KR101310045B1 - 광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 장치 및 방법 및 안과학적 치료 장치 - Google Patents

광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 장치 및 방법 및 안과학적 치료 장치 Download PDF

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Abstract

방사원(radiation source)(12), 초점 이미징 시스템(16), 초점(18a) 상의 적어도 부분적으로 반사적인 표면(18), 상기 표면(18)에 의해 반사되는 이미지를 기록하는 디지털 카메라(24), 상기 카메라(24)에 의해 기록된 상기 이미지를 평가하는 컴퓨터(C), 그리고 상기 초점 위치 시스템(16)의 업스트림에서 광학 시스템(10)의 빔 경로 내의 광소자(34; 36)를 갖는 광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 방법 및 장치가 개시되어 있는데, 여기서 상기 광소자(34; 36)는 초점이 맞춰진 위치에 따라 상기 이미지에 영향을 미친다.

Description

광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 장치 및 방법 및 안과학적 치료 장치{APPARATUS AND METHOD FOR THE DETECTION OF THE FOCUSED POSITION OF AN OPTICAL SYSTEM, AND OPHTHALMOLOGICAL TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이미징 광학 시스템의 초점 깊이를 검출하는 방법 및 장치에 관련되며 나아가 초점 위치를 제어하고 특히 초점의 깊이를 제어하는 방법 및 장치에 관련된다. 또한, 본 발명은 상기 장치 및/또는 상기 방법을 이용하는 안과 치료 및/또는 진단 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 논의되는 광학 시스템들에서, 논의의 대상인 시스템은 특히 레이저와 LED와 같은 광원들을 사용하는 물질적 처리 설비에서의 이미징 광학 시스템이다. 본 명세서에서의 물질적 프로세싱은 또한 예컨대 생물학적 조직과 같은 유전체 물질들, 또는 금속 물질들을 위한 마이크로범위에서의 물질적 구조를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 본 발명은 안과학적 광학 시스템들에 사용될 수 있고, 특히 라식(LASIK)과 같은 각막 굴절 교정 수술에 사용될 수 있다. 이러한 경우에 본 발명의 특별히 적합한 애플리케이션 영역은 fs-라식인데, 이는 각막 굴절 교정 수술시 펨토세컨(femtosecond) 레이저를 이용한다.
앞서 언급한 광학 이미징 시스템들에서, 매우 정밀한 물질적 프로세싱 동작들을 달성하는 것은 특히 초점 위치의 정확한 제어에 달려있다. "초점 위치"는 본 명세서에서는 단지 광축 방향에서의 초점의 위치(소위 초점의 깊이)뿐만 아니라 보다 일반적으로 초점이 맞춰진 방사의 위치 및 방향-예컨대, 시스템의 이상적인 광축에 대한 오프셋 또는 이상적인 광축에 대한 광 방사의 실제 축의 경사도-까지 의미하는 것으로 이해되어야 한다. fs-라식에서, 초점의 계산된 깊이를 고수하는 것이 특히 중요하고 이는 본 발명의 특정 응용이다.
DE 10 2004 009 212 A1에서, 레이저 물질 프로세싱의 광 접촉 소자가 제시되어 있다. 이 접촉 소자는 fs-라식의 바람직한 실시예에 사용된다. 이러한 경우에, 이 접촉 소자는 회절성(diffractive) 광소자로 구성된다. 이들 구조들은 렌즈의 큰 개구수(numerical aperture)로 인해 발생하는 입사 각들을 최소화하기 위한 것이다. 이 회절성 광소자(DOE)는 여기서 반경방향으로(radially) 조정된 격자 주기를 갖는 격자 구조로 구성된다. 이 격자 주기들은 이 경우에 200 l/mm와 500 l/mm 사이에 있다. ㎛ 범위의 값들이 스폿(spot) 사이즈로서 나타난다. 광학적 제한으로 인하여, 대략 0.3의 단 하나의 개구수가 가능하다. 이 개구수를 늘리는 것은 렌즈의 빔 경로에서 제 2 회절성 소자를 이용함으로서 달성할 수 있다. 이 DOE는 광축을 향하여 커지는 격자 주기를 갖는 원형 격자 구조로서 수행될 수 있다. 큰 개구수를 달성하는 것이 이 수행의 이점으로 본 명세서에 나타나 있다. 또한, 접촉 소자는 휘어져서 수행된다. 곡률 반경은 눈의 곡률 반경인 대략 8mm에 대응된다. 물질 프로세싱이 이렇게 균일하게 사전설정된 곡률 반경으로 수행된다. 흡입 부착이 WO 2003/002008 A1, EP 1 159 986 A2에 유사하게 수행된다. 초점 제어는 이 제시된 방법으로 수행되지 않는다.
