KR20120065317A - Optical system for ophthalmic surgical laser - Google Patents

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KR20120065317A
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페렌크 락시
제시 벅
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알콘 렌즈엑스 인코포레이티드
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Abstract

안과 수술을 위한 레이저 시스템은 펄스 레이저 빔을 생성하는 레이저원, Z축에 대하여 가로지르는 XY 방향으로 펄스 레이저 빔을 스캔하는 XY 스캐너, Z축을 따라 XY 스캔된 레이저 빔을 스캔하는 Z 스캐너, 및 XYZ 스캔된 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 오브젝티브(objective)를 포함한다.Laser systems for ophthalmic surgery include laser sources for generating pulsed laser beams, XY scanners for scanning pulsed laser beams in the XY direction transverse to the Z axis, Z scanners for scanning XY scanned laser beams along the Z axis, and XYZ. And an objective that focuses the scanned laser beam onto a target area.

Description

안과 수술 레이저를 위한 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM FOR OPHTHALMIC SURGICAL LASER}OPTICAL SYSTEM FOR OPHTHALMIC SURGICAL LASER

본 출원은 2009년 7월 29일 출원된, 일련번호 12/511,958호인 특허출원 "안과 수술 레이저를 위한 광학 시스템"의 우선권을 주장하고 이로부터의 이익을 주장하며, 이로써 이 출원은 참고문헌으로서 전체적으로 포함된다.This application claims the benefit and claims from this patent application "Optical Systems for Ophthalmic Surgical Lasers," Serial No. 12 / 511,958, filed Jul. 29, 2009, which application is hereby incorporated by reference in its entirety. Included.

본 발명은 펨토초 레이저로 눈의 전방 세그먼트의 수술을 위한 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 눈으로의 레이저 빔을 스캔하고 초점 맞추는 동시에 레이저 빔의 광학 왜곡을 최소화하는 구체예에 관한 것이다.The present invention relates to a system for the surgery of the anterior segment of the eye with a femtosecond laser, and more particularly to an embodiment that minimizes optical distortion of the laser beam while simultaneously scanning and focusing the laser beam into the eye.

본 출원은 레이저 펄스에 의해 야기된 광파괴를 통해 수정체(crystalline lens) 및 눈의 전방 세그먼트(segment) 내에서 레이저 수술을 위한 기술 및 시스템의 실시예 및 구체예를 설명한다. 수정체의 제거를 위한 다양한 렌즈(lens) 수술 절차는 다양한 기술을 사용하여 작은 절개를 통해 눈으로부터 제거될 수 있는 작은 파편으로 렌즈를 부서지게 한다. 이런 절차들은 수동 기구, 초음파, 가열된 유체 또는 레이저를 사용하고, 파편화 및 이러한 렌즈 파편화 기술과 연관된 제한된 절개를 달성하기 위하여, 프로브(probe)와 함께 눈에 들어갈 필요를 포함하면서, 현저한 결함을 갖는 경향이 있다.The present application describes embodiments and embodiments of techniques and systems for laser surgery within the crystalline lens and the anterior segment of the eye via light disruption caused by laser pulses. Various lens surgical procedures for removal of the lens use various techniques to break the lens into small fragments that can be removed from the eye through small incisions. These procedures have significant defects, using manual instruments, ultrasound, heated fluids or lasers, including the need to enter the eye with a probe to achieve fragmentation and limited incisions associated with such lens fragmentation techniques. There is a tendency.

광파괴 레이저 기술은 렌즈로의 레이저 펄스를 전달할 수 있어, 프로브의 삽입 없이 렌즈를 광학적으로 파편화하고, 이에 따라 향상된 렌즈 제거를 위한 잠재성을 제공할 수 있다. 레이저 유도된 광파괴는 레이저 안과 수술에 광범위하게 사용되어 왔고, Nd:YAG 레이저는 레이저 유도된 광파괴를 통해 렌즈 파편화를 포함하는, 레이저원으로서 종종 사용되어 왔다. 몇몇의 현존하는 시스템은 수 mJ의 펄스 에너지를 갖는 나노초 레이저(E. H. Ryan 등 American Journal of Ophthalmology 104: 382-386, 1987년 10월; R.R. Kruger 등 Ophthalmology 108: 2122-2129, 2001년) 및 수십의 μJ를 갖는 피코초 레이저(A. Gwon 등 J.Cataract Refract Surg. 21, 282-286, 1995년)를 사용한다. 이런 상대적으로 긴 펄스는 상대적으로 높은 수준의 원치않는 출사의 위험을 생성하는 동시에, 절차의 제어 및 정확성에 대한 고려할만한 제한을 초래하는, 수술 스폿(spot)으로의 상대적으로 큰 양의 에너지를 배치한다. Photo-destructive laser technology can deliver laser pulses to the lens, thereby optically fragmenting the lens without the insertion of a probe, thus providing the potential for improved lens removal. Laser induced light destruction has been widely used in laser ophthalmic surgery, and Nd: YAG lasers have often been used as laser sources, including lens fragmentation through laser induced light destruction. Some existing systems include nanosecond lasers with pulse energies of several mJ (EH Ryan et al. American Journal of Ophthalmology 104: 382-386, October 1987; RR Kruger et al. Ophthalmology 108: 2122-2129, 2001). A picosecond laser with μJ (A. Gwon et al. J. Cataract Refract Surg. 21, 282-286, 1995) is used. These relatively long pulses create a relatively high level of unwanted exit risk, while at the same time placing a relatively large amount of energy into the surgical spot, resulting in a constrained limitation on the control and accuracy of the procedure. do.

동시에, 각막 수술의 관련된 분야에서, 더 짧은 펄스 기간 및 더 양호한 초점 맞춤은 나노초 펄스 및 피코초 펄스 대신에 수백의 펨토초의 기간의 펄스를 사용함으로써 달성될 수 있다는 것이 인지되었다. 펨토초 펄스는 절차의 안정성 및 정확성을 현저하게 증가시키면서, 훨씬 적은 펄스 당 에너지를 배치한다.At the same time, it has been recognized that in the related field of corneal surgery, shorter pulse durations and better focusing can be achieved by using pulses of hundreds of femtoseconds instead of nanosecond and picosecond pulses. Femtosecond pulses deploy much less energy per pulse, while significantly increasing the stability and accuracy of the procedure.

현재 몇몇 회사들이 라식 플랩 및 각막 이식과 같은 각막 상에 안과 절차를 위한 펨토초 레이저 기술을 상업화한다. 이런 회사들은 미국의 Intralase Corp. / Advanced Medical Optics, 독일의 20/10 Perfect Vision Optische Gerate GmbH, 독일의 Carl Zeiss Meditec, 및 스위스의 Ziemer Ophthalmic Systems AG를 포함한다.Several companies are currently commercializing femtosecond laser technology for ophthalmic procedures on the cornea, such as LASIK flaps and corneal transplants. These companies are based in Intralase Corp. / Advanced Medical Optics, 20/10 Perfect Vision Optische Gerate GmbH, Germany, Carl Zeiss Meditec, Germany, and Ziemer Ophthalmic Systems AG, Switzerland.

하지만, 이런 시스템은 각막 수술의 요구조건에 따라 설계된다. 결정적으로, 레이저 초점의 깊이 범위는 일반적으로 각막의 두께, 약 1㎜보다 작다. 이러한 바와 같이, 이런 설계는 눈의 렌즈 상에 수술을 수행하는 고려할만한 시도에 대한 해결안을 제공하지 않는다.However, these systems are designed according to the requirements of corneal surgery. Crucially, the depth range of the laser focus is generally less than the thickness of the cornea, about 1 mm. As such, this design does not provide a solution to the contemplated attempt to perform surgery on the lens of the eye.

간략하면서 일반적으로, 안과 수술을 위한 레이저 시스템은 펄스 레이저 빔을 생성하는 레이저원, Z축에 대하여 가로지르는 XY 방향으로 펄스 레이저 빔을 스캔하는 XY 스캐너, Z축을 따라 XY 스캔된 레이저 빔을 스캔하는 Z 스캐너, 및 XYZ 스캔된 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 오브젝티브(objective)를 포함하되, 초점 맞춰진 스캔된 레이저 빔은 목표 영역 내의 어떤 방위각(

Figure pct00001
)에서도, 모두 밀리미터로, 방사방향 좌표(z, r)에서 개구수(NA) 및 스트렐비(S)를 갖고, (z, r) = (0.3, 0.0)의 부근에서, NA가 0.25과 0.40 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하며, 각 목표 영역들인 (z, r) = (0.3, 6.2)의 부근에서, NA가 0.25와 0.40 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역, (z, r) = (8.0, 0.0)의 부근에서, NA가 0.15와 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역, 및 (z, r) = (7.4, 4.0)의 부근에서, NA이 0.15와 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역 중 적어도 하나 내에 NA 및 S가 존재한다. Briefly and generally, a laser system for ophthalmic surgery includes a laser source that generates a pulsed laser beam, an XY scanner that scans the pulsed laser beam in the XY direction transverse to the Z axis, and an XY scanned laser beam along the Z axis. A Z scanner, and an objective that focuses the XYZ scanned laser beam to the target area, wherein the focused scanned laser beam is in a range of azimuth angles within the target area.
Figure pct00001
) Also has a numerical aperture (NA) and a strel ratio (S) in the radial coordinates (z, r), and in the vicinity of (z, r) = (0.3, 0.0), NA is 0.25 and 0.40. S is between 0.8 and 1.0, and in the vicinity of each target region (z, r) = (0.3, 6.2), NA is between 0.25 and 0.40 and S is between 0.8 and 1.0 In the vicinity of (z, r) = (8.0, 0.0), NA is between 0.15 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0, and (z, r) = (7.4, In the vicinity of 4.0), NA and S are present in at least one of the target regions where NA is between 0.15 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0.

