KR101023458B1 - 레이저 시스템 광학소자의 수차를 보정하기 위한 장치 및방법 - Google Patents

레이저 시스템 광학소자의 수차를 보정하기 위한 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정의 패턴에 대한 플루언스 편차를 최소화하기 위한 방법을 제공한다. 특히, 상기 방법은 안과 수술에 사용되는 레이저에서 소정의 패턴에 대한 플루언스 편차를 최소화하는데 유용하다.
Figure R1020077003908
레이저, 안과, 수술, 플루언스, 편차, 보정

Description

레이저 시스템 광학소자의 수차를 보정하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTION OF ABBERATIONS IN LASER SYSTEM OPTICS}
본 발명은 포커싱 광학소자(focusing optics)의 수차에 기인한 초점면(focal plane) 상의 플루언스 분포(fluence distribution)의 편차를 보정하기 위한 레이저빔 에너지의 보정 방법, 그리고 상기 레이저빔 에너지 보정 방법을 채택한 레이저 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 안과 레이저 수술 과정에 특히 유용하지만, 이 용도로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 구체적인 애플리케이션은 시력 오차 교정(vision error correction)을 위한 안과 수술 과정에서 각막 플랩(corneal flap)을 생성하기 위해 각막층의 절제면을 규정하는 광붕괴성 레이저(photodisruptive laser)의 사용에 관한 것이다. 시력 장애는 많은 이유로 발생할 수 있고, 많은 원인에 따른 결과이다. 시력 장애의 한 가지 공통된 원인은, 각막의 굴절 특성(refractive characteristic)이 평행 광선을 망막 상의 초점에 모으지 못하게 할 때 발생하는 눈의 결함 상태에 기인한다. 눈이 휴식을 취하고 있고, 광선이 망막 전방의 초점에 모일 때, 이 상태는 근시(myopia), 즉 근시안(near-sightedness)으로 알려져 있다. 한편, 광선이 망막 후방의 초점에 모일 때, 이 상태는 원시(hypermetropia 또 는 hyperopia), 즉 원시안(far-sightedness)으로 알려져 있다. 근시 및 원시 상태 모두는 시력 장애 정도의 변화로 귀착된다. 대부분의 경우에, 이 상태들은 교정 가능하다.
안경이나 콘택트 렌즈는 대개 근시 또는 원시 상태를 교정하기 위해 사용된다. 하지만, 다양한 이유로, 이러한 상태로 인해 고통을 받은 많은 사람들이 안경이나 콘택트 렌즈의 착용을 선호하지 않는다. 이러한 상태를 교정하기 위한 대안은, 눈의 굴절 특성을 변화시키는데 효과적인 다양한 방법으로 각막의 모양을 고치는 공지된 수술 과정들을 포함한다. 예를 들면, 미국특허 제4,665,913호 및 제 4,669,466호(발명자: L'Esperance)에서는, 눈의 앞 표면(anterior surface)에서 각막 조직(corneal tissue)을 광으로 절제하는(photoablate) 레이저 시스템을 개시하고 있다. 다른 과정은 미국특허 제4,988,348호(발명자:Bille)에 개시되어 있는데, 여기서는 시력 교정을 위해 각막 조직을 먼저 제거한 후, 새롭게 형성된 표면을 매끄럽게 만든다.
굴절 결함을 교정하기 위해 눈의 앞 부분을 제거하고 모양을 고치는 대신에, 내부의 지질 조직(stromal tissue)을 제거하는 지질내 광붕괴(intrastromal photodisruption)라고 하는 기술을 사용한 다른 과정들이 개발되었다. 이러한 과정의 한 예는 미국특허 제4,907,586호(발명자: Bille 등)에 개시되어 있다. 지질 조직을 제거하는 과정의 다른 예는 미국특허 제6,110,166호(발명자: Juhasz)에 개시된 과정이다. 이 과정에서는, 레이저를 사용하여 앞 각막층을 규정하고 일련의 중첩하는 광붕괴되는 영역을 생성한다. 그 후 외과의는 각막층을 들어서 분리하 여, 광절제(photoablation)에 의해 변화되는 밑에 있는 각막 조직에 접근한다. 그런 다음 각막층은 각막 상의 원래 장소로 되돌려진다.