EP 0 627 675 A1에서, 빔으로부터 하나 이상의 공간 지점들의 매핑을 위해 회절성 광소자가 제시된다. 여기서 회절성 구조는 임의의 바이너리 세그먼트-유사 구성 또는 다중-스테이지 회절성 소자들로 구성된다. 이 구성은 특히 6각 또는 6각형일 수 있다. 그래서, 광 빔의 매핑이 달성된다. 그러나, 단지 세기 또는/및 위상 변환이 수행되지 않는다.
US 2002/0171028에서, 초점 제어를 위한 장치가 기술된다. 여기서 돌아오는 빛은 이미징 빔 경로에 의해 제 2의 방사선들 다발과의 간섭에 도달하고 이로써 간섭파 제어가 수행된다.
간섭파면 제어로써 초점을 제어하는 것은 US 6,666,857 B2에서와 같이 수행된다. 그 다음, 사람의 눈에서의 광절제(photoablation) 프로세서 동안의 능동 파면 제어가 적응성 거울들의 결합에 의해 달성된다. 능동 파면 제어는 수행되지 않는다.
US 2004/0051976 A1에서는, UV 스펙트럼 범위에서 현저하게 방출하는 레이저 원, 빔 확장기, 회절성 핀홀(pinhole) 어레이 및 대물렌즈로 구성되는, 초점을 공유하는 현미경의 광학적 구성이 기술되어 있다. 회절성 핀홀 어레이는 정확한 실시예에서 기술되지 아니한다. 효율성의 증가는 이 기술적 실시예의 한 이점으로서 보일 수 있고, 개구율(aperture ratio)에 의존하여 4%에서 10% 사이의 전형적인 투과율을 갖는 진폭 핀홀 어레이로서 그러하다. 회절성 핀홀 어레이로, 반면에, 80%에 이르는 그러한 광소자의 투과율 값들은 개구율에 의존하거나 제조 환경에서만 존재하는 핀홀들의 수에 의존한다.
US 2004/0021851에서는, 레이저와 후속적인 빔 성형 광학부로 구성되는 광학 구성이 알려지지 않은 렌즈의 초점 거리를 측정하는데 사용된다. 초점 거리의 측정은 이러한 경우 다양한 거리에서 기준면에 초점맞춤으로써 수행된다. 뒤에서 반사되는 방사의 일부분이 검출된다. 스폿 지름들이 각 거리에서 평가된다.
초점 거리는 "뉴턴의" 관계식 Z Z'=f2에 의해 결정된다. 상세히 기술되지 아니한 광학 격자는, 반사되어 되돌아온 방사의 일부분을 분리하는데 사용된다. 존스(Jones) 매트릭스 형식이 초점 거리를 계산하기 위해 이용된다. 이 방법의 정확성은 거의 1%이다.
