KR102443267B1 - 제어된 광도로 물체를 비추는 장치 및 관련 방법 - Google Patents

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쏘흐본느 유니베흐시테
쌍뜨르 나시오날 드 라 르셰르쉬 시앙띠피끄
인썸(인스티튜트 내셔날 드 라 싼테 에 드 라 리셰르셰메디칼르)
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Abstract

본 발명은 물체(12)를 제어된 광도(light intensity)로 비추기 위한 장치(10)에 관한 것으로, 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들을 충족하는 경우에 광도가 제어되며, 복수의 조건들은 주어진 시간에서의 강도(intensity)와 관한 조건 및 일정 시간 동안의 양(dose)에 관한 조건을 포함한다.

Description

제어된 광도로 물체를 비추는 장치 및 관련 방법
본 발명은 제어된 광도(light intensity)로 물체를 비추는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련된 방법에 관한 것이다.
광유전학(optogenetics)은 광학 및 유전학으로부터의 기술의 조합에 기초하여 세포 활동들을 제어하고 모니터링하기 위한 것이다. 그것은 (i) 목표 세포들을 유전적으로 변형시켜 세포막에서의 외인성 광반응 단백질(exogenous photoreactive proteins)의 발현에 의해 빛에 민감하도록 만드는 것과, (ii) 상기 광반응 단백질들에 빛을 제공할 수 있는 조광 장치를 제공하는 것으로 구성된다.
그것은 선택적 신경 활성화/억제를 위한 매우 강력한 도구인데, 이 선택적 신경 활성화/억제는 예컨대 살아있는 동물들의 신경 기능들을 회복시키는데 사용되며, 사람을 포함하고(Boyden et al. 2005, Nature Neuroscience 8 (9): 1263-68), 특히 눈(Busskamp set al., 2012, Gene Theraphy 19(2): 169-75)의 경우를 포함한다.
광반응 단백질의 최적 파장들에 가까운 파장의 빛이 선택되고(Nagal et al. 2003, Proceedings of the National Academy of Sciences 100 (24): 13940-45, Klapoetke et al. 2014, Nature Methods 11 (3): 388-46), 이 단백질들은 빛에 대해 매우 낮은 민감도를 가진다는 것(Asrican et al. 2013, Front Neural Circuits, 2013, 7:160; Busskamp et al. 2012, Gene Theraphy 19 (2): 169-75)이 알려져 있다. 따라서 최소 수준의 단백질 광 활성화를 얻기 위해서는, 목표 세포 또는 단백질이 받은 빛의 강도가 최소값보다 커야만 한다(Barrett et al., 2014, Visual Neuroscience 31 (4-5): 345-354).
그러나, 활성화를 위해 충분한 양의 빛이 광반응 단백질에 도달해야만 하는 반면, 조직이나 세포의 열 및 광독성(phototoxicity)은 최소화되어야 한다(Yan et al. 2016, Vision Research 121: 57-71). 또한 주어진 일정 기간 동안의 광량(light dose)은 조직 또는 세포 손상을 야기하지 않도록 보장하는 것이 더 바람직하다. 그 강도 및 양에 대한 광생물학 및 안과학(ophthalmologic) 표준 설정 문턱값들(thresholds)은 당업계에 공지되어 있다(예컨대 ISO 15004-2 2016; "ISO 62471:2006" 2016; "ANSI Z136 Standards - LIA" 2014의 8.3절을 보라). 강도(intensity)는 복사조도(irradiance)로 정의되며(mW/mm2 또는 포톤.cm-2.s-1로) 주어진 일정 시간 동안의 양(dose)은 강도를 그 일정 시간 동안 적분한 것으로 정의된다(mJ/mm2 또는 포톤.cm-2).
따라서, 방출된 빛의 강도를 제어할 수 있는 및/또는 대응하는 양이 최대값을 초과하지 않는 조명 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 외인성 광반응 단백질 발현 환자들 사이에는 편차가 있을 수 있고, 광선공포증(photophobia)에 대한 문턱값은 환자들 사이에서 매우 가변적이므로(Hamel 2006, Orphanet Journal of Rare Diseases 1: 40). 환자에게 보내는 광도를 조절할 수 있는 것이 바람직 할 수 있다.
유사하게, 눈은 그 자체로 광학 수차들(optical aberrations)을 가진 광학 시스템이며(Navarro, et al. 1998, Journal of the Optical Society of America A 15 (9): 2522), 근시(myopia), 원시(hypermyopia) 및 난시(astigmatism)와 같은 수차들을 포함한다. 광학 수차는 정시안(正視眼, emmetropic eyes)에도 존재하며 광생물학 및 안과학 표준들에서 고려되고 있다(ISO 15004-2, 2007; ISO 62471, 2006). 이 수차들은 광활성화 단백질(photoactivable proteins)에 의해 수신된 광도를 감소시킬 수 있으며, 따라서 적어도 부분적으로라도 이 단점들을 보정할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이 바람직 할 수 있다.
또한 소형화되어 사람이 평상시에 입고다닐 수 있는(wearable) 장치에 삽입될 수 있는 조명 장치를 제공하는 것은 더 바람직하다.