실시에서 NA 및 S는 3개의 각 목표 영역들 중 2개 내에 존재한다. 실시에서 NA 및 S는 모든 3개의 각 목표 영역들 내에 존재한다.In an implementation NA and S are in two of three respective target regions. In the implementation NA and S are in all three respective target regions.

실시에서 방사방향 좌표(z, r)의 부근은 점들을 포함하되, 점들의 방사방향 좌표는 방사방향 좌표(z, r)로부터 P(radial) 백분율을 초과하도록 벗어나지 않고, P(radial)은 10%, 20% 및 30% 중 하나이다.In the implementation, the vicinity of the radial coordinates (z, r) includes points, wherein the radial coordinates of the points do not deviate from the radial coordinates (z, r) to exceed P ( radial ) percentages, and P ( radial ) is 10 One of%, 20% and 30%.

실시에서 (z, r) = (0.3, 0.0)의 부근에서, NA가 0.30과 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하며, 하기의 각 목표 영역들인 (z, r) = (0.3, 6.2)의 부근에서, NA가 0.30과 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역, (z, r) = (8.0, 0.0)의 부근에서, NA가 0.20과 0.25 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역, 및 (z, r) = (7.4, 4.0)의 부근에서, NA이 0.20과 0.25 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역 중 적어도 하나 내에 NA 및 S가 존재한다.In the practice, in the vicinity of (z, r) = (0.3, 0.0), NA is between 0.30 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0, and each of the following target regions (z, r) = (0.3 , In the vicinity of 6.2), NA is between 0.30 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0, and in the vicinity of (z, r) = (8.0, 0.0), NA is between 0.20 and 0.25 A target region that exists and S is between 0.8 and 1.0, and a target region where NA is between 0.20 and 0.25 and S is between 0.8 and 1.0, in the vicinity of (z, r) = (7.4, 4.0) NA and S are present in at least one of.

실시에서 NA 및 S는 3개의 각 목표 영역들 중 2개 내에 존재한다. 실시에서 NA 및 S는 모든 3개의 각 목표 영역들 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.In an implementation NA and S are in two of three respective target regions. The laser system according to one embodiment, wherein NA and S are present in all three respective target areas.

실시에서 방사방향 좌표(z, r)의 부근은 점들을 포함하되, 점들의 방사방향 좌표는 방사방향 좌표(z, r)로부터 P(radial) 백분율을 초과하도록 벗어나지 않고, P(radial)은 10%, 20% 및 30% 중 하나이다.In the implementation, the vicinity of the radial coordinates (z, r) includes points, wherein the radial coordinates of the points do not deviate from the radial coordinates (z, r) to exceed P ( radial ) percentages, and P ( radial ) is 10 One of%, 20% and 30%.

실시에서 NA 및 S 값은 환자 인터페이스를 통해 인간 눈 및 눈의 모델 중 하나에 광학적으로 결합된 레이저 시스템과 관련 있다.In practice the NA and S values relate to a laser system optically coupled to one of the human eye and one of the models of the eye via the patient interface.

실시에서 상기 눈의 모델은, 제1 표면, 제2 표면 및 제3 표면을 포함하되, 각막 영역이 약 0.6㎜의 두께 및 약 1.38의 굴절률을 가지는 것으로 한정되고, 전실(antechamber) 영역이 2㎜ 내지 4㎜의 범위의 두께 및 약 1.34의 굴절률을 가지는 것으로 한정되며, 렌즈 영역이 3㎜ 내지 5㎜의 범위의 두께 및 약 1.42의 굴절률을 가지는 것으로 한정되고, 3개의 표면들 모두는 - 100m-1 내지 - 80m-1의 범위의 곡률을 갖는다.In an embodiment the eye model comprises a first surface, a second surface and a third surface, wherein the corneal region is defined to have a thickness of about 0.6 mm and a refractive index of about 1.38, with the antechamber region being 2 mm. to is defined as having a refractive index of about 1.34 and a thickness in the range of 4㎜, is defined as having a refractive index of about 1.42 and a thickness in the range of the lens area to 3 5㎜, all three surfaces - 100m - It has a curvature in the range of 1 to -80 m -1 .

실시에서 상기 레이저 시스템은, 레이저원과 XY 스캐너 사이에 위치된, 프리컴펜세이터(precompensator)를 더 포함한다.In practice the laser system further comprises a precompensator located between the laser source and the XY scanner.

실시에서 프리컴펜세이터는 이동가능한 렌즈를 갖고 레이저 빔을 Z 스캔한다.In practice the precompenator has a movable lens and Z scans the laser beam.

실시에서 Z 스캐너는 실질적으로 Z 초점 깊이 및 개구수(NA)를 독립적으로 조정하도록 구성된다.In an implementation the Z scanner is configured to substantially adjust the Z focal depth and the numerical aperture NA independently.

실시에서 상기 Z 스캐너는, 제1 렌즈 그룹, 및 이동가능한 빔 스캐너를 포함한다.In an embodiment the Z scanner comprises a first lens group and a movable beam scanner.

실시에서 Z 스캐너는 오브젝티브 앞에서 오브젝티브로부터 분리되어 위치된다.In an implementation the Z scanner is positioned separately from the objective in front of the objective.

실시에서 안과 수술을 위한 레이저 시스템은 펄스 레이저 빔을 생성하는 레이저원, Z 축에 대하여 가로지르는 XY 방향으로 펄스 레이저 빔을 스캔하는 XY 스캐너, Z 축을 따라 XY 스캔된 레이저 빔을 스캔하는 Z 스캐너, 및 XYZ 스캔된 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 오브젝티브를 포함하되, 초점 맞춰진 스캔된 레이저 빔은 초점 반경을 갖는 초점을 갖고, 초점 반경은 목표 영역 내에서 rf(max)보다 작으며, 목표 영역은 Z 축을 따라 약 8밀리미터 및 XY 방향으로 약 10밀리미터 연장된다.In practice, the laser system for ophthalmic surgery includes a laser source for generating a pulsed laser beam, an XY scanner for scanning the pulsed laser beam in the XY direction transverse to the Z axis, a Z scanner for scanning the XY scanned laser beam along the Z axis, And an objective for focusing the XYZ scanned laser beam into the target area, wherein the focused scanned laser beam has a focus with a focal radius, the focal radius being less than r f ( max ) within the target area, Extends about 8 millimeters along the Z axis and about 10 millimeters in the XY direction.

실시에서 rf(max)는 2 마이크로미터 또는 4 마이크로미터이고, 인간 눈 및 인간 눈의 모델 중 하나에 결합된 레이저 시스템과 관련 있다.In the practice r f ( max ) is 2 micrometers or 4 micrometers and is associated with a laser system coupled to one of the human eye and a model of the human eye.

도 1은 수술 레이저 전달 시스템(1)을 도시한다.
도 2는 벗어난 파면(W) 및 가우스 파면(G)을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 최적의 스캔된 초점면에서의 광선을 도시한다.
도 3c는 초점 반경의 정의를 도시한다.
도 4는 RMS 파면 오차(ω) 및 스트렐비(S) 사이의 관계를 도시한다.
도 5는 안과 수술을 위한 기준점을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 프리컴펜세이터(200)의 작동을 개념적으로 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 효율적인 Z 스캐닝 기능의 다양한 사용을 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 프리컴펜세이터(200)의 실시를 도시한다.
도 9는 2 개의 Z 스캐너들을 갖는 레이저 전달 시스템(1)의 실시를 도시한다.
도 10은 0, 1 또는 2개의 Z 깊이 스캐너 및 0, 1 또는 2개의 NA 조절장치를 포함하는 구성의 표를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 2, 3 및 4개의 스캐닝 거울들을 갖는 XY 스캐너를 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 개구수의 함수로서 수차 및 Z 초점 깊이의 함수로서 상응하는 광학 개구수(NAopt(z))를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 제1 빔 익스팬더 블록(400) 및 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)의 2개의 세팅을 도시한다.
도 14는 Z 스캐너(450)의 중간 초점면을 도시한다.
도 15는 오브젝티브(700)의 실시를 도시한다.
도 16은 목표 영역에서 구부러진 초점면을 도시한다.
도 17은 XY 스캐너 경사각도의 노모그램을 도시한다.
도 18은 이동가능한 빔 익스팬더 위치의 노모그램을 도시한다.
도 19는 컴퓨터화된 제어 방법의 단계들을 도시한다.
1 shows a surgical laser delivery system 1.
2 shows an off wavefront W and a Gaussian wavefront G. FIG.
3A and 3B show light rays at the optimal scanned focal plane.
3C shows the definition of the focal radius.
4 shows the relationship between the RMS wavefront error (ω) and the strel ratio (S).
5 shows a reference point for ophthalmic surgery.
6A and 6B conceptually illustrate the operation of the precompilator 200.
7A and 7B illustrate various uses of an efficient Z scanning function.
8A-8D illustrate the implementation of the precompilator 200.
9 shows an implementation of a laser delivery system 1 with two Z scanners.
10 shows a table of configurations including zero, one or two Z depth scanners and zero, one or two NA adjusters.
11A-11C show an XY scanner with two, three and four scanning mirrors.
12A-12D show the corresponding optical numerical aperture NA opt (z) as a function of aberration and Z focal depth as a function of numerical aperture.
13A and 13B show two settings of the first beam expander block 400 and the movable beam expander block 500.
14 shows the middle focal plane of the Z scanner 450.
15 illustrates an implementation of objective 700.
16 shows a focal plane bent at the target area.
17 shows the nomogram of the XY scanner tilt angle.
18 shows a nomogram of movable beam expander positions.
19 illustrates the steps of a computerized control method.