US 6,909,546 B2에서는, 광원(Nd:YAG2w)과 후속 빔 성형 광학부로 구성되는 광학 구성이 기술된다. 이 경우에, 2 개의 회절성 광소자들이 레이저 방사를 균질화하는데 사용된다. 이 2 개의 DOE들 중 첫 번째는 균질화 및 공간 주파수 필터링에 사용된다. 후속하는 핀홀은 이 공간 주파수 필터링을 수행한다. 공간 주파수 필터링의 2f 시스템 내부에 위치한 것은 두 번째 DOE로서, 이는 원방(far field) 내에서 필요한 세기 분포를 생성한다. 이 원방은 필드 렌즈에 의해 또는 두 번째 DOE에 의해 생성된다. 필요한 세기 분포는 초점 내에서 생성된다. 초점 제어는 이 방법에서 수행되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학 시스템의 초점 위치가 정밀하게 결정될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 점에서, 본 발명은 방사원(radiation source), 초점 이미징 시스템, 초점에서 적어도 부분적으로 반사적인 표면, 상기 표면에 의해 반사되는 이미지를 기록하기에 적합한 디지털 센서 시스템(예컨대 CCD 카메라, CMOS 카메라 등등), 상기 카메라에 의해 기록된 상기 이미지를 평가하는 컴퓨터, 그리고 상기 초점 이미징 시스템의 업스트림 광학 시스템 빔 경로 내의 광소자-여기서 광소자는 상기 초점 위치에 의존하여 상기 이미지에 영향을 미치는 것을 특징으로 한다-를 갖는 광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 장치를 제공한다.
이 경우에, 상기 초점 광학 이미징 시스템은 바람직하게는 조정가능한(가변의) 초점 위치를 갖는 초점 광들로서, 특히 초점 위치가 이미지의 광축(그래서 초점의 깊이)에 평행한 방향으로 조정가능한 시스템이다. 또한, 그러한 시스템에서 상기 초점 위치는 또한 (예컨대 fs-라식에서) 방사의 광축에 수직인 방향으로 조정가능하다.
그래서, 본 발명에 따른 장치와 그에 대응되는 방법은, 특히 사전결정된 평면, 소위 표면에 대한 관계에서 물질 프로세싱에 바로 앞서 초점이 정밀하게 조정되는, 특히 초점이 이 표면에 정확하게 놓이게 하는 광학 시스템의 초기 설정 및 정렬을 위한 것이다. 라식에서 사용되는 때에, 상기 널 평면(null plane)은 바람직하게는 각막이 기준면에 대한 영역 내에서 흡입에 의해 부착되는 사실로 인하여 생겨난다(이는 LASIK 전문가에게 그와 같이 알려져 있다). 평평한 디스크는, 사용되는 방사에 대해 투과적인 것으로서, 각막과 마주하는 그것의 측면에서 코팅되고 각막에 가깝게 놓여 입사하는 방사의 적은 일부가 반사되게 한다. 이 반사는 그 다음 이 널 평면에 초점이 맞춰지는 방사의 상기 이미지를 생성하는데, 이 이미지는 상기 카메라를 이용하여 측정되고 평가된다. 이상적인 초점맞춤에서는, 이 널 평면에 정확하게 놓이고(그래서 본질적으로 도시된 예에서 평평해진 각막 표면에 놓인다) 반사된 이미지의 평가에 따라 상기 광학 시스템이 조정되어 상기 초점맞춤이 최적화되어서, 초점의 위치가 이 널 평면에 정확하게 위치한다. 그래서, 상기 광학 시스템이 설정되고 정렬되어 후속되는 물질 프로세싱에 사용될 수 있다. 후속되는 물질 프로세싱에서는, 초점의 위치는 대체로 상기 널 평면과의 관계에서 변한다. 그래서 fs-라식에서는, 예를 들어, 소위 플랩(flap)을 잘라내는 때에, 초점이 기질(stroma)에 위치하고 초점 위치들은 플랩을 생성하기 위해 광축에 대해 직각들로 연속적으로 변화한다. 상기에 기술된 바와 같은 시스템의 초기 설정은 바람직한 목적 지점들에서의 초점이 정확하게 위치함을 보장한다.
다른 물질 프로세싱 동작들에서, 널 평면은 기준면으로서 또한 기술되는 것으로서, 다르게 정의될 수 있고 프로세싱될 물질 표면과 필수적으로 동일할 필요는 없다. 이 널 평면에 초점 맞춰진 방사와 이 평면에 반사된 이미지의 측정은 광학 시스템의 조정을 공급하여, 상기 널 평면에 정확하게 초점이 맞춰진 이상적인 상태에서의 상기 광학 시스템의 광학 이미징 특성들의 설정이 상기 이미지 측정에 의해 알려지게 되고, 그리하여, 상기 광학 시스템의 이들 설정들로부터 시작하고, 상기 초점 위치는 바람직한 물질 프로세싱에 따라 변경될 수 있다(예컨대 각막 내부로).