계외(in vitro) 실험을 위한 광유전 단백질을 자극하기 위한 현재 이용가능한 조명 장치들은 만들어져 있으나(Degenaar et al. 2009, Journal of Neural Engineering 6 (3): 35007; Grossman et al. 2010, Journal of Neural Engineering 7 (1): 16004), 그들은 소형화되지 않았고 아직 사람이 사용하기에 적합하지 않다.
헤드-마운트 디스플레이(Head-Mounted display)가 증강 현실, 가상 현실 또는 영화 디스플레이를 위해 사용된다.
그러나, 이 헤드-마운트 디스플레이들에 의해 제공되는 광도는 충분치 않으며 광반응 단백질들을 자극하도록 설정가능하지 않고 따라서 광유전학적 응용들에 적합하지 않다.
그러므로 제어된 광도로 물체를 비추는 데 적합한, 특히 이 물체가 생체 세포 또는 조직인 경우에, 조명 장치에 대한 여전히 강한 수요가 있다.
본 발명은 제어된 광도로 물체를 비추는 장치 및 관련 방법에 관한 것이다.
본 발명은 구현하기에 용이한 제어된 광도로 물체를 비추는 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
그 목적을 위하여, 본 발명은 제어된 광도로 물체를 비추는 장치에 관한 것이며, 광도는 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들을 충족할 때에 제어되고, 복수의 조건들은 주어진 시간에서의 강도에 관한 조건 및 일정 시간 동안의 양에 관한 조건을 포함하고, 장치는 충족되어야 할 조건 중 적어도 하나를 충족하지 않는 강도의 빔을 생성하도록 되어 있는 광원을 포함한다. 장치는 입사 빔의 강도를 측정하도록 되어 있는 광다이오드 및 빛을 입구로부터 적어도 하나의 출구로 전달하도록 되어 있는 광학 시스템을 포함하며, 광원, 광다이오드 및 광학 시스템은 장치가 두 개의 구분되는 구성들인 작동 구성과 제어 구성을 가지도록 배열되고, 작동 구성에서는 광원에 의해 방출된 빛의 제1 부분이 물체로 전달되고, 광원에 의해 방출된 빛의 제2 부분이 광다이오드로 전달되며, 제어 구성에서는 정상 작동 시에 광원에 의해 생성된 빛이 물체나 광다이오드에 전송되지 않는다. 장치는 또한 장치가 제어 구성에 있을 때 광다이오드 상에 측정된 강도에 기초하고 또한 충족되어야 할 조건들에 기초하여 제1 부분의 값을 제어하도록 되어 있는 제어기를 포함한다.
본 발명의 유리하지만 강제적인 것은 아닌 추가적인 측면들에 따르면, 장치는 임의의 기술적으로 허용되는 조합으로 취해진 이하의 하나 또는 몇몇 특징들을 통합할 수 있는데:
- 충족되어야 할 하나의 조건은 임의의 주어진 시간에서의 광도가 최대 강도 이하인 것이다.
- 충족되어야 할 하나의 조건은 임의의 주어진 시간에서의 광도가 최소 강도 이상인 것이다.
- 충족되어야 할 하나의 조건은 일정 시간 동안의 양이 최대값 이하인 것이다.
- 광학 시스템은 복수의 반사기들을 포함하고, 각각의 반사기는 3개의 위치들인 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치를 가지며, 제1 위치에서 반사기는 입사 빔을 물체로 반사하고, 제2 위치에서 반사기는 입사 빔을 광다이오드로 반사하고, 제3 위치에서 반사기는 입사 빔을 물체 또는 광다이오드 어느 쪽으로도 반사하지 않으며, 제어기는 각각의 반사기의 위치를 명령하도록 되어 있고, 장치는 제어기가 각각의 반사기에게 제1 위치 또는 제2 위치에 있도록 명령할 때 작동 구성에 있고, 장치는 각각의 반사기가 제3 위치에 있도록 명령받았을 때 제어 구성에 있다.
- 제어기는, 장치가 제어 구성에 있을 때 광다이오드 상에 측정된 강도에 기초하여 그리고 충족되어야 할 조건들에 기초하여, 제1 위치에서 움직여야 할 반사기의 숫자를 추론하고, 추론된 숫자의 거울들이 제1 위치에서 움직이도록 명령하도록 더 되어 있다.
- 광원은 광원들의 행렬이고, 각각의 광원은 두 개의 상태인 비공급 상태와 공급 상태를 가지며, 비공급 상태에서 광원은 빛을 방출하지 않고 공급 상태에서 광원은 빛을 방출하며, 제어기는 각각의 광원들의 상태를 제어하도록 되어 있다.
- 비출 평면이 물체에 대하여 정의되고, 적어도 하나의 광원과 광학 시스템은 장치가 작동 구성에 있을 때 상이한 수준들의 광도에 의해 비춰질 몇몇 독립적인 공간 영역들이 비추어질 평면에서 정의될 수 있다.
- 광학 시스템은 점상 강도 분포 함수가 시스템 출력에서 30μm 미만, 바람직하게는 25μm 미만일 것을 보장하는 광학 구성요소들을 포함한다.
- 광학 시스템은 광학 수차들을 보정하도록 되어 있는 시스템을 포함하고, 광학 수차들을 보정하도록 되어 있는 시스템은 조절가능하다.
- 광학 수차들을 보정하도록 되어 있는 시스템은 액체 렌즈이다.