본 발명의 몇몇 구체예들은 펨토초 레이저 펄스를 사용하여, 눈의 렌즈(lens)에서 수술을 위한 시스템을 포함한다. 또한 몇몇 일체화된 구체예들은 각막 및 렌즈 수술 절차 모두를 수행할 수 있다. 눈의 렌즈에서 안과 수술을 수행하는 것은 각막 절차보다 질적으로 상이한 요구조건에 관련된다.Some embodiments of the present invention include a system for surgery in the lens of the eye using femtosecond laser pulses. In addition, some integrated embodiments may perform both corneal and lens surgical procedures. Performing ophthalmic surgery on the lens of the eye involves qualitatively different requirements than corneal procedures.

현재의 설명된 렌즈 수술 레이저 시스템 및 각막 시스템 사이의 핵심적인 차이점은 다음을 포함한다:Key differences between the presently described lens surgical laser system and corneal system include:

1. 펨토초 레이저 펄스가 확실하게 발생되는 것이다. 높은 반복률 펨토초 펄스는 시스템의 조작자를 위한 훨씬 더 높은 제어 및 정확성을 제공하면서, 훨씬 작은 펄스 당 에너지의 사용을 허용한다. 하지만, 확실하게 펨토초 펄스를 발생시키는 것은 몇몇의 현존하는 시스템에 의해 사용된, 나노초 또는 피코초 펄스보다 현저하게 더 큰 시도이다.1. A femtosecond laser pulse is generated reliably. High repetition rate femtosecond pulses allow much less control per pulse, while providing much higher control and accuracy for the operator of the system. However, reliably generating femtosecond pulses is a significantly larger attempt than nanosecond or picosecond pulses, used by some existing systems.

2. 각막 및 수성 전방(anterior aqueous chamber)을 포함하여 바로 수술 목표, 렌즈에 도달하면서, 5밀리미터까지의 굴절 매체를 통해 전파될 때 수술 레이저 빔은 현저하게 굴절된다. 반면에, 각막 수술을 위해 사용되는 레이저 빔은 밀리미터의 일부의 깊이에 초점 맞춰지고, 이에 따라 수술 시스템으로부터 각막에 들어감에 따라 실질적으로 굴절되지 않는다.2. The surgical laser beam is markedly refracted when propagating through refractive media up to 5 millimeters, reaching the surgical target, the lens, including the cornea and the anterior aqueous chamber. On the other hand, the laser beam used for corneal surgery is focused on the depth of a portion of the millimeter and is therefore substantially refracted as it enters the cornea from the surgical system.

3. 수술 레이저 전달 시스템은 예를 들어, 5㎜의 일반적인 깊이에서의 전측/전방으로부터 10㎜의 일반적인 깊이에서의 후측/후방까지 전체 수술 영역을 스캔하도록 구성된다. 이런 5㎜ 이상 깊이-스캐닝 범위, 또는 "Z 스캐닝 범위"는 각막에 대한 수술을 위하여 사용된 1 ㎜ 깊이-스캐닝보다 현저하게 광범위하다. 일반적으로, 수술 광학, 실질적으로 여기서 사용된 높은 개구수 광학은, 특정한 작동 깊이에 레이저 빔을 초점 맞추는 데에 최적화된다. 각막 절차 동안에, 1㎜ 깊이-스캐닝은 최적화된 작동 깊이로부터 단지 적정한 벗어남을 야기한다. 반면에, 렌즈 수술 동안에 5 내지 10㎜의 스캔 동안에, 시스템은 고정된 최적화된 작동 깊이로부터 떨어져 구동된다. 따라서, 렌즈 수술 레이저 전달 시스템은 훨씬 개선된 적응제어 광학을 채택하여 렌즈 수술에 의해 요구된 광범위한 깊이-스캐닝 범위를 스캔할 수 있다.3. Surgical The laser delivery system is configured to scan the entire surgical area, for example from anterior / front at a typical depth of 5 mm to posterior / rear at a typical depth of 10 mm. This 5 mm or greater depth-scanning range, or “Z scanning range,” is significantly wider than the 1 mm depth-scanning used for surgery on the cornea. In general, surgical optics, substantially the high numerical aperture optics used herein, are optimized for focusing the laser beam at a particular operating depth. During the corneal procedure, 1 mm depth-scanning causes only a moderate deviation from the optimized operating depth. On the other hand, during a scan of 5-10 mm during lens surgery, the system is driven away from the fixed optimized working depth. Thus, the lens surgical laser delivery system employs much improved adaptive control optics to scan the wide depth-scanning range required by lens surgery.

4. 몇몇의 구체예들은 각막 및 렌즈 모두에서 수술을 수행하도록 구성된다는 의미에서 일체화된다. 이런 일체화된 구체예들에서 깊이-스캐닝 범위는 훨씬 어려운 시도를 취하면서, 5㎜ 대신에 10㎜까지일 수 있다. 4. Some embodiments are integrated in the sense that they are configured to perform surgery on both cornea and lens. In such integrated embodiments the depth-scanning range may be up to 10 mm instead of 5 mm, taking much more difficult attempts.

5. 라식(LASIK)의 많은 변종과 같은, 각막 수술 절차 동안에, 레이저 빔은 ("XY 평면에서") 광학축에 대하여 수직으로 스캔된다. 일반적인 절차에서 XY 스캐닝 범위는 단지 10㎜의 직경을 갖는 각막의 중심부를 덮는다. 하지만, 일체화된 수술 시스템에서 추가 컷(cut)이 또한 형성될 수 있다. 컷의 일 형태는 종래의 수술 도구 및 흡인 니들(aspiration needle)을 위한 눈의 내부에 대한 접근을 제공하는, 엔트리 컷(entry cut)이다. 컷의 다른 형태는 각막윤부절개술(limbal relaxing incision; LRI)이고, 이는 혈관 아케이드(vascular arcade)에 대한 바로 전방 각막 윤부에서 한 쌍의 절개를 만드는 것을 포함한다. 이런 아치형 절개의 길이, 깊이 및 위치를 조절함으로써, 하나는 각막 난시에서 변화를 유도할 수 있다. 엔트리 컷 및 LRI은 일반적으로, 12㎜의 직경을 갖는, 각막의 주변에 위치될 수 있다. 10㎜ 내지 12㎜ 직경의 XY 스캐닝 직경을 증가시키는 것이 라식 플랩(flap)의 일정한 직경에 비해서 20% 증가인 것인 반면에, 축외(off-axis) 수차(aberration)가 초점면에서 필드 직경의 더 높은 힘에 비례하여 성장하기 때문에, 이러한 직경에서의 제어 하에 레이저 전달 시스템의 축외 수차를 간직하는 것이 중요한 시도이다.5. During corneal surgery procedures, such as many variants of LASIK, the laser beam is scanned perpendicular to the optical axis ("in the XY plane"). In the general procedure, the XY scanning range covers the center of the cornea with a diameter of only 10 mm. However, additional cuts may also be formed in an integrated surgical system. One form of cut is an entry cut, which provides access to the interior of the eye for conventional surgical instruments and aspiration needles. Another form of cut is limbal relaxing incision (LRI), which involves making a pair of incisions in the immediate anterior corneal limbus to the vascular arcade. By adjusting the length, depth and position of this arcuate incision, one can induce a change in corneal astigmatism. Entry cuts and LRIs can be located around the cornea, generally having a diameter of 12 mm. Increasing the XY scanning diameter of 10 mm to 12 mm diameter is a 20% increase compared to the constant diameter of the LASIK flap, whereas off-axis aberration results in the field diameter at the focal plane. As it grows in proportion to higher forces, it is an important attempt to retain the off-axis aberration of the laser delivery system under control at this diameter.

6. 렌즈 레이저 수술 절차는 복잡한 이미징(imaging) 시스템으로부터 유도를 요구할 수 있다. 몇몇 이미징 장치에서 윤부 혈관(limbal blood vessel)은 확인되어 눈에 기준표시로서 작용하고, 눈의 수술전 진단 동안에 확인된 기준 좌표에 대한 몇몇 경우에, 수술 시간 동안에 눈의 시클로-회전 정렬(cyclo-rotational alignment)을 보정한다. 수술 영역의 주변에 선택된 혈관은 수술에 의해 가장 많이 흔들리지 않을 수 있고 이에 따라 가장 확실하다. 하지만, 이러한 주변 혈관에 배향된 이미징 시스템은 이미징 광학을 요구하여 10㎜보다 큰, 예를 들어, 12㎜ 반경을 갖는 영역을 촬영한다.6. Lens laser surgical procedures may require guidance from complex imaging systems. In some imaging devices, limbal blood vessels are identified and serve as a reference to the eye, and in some cases relative to the reference coordinates identified during preoperative diagnosis of the eye, the cyclo-rotational alignment of the eye during surgery rotational alignment). The blood vessels selected around the surgical area may not be shaken most by the surgery and thus most certain. However, an imaging system oriented to such peripheral blood vessels requires imaging optics to photograph an area larger than 10 mm, for example with a 12 mm radius.