일 구성에 따르면, 상기 광소자는 상기 초점 위치에 의존하여 측정될 상기 초점 이미지에 영향을 미치는데, 이는 다이아프램(diaphragm) 매트릭스이다(소위 핀홀 어레이).
상기 광소자는 또한 소위 회절성 광소자(DOE)일 수 있는데, 이는 원방(far field) 분포 내에서 도트 패턴을 생성한다(당업자에게 잘 알려진 것이어서 여기서는 상세히 설명하지 아니하였다).
상기 광소자는 상기 반사 표면과 상기 카메라 사이에서 상기 반사된 이미지의 빔 경로 내에 배치될 수 있거나, 이 빔 경로의 바깥에도 배치될 수 있다. 응용의 유형에 따라 이점들이 초래된다.
상기 반사된 이미지의 크기(세기) 또는 위상(파면)은 바람직하게는 상기 광소자에 의해 국부적으로 영향받을 수 있고 상기 파면의 초점이 흐려진 부분들은 눈에 보이게 될 수 있다.
위상에 민감하고 크기에 민감한-특히 그들의 결합- 빔 경로 내에서 상기 광소자를 제공하는 것이 또한 가능하다.
바람직한 구성에 따르면, 상기 광소자는 도트 패턴, 특히 매트릭스 형태의 규칙적인 도트 패턴을 생성한다
본 발명은 또한 광학 시스템의 초점 위치를 검출하는 방법을 제공한다. 상기 광학 시스템 내에서 방사원의 방사가 초점 이미징 시스템을 통해 초점 평면에 매핑되고, 여기서 상기 이미징 시스템을 포함하는 광학 시스템의 상기 초점 위치를 결정하기 위해 빔 경로 내의 광소자에 의해 이미지가 초점에 생성되고, 이 이미지는 상기 초점에서 반사되어 카메라에 의해 기록되며, 상기 광소자는 상기 방사의 초점맞춤에 의존하여 상기 기록된 이미지에 영향을 미치고, 상기 이미지의 상기 영향에 의존하여, 관찰된(envisaged) 초점(18a)에 대한 관계에서 상기 초점 맞춰진 방사의 상기 초점 위치에 대한 정보가 유도된다.
본 발명의 실시예들이 하기의 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 초점 위치를 검출하는 장치를 갖는 광학 시스템에 대한 제 1 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 초점 위치를 검출하는 장치를 갖는 광학 시스템에 대한 제 2 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 시스템에서 방사의 위상 분포들에 대한 개략적인 표현과 함께 홀 매트릭스를 갖는 도 2에 따른 구성의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4는 회절성 광소자를 갖는 도 2에 따른 구성의 실시예를 도시하고 있다.
도 5, 6은 정확한 초점 맞춤 및/또는 초점 오류들을 갖는 홀 매트릭스 방식으로 초점 매핑하는 카메라에 의해 기록된 이미지들에 대한 실시예들을 도시하고 있다.
도 1에 따르면, 광학 시스템(10)은 광원(12)을 갖는데, 이 광원(12)은 예컨대 (fs-레이저와 같은) 레이저 또는 LED 등일 수 있다. 이 광원(12)에 의해 방출된 방사는 출력 미러(14)를 통과하여 초점 이미징 시스템(16)을 통해 평면(plane)(18)에 초점이 모인다. 상기 초점 이미징 시스템(16)은 도면에서 단지 싱글 렌즈로 개략적으로 나타나있다. 통상 초점 이미징 시스템(16)은 복수의 렌즈들을 갖는데, 이들 중 하나 이상은 초점을 설정하고 변경하기 위해 동작한다. 그러한 광학 이미징 시스템들은 그처럼 알려져 있다.
도 1에서, 영역들(지점들)이 참조 번호들(20a, 20b)로 나타나 있는데, 이들은 하기에서 더 상세히 설명될 광소자가 선택적으로 위치할 지점들이다. 그러한 광 소자들의 예는 도 3과 도 4에서의 광 소자들(34, 36)이다.