- 장치는 광유전학에 사용되고, 물체는 장치의 사용자의 시력을 회복 또는 향상시키는데 기여하며,물체는 광반응 단백질을 발현시키는 복수의 세포들을 포함한고, 광도는 광도가 충족시켜야 할 복수의 조건들을 충족할 때 임의의 세포상 또는 조직 손상들을 예방하기 위하여 제어된다.
발명은 또한 제어된 광도로 물체를 비추는 방법에 관한 것인데, 광도는 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들을 충족할 때 제어되고, 복수의 조건들은 주어진 시간에서의 강도에 관한 조건 및 일정 시간 동안의 양에 관한 조건을 포함하고, 방법은 제어된 광도로 물체를 비추는 장치를 제공하는 단계를 포함하는데, 장치는 충족되어야 할 조건들 중의 적어도 하나를 충족시키지 않는 강도의 빔을 생산하도록 되어 있는 광원을 포함한다. 장치는 입사 빔의 강도를 측정하도록 되어 있는 광다이오드 및 빛을 입구로부터 적어도 하나의 출구로 전달하도록 되어 있는 광학 시스템을 포함하며, 광원, 광다이오드 및 광학 시스템은 장치가 두 개의 구분되는 구성들인 작동 구성과 제어 구성을 가지도록 배열되고, 작동 구성에서는 광원에 의해 방출된 빛의 제1 부분이 물체로 전달되고, 광원에 의해 방출된 빛의 제2 부분이 광다이오드로 전달되며, 제어 구성에서는 정상 작동 시에 광원에 의해 생성된 빛이 물체나 광다이오드에 전송되지 않는다. 장치는 또한 제어 구성에 있을 때 광다이오드 상에 측정된 강도에 기초하여 그리고 충족되어야 할 조건들에 기초하여, 제1 부분의 값을 제어하도록 되어 있는 제어기를 포함한다. 방법은 또한 장치가 제어 구성에서 작동하도록 명령하는 단계, 광다이오드 상의 강도를 측정하는 단계, 측정된 강도에 기초하여 제어 구성에서 장치의 비정상 작동 때문에 물체에 비추는 강도를 결정하는 단계, 결정된 광도 및 충족되어야 할 조건들(C1, C2, C3)에 기초하여 작동 구성에서 방출된 빛의 제1 부분을 추론하는 단계, 및 장치가 추론된 제1 부분과 같은 제1 부분의 값을 가지고 작동 구성에 있도록 명령하는 단계를 포함한다.
본 발명의 유리하지만 강제적인 것은 아닌 추가적인 측면들에 따르면, 방법은 임의의 기술적으로 허용되는 조합으로 취해진 이하의 하나 또는 몇몇 특징들을 통합할 수 있다:
- 물체는 장치의 사용자의 시력를 회복 또는 향상시키는 물체이다.
- 물체는 광반응 단백질을 발현시키는 적어도 하나의 세포를 포함한다.
- 광반응 단백질은 광-개폐 이온 채널로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 발명은 도시적인 예시로서 본 발명의 내용을 제한하지 않는 부속 도면들에 대응하여 주어진 이하의 뒤따르는 설명들을 기초로 하여 더 잘 이해될 것이다. 부속 도면들에서:
도 1은 반사기와 빔 스플리터를 포함한, 물체를 비추는 장치의 예시를 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 제1 위치에서의 반사기를 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 제2 위치에서의 도 2의 반사기를 개념적으로 도시한 것이다.
도 4는 제3 위치에서의 도 2의 반사기를 개념적으로 도시한 것이다.
도 5는 물체를 비추기 위한 장치의 다른 예시를 보여준다.
제어된 광도로 물체를 비추는 장치(10)와 물체(12)가 도 1에 표현되어 있다.
장치(10)는 제어된 광도로 물체(12)를 비추도록 되어 있다.
광도는 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들을 충족할 때에 제어되는 것으로 고려된다.
복수의 조건들은 주어진 시간에서의 강도와 관련된 조건 및 일정 시간 동안의 양(dose)에 관련된 조건을 포함한다.
예컨대, 충족되어야 할 조건 중 하나는 임의의 주어진 시간에서의 광도가 최대 강도 이하여야 한다는 것이다. 이 조건은 제1 조건 C1이라 명명된다.
다른 예시에 따르면, 충족되어야 할 조건 중 하나는 임의의 주어진 시간에서의 광도가 최소 강도와 동일하거나 우등해야 한다는 것이다. 이 조건은 제2 조건 C2라 명명된다.
또다른 예시에 의하면, 충족되어야 할 조건 중 하나는 일정 시간 동안의 양(dose)이 최대값 이하여야 한다는 것이다. 예컨대, 일정 시간은 1시간, 12시간, 24시간 또는 48시간이다. 이 조건은 제3 조건 C3라 명명된다.
충족되어야 할 조건 중 하나는 주어진 파장 간격에서의 강도에 관한 것일 수도 있다.
조건들의 설정은 물체에 관한 표준(norm), 특히 의학적 표준을 준수하도록 선택될 수 있다.
다른 예시에 따르면, 충족되어야 할 조건 중 하나는 조광된 면적이 주어진 영역을 넘어 확장되지 않는 것이다.