광절제 과정은 펄스형 레이저빔을 사용하여 눈의 각막의 지질 내의 조직을 제거하는 것을 포함하는데, 펄스형 레이저빔은 지질 내의 복수의 위치에서 개개의 스폿에 초점을 맞춘다. 각각의 초점 스폿은 하나의 점이 아니라, 유한 체적을 가진다. 또 각각의 스폿은 유한 체적의 대략 중심에 중심점을 가진다. 지질 조직의 광절제는, 플루언스가 임계값을 넘을 때 빔이 초점을 맞추는 각각의 스폿에서 일어나고, 각 스폿에서 절제되는 지질 조직의 양은 대략 스폿의 체적과 같다. 조직 손상의 양은 임계값을 초과하는 플루언스가 얼마만큼인지에 따라 달라진다. 최상의 수술 결과를 얻기 위해, 광절제 스폿들 사이의 소정의 분리를 위한 최적의 플루언스 값이 존재한다. 예를 들면, 플루언스가 최적의 값보다 작으면, 플랩을 들어올리기가 곤란하다. 플루언스가 최적의 값보다 크면, 각막 내에 불투명체(opacity)를 생성하는 광절제 처리 중에 과도한 양의 가스가 발생되어, 시력교정 과정, 광절제의 다음 단계를 복잡하게 한다. 임상 연구들은 플루언스가 +/- 10% 변화할 때 결과에 있어 주목할만한 차이가 발생함을 보여준다. 따라서, 광절제 지점들 사이에 플루언스의 분포가 균일하도록 하는 것이 중요하다.
이러한 (레이저와 포커싱 광학소자를 포함하는) 펄스형 레이저 시스템은 이상적으로 제공하고, 따라서 균일한 분포의 광절제 효과를 제공한다. 하지만, 이 과정에 사용된 레이저 시스템은 일정한 에너지로 설정한 경우에도 초점면 내의 초점 스폿의 변화로 인해 초점면에 불균일한 플루언스를 제공하는 문제점을 나타낸 다. 따라서, 플루언스 분포의 편차는 초점면의 어떤 지점에서는 최적의 값보다 크고, 또 초점면의 다른 지점에서는 최적의 값보다 작을 수 있다. 이것은, 차례로, 초점면에서의 광절제의 불균일한 분포로 귀착된다. 플루언스 편차의 한가지 이유는 대체로 균일하지만 결함을 포함하고 작은 변화가 빔에서의 수차로 귀착되는 레이저를 초점에 모으는 광학소자이다. 수차는 일반적으로 초점면의 스폿 크기를 변화시킨다. 에너지를 보정함으로써, 본 발명은 레이저빔의 수차로 인해 스폿 크기가 변화하는 초점면의 각 지점에서의 플루언스 편차를 최소화한다.
미국특허 제6,287,299호는 레이저빔 에너지의 일부를 플루언스 감시 디바이스로 보내어, 중첩 패턴(overlaying pattern)으로 곡면의 플루언스 분포에 대한 그림을 제공하는, 초점 스폿에 의해 플루언스를 감시하는 방법을 개시한다. 플루언스는 단일 지점에 조사하는 펄스의 수를 제어하고 스폿들을 중첩함으로써 제어될 수 있다. 이 방법은 X/Y 평면 내의 동일한 지점을 조사하는 다수의 펄스를 가지는 것이 필수적이다. 하지만, 미국특허 제6,287,299호는 포커싱 광학소자의 불일치에 기인한 플루언스 편차를 교정하는 문제를 처리하지는 못했다. 또, 이 방법은 실시간 수술 셋팅(real-time surgical setting)의 단일 펄스 광절제 및 포커싱 렌즈와 초점면 사이의 공간이 매우 한정된 때의 높은 개구수의 포커싱 광학소자에 유용하지 않다.
여기서, 본 발명은 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 초점면 위의 광학소자를 통해 레이저빔의 플루언스 분포를 보정하는 레이저빔 에너지 보정 방법으로, 상기 방법은 초점면에 대해 상기 레이저빔 에너지의 플루언스 분포를 결정하는 단계; 및 상기 플루언스 분포에 기초한 소정의 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 조정하는(calibrating) 단계를 포함한다.
