０（これによりゼロ平面が定義される）は、任意の適当なやり方で選択され得る。例えば、インタフェース１４の目標物側表面（すなわち、目に接触するように設計された表面）がｚ＝０として選択され得る。較正の際、目標物側表面は、実際に目に接触している場合もあればしていない場合もある。

実施形態の説明を補助するために、光学デバイスが説明される。光学デバイスは、光を制御する（例えば、反射、屈折、フィルタ、透過（若しくは通過）、及び／又は偏光させる）デバイスである。デバイスは、設計通りに光を制御する任意の適当な材料、例えば、ガラス、水晶、金属、又は半導体でできていてもよい。光学デバイスの例は、レンズ、ミラー、プリズム、光学フィルタ、導波管、波長板、エキスパンダ、コリメータ、スプリッタ、格子、及び偏光子を含む。

システム１０の例示的なコンポーネントは、以下の通りであってもよい。レーザ２０は、励起された原子又は分子からの光子の誘導放出によってコヒーレント単色光の強力ビームを発生させるデバイスである。レーザビームは、任意の適当な波長、例えば、赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）範囲の波長を有し得る。レーザビームのパルスは、任意の適当な範囲、例えば、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒、又はアト秒範囲のパルス幅を有し得る。レーザビームの焦点はビームの焦点である。

検出器光学系２２は、レーザビームを集束光学系４０に向け、反射された部分をＴＰＡ検出器３０に向ける。例示した実施形態では、検出器光学系２２は、偏光子２４、レンズ２８、及び波長板３４を含む。偏光子２４は、特定の偏光方向の光を透過すると同時に、他の回転偏光方向の光を反射する光学フィルタである。偏光子２４は、未定義の、又は混在する偏光の光を、単一直線偏光状態を有する光に変換し得る。例示した実施形態では、偏光子２４は、レーザ２０から受け取った（第１の偏光を有する）レーザビームを波長板３４に向けて透過させ、波長板３４から受け取った（第２の偏光を有する）レーザビームをレンズ２８及び検出器３０に向けて反射させる。特定の実施形態では、第１の偏光は直線偏光であり、第２の偏光は直線偏光を９０度回転させたものである。レンズ２８は、偏光子２４からのビームを、レンズ２８の焦点面に配置されたＴＰＡ検出器に集束させる。レンズ２８は、色収差及び球面収差の影響を抑えるように設計されたアクロマートレンズであってもよい。

波長板３４は、それを通って進む光の偏光状態を変える光学デバイスである。波長板３４は、直線偏光を円偏光に変換したり、円偏光を直線偏光に変換したりする任意の適切な波長板、例えば１／４波長板とすることもできるし、半波長板（直線偏光を４５度回転させる）と４５度ファラデー回転子（偏光子２４と組み合わせて使用される場合は光ダイオードとも呼ばれる）とのコンビネーションとすることもできる。一実施形態では、波長板３４は、偏光子２４から第１の直線偏光を伴うレーザビームを受け取り、レーザビームを第１の直線偏光から円偏光に変換し、レーザビームを集束光学系４０に向ける１／４波長板である。また、波長板３４は、集束光学系４０からレーザビームの反射された部分を受け取り、反射された部分を円偏光から第１の直線偏光に対して回転された第２の直線偏光に変換する。例示した実施形態では、波長板３４は、光ビームの元の直線偏光を９０度変化させる。

別の実施形態では、波長板３４は、半波長板及びファラデー回転子のコンビネーションである。波長板３４は、偏光子２４から第１の直線偏光を伴うレーザビームを受信する。この方向では、半波長板及びファラデー回転子は互いの回転効果を相殺し、レーザビームの回転を０度にする。次いで波長板３４は、レーザビームを集束光学系４０に向ける。波長板３４はまた、集束光学系４０から反射された、レーザビームの反射された部分を受け取る。この方向では、半波長板及びファラデー回転子の回転効果が足し合わされ、レーザビームが９０度回転し、これは第１の直線偏光に対して回転された第２の直線偏光である。まとめると、光ビームは、ビームを０度回転させる波長板３４を通過し、ビームを９０度回転させる波長板３４を介して反射されて戻り、この結果、光ビームは元の直線偏光から９０度変化する。他の実施形態では、波長板３４は、光ビームが、ビームを９０度回転させる波長板３４を通過し、ビームを０度回転させる波長板３４を介して反射されて戻るように再構成され得る。