다른 예시에 따르면, 빛의 강도가 상이한 레벨들로 비춰지는 몇몇 독립적인 공간 영역들이 물체(12)에 대응하는 평면에서 정의될 수 있다. 충족되어야 할 조건 중 하나는 강도의 각각의 레벨의 균질성에 관한 조건이다. 구체적인 예시로서, 충족되어야 할 조건 중 하나는 강도의 평균 레벨에 대하여 강도의 레벨의 변화율이 최대값 이하여야한다는 것이다.
다른 예시에 따르면, 비추어야 할 물체는 그 자체로 격막(diaphragm)을 포함하는 광학 시스템이다. 대안으로서, 비추어야 할 물체는 눈이고, 그 격막은 동공(pupil)이다. 충족되어야 할 조건 중의 하나는 주어진 격막의 디스크를 통과하여 지나가는 입사광의 플럭스(flux)의 백분율이 주어진 값을 초과해야 한다는 것이다.
충족되어야 할 조건은 격막 상의 주어진 직경의 임의의 디스크를 통과해 지나가는 입사광의 플럭스의 백분율이 주어진 값 미만인 것이다.
다른 예시에 따르면, 충족되어야 할 조건 중의 하나는 빔 경로(beam path)의 주어진 부분 너머로 주어진 직경의 임의의 디스크를 통과해 지나가는 입사광의 플럭스의 백분율이 주어진 값 미만인 것이다. 예컨대, 이 조건이 적용되는 빔 경로의 부분(segment)은 눈의 전안부(anterior segment)일 수 있다.
명세서의 이후 부분에서, 장치(10)에 의해 충족되는 복수의 조건들은 3개의 조건 C1, C2 및 C3라고 가정한다.
도 1의 장치(10)는 광원(14), 광다이오드(16), 광학 시스템(18), 제어기(20), 카메라(22), 명령 유닛(24) 및 전력원(26)을 포함한다.
광원(14)은 그 강도가 적어도 하나의 충족되어야 할 조건을 충족시키지 않는 빔을 생성하도록 되어있다.
도 1의 구체적인 예시에 따르면, 광원(14)은 임의의 주어진 시간에서의 광도가 최소 강도 이상인 빔을 생성하도록 되어 있다. 이것은 광원(14)이 제1 조건 C1을 만족하지 않음을 의미한다.
도 1의 경우에, 광원(14)은 전기발광 다이오드일 수 있다.
광다이오드(16)는 입사 빔의 강도를 측정하도록 되어 있다.
예컨대, 광다이오드(16)는 CMOS 기술로 만들어지는데, 약자인 CMOS은 상보적인 금속 산화물 반도체(complementary metal oxide semi-conductor)를 의미한다.
광학 시스템(18)은 입구로부터의 빛을 적어도 하나의 출구로 전달하도록 되어 있다.
도 1의 경우에, 광학 시스템(18)은 광원(14)에 의해 생성된 빛을 하나의 광 경로에 따라 물체(12)로 그리고 다른 광 경로를 따라 광다이오드(16)로 전달하도록 되어 있다.
광원(14), 광다이오드(16) 및 광학 시스템(18)은 장치(10)가 두 개의 구분되는 구성들 M1 및 M2를 가지도록 배열된다: 작동 구성 M1과 제어 구성 M2이다.
작동 구성 M1에서, 광원(14)으로부터 방출된 빛의 제1 부분은 물체(12)로 전달되고 광원(14)으로부터 방출된 빛의 제2 부분은 광다이오드(16)로 전달된다.
제어 구성 M2에서, 정상 작동 시에는, 광원(14)에 의해 생성된 빛은 물체(12)나 광다이오드(916)로 보내지지 않는다. 정상 작동에 의해, 장치(10)의 각각의 구성요소들이 그 정상 작동에 따라 동작중이라는 것을 의미한다. 이것은 장치(10)의 각각의 구성요소가 그 명령들에 따라 작동한다는 것을 의미한다. 달리 말하면, 비정상 작동 시에는, 장치(10)의 적어도 하나의 구성요소가 그 명령에 따라 작동하지 않는다.
도 1의 구체적인 예시에서, 작동 구성 M1과 제어 구성 M2 사이의 스위치가 광학 시스템(18)에 의해 활성화되어 있다.
광학 시스템(18)은 광학 전달자(optical conveyor)(28)와 도 1에서 상자들로 개념적으로 표현된 복수의 반사기들(30)을 포함하며, 복수의 반사기들(30)은 광학전달자(28)에 속한다는 것을 염두해 두어야 한다.
반사기(30)는 일반적으로 거울이다.
반사기(30)는 빔 스플리터일 수도 있다.
구체적인 예시에 따르면, 각각의 빔 반사기는 마이크로미러(micromirror)여서 복수의 반사기들(30)은 마이크로미러의 배열일 수 있다.
각각의 반사기(30)는 도 2 내지 4로 도시된 3개의 위치들을 가진다: 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치이다.
제1 위치에서(도 2를 보라), 반사기(30)는 입사 빔을 물체(12) 쪽으로 반사한다.
제2 위치에서(도 3을 보라), 반사기(30)는 입사 빔을 광다이오드(16) 쪽으로 반사한다.
제3 위치에서(도 4를 보라), 반사기(30)는 입사 빔을 물체(12)나 광다이오드(16) 어느 쪽으로도 반사하지 않는다.