특정 실시예에서, 상기 플루언스 분포를 결정하는 단계는, 상기 레이저빔을 광학소자를 통해 상기 초점면에 배치된 플루언스에 감응하는 재료(fluence sensitive material)에 초점을 맞추는 단계; 상기 광학소자를 통해 상기 초점면에 상기 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계; 상기 플루언스에 감응하는 재료를 광학적으로 손상시키는 단계; 플루언스에 감응하는 플라즈마광을 생성하는 단계; 상기 초점면의 상기 플라즈마광의 강도 분포를 측정하는 단계; 상기 초점면의 플루언스 분포를 컴퓨터 메모리에 기억시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 펄스를 인가하는 단계는 일정한 에너지를 갖는 펄스를 인가하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펄스를 인가하는 단계는 일정한 에너지의 펄스를 초당 적어도 약 5,000개 인가하는 단계를 포함한다.
특정한 실시예에서, 상기 플루언스 분포를 결정하는 단계는 상기 초점을 맞추는 단계, 상기 펄스로 인가하는 단계 및 상기 기억시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는 광검출기로 플라즈마광 이미지를 포착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는 상기 초점면 상의 복수의 좌표점에서의 플루언스를 측정하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 복수의 좌표점은 적어도 1000개의 지점을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 소정의 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 조정하는 단계는, 상기 초점면의 상기 저장된 플루언스 분포를 상기 컴퓨터 메모리에서 검색하는 단계 및 개별 지점의 상기 레이저빔 에너지를 소정의 패턴으로 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 조정하는 단계는 소정의 패턴으로 지점들의 상기 저장된 플루언스 분포를 기준값과 비교하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 소정의 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 조정하는 단계는, 상기 소정의 패턴의 플루언스 편차를 최소화하는 단계를 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 소정의 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 조정하는 단계는 상기 레저빔의 에너지 출력을 피드백 제어 방식으로 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 초점면은 거의 평탄한 면을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 소정의 패턴을 나선형(spiral)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 본 명세서에 기재한 방법을 수행하는 장치로서, 레이저 소스, 포커싱 메카니즘, EO 변조기(Electro-Optic modulator), 및 상기 EO 변조기용의 컴퓨터 제어형 드라이버를 포함한다. 상기 컴퓨터 제어형 드라이버는 측정된 플루언스 분포 데이터를 분석하고, 분석된 결과로서 상기 레이저빔을 조정하기 위한 적절한 소프트웨어 프로그램을 포함할 수 있는 것으로 의도된다. 상기 장치는 또한 플루언스에 감응하는 이미지 및 피드백 기구를 포함할 수있다.
본 발명의 일 실시예는 물체 상의 소정의 패턴의 레이저빔의 플루언스 분포를 교정하는 레이저빔 에너지 보정 방법으로, 상기 보정 방법은 플라즈마광 분포에 대해 플루언스에 감응하는 이미지를 포함하는 초점면의 상기 플루언스 분포를 결정하는 단계; 상기 소정의 패턴의 상기 레이저빔 에너지를 조정하는 단계; 상기 물체에 상기 레이저빔의 초점을 맞추는 단계; 및 상기 물체 상의 상기 소정의 패턴에 상기 조정된 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계를 포함한다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 제작된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면이 있는 특허 또는 특허출원의 간행물 복사본은 사무국에 신청 및 요금을 지불하면 제공받을 수 있다. 본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 이하에서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 방법으로 치료를 받고 있는 환자의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 방법을 이용하는 레이저 시스템의 블록도이다.
도 3은 초점면의 플루언스 분포가 고르지 못한 일반적인 광절제 응답 플루언스 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 피드백 기구가 활성화된 상태일 때의 플루언스 분포의 차이를 나타낸 도면이다.
도 5는 2.5 ㎛의 일반적인 스폿 크기의 용융 실리카(fuzed silica) 샘플 내의 레이저 펄스 에너지에 의존하는 플라즈마광 강도를 나타낸 것이다.