반사 표면(18)에 의해 반사된 방사는 상기 광학 이미징 시스템(16)을 통해 지나가고 만약 하기에 상세히 후술될 것으로서 영역(20a)에 배치된 적용가능한 광소자가 존재한다면 상기 출력 미러(14)로 향하고, 방사는 그곳으로부터 위로 편향되어(도 1에서) 이미징 광학(imaging optics)(22)을 통하여 예컨대 국부 고 분해능을 갖는 소위 CCD 카메라와 같은 디지털 카메라(24)로 향한다. 상기 카메라(24)에 의해 기록된 디지털 이미지는 하기에 상세히 기술될 바와 같이 컴퓨터 C에 진입하여 그곳에서 평가된다.
도 2는 수정된 실시예로서, 동일하거나 유사한 기능들을 갖는 구성요소들 및 구성들은 동일한 참조 번호를 부여받았다. 도 2에 따른 실시예에서, 상기 이미징 시스템(16)으로 빔의 초점을 맞추기 전에 빔을 확장하기 위해 광 소자들(26, 28)로 구성된 빔 확장기(beam expander)가 제공된다. 도면에 도시된 케플러식 망원경 대신에, 또 다른 빔 성형 시스템이 그곳에 사용될 수 있다. 일반적으로 도 2에서 "빔 확장기"로 지정된 광학 시스템은 또한 빔 성형 시스템으로서 사용될 수 있다.
상기에 이미 언급한 바와 같이, 광소자는 도 1 및 도 2에 따라 영역들(20a 및/또는 20b)에 배치될 수 있는데, 이는 이미징 시스템(16)을 반사 표면(18)에 이용함으로써 더 많은 또는 더 적은 광 초점맞춤에 의존하고, 상기에 기술된 이미지에 영향을 미치는데, 이것은 카메라에 의해 기록되고 반사에 의해 생성된 것으로서, 표면(18)에 대응되는 평면에의 초점맞춤이 필요한 정도로 정밀한지 여부 또는 초점 위치가 이 평면과의 관계에서 옮겨지는지 여부, 예를 들어 광축 방향으로 앞쪽에 너무 멀리 놓여 있는지 뒤쪽에 너무 멀리 놓여 있는지 여부(이른바 초점의 깊이)에 대한 결과를 용이하게 한다.
도 3에 따르면, 섀도 마스크(shadow mask)(34)가 본 발명의 의미의 광소자로서 초점 이미징 시스템(16)의 업스트림 빔 경로에 배치되어 있다.
이상적인 경우에 있어서, 상기 광학 이미징 시스템(16)은 광원(12)으로부터 나온 방사가 평면(18) 내의 사전결정된 지점에 정밀하게 모이는 방식으로 설정된다. 상기 초점은 도 3에서 참조 번호 (18a)로 나타나 있다. 도 3에 따른 실시예는 참조 번호(32)로 나타난 영역 내의 빔 확장기를 갖는 도 2의 실시예에 대응된다. 위상 분포들은 또한 참조 번호 (30a, 30b, 30c)로 나타나 있다.
광 소자(34)는 도시된 정규의 배열로 N x M 개의 각 홀들을 갖는 홀 매트릭스이다. 광소자는 이 실시예에서 순수한 크기(진폭)-관련 소자로서 수행될 수 있어서, 방사의 세기에 영향을 미친다. 섀도 마스크 내의 전형적인 홀 지름들은 1㎛에서 100㎛ 사이에 있다. 이 홀들은 특히 6각이거나, 4각이거나, 6각형이거나 또는 원형일 수 있다. 상기 각 홀들의 배열은 사용되는 빔 프로파일 및 초점 위치에 대한 정확성의 관점에서의 필요조건들을 지향하고 있다. 기술된 시스템으로, 초점 위치들은 수 ㎛으로 정확하게 결정될 수 있다. 평면(18)으로의 경로에서의 방사와 평면(18)에 반사된 이미지가 각각 광소자(34)를 통과하여 지나가므로, 카메라(24)에 의해 측정되는 이미지는 평면(18)에서의 초점 맞춤의 정확성에 의해 영향받는다. 평면(18)(상기에 정의된 널(null) 평면)에 대한 초점위치의 수 마이크로미터 변화는 컴퓨터 C에서 카메라(24)에 의해 기록된 이미지를 평가함에 의해 검출될 수 있다.