集束光学系４０は、レーザビームを目標物１２に向け、集束させる。特定の実施形態では、集束光学系４０は、レーザビームの焦点をｚ軸に沿ってゼロ表面５０に向けて導き、ゼロ表面５０によって反射されたビームの少なくとも部分を受け取る。例示した実施形態では、集束光学系４０は、ビームエキスパンダ４２、スキャナ４４、及び対物レンズ４８を含む。ビームエキスパンダ４２は、レーザビームの直径を拡大して、レーザビームの焦点を制御する、１つ又は複数の光学デバイスを含む。レンズ４２ａ又はミラーなどの光学デバイスがレーザビームの焦点のｚ位置を制御することができ、（レンズ４２ａと組み合わせた）レンズ４２ｂなどの別の光学デバイスがレーザビームの直径を拡大することができる。理論上、ビームエキスパンダ４２は、レーザビームの焦点を一貫して制御するように設計される。しかしながら、実際には、光学系は、焦点のｚ位置が変化するように時間の経過とともに変化し得る。したがって、場合によっては、レーザビームの焦点のｚ位置の較正が重要になり得る。

スキャナ４４は、焦点のｘｙ位置を制御するためにレーザビームの方向を制御する１つ又は複数の光学デバイスを含む。レーザビームを横方向に偏向させるために、スキャナ４４は、相互に垂直な軸に対してチルトする、１対のガルバノメトリック駆動型スキャナミラーを有し得る。例示した実施形態では、スキャナ４４は、ビームエキスパンダ４２からレーザビームを受け取り、レーザビームを操作して焦点のｘｙ位置を制御する。対物レンズ４８は、スキャナ４４からレーザビームを受け取り、ビームを目標物１２に向ける。

患者インタフェース（ＩＦ）１４は、手術中にレーザシステム１０に対する目標物１２の位置を安定させ、一般に、プラスチック又は金属などの硬質な材料から作られる。目標物１２が目である場合、目と特定のタイプの患者ＩＦ１４との間の接触によって、目の表面の形が変わる（例えば、平らになる、又は他の方法で変形される）得る。患者ＩＦ１４の「目標物側」表面は、目標物１２に対向するように設計されたＩＦ１４の表面である（そして目標物１２と接触していることさえある）。患者ＩＦ１４は、一般に、単回使用の製品であり、１つのＩＦ１４は、１つの患者の目に使用された後に破棄される。理論上、患者ＩＦ１４は、ｚ方向に一定の長さを有するように設計される。しかしながら、実際には、ＩＦが異なれば長さも異なり得る。したがって、場合によっては、特定の患者ＩＦ１４に対する焦点のｚ位置の較正が重要になる。

特定の実施形態では、患者ＩＦ１４の目標物側表面がｚ＝０すなわちゼロ平面を定義する。較正時にレーザビームを反射するゼロ表面５０は、ゼロ平面に配置され得る。ゼロ表面５０の例としては、患者ＩＦ１４の目標物側表面、目標物側表面の反対側、又は患者ＩＦ１４の目標物側表面に近接又は接触して配置された別の表面（例えば、鏡面又は他の高反射性表面）が挙げられる。図１では目標物１２及びゼロ表面５０が示されているが、実際には、一般に目標物１２は較正が行われるときに存在しないことに留意されたい。