7. 레이저 빔은 눈 내에 광학 경로를 따라 전달하는 동안에 다양한 수차를 성장시킨다. 레이저 전달 시스템은 이런 수차를 위하여 보상함으로써 정확성을 향상시킬 수 있다. 이런 수차의 추가적인 양상은 "색 수차(chromatic aberration)"로서 참조된 사실, 광의 주파수에 따른다는 것이다. 이런 주파수에 따르는 수차를 보상하는 것은 시스템에 대한 시도를 증가시킨다. 이런 색 수차를 보상하는 것의 어려움은 레이저 시스템의 레이저 빔의 대역폭에 따라 증가한다. 빔의 스펙트럼 대역폭이 펄스 길이에 대하여 반비례한다는 것이 상기된다. 따라서, 펨토초 펄스를 위한 대역폭은 종종 펨토초 레이저 시스템에서 훨씬 양호한 색 보상을 필요하게 만드는, 10배(an order of magnitude) 이상만큼 피코초 펄스의 대역폭보다 크다.7. The laser beam grows various aberrations during transmission along the optical path within the eye. Laser delivery systems can improve accuracy by compensating for these aberrations. An additional aspect of this aberration is that it depends on the frequency of light, in fact referred to as "chromatic aberration". Compensating aberrations along these frequencies increases the attempt on the system. The difficulty of compensating for this chromatic aberration increases with the bandwidth of the laser beam of the laser system. It is recalled that the spectral bandwidth of the beam is inversely proportional to the pulse length. Thus, the bandwidth for femtosecond pulses is often greater than the bandwidth of picosecond pulses by an order of magnitude or more, often requiring much better color compensation in femtosecond laser systems.

8. 높은 반복률 펨토초 레이저 수술 시스템을 사용하는 수술 절차는 목표 조직에서 목표 위치에 대한 절대적으로 및 앞선 펄스에 대하여 상대적으로 각각의 펄스를 위치시키는 데에 높은 정확성을 요구한다. 예를 들어, 레이저 시스템은 펄스들 사이의 시간 내에 수 마이크론만큼만 빔을 재배향하도록 요구될 수 있고, 이는 약 마이크로초일 수 있다. 2개의 연속적인 펄스 사이의 시간이 짧고 펄스 위치에 대한 정확성 요구조건이 높기 때문에, 현존하는 낮은 반복률 렌즈 수술 시스템에 사용된 바와 같은 수동 타켓팅(targeting)은 더 이상 적절하거나 실현가능하지 않다.8. Surgical procedures using a high repetition rate femtosecond laser surgical system require high accuracy in positioning each pulse relative to the absolute position and relative to the target position in the target tissue. For example, a laser system may be required to redirect beams only a few microns within the time between pulses, which may be about microseconds. Because of the short time between two consecutive pulses and the high accuracy requirements for pulse position, manual targeting as used in existing low repetition rate lens surgical systems is no longer appropriate or feasible.

9. 레이저 전달 시스템은 유지된 시간, 스펙트럼 및 공간 인티그리티(integrity)를 갖는, 굴절 매체를 통해 펨토초 레이저 펄스를 눈의 렌즈의 전체적인 수술 볼륨(volume)으로 전달하도록 구성된다. 9. The laser delivery system is configured to deliver femtosecond laser pulses through the refractive medium to the overall surgical volume of the lens of the eye, with maintained time, spectral and spatial integrity.

10. 단지 수술 영역에서 조직이 수술 효과, 예를 들어 조직 절제(tissue ablation)를 야기하기에 충분하게 높은 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 받아들이는 것을 보장하기 위하여, 레이저 전달 시스템은 대단히 높은 개구수(numerical aperture; NA)를 갖는다. 이런 높은 NA는 작은 스폿 크기(spot size)를 초래하고, 수술 절차를 위하여 필요한 제어 및 정확성을 제공한다. 개구수에 대한 일반적인 범위는 3 마이크론 이하의 스폿 크기를 초래하는, 0.3보다 큰 NA 값을 포함할 수 있다.10. In order to ensure that the tissue only receives a laser beam with a high energy density sufficient to cause a surgical effect, for example tissue ablation, in the surgical area, the laser delivery system uses a very high numerical aperture ( numerical aperture (NA). This high NA results in a small spot size and provides the necessary control and accuracy for the surgical procedure. Typical ranges for the numerical aperture may include NA values greater than 0.3, resulting in spot sizes of less than 3 microns.

11. 렌즈 수술을 위한 레이저의 광학 경로의 복잡성이 부여된다면, 레이저 전달 시스템은 고성능 컴퓨터로 관리되는 이미징 시스템을 포함함으로써 높은 정확성 및 제어를 달성하는 반면에, 각막 수술 시스템은 이러한 이미징 시스템이 없거나 낮은 수준의 이미징으로 만족스러운 제어를 달성할 수 있다. 특히, 일반적으로 관습적인 관찰 빔뿐만 아니라, 시스템의 수술 및 이미징 기능은 모두 상이한 스펙트럼 대역에서 작동한다. 실시예로서, 수술 레이저는 1.0 내지 1.1 마이크론의 대역에서의 파장에서 작동할 수 있고, 관찰 빔은 0.4 내지 0.7 마이크론의 가시 대역에서 작동할 수 있으며, 이미징 빔은 0.8 내지 0.9 마이크론의 대역에서 작동할 수 있다. 일반적이거나 공유된, 광학 구성요소에서 빔 경로를 조합하는 것은 레이저 수술 시스템의 광학 상에 색 요구조건을 요구하는 것을 위치시킨다.11. Given the complexity of the optical path of the laser for lens surgery, the laser delivery system achieves high accuracy and control by including a high performance computer-managed imaging system, whereas the corneal surgery system has no or low Satisfactory control can be achieved with a level of imaging. In particular, the surgical and imaging functions of the system, as well as the conventional observation beam in general, all operate in different spectral bands. As an example, the surgical laser may operate at a wavelength in the band of 1.0 to 1.1 microns, the observation beam may operate in the visible band of 0.4 to 0.7 microns, and the imaging beam may operate in the band of 0.8 to 0.9 microns. Can be. Combining beam paths in optical components, common or shared, places demanding color requirements on the optics of a laser surgical system.

차이점 1 내지 11은 (ⅱ) 펨토초 펄스를 갖는 (ⅰ)렌즈들 상의 안과 레이저 수술이 단지 나노초 또는 피코초 레이저 펄스를 사용하여, 각막 수술의 것 및 심지어 렌즈 수술과 질적으로 상이한 요구조건을 유도하는 몇몇 실시예들을 통해 도시한다.Differences 1 to 11 indicate that (ii) ophthalmic laser surgery on (i) lenses with femtosecond pulses may induce requirements that are qualitatively different from those of corneal surgery and even lens surgery using only nanosecond or picosecond laser pulses. Shown through some embodiments.

도 1은 레이저 전달 시스템(1)을 도시한다. 상세하게 설명하기 이전에, 우리는 몇몇 구체예들이 이미징 또는 관찰 시스템을 갖는 도 1의 레이저 전달 시스템을 조합한다는 것을 언급한다. 라식 처리에서와 같은, 몇몇 각막 절차에서, 시표 추적기(eye tracker)는 일반적으로, 눈의 표면 상에, 이미징 및 이미지 처리 알고리즘에 의해 홍채의 중심의 확인과 같은 시각적 단서에 의해 눈의 위치 기준을 수립한다. 하지만, 수술 절차가 눈의 최외곽층, 각막에서 수행되기 때문에, 현존하는 시표 추적기는 깊이 정보 없는, 2차원 공간에서의 특성을 인지하고 분석한다. 종종, 각막은 고르게 납작하게 되어 표면을 정확히 2차원으로 만든다.1 shows a laser delivery system 1. Before describing in detail, we mention that some embodiments combine the laser delivery system of FIG. 1 with an imaging or observation system. In some corneal procedures, such as in the LASIK process, an eye tracker generally sets the positional criteria of the eye by visual cues, such as identification of the center of the iris by imaging and image processing algorithms, on the surface of the eye. Establish. However, since surgical procedures are performed in the outermost layer of the eye, the cornea, existing target trackers recognize and analyze characteristics in two-dimensional space without depth information. Often, the cornea is flattened evenly, making the surface exactly two-dimensional.

눈 안쪽에 깊은, 렌즈에서 레이저 빔을 초점 맞출 때 상황이 꽤 상이하다. 수정체는 이전의 측정과 수술 사이뿐 아니라 수술 동안에, 순응(accomodation) 동안에 위치, 형상, 두께 및 직경을 변하게 할 수 있다. 기계적인 수단에 의해 수술 장비에 눈을 부착시키는 것은 또한 불명확한 방식으로 눈의 형상을 변하게 할 수 있다. 이러한 부착 장치는 흡입링으로 눈을 고정시키거나(fixating), 평평하거나 구부러진 렌즈로 눈을 수차제거하는(aplanating) 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 수술 동안에 환자의 이동은 추가적인 변화를 도입할 수 있다. 이런 변화는 눈 내에서 시각적 단서의 수 밀리미터의 변위만큼까지 추가될 수 있다. 따라서, 렌즈 또는 눈의 다른 내측부 상에 정밀 레이저 수술을 수행할 때, 윤부 또는 각막의 전방 표면과 같은 눈의 표면을 기계적으로 기준 표시하고 고정하는 것은 만족스럽지 않다.The situation is quite different when focusing the laser beam from the lens, deep inside the eye. The lens may vary in position, shape, thickness and diameter during surgery, as well as between previous measurements and surgery. Attaching the eye to the surgical equipment by mechanical means can also change the shape of the eye in an unclear manner. Such attachment device may include fixing the eye with a suction ring or aplanating the eye with a flat or bent lens. Moreover, movement of the patient during surgery can introduce additional changes. This change can add up to a few millimeters of displacement of visual cues within the eye. Thus, when performing precision laser surgery on the lens or other medial portion of the eye, it is not satisfactory to mechanically reference and fix the surface of the eye, such as the limbus or the anterior surface of the cornea.