도 6은 EO 변조기를 제어하는 고전압 선형 증폭기의 개략 블록도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술을 나타낸, 레이저빔(12)을 생성하기 위한 장치(10)가 도시되어 있다. 레이저빔(12)은 환자(16)의 눈을 향한다. 본 발명을 위해, 장치(10)는 본 발명의 양수인에게 독점 라이센스가 부여된, 미국특허 제4,764,930호에 개시되고 특허권 청구된 레이저 시스템과 물리적 특성이 유사한 펄스형의 레이저빔(12)을 생성할 수 있다. 적외선 레이저, 가시광선 레이저, 및 UV 레이저를 포함하여 다양한 레이저 소스가 본 발명의 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다. 또, 본 발명의 시스템에 사용될 레이저 소스는 연속적인 파(wave) 레이저, Q 스위치형 펄스 레이저, 및 모드 잠금 극초단파 펄스 레이저일 수 있다. 비록 다음의 것이 모든것을 망라한 리스트는 아니지만, 전술한 타입의 레이저들이 본 발명에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 펄스의 지속기간이 길게는 수 나노초(nanoseconds)이거나 짧게는 겨우 수 펨토초(femtoseconds)인 펄스형 레이저빔(12)을 사용하려 한다.
일 실시예에서, 레이저 유닛은 일정한 에너지의 레이저빔을 사용하여 각막을 광붕괴시키기 위해 소프트웨어로 제어되며, 최대 수십만 Hz의 반복율로 대략 600 펨토초의 지속기간을 갖는 펄스의 광학 트레인(optical train 광 트레인)으로 구성되어 있다.
광 방출 시스템(optical delivery system)은 레이저의 초점이 맞춰지는 환자 의 각막 내의 3차원 위치를 결정한다. 레이저가 펄스로 인가되는 경우, 초점에 방출되는 에너지는 매우 소량으로 조직을 이온화(광붕괴)시키기에 충분하다. 초점의 설정 및 레이저 펄스의 인가를 반복하여 조직의 면을 절제한다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 방법은 본 발명에서 개시되는 바와 같이 안과 수술 레이저의 플루언스 편차를 보정하기 위해 필요한 정보가 컴퓨터 메모리에 기억되고, 수술에 앞서 즉시 검색될 수 있어, 실시간 사용에 유용하다. 따라서 레이저빔의 플루언스 편차가 안과 수술중에 보정될 수 있도록 의도된다. 이 기술분야의 당업자라면, 플루언스, 즉 에너지 밀도는 노출 시간을 곱한 방사도(irradiance)이고, 통상 J/㎠로 측정된다는 것을 알 것이다. 다른 실시예에서, 레이저는 수술에 앞서 초점면 상에 펄스로 인가된다. 소정의 패턴에 대한 플루언스 분포를 결정하고, 소정의 패턴에 대해 초점 스폿들간의 레이저 플루언스 편차가 최소화되도록 레이저빔 에너지를 조정한다(calibrate). 그 후 조정된 레이저를 수술하는 동안에 압평 렌즈(applanation lens)를 통해 초점이 맞춰진다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 컴퓨터 메모리에 기억된 플루언스 편차 데이터에 기초하여 소정의 패턴에 대해 레이저를 조정하므로, 수술에 앞서 매번 레이저를 재조정하지 않아도 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 기준 초점면은 X/Y축에 대한 복수의 좌표점을 포함한다. 본 발명의 어떤 실시예에서, 레이저는 X/Y축 상의 복수의 스폿 전체에 대해 바람직하게는 용융 실리카로 만들어진 압평 렌즈 내의 특정 Z 좌표에 초점을 맞춘다. 레이저는 용융 실리카의 광 항복 임계값보다 높은 에너지로 초점면 상에 펄스로 인가된다. 플루언스에 비례하는 플라즈마광이 각 지점에서 생성되고, 그 강 도가 측정된다. 상이한 X/Y 좌표 전체의 플라즈마광 강도의 분포는 초점면에서의 플루언스 편차를 나타낸다. 레이저의 에너지는 소정의 경로(path) 전체의 조정된 플루언스 편차가 최소화되도록 조정된다. 