二光子吸収（ＴＰＡ）検出器３０はレーザビームの強度を測定する。特定の検出器では、レーザビームが電子を励起する二光子吸収を引き起こし、これにより入射放射線のピーク強度に応じて信号が生成される。例示した実施形態では、ＴＰＡ検出器３０は、反射された部分の強度を検知し、反射及び集束された部分のピーク強度を示す信号を生成する。

信号は、レーザビームの焦点のゼロ表面５０への近接度を示す。焦点がゼロ表面５０から離れているほど、ＴＰＡ検出器の検知面上の反射された部分の直径は大きくなり、検出器の特定の部分におけるビームのピーク強度は小さくなる。焦点がゼロ表面５０に近いほど、反射された部分の直径は小さくなり、検出器の特定の部分におけるビームのピーク強度は大きくなる。したがって、焦点がゼロ表面５０にある場合、検出器における直径は最小であり、ピーク強度は最大である。

コンピュータ４６は、ＴＰＡ検出器３０からの強度測定値に応じて、レーザビームの焦点が較正されているか否かを判定する。特定の実施形態では、コンピュータ４６は、ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定する。最大ピーク強度は、焦点の異なる位置において測定されたピーク強度の最大値であり得る。場合によっては、較正セッションの前に最大ピーク強度が測定又は計算されてもよく、これによりコンピュータ４６は、較正セッション中に測定されたピーク強度が最大であるか否かを判定できる。ピーク強度が最大ピーク強度である場合、コンピュータ４６は、焦点が実質的にゼロ表面５０にあると判定する。ピーク強度が最大ピーク強度ではない場合、コンピュータ４６は、焦点をｚ軸の異なる点に導くように集束光学系４０を調整し得る。集束光学系４０の調節については、図２を参照してより詳細に説明される。特定の実施形態では、コンピュータ４６は、ＴＰＡ検出器信号から、反射された部分のピーク強度を表すグラフを生成する。グラフの例は、図３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照してより詳細に説明される。

図２は、レーザビームの焦点を較正するために図１のシステム１０によって実行され得る方法の一例を示している。本方法は、ステップ１００において開始され、ここでレーザ２０がレーザビームを発生させる。集束光学系４０は、ステップ１１０において、レーザビームの少なくとも部分を反射するゼロ表面５０にレーザビームを向ける。残りのビームが目標物１２に到達してもよい。検出器光学系２２は、ステップ１１２において、反射された部分をＴＰＡ検出器３０に向ける。ＴＰＡ検出器３０は、ステップ１１４において、反射された部分の強度を検出する。

コンピュータ４６は、ステップ１１６において、信号が最大であるか否かを判定することにより、ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定する。ステップ１２０において信号が最大ではない場合、コンピュータ４６は、ステップ１２２において、焦点をｚ軸の異なる点に導くように集束光学系４０を調整し得る。例えば、コンピュータ４６は、焦点の位置を調整するために、レンズ４２ａの位置又は屈折特性を変更するように集束光学系４０に命令し得る。調整は、焦点をゼロ表面５０に向かって動かすための１つ又は複数の所定のパターンに従うことができる。図３を参照しながら一例を説明する。

図３は、調整パターンの一例を示すグラフ３００である。グラフ３００の縦軸は、ピーク強度を示す（例えば、ボルトＶ又はアンペアＡで測定された）ＴＰＡ信号を表し、横軸は、（例えば、マイクロメートルμｍ又はレーザシステム１０が示すそれ以外の単位で測定された）焦点の位置を表す。この例では、コンピュータ４６は、ゼロ表面５０の一般領域の位置を特定するために、位置３０４（３０４ａ～ｃ）で定義される大区間３０２で焦点の位置をまず調整するように集束光学系４０に命令する。一般領域は、例えば、最も高い信号が位置３０４において測定された状態で、位置３０４よりも大きい大区間３０２及び位置３０４よりも小さい大区間３０２であり得る。大区間３０２は、任意の適切なサイズを有し得る。特定の場合では、サイズは、患者ＩＦ１４の製造公差を考慮して選択されてよく、例えば、サイズは、製造公差の０．５倍～１．５倍、１．５倍～２．５倍、２．５倍～３．５倍大きくてもよい。例えば、製造公差が＜２５μｍである場合、サイズは５０μｍと選択され得る。グラフ３００によれば、ＴＰＡ信号は３０４ｂの位置において最も高く、これによりゼロ表面５０の一般領域は、３０４ｂより大きい区間３０２ｂ及び３０４ｂより小さい区間３０２ａであり得る。