이런 문제점을 언급하기 위하여, 레이저 전달 장치(1)는 R.M. Kurtz, F. Raksi 및 M. Karavitis에 의한 동시에 계류 중인 미국 특허 출원 번호 12/205,844호에서 설명된 바와 같이, 이미징 시스템과 조합될 수 있고, 이는 이로써 전체에서 참고문헌에 의해 포함된다. 이미징 시스템은 수술 영역의 일부를 촬영하여 눈의 내측 특성을 기초로 하여 3차원 위치 기준을 수립하도록 구성된다. 이런 이미지는 수술 전에 생성될 수 있고 수술 절차와 평행하게 갱신될 수 있어 개별적인 변경 및 변화를 설명한다. 이미지는 높은 정확성 및 제어를 갖는 원하는 위치에 레이저 빔을 안전하게 배향하는 데에 사용될 수 있다.To address this problem, the laser delivery device 1 is R.M. As described in co-pending US patent application Ser. No. 12 / 205,844 by Kurtz, F. Raksi and M. Karavitis, it may be combined with an imaging system, which is hereby incorporated by reference in its entirety. The imaging system is configured to photograph a portion of the surgical area to establish three-dimensional location criteria based on the medial characteristics of the eye. Such images can be generated before surgery and updated in parallel with the surgical procedure to account for individual changes and changes. The image can be used to safely orient the laser beam at the desired location with high accuracy and control.

몇몇 실시에서, 이미징 시스템은 광 간섭 단층촬영(optical coherence tomography; OCT) 시스템일 수 있다. 이미징 시스템의 이미징 빔은 수술 빔과 부분적으로 또는 전부 공유된 광학 경로 또는 분리된 이미징 광학 경로를 가질 수 있다. 부분적으로 또는 전부 공유된 광학 경로를 갖는 이미징 시스템은 비용을 감소시키고 이미징 및 수술 시스템의 보정을 단순화시킨다. 이미징 시스템은 또한 레이저 전달 시스템(1)의 레이저와 동일하거나 상이한 광원을 사용할 수 있다. 이미징 시스템은 또한 자체적인 빔 스캐닝 서브시스템을 가질 수 있거나, 레이저 전달 시스템(1)의 스캐닝 서브시스템을 사용하게 할 수 있다. 이러한 OCT 시스템의 몇몇 상이한 구조는 참조된 동시 계류 중인 출원에서 설명된다.In some implementations, the imaging system can be an optical coherence tomography (OCT) system. The imaging beam of the imaging system may have an optical path that is partially or fully shared with or separate from the surgical beam. Imaging systems with partially or fully shared optical paths reduce costs and simplify the calibration of imaging and surgical systems. The imaging system may also use the same or different light source as the laser of the laser delivery system 1. The imaging system may also have its own beam scanning subsystem, or may make use of the scanning subsystem of the laser delivery system 1. Several different structures of such OCT systems are described in the referenced co-pending application.

레이저 전달 시스템(1)은 또한 가시 관찰 광학과 조합으로 실시될 수 있다. 관찰 광학은 수술 레이저의 조작자가 수술 레이저 빔의 효과를 관찰하고 관찰에 대한 빔을 제어하는 것을 돕는다.The laser delivery system 1 can also be implemented in combination with visible observation optics. Observation optics help the operator of the surgical laser observe the effect of the surgical laser beam and control the beam for observation.

결국, 적외선 및 이에 따른 비가시 수술 레이저 빔을 사용하는, 몇몇 실시에서, 가시 주파수에서 작동하는 추가적인 추적 레이저가 채택될 수 있다. 가시 추적 레이저는 실시되어 적외선 수술 레이저의 경로를 추적하도록 실시될 수 있다. 추적 레이저는 목표 조직의 어떤 붕괴를 야기하지 않기에 충분히 낮은 에너지에서 작동될 수 있다. 관찰 광학은 목표 조직으로부터, 레이저 전달 시스템(1)의 조작자에게 반사된, 추적 레이저를 배향하도록 구성될 수 있다.As a result, in some implementations, using infrared and thus invisible surgical laser beams, additional tracking lasers operating at visible frequencies may be employed. A visible tracking laser can be implemented to track the path of the infrared surgical laser. The tracking laser can be operated at an energy low enough to not cause any disruption of the target tissue. The viewing optics may be configured to orient the tracking laser, reflected from the target tissue, to the operator of the laser delivery system 1.

도 1에서, 가시 관찰 광학 및 이미징 시스템에 연관된 빔은 예를 들어, 빔 스플리터(beam splitter)/색선별 거울(dichroic mirror)(600)을 통해 레이저 전달 시스템(1)으로 결합될 수 있다. 본 출원은 이미징, 관찰 및 추적 시스템을 갖는 레이저 전달 시스템의 다양한 조합을 광범위하게 언급하지 않을 것이다. 포함된 미국 특허 출원 12/205,844호에서 광범위하게 언급된, 이러한 조합의 많은 수는 본 출원의 전체 범위 내에서 모두 존재한다.In FIG. 1, the beam associated with the visible observation optics and imaging system may be coupled to the laser delivery system 1, for example, via a beam splitter / dichroic mirror 600. This application will not extensively refer to various combinations of laser delivery systems with imaging, observation and tracking systems. A large number of such combinations, all of which are mentioned broadly in the incorporated US patent application 12 / 205,844, are all within the full scope of the present application.

도 1은 레이저 전달 시스템(1)을 포함하고, 이는 레이저 엔진(100), 프리컴펜세이터(200; precompensator), XY 스캐너(300), 제1 빔 익스팬더 블록(400; beam expander block), 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500), 빔 스플리터/색선별 거울(600), 오브젝티브(objective; 700) 및 환자 인터페이스(800; patient interface)를 포함하되, 제1 빔 익스팬더 블록(400) 및 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)은 연결하여 Z 스캐너(450)로 불릴 것이다.1 includes a laser delivery system 1, which includes a laser engine 100, a precompensator 200, an XY scanner 300, a first beam expander block 400, and a movement. Possible beam expander block 500, beam splitter / chromatic mirror 600, objective 700 and patient interface 800, including first beam expander block 400 and movable beam expander Block 500 will be referred to as Z scanner 450 in connection.

아래의 많은 실시에서 Z방향이 실질적으로 광학 요소의 광학축 또는 레이저 빔의 광학 경로를 따르는 방향인 종래 기술이 사용된다. Z 방향에 대하여 가로지르는 방향은 XY 방향이라 불린다. 넓은 의미에서 용어 가로지르는 방향은 몇몇 실시에서 가로지르는 방향 및 Z 방향은 상호 간에 엄격하게 수직일 수 없는 것을 포함하도록 사용된다. 몇몇 실시에서 가로지르는 방향은 방사방향 좌표에 대하여 더 양호하게 설명될 수 있다. 따라서, 용어 가르지르는 방향, XY 방향 또는 방사방향은 모두 대략 (그러나 어쩔수 없이 정확하게) Z 방향에 대하여 수직하는, 설명된 실시에서 유사한 방향을 나타낸다.
In many implementations below, prior art is used in which the Z direction is substantially along the optical axis of the optical element or the optical path of the laser beam. The direction transverse to the Z direction is called the XY direction. In a broad sense the term transversal direction is used in some embodiments to include that the transversal direction and the Z direction cannot be strictly perpendicular to each other. In some implementations the transverse direction may be better described with respect to radial coordinates. Thus, the term splitting direction, XY direction or radial direction all refer to a similar direction in the described implementation, which is approximately perpendicular to (but inevitably accurately) the Z direction.

1. 레이저 엔진(100)1. Laser Engine (100)

레이저 엔진(100)은 레이저를 포함하여 선결정된 레이저 파라미터(parameter)를 갖는 레이저 펄스를 방출할 수 있다. 이런 레이저 파라미터는 1 펨토초 내지 100 피코초 범위에, 또는 10 펨토초 내지 10 피코초 범위 내에 또는 몇몇 구체예에서 100 펨토초 내지 1 피코초 범위의 펄스 기간(duration)을 포함할 수 있다. 레이저 펄스는 0.1 마이크로줄 내지 1000 마이크로줄 범위, 다른 구체예에서 1 마이크로줄 내지 100 마이크로줄 범위의 펄스 당 에너지를 가질 수 있다. 펄스는 10 ㎑ 내지 100 ㎒ 범위, 다른 구체예에서 100 ㎑ 내지 1㎒ 범위의 반복 주파수를 가질 수 있다. 다른 구체예들은 이런 범위 제한의 조합, 예를 들어, 1 내지 1000 펨토초의 펄스 기간의 범위 내에 존재하는 레이저 파라미터를 가질 수 있다. 특정한 절차를 위한 레이저 파라미터는 예를 들어, 수술 전 절차 동안에 이런 넓은 범위 내에 선택될 수 있거나, 환자의 특정한 데이터 예를 들어, 그/그녀의 연령을 기초로 한 계산을 기초할 수 있다.The laser engine 100 may emit a laser pulse having a predetermined laser parameter, including a laser. Such laser parameters may include a pulse duration in the range of 1 femtosecond to 100 picoseconds, or in the range of 10 femtoseconds to 10 picoseconds or in some embodiments in the range of 100 femtoseconds to 1 picoseconds. The laser pulses may have energy per pulse in the range of 0.1 micro joules to 1000 micro joules, and in other embodiments in the range of 1 micro joule to 100 micro joules. The pulse may have a repetition frequency in the range of 10 Hz to 100 MHz, in other embodiments in the range of 100 Hz to 1 MHz. Other embodiments may have a combination of such range limitations, for example, laser parameters present within a range of pulse periods of 1 to 1000 femtoseconds. Laser parameters for a particular procedure may be selected within this wide range, for example, during a preoperative procedure, or may be based on calculations based on specific data of the patient, for example his / her age.