도시된 예시에서, 반사기(30)는 주어진 축 주위의 회전에 의해 한 위치에서 다른 위치로 전달된다.
게다가, 제1 위치와 제3 위치 사이의 회전 각도는 제3 위치와 제2 위치 사이의 회전 각도와 동일하다.
작동 구성 M1은 반사기(30)의 제1 부분이 제1 위치에 있는 반면 반사기들의 제2 부분이 제2 위치에 있는 구성에 대응된다.
제어 구성 M2는 각각의 반사기(30)가 제3 위치에 있는 구성에 대응된다.
대안으로서, 제어 구성 M2는 각각의 반사기(30)가 제1 위치에 있는 구성에 대응된다.
정상 작동 시에, 제어 구성 M2에서 광원(14)에 의해 생성된 빛은 물체(12)나 광다이오드(916)로 보내지지 않는다.
이 특정 예시에서 정상 작동을 함으로써, 장치(10)의 각각의 반사기(30)가 그 반사기에 전송된 명령에 대응하는 위치에 있다는 것을 의미한다. 그러나, 반사기(30)가 그 위치에서 막힌(blocked) 상태로 유지되는 경우가 있다.
따라서, 비정상 작동 시에, 제어 구성 M2에서, 막힌 반사기(30)는 빛을 물체(12)나 광다이오드(16)로 보낼 수 있다.
이 비정상 작동은 광도가 세 개의 조건들 C1, C2 및 C3를 충족시키는 것을 보장하기 위하여 고려되어야 한다. 이것은 제어기(20)에 의해 달성된다.
제어기(20)는 장치(10)가 제어 구성 M2일 때 광다이오드(16) 상에서 측정되는 강도에 기초하여 그리고 세 개의 조건들 C1, C2 및 C3에 기초하여 제1 위치의 값을 제어하도록 되어 있다.
도 1의 예시에 따르면, 제어기(20)는 각각의 반사기(30)의 위치를 명령하도록 되어 있다.
제어기(20)는 광도에 의해 충족되어야 할 조건들 C1, C2, C3를 충족하는 장치(10)의 최종적인 비정상 작동을 고려하고, 장치(10)가 제어 구성 M2에 있을 때 광다이오드(16)에서 측정된 강도에 기초하여 그리고 충족되어야 하는 C1, C2, C3 조건들에 기초하여 제1 위치에서 움직여야 할 반사기들(30)의 숫자를 추론하고, 추론된 숫자의 반사기들(30)이 제1 위치에서 움직이도록 명령하도록 되어 있다.
도 1의 제어기(20)는 또한 카메라(22), 명령 유닛(24) 및 전력원(26)과 상호작용을 한다.
전력원은 예를 들어 하나의 배터리 또는 대안으로서 파워그리드에 부착된 외부 15V 전력원일 수 있다.
카메라(22)는 외부 풍경을 촬영하고 그 촬영된 외부 풍경을 제어기(20)에 송신하도록 되어 있다. 제어기(20)는 그 풍경을 변환하여 광원(20)에 의해 생성될 변환된 빔으로 만들도록 되어 있다.
전력원(26)이 존재할 때 명령 유닛이 온/오프 스위치로서 제어기에게 명령하는 한에서는, 제어기(20)는 명령 유닛(24) 및 전력원(26)에 의해 명령된다.
이제 물체를 비추는 방법을 참조하여 장치(10)의 작동이 기술된다.
이 방법은 장치(10)를 제공하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 장치(10)에 명령을 하여 제어 구성 M2에서 작동하도록 하는 단계를 포함한다.
도시된 예제에서, 제어기(20)는 각각의 반사기(30)가 제3 위치에 있도록 명령한다.
방법은 또한 광다이오드(16)의 강도를 측정하는 단계를 포함한다. 정상 작동 시에, 광다이오드(16) 상의 측정된 강도는 노이즈에 대응한다. 노이즈는 한 위치에서 다른 위치로 스위칭하는 거울들의 숫자에 대응하는 강도이다.
이것은 각각의 반사기(30)가 제3 위치로 스위치할 수 있음을 의미한다. 어떤 반사기(30)도 그 위치에서 막혀있지 않다.
비정상 작동 시에, 복수의 반사기들(30)이 그 위치에서 막힌다. 막히는 위치가 무작위이기 때문에, 몇몇 반사기들(30)은 물체(12)가 광원(14)에 의해 생성되는 빛에 의해 비춰짐을 의미하는 제1 위치에서 막힌다.
3가지 위치들 사이의 통계적 공유를 가정하면, 이것은 또한 몇몇 반사기들(30)이 제2 위치에서 막혀있고 측정된 강도를 획득하기 위한 광다이오드(16)로 빛을 보낸다는 것을 의미한다. 장치(10)가 제어 구성 M2에 있을 때 광다이오드(16)에 의해 측정된 임의의 광도는 장치(10)의 비정상 작동으로부터의 결과이다.
방법은 측정된 강도에 기초하여 제어 구성 M2에서 장치(10)의 비정상 작동 때문에 물체(12)를 비추는 강도를 결정하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예에 따르면, 세 가지 위치들 사이의 비정상 작동의 통계적 공유의 가설와 함께, 결정하는 단계는 제2 위치에서 반사기들(30)의 숫자 및 동일할 것으로 가정되는 제1 위치에서의 반사기들(30)의 숫자를 추론하는 것에 의해, 그리고 제1 위치에 있는 반사기들(30)의 숫자를 물체(12)를 비추는 광도로 변환하는 것에 의해 달성된다. 변환 작업은 고려된 광학 시스템(18)에 의존한다.