次いで、コンピュータ４６は、ゼロ表面５０の位置を示す最大信号の位置を絞り込むために、一般領域内において位置３０８によって定義される小区間３０６で位置を調整するように集束光学系４０に命令する。小区間３０６は、任意の適切なサイズを有し得る。特定の場合では、サイズは、大区間３０２のサイズを考慮して選択されてよく、例えば、小区間３０６のサイズは、大区間３０２のサイズの０．００１～０．０１又は０．０１～０．１であってもよい。例えば、大区間３０２のサイズが５０μｍである場合、小区間３０６のサイズは１μｍと選択され得る。グラフ３００によれば、位置３０８ａにおける信号は、信号の立ち上がり部分と立ち下がり部分との間にあり、つまり、最大信号は位置３０８ａ付近で推定され、これによりゼロ表面５０は実質的に位置３０８ａにあり得る。「～に実質的にある（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙａｔ）」は、位置３０８ａ付近の小区間３０６内であると説明され得る。特定の実施形態では、ゼロ表面５０の位置を更に絞り込むために補間が行われ得る。

再び図２を参照すると、ステップ１２２において実行され得る調整パターンの別の例として、コンピュータ４６は、焦点を一方向に移動させるために、レンズ４２ａの位置又は屈折特性を変更するように集束光学系４０に命令し得る。その方向に移動させることにより信号が大きくなって、焦点がゼロ表面５０の近くに移動していることを示す場合、最大信号に到達するまでその方向への移動を続け得る。その方向に移動させることにより信号が小さくなって、焦点がゼロ表面５０から遠くに移動していることを示す場合、焦点の移動は反対方向に変更され得る。

ステップ１２０において信号が最大になった場合、コンピュータ４６は、ステップ１２６において焦点が実質的にゼロ表面５０にあると判定し、ステップ１２８においてその結果を報告する。特定の実施形態では、ゼロ表面５０の位置を更に絞り込むために補間が行われ得る。これで本方法は終了する。

図４Ａ及び図４Ｂは、異なる長さの患者ＩＦ１４に対するレーザビームの較正の例を示すグラフ３２０及び３３０である。図１のシステム１０のコンピュータ５２がグラフ３２０及び３３０を生成し得る。測定値の単位は、特に断りのない限り、先のグラフの記載と同様であり得る。

図４Ａは、異なる長さの患者ＩＦ１４のＴＰＡ信号パターンの一例を示すグラフ３２０である。グラフ３００の縦軸は、ピーク強度を示すＴＰＡ信号を表し、横軸は、焦点の位置を表す。ピーク３２２ａ～ｄは、異なる長さの患者ＩＦ１４に対する最大信号の位置を表す。ピーク３２２ａ～ｄは、異なる長さの患者ＩＦ１４にとって当然のことながら、異なる焦点の位置で発生する。

図４Ｂは、異なる長さの患者ＩＦ１４の最大信号の焦点位置を示すグラフ３３０である。グラフ３００の縦軸は、最大ピーク強度の焦点位置を表し、横軸は、（例えば、μｍで測定された）患者ＩＦ１４の長さを表す。グラフ３００は、焦点位置と患者ＩＦ１４の長さとが直線的に関連していることを示している。