레이저 엔진(100)의 실시예는 Nd:glass 및 Nd:Yag 레이저, 및 다양한 다른 레이저를 포함할 수 있다. 레이저 엔진의 작동 파장은 적외선 또는 가시광선 범위에서 존재할 수 있다. 이런 구체예들에서 작동 파장은 700㎚ 내지 2 마이크론 범위에서 존재할 수 있다. 몇몇 경우에 작동 파장은 예를 들어, Yb 또는 Nd를 기초로 한 적외선 레이저에서, 1.0 내지 1.1 마이크론 범위에서 존재할 수 있다.Embodiments of the laser engine 100 may include Nd: glass and Nd: Yag lasers, and various other lasers. The operating wavelength of the laser engine may be in the infrared or visible range. In such embodiments the operating wavelength may be in the range of 700 nm to 2 microns. In some cases the operating wavelength may be in the range of 1.0 to 1.1 microns, for example in an infrared laser based on Yb or Nd.

몇몇 실시에서 레이저 펄스의 레이저 파라미터는 조절가능하고 변경가능할 수 있다. 레이저 파라미터는 짧은 스위치 타임(switch time)으로 조절가능할 수 있고 이에 따라 수술 레이저 전달 시스템(1)의 조작자가 복합 수술 동안에 레이저 파라미터를 변하게 할 수 있다. 파라미터의 이러한 변화는 레이저 전달 시스템(1)의 센싱(sesing) 또는 이미징 서브시스템에 의한 판독에 대하여 개시될 수 있다. In some implementations the laser parameters of the laser pulses may be adjustable and changeable. The laser parameters can be adjustable with a short switch time so that the operator of the surgical laser delivery system 1 can change the laser parameters during complex surgery. This change in parameter can be initiated for reading by the sensing or imaging subsystem of the laser delivery system 1.

다른 파라미터 변화는 레이저 전달 시스템이 제1 수술 절차, 이어지는 제2의, 상이한 수술 절차에 먼저 사용될 수 있는 동안에 다중 단계 절차의 일부로서 수행될 수 있다. 실시예는 우선 눈의 렌즈의 영역에서 하나 이상의 수술 단계, 예를 들어 수정체낭절개 단계, 이어지는 눈의 각막 영역에서 제2 수술 절차를 수행하는 것을 포함한다. 이런 절차는 다양한 순서로 수행될 수 있다.Other parameter changes may be performed as part of a multi-step procedure while the laser delivery system may first be used in a first surgical procedure, followed by a second, different surgical procedure. Embodiments include first performing one or more surgical steps in the area of the lens of the eye, such as a capsulotomy step, followed by a second surgical procedure in the corneal area of the eye. This procedure can be performed in various orders.

상대적으로 낮은 펄스 당 에너지를 갖는 초당 수만 내지 수십만 샷(shot)의 펄스 반복률에서 작동하는 높은 반복률 펄스의 레이저는 수술 적용에 사용될 수 있어 특정한 장점을 달성한다. 이러한 레이저는 상대적으로 낮은 펄스 당 에너지를 사용하여 레이저 유도된 광파괴에 의해 야기된 조직 효과를 국부화한다. 몇몇 실시에서, 예를 들어, 파괴된 조직의 한도는 수 마이크론 또는 수십 마이크론으로 제한될 수 있다. 이런 국부화된 조직 효과는 레이저 수술의 정확성을 향상시킬 수 있고, 특정한 수술 절차에서 바람직할 수 있다. 이러한 수술의 다양한 실시에서, 수백, 수천 또는 수백만 펄스가 인접하고, 거의 인접하거나, 제어된 거리만큼 분리된 스폿(spot)의 순서로 전달될 수 있다. 이런 실시는 특정한 원하는 수술 효과, 예를 들어, 조직 절개, 분리 또는 파편화를 달성할 수 있다.Lasers of high repetition rate pulses operating at pulse repetition rates of tens of thousands to hundreds of thousands of shots per second with relatively low energy per pulse can be used in surgical applications to achieve certain advantages. Such lasers use relatively low energy per pulse to localize the tissue effects caused by laser induced photodestruction. In some implementations, for example, the limit of disrupted tissue may be limited to several microns or tens of microns. Such localized tissue effects can improve the accuracy of laser surgery and may be desirable in certain surgical procedures. In various implementations of this surgery, hundreds, thousands, or millions of pulses can be delivered in an order of contiguous, nearly contiguous, or separated spots by a controlled distance. Such practice can achieve certain desired surgical effects, such as tissue dissection, separation or fragmentation.

스캔 패턴 및 펄스의 파라미터는 다양한 방법에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 이들은 렌즈의 광학적 또는 구조적 성질의 수술 전 척도를 기초로 할 수 있다. 레이저 에너지 및 스폿 분리는 또한 연령에 따른 알고리즘 도는 렌즈의 광학적 또는 구조적 성질의 수술 전 척도를 기초로 선택될 수 있다.
The parameters of the scan pattern and pulse can be selected by various methods. For example, they may be based on preoperative measures of the optical or structural properties of the lens. Laser energy and spot separation can also be selected based on age-based algorithms or preoperative measures of the optical or structural properties of the lens.

2. 2. 프리컴펜세이터Precompensator (200)(200)

도 2는 레이저 빔의 파면이 몇몇 상이한 원인에 대하여 몇몇 상이한 방법으로 이상적인 거동으로부터 벗어날 수 있다는 것을 도시한다. 큰 그룹의 이런 편차는 수차(aberration)라고 불린다. 수차 (및 다른 파면 왜곡)은 이상적인 축주위 가우스 이미지점(image point)들로부터 실제 이미지점을 대신한다. 도 2는 출사 동공(ExP)을 통해 빠져나가는 광의 파면을 도시한다. 왜곡된 구면 파면(G)은 동공으로부터 나오고 파면(G)의 곡률의 중심에서 점(P1)으로 수렴된다. G는 또한 가우스 기준 구체(reference sphere)라고 불린다. 벗어난 파면(W)은 G로부터 벗어나고 상이한 점(P2)으로 수렴된다. 점(Q1)에서 벗어난 파면(W)의 수차(ΔW)는 왜곡된 기준구체(G)에 대한 경로의 광학 길이에 의해 특징지어질 수 있고:

Figure pct00002
, 여기서, ni는 이미지 공간에서 매체의 굴절률이고,
Figure pct00003
은 점들(Q1, Q2)의 거리이다. 2 shows that the wavefront of the laser beam can deviate from the ideal behavior in several different ways for several different causes. This deviation of large groups is called aberration. Aberrations (and other wavefront distortions) replace the actual image points from the ideal axial Gaussian image points. 2 shows a wavefront of light exiting through the exit pupil ExP. The distorted spherical wavefront G emerges from the pupil and converges to the point P1 at the center of curvature of the wavefront G. G is also called a Gaussian reference sphere. The off wavefront W deviates from G and converges to a different point P2. The aberration ΔW of wavefront W off point Q1 can be characterized by the optical length of the path to the distorted reference sphere G:
Figure pct00002
, Where n i is the index of refraction of the medium in image space,
Figure pct00003
Is the distance of points Q1 and Q2.

일반적으로, 수차(ΔW)는 초점면에서 뿐만 아니라, 출사 동공에서 모두 좌표에 따른다. 따라서, 이런 수차(ΔW)는 또한 상호관계함수로서 사료될 수 있다: r'만큼 광학축 상에서 P1으로부터 제거되고, 이미지가 P2로 수렴되는 점들의 세트는 표면(W) 상에 위치되고, 이는 출사 동공(ExP)에서 방사방향 거리(r)로 ΔW의 양만큼 기준 구체(G)로부터 벗어난다는 것이 나타난다. 회전 대칭 시스템을 위하여, In general, the aberration ΔW depends on coordinates both in the focal plane as well as in the exit pupil. Thus, this aberration ΔW can also be considered as a correlation function: the set of points where r 'is removed from P1 on the optical axis and the image converges to P2 is located on the surface W, which is emitted It is shown that the distance from the pupil ExP deviates from the reference sphere G by the amount of ΔW in the radial distance r. For rotationally symmetrical systems,

Figure pct00004
에 따라 ΔW는 r 및 r'에서 이중 멱급수 확장에 대하여 기록될 수 있다.
Figure pct00004
ΔW can be recorded for double power expansion at r and r '.