이 기술분야의 당업자라면, 플루언스 편차가 소정의 패턴에 대해 최소화되도록 레이저빔을 조정하기 위해, 어떤 좌표점에서는 레이저빔 에너지가 증가되거나 감소되어야 한다는 것을 알 것이다. 특정 실시예에서는, 플루언스 편차가 소정의 범위를 초과하면, 플루언스 편차가 최소화되도록 레이저빔 에너지를 조정할 것이다. 본 발명의 어떤 실시예에서, 상기 소정의 범위는 특정 좌표점에서의 플루언스 편차가, 원하는 플루언스에서 15-20% 큰 편차, 원하는 플루언스에서 20-25% 큰 편차, 원하는 플루언스에서 25-30% 큰 편차, 원하는 플루언스에서 30-35% 큰 편차, 원하는 플루언스에서 35-40% 큰 편차, 원하는 플루언스에서 40-45% 큰 편차, 또는 원하는 플루언스에서 45-50% 큰 편차로 설정된다
특정 실시예에서, 레이저빔을 X/Y축의 특정 Z 좌표점에서 조정한 다음, 수술을 위해 상이한 Z 좌표에 초점이 맞춰지도록 레이저를 조정할 있도록 하는 것이 의도된다. 하지만, 본 발명은 단일 Z 좌표에서의 조정으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 초점면에 대한 플루언스 분포를 결정하는 단계는 초점면 상의 복수의 스폿에서의 플루언스를 결정함으로써 달성된다. 특정 실시예에서, 초점면은 직경이 약 10mm이다. 특정 실시예에서 스폿 분리(spot separation)은 약 10미크론이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플루언스 측정값에 대한 기준 라이브러리(reference library)는 특정한 소정의 경로에 대응하는 컴퓨터 메모리에 기억되 어 있다. 기준 라이브러리는, 레이저를 사용하는 절차에 따라 커스터마이즈(customize)될 수 있는 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기준 초점면은 실질적으로 평평하다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 기준 초점면이 곡선형일 수 있다.
본 발명에 유용한 소정의 패턴은 원형, 타원형, 나선형, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이것들로 한정되지는 않는다.
또, 본 발명은, 빔의 방사도(irradiance), 빔의 초점 스폿 크기, 및 광붕괴 장소의 적절한 레이어링(layering)이 효과적으로 제어된다면, 내부 조직의 "광붕괴"는 펄스형 레이저 에너지를 사용하여 효과적으로 달성될 수 있다는 것을 안다. 따라서, 본 발명의 목적은 레이저빔의 초점면 내의 플루언스 분포를 보정하는 방법을 제공함으로써, 눈의 각막에서 지질내 광붕괴(intrastromal photodisruption)를 수행하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
레이저빔의 물리적 특성은 물론 레이저빔의 초점을 맞추는 것이 본 발명의 방법의 적절한 효율에 중요하다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 고려사항들은 상호관계가 있다. 레이저빔의 특성에 관한 한, 몇 가지 인자(factor)가 중요하다. 레이저빔은, 광이 각막 조직에 의한 흡수 없이 각막을 통과할 수 있는 파장을 가져야 한다. 일반적으로, 파장은 0.4-1.9㎛의 범위이고, 대략 1054nm인 것이 바람직하다. 초점 스폿에서의 지질 조직의 광붕괴에 도달하기 위한 빔의 방사도는 조직의 광 항복 임계값보다 커야 한다. 바람직하게는, 상기 방사도는 광 항복 임계값보다 10배 이상으로 커서는 안 된다.
레이저빔의 초점 스폿 크기는 초점 스폿에서의 지질 조직의 광 항복에 도달할 수 있을 정도로 충분히 작아야 한다. 일반적으로, 이것은 직경이 대략 1.2-10 ㎛인 스폿 크기를 필요로 한다. 게다가, 스폿의 형상은 가능한 한 원형에 가까운 것이 바람직하다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이 압평 렌즈는 유리, 용융 실리카 또는 의학용 등급의 플라스틱(medical grade plastic)일 수 있다.