本明細書で開示されたシステム及び装置のコンポーネント（例えば、コンピュータ）は、インタフェース、ロジック、及び／又はメモリを含んでもよく、そのいずれかが、ハードウェア及び／又はソフトウェアを含んでもよい。インタフェースは、コンポーネントへの入力を受信し、コンポーネントから出力を提供し、並びに／又は入力及び／若しくは出力を処理し得る。ロジックは、コンポーネントの動作を実行し、例えば、命令を実行して入力から出力を生成し得る。ロジックは、１つ若しくは複数のコンピュータ、又は１つ若しくは複数のマイクロプロセッサ（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのコンピュータ内に存在するチップ）などのプロセッサであってもよい。ロジックは、コンピュータプログラム又はソフトウェアなどの、コンピュータによって実行され得る、メモリ内の符号化されたコンピュータ実行可能命令であってもよい。メモリは、情報を記憶してもよく、１つ又は複数の有形、非一時的、コンピュータ可読、コンピュータ実行可能記憶媒体を含んでもよい。メモリの例は、コンピュータメモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ））、大容量記憶媒体（例えば、ハードディスク）、リムーバブル記憶媒体（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ））、及びネットワークストレージ（例えば、サーバ又はデータベース）を含む。

本開示は、ある実施形態に関して説明されているが、実施形態の修正（代用、追加、改変、又は省略など）は、当業者には明らかである。したがって、修正は、本発明の範囲から逸脱することなく実施形態に対して行われ得る。例えば、修正は、本明細書で開示されたシステム及び装置に対して行われてもよい。システム及び装置のコンポーネントは、統合され、又は分離されてもよく、システム及び装置の動作は、より多くの、より少ない、又は他のコンポーネントによって実行されてもよい。別の例として、修正は、本明細書で開示された方法に対して行われてもよい。方法は、より多くの、より少ない、又は他のステップを含んでもよく、ステップは、任意の適当な順序で実行されてもよい。
また、本開示は以下の発明を含む。
第１の態様は、
レーザビームの焦点を較正するためのシステムであって、
前記レーザビームを発生させるように構成されたレーザと、
複数の集束光学系であって、
前記レーザビームの前記焦点をｚ軸に沿ってゼロ表面に向けて導き、前記ゼロ表面がゼロ平面に対応し、
前記ゼロ表面によって反射された前記レーザビームの少なくとも部分を受け取るように構成された、複数の集束光学系と、
１つ又は複数の検出器光学系であって、
前記集束光学系から前記反射された部分を受け取り、
前記反射された部分を二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に向ける
ように構成された、１つ又は複数の検出器光学系と、
前記ＴＰＡ検出器であって、
前記反射された部分のピーク強度を検知し、前記ピーク強度が前記焦点の前記ゼロ表面への近接度を示し、
前記反射された部分の前記ピーク強度を表す信号を生成するように構成された、前記ＴＰＡ検出器と、
前記ピーク強度を表す前記信号に応じて、前記レーザビームの前記焦点が較正されているか否かを判定するように構成されたコンピュータとを備える、システムである。
第２の態様は、
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定し、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度である場合、前記焦点が実質的に前記ゼロ表面にあると判定するように構成される、第１の態様におけるシステムである。
第３の態様は、
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定し、前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整するように構成される、第１の態様におけるシステムである。
第４の態様は、
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度になるまで、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することと
を繰り返すように構成される、第１の態様におけるシステムである。
第５の態様は、