각 이미지 지점들에서 카메라(24)에 의해 측정된 세기들의 적분에 의해 초점에서의 방사 출력 발생을 결정하는 것이 또한 가능하다.
도 5는, 반사 이미지들이 이러한 방식으로 획득되고 평가되는 것을 예로서 그리고 개략적으로 보여준다. 이 경우에 도 5는, 가운데 이미지에서, 초점 이미징 시스템(16)을 포함하는 광학 시스템이 초점맞춤이 널 평면(18)의 바람직한 지점에 정확하게 이루어지도록 설정되는 경우에는, 매트릭스-유사 홀 이미지가 획득됨을 보여준다. 언급한 바와 같이, 측정 이미지를 생성하는 반사 표면은 또한 이 평면(18)에 놓여 있다. 도 5의 홀 이미지로서, 가운데 이미지는, 반사된 이미지에서 각 홀들은 입력 빔 프로파일에 따라 구형 부분 없이 전체적으로 균질하게 비추어진다(illuminated).
좌측 홀 이미지에서, 도 5는 초점 위치가 널 평면(18)과의 관계에서 대략 100㎛만큼 뒤로 옮겨진 것을 보여준다. (도 5의 가운데의) 정확한 초점맞춤과 비교해 볼때, 이미지 평가는 매트릭스 내의 각 이미지 도트(dot)들의 수정을 산출해내고 컴퓨터 C는 이 편향을 "인식하는" 평가를 위해 조정된다. 이 컴퓨터의 조정은 예컨대 알려진 광학 이미징 시스템을 이용하여, 생성된 반사 이미지에서의 변화들이 초점 위치에 따라 기록되고 상세하게 저장되는 방식으로 실험적으로 발생할 수 있으므로, 초점 위치는 실제로 측정된 이미지들과 비교함으로써 결정된다.
우측에서는, 도 5는 이상적인 초점맞춤과 비교할 때 대응되는 홀 이미지 수정을 갖는 50 mm의 렌즈 초점 거리로 -100㎛만큼 초점을 흐리게 한 것을 보여준다. 일반적으로 말해서, 이미지의 비대칭성은, 도 5의 좌측과 우측에 도시된 바와 같이, 초점맞춤의 분석을 가능하게 한다. 만약, 컴퓨터 C를 사용하는 이미지 평가를 근간으로 할 경우에, 이 분석은 이미지 내의 비대칭적 밝기 분포를 초래할 것이어서, 이미지 평가가 초점이 평면(18)에 정확하게 놓이는 것을 보여줄 때까지 초점 이미징 시스템(16)의 소자들이 변경될 수 있다.
도 4는 광학 시스템(10)의 초점 위치를 검출하는 장치에 대한 실시예를 도시하고 있는데, 이 시스템(10)에서 광소자는 도 2에 따른 실시예의 영역(20b)에 배치되고, 그래서 평면(18)에 반사된 이미지는 카메라(24)로 향하는 도중에 광소자(36)를 통과하지 않는다.