I. 플루언스 분포 측정
본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 임계 플루언스 플레이트(threshold fluence plate)는 플루언스 분포를 측정하기 위한 수단이다. 임계 플루언스 플레이트의 동작 원리는 플라즈마광의 생성에 기초하고 샘플을 광학적으로 손상시키며, 일정한 실시예에서는 용융 실리카 플레이트이다. 레이저빔은 플레이트의 벌크(buli) 내부에 초점이 맞춰져 표면에 대한 기여를 회피한다. 소정의 펄스 지속기간에서 물질의 광학적 손상은 플루언스 - 단위 면적당 에너지로 규정된 임계값에 의존한다. 광학적 손상 과정에서 생성된 고밀도 플라즈마는 가시광을 방출한다. 강도는 임계값보다 큰 플루언스 값에 의존한다. 빔의 스폿 크기가 일정하면, 방출되는 광량은 에너지에 의존한다. 1 - 3 uJ 범위(수술을 위한 일반적인 에너지 범위)에서 그 의존성은 선형이다. 플라지마광은 에너지, 즉 플루언즈에 비례한다. 신호는 광검출기에 의해 수집된다. 실제로, 신호는 스캐너가 샘플 내부에 위치한 초점면에 대한 빔을 스캔하는 방식으로 수집된다. 각각의 지점에 대해, 컴퓨터는 X/Y 평면 상의 빔의 위치와, 내장된 비디오 카메라로 측정한 플라즈마광의 강도를 기록한다. 빔이 소정의 패턴 위로 이동하고, 초점면에서의 플라즈마광의 분포가 기록된다. 에너지가 일정하기 때문에, 플라즈마광의 강도 변화는 스폿 크기의 변화에 기인한다. 비교를 위해 이미지를 컴퓨터에 저장한다.
II . 플루언스 편차 조정
예를 들면, 어떤 실시예에서, 사용자가 플루언스 분포 이미지 (기준)에 대한 신호 레벨을, 플루언스 분포를 최소화하는 근처로 선택할 것이라고 예상한다. X/Y 평면 상의 각 좌표점에서 절차를 진행하는 동안에, 컴퓨터는 기준값을 실제의 신호값과 비교한다. 차이의 부호(즉, 양 또는 음) 및 차이의 크기에 따라, 플루언스 분포를 최소화하기 위해 에너지를 증가시키거나 감소시킨다. 실시간 에너지 조정은 EO 변조기에 의해 이루어진다. EO 변조기를 통한 광의 전송은 컴퓨터에 의해 제어되는 피드백 전압에 의해 통제된다. EO 변조기에 대한 피드백 제어 메카니즘(eedback control mechanism)은 이 기술분야의 당업자에게는 익숙한 것이다. EO 변조기를 통해 전송된 광의 강도는, 포켈스 셀이 두 극성 사이에 배치되는 경우에, 다음과 같이 주어진다:
Figure 112007014767118-pct00001
.
위 식에서,V는 인가된 전압이고,
Figure 112007014767118-pct00002
는 반파장 전압이며, Ein 과 Eout은 변조기의 입력과 출력의 강도이다. 변조기의 초기 전송은 컴퓨터에서 DC 오프셋 전압
Figure 112007014767118-pct00003
을 인가함으로써 50%로 선택된다. 30% 내지 70%의 전송 범위 내에서, 전압에 대한 의존성은 선형에 가까워진다. 피드백을 제공하고 변조기의 전송을 제어하기 위해 고전압 선형 증폭기를 사용한다. 피드백 루프의 블록도는 세부 도면은 도 5 및 도 6에 도시하였다. Vin은 변조기의 전송을 제어하기 위해 컴퓨터에 의해 생성된 전압이다. Vin - Voffset의 부호 및 크기에 따라, 변조의 총 전송이 각 펄스에 대해 30-70% 사이에서 변화될 수 있으므로, 초점면에서의 플루언스를 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명은 레이저 시력 교정 수술 분야에 사용되는 레이저에 관한 것이다. 하지만, 본 발명의 범위로 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 방법 및 장치는 초점면 또는 레이저빔 스폿이 고른 플루언스 분포를 가지는 것이 바람직한 다른 분야에서도 유용할 것으로 생각된다.