여기서 r'은 초점면에서 이미지점(P2)의 방사방향 좌표이고 r은 동공에서 점(Q1)의 방사방향 좌표이다. 각도 의존성이 구면각, Θ에 의해 표시된다. n = 2p + m은 양의 정수이고, 2l + m a nm은 벗어난 파면(W)의 팽창 계수이다. 참고로, 예를 들어 SPIE Optical Engineering Press의 Virendra N. Mahajan에 의한 Optical Imaging and Aberrations, Part Ⅰ. Geometrical Optics를 참고한다. 수차 용어 중 차수(i)는 i = 2l + m + n에 의해 주어된다.Where r 'is the radial coordinate of image point P2 at the focal plane and r is the radial coordinate of point Q1 at the pupil. The angle dependence is represented by the spherical angle, Θ. n = 2p + m is a positive integer and 2l + m a nm is the coefficient of expansion of the off-wave surface (W). For reference, see, for example, Optical Imaging and Aberrations, Part I. by Virendra N. Mahajan of SPIE Optical Engineering Press. See Geometrical Optics. The order i in aberration terms is given by i = 2l + m + n.

i = 4까지 용어들이 주된 수차에 연관된다: 구형, 코마(coma), 난시, 시야 곡률 및 왜곡. 2l + m a nm 수차 계수 및 이런 주된 수차들 사이의 실제 연관성은 문헌으로 기록된다. 점 물체를 촬영하는 시스템을 위한, 이미지 반경(r')에 대한 수차의 명확한 의존성은 무차원 변수 ρ = r/a를 도입함으로써 억제될 수 있고, 여기서 a는 출사 동공의 가로지르는 선형 한도, 예를 들어 이의 반경이다:Terms up to i = 4 relate to major aberrations: spherical, coma, astigmatism, visual curvature and distortion. The actual relationship between 2l + m a nm aberration coefficients and these major aberrations is reported in the literature. For systems of shooting point objects, the explicit dependence of the aberration on the image radius r 'can be suppressed by introducing a dimensionless variable ρ = r / a, where a is the transverse linear limit of the exit pupil, eg For example, its radius is:

Figure pct00005
Figure pct00005

여기서,here,

Figure pct00006
Figure pct00006

이런 표기법의 이익은 수차 계수(a nm)들 모두가 길이의 치수를 갖고, 출사 동공에서 상응하는 수차의 최대값을 나타낸다. 이런 표기법에서, 예를 들어, 구면 수차(spherical aberration)가 수차 계수(a40)에 의해 특징지어진다. The benefit of this notation is that all of the aberration coefficients (a nm ) have dimensions of length and represent the maximum of the corresponding aberration in the exit pupil. In this notation, for example, spherical aberration is characterized by the aberration coefficient a 40 .

수차 계수(a nm)에 대한 수차의 설명이 수학적으로 잘 정의되는 반면에, 이는 항상 실험적으로 가장 접근가능한 접근법은 아니다. 따라서, 3개의 대안적인 수차 척도가 다음에 설명된다.While the description of the aberration for the aberration coefficient (a nm ) is well defined mathematically, this is not always the experimentally most accessible approach. Thus, three alternative measures of aberration are described below.

동일한 정맥의 실험 접근성 및 시험가능성에서, 생물학적 조직 예를 들어, 눈에서 빔의 거동은 측정하기 위하여 가장 쉽지 않을 수 있다는 것이 지시된다. 도움이 되도록, 연구는 눈에서 광선이 물리적으로 적절한 염분 농도를 갖는 염수에서 광선에 대하여 꽤 유사하게 거동할 수 있고, 질적으로 측정되고 설명될 수 있다는 나타난다. 따라서, 눈에서 레이저 전달 시스템의 거동이 설명될 때 적용에 걸쳐, 이런 설명은 설명된 눈 조직 또는 상응하는 염수 중 어느 하나에서 거동을 언급하는 것이 이해된다.In experimental accessibility and testability of the same vein, it is indicated that the behavior of the beam in biological tissues, such as the eye, may not be the easiest to measure. To help, studies show that light in the eye can behave quite similarly to light in saline with physically adequate salt concentrations, and can be measured and accounted for qualitatively. Thus, when application is described in the behavior of the laser delivery system in the eye, it is understood that this description refers to the behavior in either the described eye tissue or the corresponding saline.

도 3a 내지 도 3c는 수차의 제2 척도를 도시한다. 깊이(A)에서의 초점면(210)에서 빔을 초점 맞추도록 구성되었던, 레이저 전달 시스템(1)은 대신에 깊이(B)에서의 작동 초점면(211)에서 빔을 초점 맞추도록 작동된다면 구면 수차를 야기할 수 있다. 레이저 빔의 초점이 초점면(210)으로부터 초점면(211)으로 이동될 때, 이러한 상황이 예를 들어, 3차원 스캐닝 절차 동안에 발생할 수 있다.3A-3C show a second measure of aberration. The laser delivery system 1, which was configured to focus the beam at the focal plane 210 at depth A, is instead spherical if operated to focus the beam at the working focal plane 211 at depth B. It can cause aberrations. When the focus of the laser beam is moved from the focal plane 210 to the focal plane 211, this situation can occur, for example, during a three-dimensional scanning procedure.

도 3a는 레이저 전달 시스템(1)이 최적 초점면(210)에 광선을 초점 맞출 때의 경우를 도시한다. 광선은 꽤 좁은 방사방향 한도, 또는 반경(rf(A))의 최적 초점면(210)에서 스폿("초점")을 통과한다. 이런 방사방향 한도(rf(A))는 다양한 원인, 예를 들어, 광 빔의 회절에 대한 영보다 클 수 있다. 초점의 반경은 1개 이상의 방법으로 정의될 수 있다. rf(A)의 일반적인 정의는 스크린의 위치가 축 또는 Z 방향을 따라 변하게 됨에 따라 스크린 상의 광 스폿의 최소 반경이다. 이런 Z 깊이는 종종 "최소 착각점(point of least confusion)"이라 불린다. 이런 정의는 도 3c에 관련하여 더 개선된다.3A shows the case when the laser delivery system 1 focuses the light beam on the optimum focal plane 210. The light ray passes through the spot (“focus”) at the optimal focal plane 210 of quite narrow radial limits, or radius r f (A). This radial limit r f (A) can be greater than zero for various reasons, for example the diffraction of the light beam. The radius of focus can be defined in one or more ways. The general definition of r f (A) is the minimum radius of the light spot on the screen as the position of the screen changes along the axis or Z direction. This Z depth is often referred to as the "point of least confusion". This definition is further refined with respect to FIG. 3C.

도 3b는 레이저 전달 시스템(1)이 최적 초점면(210)을 벗어나 작동 초점면(211)으로 약간의 거리 예를 들어, 수 밀리미터만큼 초점을 스캔할 때의 경우를 도시한다. 가시적으로, 광선은 구면 수차를 야기하는, rf(A) 보다 큰 반경(rf(B))의 초점을 통과한다. 다양한 정확도의 수학식은 수차 계수(anm) 및 초점 반경(rf)을 연결하면서 성장되어 왔다. 몇몇 경우에, 초점 반경(rf)은 amn 수차 계수보다 수차를 수량화하는 데에 실험적으로 더 접근가능한 척도이다.3B shows the case when the laser delivery system 1 scans the focal point out of the optimum focal plane 210 by a slight distance, for example several millimeters, into the working focal plane 211. Visually, the light beam passes through a focal point of radius r f (B) greater than r f (A), causing spherical aberration. Equations of varying accuracy have been grown connecting the aberration coefficient (a nm ) and the focal radius (r f ). In some cases, the focal radius r f is an experimentally more accessible measure for quantifying aberrations than a mn aberration coefficients.

도 3c는 초점 반경(rf)의 더 나은 양적 정의를 도시한다. 도 3c는 빔의 중심으로부터 측정된, 반경(r)의 스폿에 포함된 에너지를 도시한다. 초점 반경(rf)의 광범위하게 받아들여진 정의는 빔의 에너지의 50%가 내부에 포함된, 반경이다. "A"로 표기된 곡선은 회절 제한된 빔에서, 도 3a에서와 같이, 빔이 최적 초점면(210)에 초점 맞추어질 때, 빔의 에너지의 50%는 rf(A)의 유용한 정의를 제공하면서, 반경 r = 0.8 마이크론의 스폿에서, 포함되거나 둘러싸일 수 있다.3C shows a better quantitative definition of the focal radius r f . 3c shows the energy contained in the spot of radius r, measured from the center of the beam. A widely accepted definition of the focal radius r f is the radius in which 50% of the energy of the beam is contained therein. The curve labeled “A” shows that in a diffraction limited beam, as in FIG. 3A, when the beam is focused on the optimal focal plane 210, 50% of the energy of the beam provides a useful definition of r f (A). , At a spot of radius r = 0.8 micron, can be included or enclosed.