前記コンピュータが、前記ゼロ表面の一般領域を特定するために複数の大区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整し、前記ゼロ表面の位置を判定するために前記一般領域の複数の小区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整するように構成される、第１の態様におけるシステムである。
第６の態様は、
前記コンピュータが、前記信号から前記反射された部分の前記ピーク強度を表すグラフを生成するように構成される、第１の態様におけるシステムである。
第７の態様は、
前記集束光学系が、ビームエキスパンダと、スキャナと、対物レンズとを備える、第１の態様におけるシステムである。
第８の態様は、
前記検出器光学系が、偏光子と１／４波長板とを備え、
前記偏光子が、第１の直線偏光を伴う前記レーザビームを前記１／４波長板に透過させるように構成され、
前記１／４波長板が、前記レーザビームを前記第１の直線偏光から円偏光に変換し、前記反射された部分を前記円偏光から第２の直線偏光に変換するように構成され、
前記偏光子が、前記第２の直線偏光を伴う前記反射された部分を前記ＴＰＡ検出器に向けて偏向させるように更に構成される、第１の態様におけるシステムである。
第９の態様は、
前記検出器光学系が、偏光子と、半波長板及びファラデー回転子を備えるコンビネーションとを備え、
前記偏光子が、第１の直線偏光を伴う前記レーザビームを前記コンビネーションに透過させるように構成され、
前記コンビネーションが、
前記レーザビームの前記直線偏光を０度回転させ、前記反射された部分の前記第１の直線偏光を９０度回転させて第２の直線偏光にする、又は
前記レーザビームの前記直線偏光を９０度回転させ、前記反射された部分の前記第１の直線偏光を０度回転させて第２の直線偏光にするように構成され、
前記偏光子が、前記第２の直線偏光を伴う前記反射された部分を前記ＴＰＡ検出器に向けて偏向させるように更に構成される、第１の態様におけるシステムである。
第１０の態様は、
レーザビームの焦点を較正するための方法であって、
レーザビームを発生させることと、
複数の集束光学系によって、前記レーザビームの前記焦点をｚ軸に沿ってゼロ表面に向けて導くことであって、前記ゼロ表面がゼロ平面に対応する、ことと、
前記ゼロ表面によって反射された前記レーザビームの少なくとも部分を受け取ることと、
１つ又は複数の検出器光学系によって、前記集束光学系から前記反射された部分を受け取ることと、
前記反射された部分を二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に向けることと、
前記ＴＰＡ検出器によって、前記反射された部分のピーク強度を検知することであって、
前記ピーク強度が前記焦点の前記ゼロ表面への近接度を示す、ことと、
前記反射された部分の前記ピーク強度を表す信号を生成することと、
コンピュータによって、前記ピーク強度を表す前記信号に応じて、前記レーザビームの前記焦点が較正されているか否かを判定することとを含む、方法である。
第１１の態様は、
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度である場合、前記焦点が実質的に前記ゼロ表面にあると判定することとを更に含む、第１０の態様における方法である。
第１２の態様は、
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することとを更に含む、第１０の態様における方法である。
第１３の態様は、
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度になるまで、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することとを繰り返すことを更に含む、第１０の態様における方法である。
第１４の態様は、
前記コンピュータによって、前記ゼロ表面の一般領域を特定するために複数の大区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整することと、
前記ゼロ表面の位置を判定するために前記一般領域の複数の小区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整することとを更に含む、第１０の態様における方法である。
第１５の態様は、
前記コンピュータが、
前記コンピュータによって、前記信号から前記反射された部分の前記ピーク強度を表すグラフを生成するように構成される、第１０の態様における方法である。