이상은 본 발명의 상세한 설명을 더욱 잘 이해할 있도록 본 발명의 특징과 기술적 이점을 넓게 개설한 것이다. 아래에, 본 발명의 청구범위의 대상을 구성하는 본 발명의 추가적인 특징과 이점을 기재한다. 개시된 개면 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 실현하기 위해 변경 또는 다른 구성을 설계하기 위한 근거로서 용이하게 활용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한 그러한 동등한 구성이 첨부된 청구범위 기재된 본 발명을 벗어나지 않는다는 것을 알아야 한다. 동작의
본 발명의 추가적인 목적 및 이점과 함께, 구성 및 동작 방법 모두에 관해, 본 발명의 특징으로 생각되는 신규한 특징은, 첨부도면을 함께 고려할 때 상세한 설명에 의해 더욱 잘 이해할 수 있다. 하지만, 각각의 도면은 예시 및 설명을 위해서만 제공된 것이고 본 발명을 한정하고자 의도한 것은 아님을 확실히 알아야 한 다.
본 발명 및 그 이점을 상세하게 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경, 대체 및 개조가 이루어질 수 있음은 물론이다. 또한, 본 출원의 범위를 명세서에 개시된 특정 실시예의 프로세스, 기계, 제조품, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계로 한정하려는 의도는 없다.
당업자라면, 개시된 내용, 프로세스, 기계, 제조품, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계로부터, 본 명세서에 기재된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현존하거나 장차 개발될 것을 이용할 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 프로세스, 기계, 제조품, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를 범위 내에 포함시키려고 의도된 것이다.

Claims (36)

  1. 타겟(target)으로의 소정의 스캔 패턴에 대한 레이저빔의 플루언스 분포(fluence distribution)를 보정하기 위한 레이저빔 에너지 보정 방법으로서,
    상기 타겟 내의 초점면에 대한 상기 레이저빔 에너지의 상기 플루언스 분포를 결정하는 단계; 및
    상기 플루언스 분포에 기초하여 상기 소정의 스캔 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 수정하여 상기 레이저빔을 캘리브레이션하는(calibrating) 단계를 포함하고,
    상기 플루언스 분포를 결정하는 단계는,
    상기 레이저빔을 광학소자(optics)를 통해 상기 초점면에 초점을 맞추는(focusing) 단계;
    상기 광학소자를 통해 상기 초점면 상에 상기 레이저빔을 펄스로 인가하는(pulsing) 단계;
    상기 초점면에 대해 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계; 및
    상기 초점면의 상기 플루언스 분포를 컴퓨터 메모리에 기억시키는 단계를 포함하는,
    레이저빔 에너지 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초점면에 초점을 맞추는 단계, 상기 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계, 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계 및 상기 컴퓨터 메모리에 기억시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초점면 내에 플루언스에 감응하는 재료가 배치되어 있는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는 광검출기로 신호를 포착하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호는 플라즈마광(plasma light)을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는 상기 초점면 상의 복수의 좌표점에서 플루언스를 측정하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 좌표점은 1,000개 이상의 좌표점을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계는 일정한 에너지를 갖는 펄스를 인가하는 것을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저빔을 펄스를 인가하는 단계는 초당 1,000개 이상의 펄스를 인가하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 스캔 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 컴퓨터 메모리로부터 상기 초점면에 대한 저장된 플루언스 분포를 검색하는 단계; 및
    상기 소정의 스캔 패턴 내의 개별 지점에서의 상기 레이저빔 에너지를 변경하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소정의 스캔 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 소정의 스캔 패턴 내의 지점들에서의 상기 저장된 플루언스 분포를 기준값들과 비교하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 스캔 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 캘리브레이션하는 단계는, 상기 소정의 스캔 패턴에 대한 플루언스 편차(fluence variance)를 최소화하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 초점면은 실질적으로 평탄한 표면을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 패턴은 나선형을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  15. 타겟(target)으로의 소정의 스캔 패턴에 대한 레이저빔의 플루언스 분포(fluence distribution)를 보정하기 위한 레이저빔 에너지 보정 방법으로서,
    상기 타겟 내의 초점면에 대한 레이저빔 에너지의 플루언스 분포를 결정하는 단계;
    상기 플루언스 분포에 기초하여, 피드백 제어 메카니즘을 통해 상기 레이저빔의 에너지 출력을 제어하는 방법으로, 상기 소정의 스캔 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 수정하여 상기 레이저빔을 캘리브레이션하는(calibrating) 단계
    를 포함하는 레이저빔 에너지 보정 방법.