방법은 또한 결정된 광도와 충족되어야 할 조건들 C1, C2, C3에 기초하여 작동 구성 M1에서 방출될 빛의 제1 부분을 추론하는 단계를 포함한다.
그리고 나서 방법은 장치(10)가 제1 부분의 값이 추론된 제1 부분과 동일하게 작동 구성 M2에 있도록 명령하는 단계를 포함한다.
이 단계는 적절한 숫자의 반사기들(30)이 제1 위치에 있도록 명령함으로써 달성된다.
그러므로 장치(10)는 복수의 조건들을 만족시키고 장치(10)의 구성요소들의 비정상 작동을 고려하는 광도로 물체를 비출 수 있다.
이것은 장치(10)가 더 높은 수준의 광도 제어를 제공하는 결과를 낳는다.
추가적으로, 장치는 장치(10)가 제어 구성 M2, 광다이오드(16) 및 제어기(20)만을 요구하는 한 구현하기가 용이하다.
그러므로, 장치(10)의 다른 실시예들이 고려될 것이다.
다른 실시예가 도 5를 참조하여 설명된다.
도 1의 실시예를 참조하여 이루어진 각각의 설명은 도 5에 도시된 실시예에 적용된다. 오직 차이점들만이 설명된다.
그러한 경우에, 광원(14)은 전기발광 다이오드들의 행렬이며, 각각의 전기발광 다이오드는 두 개의 상태(state)를 가지는데, 전기발광 다이오드가 아무런 빛을 방출하지 않는 비공급 상태(unfed state)와 전기발광 다이오드가 빛을 방출하는 공급 상태(fed state)가 그것이다.
광학 시스템(18)은 빛의 일부분을 물체(12)를 향해 투과시키고 빛의 일부는 광다이오드(16)로 반사시키는 분리기(separator)를 포함한다.
제어기(20)는 각각의 전기발광 다이오드의 상태를 제어하도록 되어 있다.
작동 구성 M1은 몇몇 전기발광 다이오드들이 공급 상태에 있는 구성에 대응된다. 빛의 제1 부분은 광학 시스템(18)을 통과하여 투과된 강도에 대응되는 한편 빛의 제2 부분은 광학 시스템(18)에 의해 반사된 강도에 대응된다.
제어 구성 M2는 전기발광 다이오드들이 비공급 상태에 있는 구성에 대응된다. 정상 작동 시에, 각각의 전기발광 다이오드의 명령과 전기발광 다이오드들의 상태(state) 사이에는 완전한 대응이 있게 된다. 비정상 작동 시에, 이 대응성은 존재하지 않는다.
제어기(20)는 이 대응성의 부재가 물체(12)에 보내지는 빛에 고려되고 있음을 보장케 할 수 있다.
장치(10)의 이 실시예는 또한 더 높은 수준의 광도 제어를 제공한다.
그러한 장치(10)는 임의의 종류의 물체(12)를 비추기에 유용할 수 있다.
특정 예시에 따르면, 비추려는 물체는 그 자체로 실시간으로 또는 오프라인 조건들에서 측정될 수 있는 광학 수차를 가진 광학 시스템이다. 이 광학 수차들은 그들의 점상 강도 분포 함수(Point Spread Function, PSF)에 의해 특징지어진다. 예컨대, 만약 물체가 눈이면, 이 광학 수차들은 초점 흐려짐(defocus)과 난시를 포함한다.
이것은 광학 시스템(18) 상의 제한들을 암시한다.
충족되어야 할 하나의 제한은 물체와 광학 시스템(18)의 관련 부분을 합한 점상 강도 분포 함수의 표준 편차가 최대값 이하여야 한다는 것이다.
충족되어야 할 제한의 다른 예시는 광학 시스템(18)이 각각의 공간적 영역에서 점상 강도 분포 함수가 25μm 이하일 것을 보장하는 광학 구성요소들을 포함하는 것이다.
한가지 예시는 신경정신병학의 및/또는 신경변성의 질병들을 처방 및/또는 예방하기 위한 장치(10)의 사용자들에게 구현되는 물체(12)이다. 신경변성 질병들의 예시는 망박변증(retinopathies), 파키슨 병(Parkingson's disease), 헌팅턴 병(Huntington's disease), 뇌졸증, 간질, 알츠하이머 병(Alzheimer's disease)이 있다(예컨대 Vann and Xiong, 2016, Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol., 8, 1-8을 보라).
선호되는 일 실시예에 따르면, 상기 물체(12)는 장치(10)의 사용자의 시력을 회복 또는 향상시키는데 기여한다.
사실, 환자에게 구현되는 물체(12)에 대하여, 충족되어야 할 조건들, 특히 비추는 조건들은 임의의 세포 또는 조직 손상을 예방하기 위하여 매우 엄격하다.
예컨대, 물체(12)는 망막, 수정된 망막, 망막 세포들, 수정된 망막 세포들 또는 망막 임플란트이다.