Claims

レーザビームの焦点を較正するためのシステムであって、
前記レーザビームを発生させるように構成されたレーザと、
複数の集束光学系であって、
前記レーザビームの前記焦点をｚ軸に沿ってゼロ表面に向けて導き、前記ゼロ表面がゼロ平面に対応し、
前記ゼロ表面によって反射された前記レーザビームの少なくとも部分を受け取るように構成された、複数の集束光学系と、
１つ又は複数の検出器光学系であって、
前記集束光学系から前記反射された部分を受け取り、
前記反射された部分を二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に向ける
ように構成された、１つ又は複数の検出器光学系と、
前記ＴＰＡ検出器であって、
前記反射された部分のピーク強度を検知し、前記ピーク強度が前記焦点の前記ゼロ表面への近接度を示し、
前記反射された部分の前記ピーク強度を表す信号を生成するように構成された、前記ＴＰＡ検出器と、
前記ピーク強度を表す前記信号に応じて、前記レーザビームの前記焦点が較正されているか否かを判定し、
前記ゼロ表面の一般領域を特定するために複数の大区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整し、
前記ゼロ表面の位置を判定するために前記一般領域の複数の小区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整するように構成されたコンピュータとを備える、システム。
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定し、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度である場合、前記焦点が実質的に前記ゼロ表面にあると判定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定し、前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整するように構成される、請求項１に記載のシステム。
前記コンピュータが、
前記ピーク強度が最大ピーク強度になるまで、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することと
を繰り返すように構成される、請求項１に記載のシステム。
前記コンピュータが、前記信号から前記反射された部分の前記ピーク強度を表すグラフを生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
前記集束光学系が、ビームエキスパンダと、スキャナと、対物レンズとを備える、請求項１に記載のシステム。
前記検出器光学系が、偏光子と１／４波長板とを備え、
前記偏光子が、第１の直線偏光を伴う前記レーザビームを前記１／４波長板に透過させるように構成され、
前記１／４波長板が、前記レーザビームを前記第１の直線偏光から円偏光に変換し、前記反射された部分を前記円偏光から第２の直線偏光に変換するように構成され、
前記偏光子が、前記第２の直線偏光を伴う前記反射された部分を前記ＴＰＡ検出器に向けて偏向させるように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
前記検出器光学系が、偏光子と、半波長板及びファラデー回転子を備えるコンビネーションとを備え、
前記偏光子が、第１の直線偏光を伴う前記レーザビームを前記コンビネーションに透過させるように構成され、
前記コンビネーションが、
前記レーザビームの前記直線偏光を０度回転させ、前記反射された部分の前記第１の直線偏光を９０度回転させて第２の直線偏光にする、又は
前記レーザビームの前記直線偏光を９０度回転させ、前記反射された部分の前記第１の直線偏光を０度回転させて第２の直線偏光にするように構成され、
前記偏光子が、前記第２の直線偏光を伴う前記反射された部分を前記ＴＰＡ検出器に向けて偏向させるように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
レーザビームの焦点を較正するための方法であって、
レーザビームを発生させることと、
複数の集束光学系によって、前記レーザビームの前記焦点をｚ軸に沿ってゼロ表面に向けて導くことであって、前記ゼロ表面がゼロ平面に対応する、ことと、
前記ゼロ表面によって反射された前記レーザビームの少なくとも部分を受け取ることと、
１つ又は複数の検出器光学系によって、前記集束光学系から前記反射された部分を受け取ることと、
前記反射された部分を二光子吸収（ＴＰＡ）検出器に向けることと、
前記ＴＰＡ検出器によって、前記反射された部分のピーク強度を検知することであって、
前記ピーク強度が前記焦点の前記ゼロ表面への近接度を示す、ことと、
前記反射された部分の前記ピーク強度を表す信号を生成することと、
コンピュータによって、前記ピーク強度を表す前記信号に応じて、前記レーザビームの前記焦点が較正されているか否かを判定することと、
前記コンピュータによって、前記ゼロ表面の一般領域を特定するために複数の大区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整することと、
前記ゼロ表面の位置を判定するために前記一般領域の複数の小区間に沿って前記焦点を導くように前記集束光学系を調整することとを含む、方法。
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度である場合、前記焦点が実質的に前記ゼロ表面にあると判定することとを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することとを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記コンピュータによって、前記ピーク強度が最大ピーク強度になるまで、前記ピーク強度が最大ピーク強度であるか否かを判定することと、
前記ピーク強度が前記最大ピーク強度ではない場合、前記焦点を前記ｚ軸の異なる点に導くように前記集束光学系を調整することとを繰り返すことを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記コンピュータが、
前記コンピュータによって、前記信号から前記反射された部分の前記ピーク強度を表すグラフを生成するように構成される、請求項９に記載の方法。