  16. 물체 상의 소정의 패턴에 대한 레이저빔의 플루언스 분포(fluence distribution)를 보정하기 위한 레이저빔 에너지 보정 방법으로서,
    상기 소정의 패턴에 대한 상기 레이저빔 에너지를 캘리브레이션하는(calibrating) 단계;
    상기 레이저빔을 상기 물체 상에 초점을 맞추는 단계; 및
    상기 물체 상의 상기 소정의 패턴에 상기 조정된 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 캘리브레이션하는 단계는, 컴퓨터 메모리로부터 상기 소정의 패턴에 대한 저장된 플루언스 분포를 검색하는 단계; 및 상기 소정의 패턴 내의 개별 지점에서의 상기 레이저빔 에너지를 변경하는 단계를 포함하는,
    레이저빔 에너지 보정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 캘리브레이션하는 단계는, 피드백 제어 메카니즘을 통해 상기 레이저빔의 에너지 출력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 레이저빔을 광학소자를 통해 초점면에 초점을 맞추는 단계;
    상기 광학소자를 통해 상기 초점면 상에 상기 레이저빔을 펄스로 인가하는 단계;
    상기 초점면의 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계; 및
    상기 초점면의 상기 플루언스 분포를 상기 컴퓨터 메모리에 기억시키는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 초점을 맞추는 단계, 상기 펄스로 인가하는 단계, 상기 플루언스 분포를 측정하는 단계 및 상기 기억시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 초점면 내에 플루언스에 감응하는 재료가 배치되어 있는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는 광검출기로 신호를 포착하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 신호는 플라즈마광을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는, 상기 초점면 상의 복수의 좌표점에서 플루언스를 측정하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 좌표점은 1,000개 이상의 좌표점을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 펄스로 인가하는 단계는 일정한 에너지를 갖는 펄스를 인가하는 것을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 펄스를 인가하는 단계는 초당 10,000개 이상의 펄스를 인가하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 소정의 패턴에 대해 상기 레이저빔 에너지를 캘리브레이션하는 단계는, 상기 소정의 패턴의 플루언스 편차를 최소화하는 단계를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 초점면은 실질적으로 평탄한 표면을 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 광학소자는 유리 렌즈나 의학용 등급의 플라스틱 렌즈(medical grade plastic lens)를 포함하는, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 초점면은 임계 플루언스 플레이트(threshold fluence plate)인, 레이저빔 에너지 보정 방법.
  31. 레이저 시스템 광학소자에서 수차(aberration)를 보정하는 방법으로서,
    소정의 패턴에 따라서, 레이저로부터 샘플 상의 복수의 초점면으로 복수의 레이저빔 펄스를 쏘는 단계;
    상기 소정의 패턴에 대한 플루언스 분포(fluence distribution)를 측정하는 단계;
    상기 플루언스 분포에 기초하여 상기 소정의 패턴에 대한 플루언스 편차를 결정하는 단계; 및
    상기 플루언스 편차를 줄이는 가변 펄스 에너지를 가진 레이저빔 펄스를 방사하도록 레이저를 캘리브레이션하는(calibrating) 단계
    를 포함하고,
    상기 소정의 패턴의 각각의 펄스는 상이한 초점면으로 쏘아지고,
    상기 소정의 패턴의 펄스는, 펄스 간에 일정한 펄스 에너지를 가지는,
    레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 플루언스 분포를 측정하는 단계는, 상기 샘플 내의 각각의 초점면에서 광파괴로인한 플라즈마광을 탐지하는, 레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 레이저를 캘리브레이션하는 단계는, 상기 플루언스 편차를 최소화하는 가변의 펄스 레이저를 가진 레이저빔 펄스를 방사하도록 레이저를 캘리브레이션하는 단계를 포함하는, 레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 레이저를 캘리브레이션하는 단계는, 상기 펄스 에너지를 피드백 제어 메카니즘을 통해서 제어하는 단계를 포함하는, 레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
  35. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 패턴은 비평면인, 레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
  36. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 패턴은 나선형 패턴으로 구성된, 레이저 시스템 광학소자에서 수차를 보정하는 방법.
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