선호되는 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 장치는 광유전학에서 유용하다. 광유전학은 생체 조직의 목표 세포들의 특정 이벤트들을 제어하기 위해 사용되는 유전학적 및 광학적 방법들의 조합이다. 광유전학의 특징은 목표 세포들에서의 광반응 단백질의 발현이다.
다른 선호되는 실시예에 따르면, 물체(12)는 광반응 단백질들을 발현시키는 복수의 세포들을 포함한다.
예시로서, 물체(12)는 눈의 망막이고, 상기 망막은 복수의 광반응 단백질들을 발현시키기 위하여 수정된다.
특별한 실시예에 따르면, 광반응 단백질은 옵신(opsin)이다.
선호되는 실시예에 따르면, 광반응 단백질은 광-개폐 이온 채널(light-gated ion channel) 단백질로 구성된 그룹에서 선택되며, 더 구체적으로는 Chrimson, ChrimsonR, (WO 2013/71231), ChrimsonR-tdT, Catch, Channelrhodopsin(US 2014-121265, US 8906360), 및 멜라놉신(melanopsin)과 그들의 유도체들로 구성된 그룹에서 선택된다. 다른 특별한 실시예에 따르면, 광반응 단백질은 박테리오로돕신(backeriorhodopsins)(Lanyi, J K, 2004, Annu Rev Physiol. 66:665-88), 할로돕신(halorhodopsins)(Lanyi, J K, 1990, Physiol Rev. 70: 319-30), 및 그들의 유도체들과 같은 광-개폐 이온 펌프로 구성된 그룹에서 선택된다.
대안으로서, 본 발명의 물체(12)는 망막 변성에 의해 실명한 환자들의 시력을 회복시키는데 사용되는 전기적 망막 보형물(retinal prosthesis)이다(Hadjinicolaou et al. 2015, Clin Exp Optom., 98, 395-410를 보라).
다른 예시는 식용 물체(12)이다. 예컨대, 물체(12)는 채소일 수 있다.
이상에서 고려된 실시예들과 대안적인 실시예들은 조합되어 본 발명의 추가적인 실시예들을 만들어 낼 수 있다.

Claims (15)

  1. 제어된 광도(light intensity)로 물체(12)를 비추는 장치(10)로서, 상기 광도는 상기 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들(C1, C2, C3)을 충족할 때 제어되고, 상기 복수의 조건들(C1, C2, C3)은 주어진 시간에서의 강도(intensity)에 관한 조건(C1, C2) 및 일정 시간 동안의 양(dose)에 관한 조건(C3)을 포함하고, 상기 장치(10)는:
    충족되어야 할 상기 조건들(C1, C2, C3) 중의 적어도 하나를 충족시키지 않는 강도의 빔을 생성하도록 되어 있는 광원(14);
    입사 빔(incident beam)의 강도를 측정하도록 되어 있는 광다이오드(16);
    빛을 입구로부터 적어도 하나의 출구로 전달하도록 되어 있는 광학 시스템(18)으로서, 상기 광원(14), 상기 광다이오드(16) 및 상기 광학 시스템(18)은 상기 장치(10)가 두 개의 구분되는 구성들인 작동 구성(operating configuration)과 제어 구성(control configuration)을 가지도록 배열되고, 작동 구성에서는 상기 광원(14)에 의해 방출된 상기 빛의 제1 부분이 상기 물체(12)로 전달되고, 상기 광원(14)에 의해 방출된 상기 빛의 제2 부분이 상기 광다이오드(16)로 전달되며, 제어 구성에서는 정상 작동 시에 상기 광원(14)에 의해 생성된 상기 빛이 상기 물체(12)나 상기 광다이오드(16)에 전송되지 않는, 광학 시스템(18);
    상기 제어 구성에서 상기 광다이오드에서 강도를 측정 및 상기 장치(10)의 비정상 작동으로 인해 상기 물체(12)를 비추는 강도를 결정하고, 상기 결정된 강도 및 충족되어야 할 상기 조건들(C1, C2, C3)에 기초하여 상기 제1 부분의 값을 제어하도록 되어 있는 제어기(20);를 포함하며,
    상기 광학 시스템(18)은 복수의 반사기들(30)을 포함하고, 각각의 반사기(30)는 3개의 위치들을 가지며, 제1 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 물체(12)로 반사시키고, 제2 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 광다이오드(16)로 반사시키며, 제3 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 물체(12) 또는 상기 광다이오드(16) 중 어느 쪽으로도 반사시키지 않고, 상기 제어기(20)는 각각의 반사기(30)의 위치를 명령하도록 구성되며,
    상기 복수의 반사기들(30) 중 각각의 반사기(30)는 비정상 작동에서 상기 위치들 중 하나에서 차단되며,
    상기 제어 구성은 상기 각각의 반사기(30)가 상기 제1 위치 또는 상기 제3 위치에 있는 구성에 대응되는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    충족되어야 할 하나의 조건(C1)은 임의의 주어진 시간에서의 상기 광도가 최대 강도 이하인 것인, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    충족되어야 할 하나의 조건(C2)은 임의의 주어진 시간에서의 상기 광도가 최소 강도 이상인 것인, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    충족되어야 할 하나의 조건(C3)은 상기 일정 시간 동안의 상기 양(dose)이 최대값 이하인 것인, 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기(20)는, 상기 장치(10)가 상기 제어 구성에 