이러한 경우에 광소자(36)는 회절성 광소자(DOE:diffractive optical element)인데, 이는 예컨대 "1부터 N"의 빔 분리기(splitter)를 형성하여, 입사 단일 빔을 N 개의 단일 빔들로 분리하는데, 여기서 N은 2부터 50 사이에서 다양하게 변할 수 있다. 회절성 소자(36)에 의해 유발된 발산은 (도시되지 않은) 제 2 구조에 의해 굴절에 의해 또는 회절에 의해 정정될 수 있다. 여러 회절성 광소자들은 또한 빔 프로파일과 필요한 분석에 의존하여 각각 하나의 뒤편에 배치될 수 있다. 회절성 광소자들을 갖는 구성의 이점은 입사 위상 분포의 정정가능성에 있다. 이 위상 분포는 광원 및 뒤따르는 광소자들에 의해-특히 빔 확장기에 의해- 영향을 받을 수 있다. 이 실시예에서, 또한, 도 3을 참조하여 설명된 것과 유사하게, 평면(18)에 반사된 이미지는 카메라(24)에 의해 기록되고 컴퓨터 C에서 평가된다. 도 6은 회절성 광소자가 매트릭스-유사 방사 분포를 생성하는 경우에 카메라(24)에 의해 기록된 3 개의 이미지들을 보여주고 있는데, 여기서 도 6의 우측 이미지는 각 이미지 도트들의 상대적으로 균일한 조도(illumination)를 나타내는 이상적인 초점맞춤의 경우를 도시하고 있다. 도 6의 좌측의 경우에는, 초점 위치가 이상적인 이미징 지점(18a)으로부터 수백 마이크로미터들만큼 횡으로 벗어난 것을 도시하고 있다. 각 이미지 도트들은 비대칭적으로 빛이 비추어진다. 도 6의 가운데 경우에는, 초점 위치가 또 다른 방향으로 횡으로 움직인 것을 도시하고 있는데, 여기서 각 매트릭스-유사 광 도트들은 도 6의 우측의 이미지에 따른 이상적인 초점맞춤의 경우에 비해 덜 대칭적으로 빛이 비추어진 것과 같다.
DOE 형태인 광소자(36)는 높은 투과율의 홀 매트릭스에 비교할 때 이점을 갖는다.
회절성 소자로, 80~90%의 효율성이 전형적으로 달성될 수 있다. 그러한 구성은 또한 초점 위치 평가의 매우 높은 운동량을 촉진하는데, 즉, 이상적인 목표 위치로부터의 초점 변화가 넓은 범위에서 이루어질 수 있다.
도 1과 도 2에 따른 영역들(20a) 내의 회절성 광소자(36)를 배치하는 것이 또한 가능하다.
회절성 광소자는 또한 바이너리 소자로서 수행될 수 있거나 또는 소위 다중-레벨 격자 구조로서 수행될 수 있다. 이 격자 구조들은 일-차원이거나 또는 이-차원일 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3, 또는 도 4에 따른 구성이 fs-라식에 사용된다면, 상기에 설명된 널 평면을 정의하는 반사 표면(18)은, 예컨대 카메라(24)에 의해 기록될 이미지를 얻기 위해 입사하는 방사의 낮은 비율이 반사되도록 구성되는(코팅되거나 코팅되지 않음) 것으로 알려진 흡입 장치 내의 투과성 디스크의 뒷면일 수 있다.
격자, 프레넬 영역 렌즈, 소위 빔 성형 소자들 등은 특히 회절성 광소자로서 사용된다. 소위 굴절 광 구성요소들이 또한 소자(36)로서 사용될 수 있다: 예컨대 마이크로-렌즈 어레이, 빔-성형 시스템 등이 그것이다. 만약 광소자(34)가 진폭(크기) 분석에 사용된다면, 섀도 마스크 또는 홀들의 배열들-4각, 6각, 6각형 등의 모양인-이 특히 적합하고, 빔 유형과 분석 의도에 의존한다.
광소자는 또한 슬롯으로서 또는 여러 슬롯의 배열로서 형성될 수 있다.
기술된 구성들을 이용하여, 초점 위치가 결정되고 제어될 수 있을뿐만 아니라, 빔 발산, 레이저 출력, 광축으로부터의 방사의 편향, 소위 빔 프로덕트 M2 또는 광원(12)의 출력 빔 프로파일의 변화들이 또한 검출될 수 있는데, 이는 모든 이들 파라미터들은 카메라(24)에 의해 기록된 반사 이미지에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 이들 모든 빔 파라미터들에 대하여 컴퓨터 C는 목표 시도들을 통해 데이터베이스를 실험적으로 미리 제공받을 수 있는데, 이 데이터베이스는 이상적인 목표 값들로부터의 편차들을 개별 빔 파라미터들에 할당하고, 이들 각각은 이미지 변경에 대응되는 것으로, 시스템은 대응되는 정정 변수들을 개입시킴으로써 이상적인 값들로 조정될 수 있다. 본 명세서에서 회절성 광소자들의 이용은 초점 위치에 또한 영향을 미칠 수 있는 빔 경로 내의 발생가능한 어느 위상 변경에 대한 보상을 용이하게 한다. 그러한 것으로 알려진 하트만 샤크(Hartmann Shack) 센서는, 그러한 분석을 촉진하지 않는다.