있을 때 상기 광다이오드(16) 상에 측정된 상기 강도에 기초하여 그리고 충족되어야 할 상기 조건들(C1, C2, C3)에 기초하여, 상기 제1 위치에서 움직여야 할 반사기들(30)의 숫자를 추론하고, 상기 추론된 숫자의 거울들이 상기 제1 위치에서 움직이도록 명령하도록 되어 있는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원(14)은 광원들의 행렬(matrix)이고, 각각의 광원은 두 개의 상태인 비공급 상태(unfed state)와 공급 상태(fed state)를 가지며, 비공급 상태에서 상기 광원은 빛을 방출하지 않고 공급 상태에서 상기 광원은 빛을 방출하며, 상기 제어기(20)는 각각의 광원들의 상기 상태를 제어하도록 되어 있는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체(12)에 대하여 비출 평면이 정의되고, 상기 광원(14) 중의 적어도 하나와 상기 광학 시스템(18)은 상기 장치(10)가 상기 작동 구성에 있을 때 상이한 수준들의 광도에 의해 비춰질 몇몇 독립적인 공간 영역들이 비추어질 상기 평면에서 정의될 수 있는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 시스템(18)은 점상 강도 분포 함수(Point Spread Function, PSF)가 시스템 출력에서 25μm 미만일 것을 보장하는 광학 구성요소들을 포함하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 시스템(18)은 광학 수차들(optical aberrations)을 보정하도록 되어 있는 시스템을 포함하고, 광학 수차들을 보정하도록 되어 있는 상기 시스템은 조절가능한, 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    광학 수차들을 보정하도록 되어 있는 상기 시스템은 액체 렌즈인, 장치.
  12. 제어된 광도로 물체(12)를 비추는 방법으로서, 상기 광도는 상기 광도가 충족되어야 할 복수의 조건들(C1, C2, C3)을 충족할 때 제어되고, 상기 복수의 조건들(C1, C2, C3)은 주어진 시간에서의 강도에 관한 조건(C1, C2) 및 일정 시간 동안의 양(dose)에 관한 조건(C3)을 포함하고, 상기 방법은:
    제어된 광도로 물체(12)를 비추는 장치(10)를 제공하는 단계로서, 상기 장치는,
    충족되어야 할 상기 조건들(C1, C2, C3) 중의 적어도 하나를 충족시키지 않는 강도의 빔을 생산하도록 되어 있는 광원(14);
    입사 빔의 강도를 측정하도록 되어 있는 광다이오드(16);
    빛을 입구로부터 적어도 하나의 출구로 전달하도록 되어 있는 광학 시스템(18)으로서, 상기 광원(14), 상기 광다이오드(16) 및 상기 광학 시스템(18)은 상기 장치(10)가 두 개의 구분되는 구성들인 작동 구성과 제어 구성을 가지도록 배열되고, 작동 구성에서는 상기 광원(14)에 의해 방출된 상기 빛의 제1 부분이 상기 물체(12)로 전달되고, 상기 광원(14)에 의해 방출된 상기 빛의 제2 부분이 상기 광다이오드(16)로 전달되며, 제어 구성에서는 정상 작동 시에 상기 광원(14)에 의해 생성된 빛이 상기 물체(12)나 상기 광다이오드(16)에 전송되지 않는, 광학 시스템(18); 및
    상기 제1 부분의 값을 제어하도록 되어 있는 제어기(20);를 포함하는, 단계;
    상기 장치(10)가 상기 제어 구성에서 작동하도록 명령하는 단계;
    상기 광다이오드(16)에서 상기 강도를 측정하는 단계;
    측정된 상기 강도에 기초하여 상기 제어 구성에서 상기 장치(10)의 비정상 작동으로 인해 상기 물체(12)를 비추는 강도를 결정하는 단계;
    상기 결정된 광도 및 충족되어야 할 상기 조건들(C1, C2, C3)에 기초하여 상기 작동 구성에서 방출된 빛의 상기 제1 부분을 추론하는 단계; 및
    상기 장치(10)가 상기 추론된 제1 부분과 같은 제1 부분의 값을 가지고 상기 작동 구성에 있도록 명령하는 단계;를 포함하며,
    상기 광학 시스템(18)은 복수의 반사기들(30)을 포함하고, 각각의 반사기(30)는 3개의 위치들을 가지며, 제1 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 물체(12)로 반사시키고, 제2 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 광다이오드(16)로 반사시키며, 제3 위치에서 상기 반사기(30)는 상기 입사 빔을 상기 물체(12) 또는 상기 광다이오드(16) 중 어느 쪽으로도 반사시키지 않고, 상기 제어기(20)는 각각의 반사기(30)의 위치를 명령하도록 구성되며,
    상기 복수의 반사기들(30) 중 각각의 반사기(30)는 비정상 작동에서 상기 위치들 중 하나에서 차단되며,
    상기 제어 구성은 상기 각각의 반사기(30)가 상기 제1 위치 또는 상기 제3 위치에 있는 구성에 대응되는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 물체(12)는 상기 장치(10)의 사용자의 시력을 회복 또는 향상시키는 물체인, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 물체(12)는 광반응 단백질을 발현시키는 적어도 하나의 세포를 포함하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광반응 단백질은 광-개폐 이온 채널(light-gated ion channel)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
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