Claims (14)

  1. 방사원(radiation source)(12), 초점 이미징 시스템(16), 초점(18a) 상의 적어도 부분적으로 반사적인 표면(18), 상기 표면(18)에 의해 반사되는 이미지를 기록하는 디지털 센서 시스템(24), 상기 디지털 센서 시스템(24)에 의해 기록된 상기 이미지를 평가하는 컴퓨터(C), 그리고 상기 초점 이미징 시스템(16)의 업스트림에서 광학 시스템(10)의 빔 경로 내의 광소자(34; 36)를 구비하는 광학 시스템(10)의 초점 위치를 검출하는 장치로서:
    상기 광학 시스템(10)은 라식(LASIK) 구성이고, 상기 빔 경로의 광소자(34; 36)는 상기 초점 위치에 의존하여 상기 이미지의 진폭 또는 위상에 영향을 미치며, 상기 부분적으로 반사적인 표면(18)은 상기 디지털 센서 시스템을 이용하여 기록될 상기 이미지를 획득하기 위해 입사하는 방사의 일정 퍼센테이지를 반사하는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템(10)의 초점 위치를 검출하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자(34; 36)는 홀 매트릭스인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자(34; 36)는 회절성 광소자인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광소자(34)는 상기 반사된 이미지의 상기 빔 경로 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광소자(36)는 상기 반사된 이미지의 상기 빔 경로 바깥에 배치되는 것 을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자(34; 36)는 격자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 회절성 광소자(34; 36)는 도트 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회절성 광소자(34; 36)는 매트릭스 형태의 도트 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사원(12)은 fs-레이저인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터의 평가에 의존하여 상기 광학 시스템(10)의 이미징을 설정하는 수단을 갖는 장치.
  11. 물질 프로세싱에 바로 앞서 광학 시스템(10)의 초점 위치를 검출하는 방법으로서:
    상기 광학 시스템(10) 내에서 방사원(radiation source)(12)의 방사가 초점 이미징 시스템(16)을 통해 초점 평면(18)에 매핑되고,
    여기서 상기 이미징 시스템(16)을 포함하는 광학 시스템의 상기 초점 위치를 결정하기 위해, 빔 경로 내의 광소자(34; 36)에 의해 이미지가 초점(18a)에 생성되고, 이 이미지는 상기 초점(18a)에서 반사되어 디지털 센서 시스템(24)에 의해 기록되며,
    상기 광소자(34; 36)는 상기 방사의 초점맞춤에 의존하여 상기 기록된 이미지에 영향을 미치고,
    상기 이미지의 상기 영향에 의존하여, 관찰된(envisaged) 초점(18a)에 대한 관계에서 상기 초점 맞춰진 방사의 상기 초점 위치에 대한 결과(conclusion)가 유도되며,
    상기 광소자(34; 36)에 의해 상기 이미지의 진폭 또는 위상이 상기 초점 위치에 의존하여 영향받고, 상기 광학 시스템은 라식(LASIK) 구성이며,
    부분적으로 반사적인 상기 평면(18)은 상기 디지털 센서 시스템을 이용하여 기록될 상기 이미지를 얻기 위해 입사하는 방사의 일정 퍼센테이지를 반사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 초점 위치에 대한 상기 유도된 결과에 의해, 상기 광학 시스템(10)의 광소자는 상기 초점 위치를 변경하도록 설정된 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 따른 장치를 이용하여 펨토세컨(femtosecond) 레이저 방사로 안과학적 치료 또는 안과학적 진단을 수행하는 장치.
  14. 삭제
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