레이저 빔의 에너지가 제대로 또는 분명하게 정의된 초점에 놓여진다면, 레이저 유도 광학 브레이트다운(laser induced optical breakdown; LIOB)을 기초로 한 수술 절차는 더 높은 정확성 및 효율성, 및 더 작은 원치않는 효과를 가질 수 있다. LIOB는 강도(플라즈마-) 쓰레시홀드(threshold)를 갖는 상당한 비선형 공정이다: 일반적으로 플라즈마 쓰레시홀드보다 높은 강도를 갖는 빔에 노출된 조직은 플라즈마가 되는 반면에, 플라즈마 쓰레시홀드 아래의 강도를 갖는 빔에 노출된 조직은 플라즈마 전이를 겪지 않는다. 따라서, 수차에 의한 초점의 폭 넓히기는 플라즈마 쓰레시홀드보다 높은 초점에서의 강도를 달성하는 빔의 일부를 감소시키고 강도가 쓰레시홀드 아래로 유지되는 빔의 일부를 증가시킨다. 후자의 이런 빔의 일부는 목표 조직에 의해 효율적으로 흡수되지 않고 눈 조직을 통해, 잠재적으로 원치않는 각막 노출을 야기하는, 대부분의 경우에 망막으로 전파된다. If the energy of the laser beam is placed at a properly or clearly defined focal point, surgical procedures based on laser induced optical breakdown (LIOB) will have higher accuracy and efficiency, and smaller unwanted effects. Can be. LIOB is a significant nonlinear process with an intensity (plasma-) threshold: in general, tissues exposed to beams having a higher intensity than plasma thresholds become plasma, while intensity below the plasma threshold Tissues exposed to the beams with do not undergo plasma transition. Thus, widening the focus by aberration reduces the portion of the beam that achieves higher intensity at the focal point than the plasma threshold, and increases the portion of the beam whose intensity remains below the threshold. Some of these latter beams are not efficiently absorbed by the target tissue and propagate through the eye tissue to the retina in most cases, causing potentially unwanted corneal exposure.

각막을 보정하는 것을 목표로 하는 수술 절차를 위하여, 각막의 두께가 실질적으로 0.6㎜이고, 거의 드문 경우에 더 두꺼우나 여전히 1㎜를 넘지 않기 때문에, 초점면은 일반적으로 최적 또는 공칭 깊이로부터 약 0.6㎜만큼만 (광학축을 따르는) Z방향으로 스캔되거나 이동된다. "B"로 표기된 곡선은 빔의 초점면이 최적 초점면(210)으로부터 약 1㎜(각막 절차를 위한 상한 추정치)만큼 작동 초점면(211)으로 이동될 때, 빔의 에너지의 50%는 rf(B)= 1.8마이크론의 초점 반경 내에 포함된다는 것을 도시한다. 이런 이동이 수차를 도입하는 반면에, 척도가 제한된다. 따라서, 몇몇 현존하는 각막 레이저 시스템은 전혀 이런 수차를 보상하지 않는 반면에, 다른 것들은 약간 제한된 수준의 보상만을 도입한다. For surgical procedures aimed at correcting the cornea, the focal plane is generally about 0.6 from the optimal or nominal depth, since the cornea is substantially 0.6 mm thick and, in rare cases, thicker but still no more than 1 mm. Only mm is scanned or moved in the Z direction (along the optical axis). The curve labeled “B” indicates that 50% of the beam's energy is r when the focal plane of the beam is moved from the optimal focal plane 210 to the working focal plane 211 by about 1 mm (the upper limit estimate for the corneal procedure). f (B) = 1.8 microns, to be included within the focal radius. While this movement introduces aberrations, the scale is limited. Thus, some existing corneal laser systems do not compensate for this aberration at all, while others introduce only a slightly limited level of compensation.

수차 계수(amn) 및 초점 반경(rf) 이외에, 수차의 제3 척도는 소위 스트렐비(strehl ratio; S)이다. 시스템의 스트렐비(S)는 동일하고 완벽한 이미징 시스템의 이론적인 최대 피크 강도에 의해 나누어진 시스템의 초점면에서 빔의 피크 강도로서, 점원으로부터 빠져나가는 빔을 참조하여 정의될 수 있고, 이는 회절 제한에서 작용한다. 동등한 정의는 또한 문헌에서 공지되고, 스트렐비(S)의 정의의 범위 내에 존재한다.In addition to the aberration coefficient a mn and the focal radius r f , the third measure of aberration is the so-called Strehl ratio (S). The strel ratio (S) of a system is defined as the peak intensity of the beam at the focal plane of the system divided by the theoretical maximum peak intensity of the same and perfect imaging system, with reference to the beam exiting from the point source, which is diffraction limited. Works on Equivalent definitions are also known in the literature and are within the scope of the definition of Strelby (S).

이런 정의에 상응하는, S의 값이 작을수록, 수차는 커진다. 벗어나지 않는 빔은 S = 1을 갖고, 종래에는 S > 0.8일 때, 이미징 시스템은 회절 제한되는 것으로 알려진다.Corresponding to this definition, the smaller the value of S, the larger the aberration. The non-deviating beam has S = 1, and conventionally, when S> 0.8, the imaging system is known to be diffraction limited.

수차의 제4 정의는 출사 동공(ExP)에서 전체 파면에 걸쳐 평균을 낸, 도 2의 왜곡되지 않는 파면(G)으로부터 벗어난 파면(W)의 편차(ΔW)를 표시하는 ω, 평균평방근(root-mean-square) 또는 RMS, 파면 오차이다. ω는 무차원 양을 만드는, 빔의 파장의 단위로 표시된다. The fourth definition of aberration is ω, the mean square root (root) representing the deviation (W) of the wavefront (W) deviating from the undistorted wavefront (G) of FIG. 2 averaged over the entire wavefront at the exit pupil (ExP). -mean-square) or RMS, wavefront error. ω is expressed in units of wavelength of the beam, creating a dimensionless amount.

도 4는 상대적으로 작은 수차에 대하여 ω 및 S는 다음의 실험식에 의해 관련된다는 것을 도시한다:4 shows that for relatively small aberrations ω and S are related by the following empirical formula:

수차의 형태에 상관없이,Regardless of the type of aberration,

Figure pct00007
Figure pct00007

여기서 e는 자연로그의 밑(base)이다. Where e is the base of the natural logarithm.

상기의 수차의 척도들의 4개 모두는 문제점을 진단하고 레이저 전달 시스템(1)의 설계를 최적화하는 데에 유용하다. 따라서, 아래의 일반적인 용어 "수차 척도(aberration measure)"는 이런 척도들 또는 이들의 등가물 중 어떤 하나를 나타낼 수 있다. 특히, 수차를 증가시키는 것은 수차 계수(amn), 초점 반경(rf) 및 RMS 파면 오차(ω)의 증가에 의해 획득되나, 스트렐비(S)의 감소에 의해 획득된다.All four of the above measures of aberration are useful for diagnosing problems and optimizing the design of the laser delivery system 1. Thus, the general term “aberration measure” below may refer to either one of these measures or their equivalents. In particular, increasing the aberration is obtained by increasing the aberration coefficient a mn , the focal radius r f and the RMS wavefront error ω, but by decreasing the strel ratio S.

이런 수차 척도들 사이의 관계는 특정한 실시예에서 구면 수차 계수(a40) 및상응하는 스트렐비(S)를 도시함으로써 설명된다. 실시예에서, 수술 레이저 시스템은 표면 아래의 상이한 깊이에서 눈 조직에 레이저 빔을 초점 맞춘다. 레이저 빔은 1 마이크로미터 파장 및 NA=0.3 개구수로, 회절 제한되고, 입사의 표준각도로 조직의 표면에 초점 맞춰진다. 이런 실시예의 개수는 시스템의 초점면 근처에서 스캔된 깊이와 동일한 두께의 평면 평행 플레이트(plate)를 추가하고, 염수를 위한 계산을 수행하는 효과와 유사할 수 있다.The relationship between these aberration measures is illustrated by showing the spherical aberration coefficient a 40 and the corresponding strel ratio S in a particular embodiment. In an embodiment, the surgical laser system focuses the laser beam on eye tissue at different depths below the surface. The laser beam is diffraction limited, with a wavelength of 1 micrometer and NA = 0.3 numerical aperture, and is focused on the surface of the tissue at a standard angle of incidence. The number of such embodiments can be similar to the effect of adding a planar parallel plate of the same thickness as the depth scanned near the focal plane of the system, and performing the calculations for the brine.

조직의 표면은 수학식 (2) 및 (3)에 의해 특징지어진, 빔에 수차를 도입한다. 수차 계수(a40)에 의해 특징지어진, 구면 수차는 표면에서 영이고, 상당한 구조에 의한 스트렐비는 S=1이다.The surface of the tissue introduces aberrations into the beam, characterized by equations (2) and (3). The spherical aberration, characterized by the aberration coefficient a 40 , is zero at the surface, and the strel ratio due to the significant structure is S = 1.

라식 수술은 일반적으로 0.1㎜의 깊이로 플랩을 형성한다. 이런 깊이에서, 스트렐비(S)는 약 0.996으로 감소되고, 단지 작은 감소이다. 0.6㎜ 깊이에서 조차, 대략 각막의 후방 표면에서, S는 약 0.85이다. 이는 피크 강도의 무시할 수 없는 감소인 반면에, 여전히 레이저 빔 강도를 조정함으로써 보상될 수 있다.Lasik surgery generally forms a flap to a depth of 0.1 mm. At this depth, the strel ratio S is reduced to about 0.996, only a small decrease. Even at a depth of 0.6 mm, approximately at the posterior surface of the cornea, S is about 0.85. This is a negligible reduction in peak intensity, while still compensating by adjusting the laser beam intensity.

한편, 눈에서 수정체의 전방 표면을 특징짓는, 5㎜의 깊이에서, 스트렐비는 S = 0.054로 감소될 수 있다. 이런 깊이 및 스트렐비에서, 빔 강도는 플라즈마 쓰레시홀드 아래로 현저하게 감소되고, 이에 따라 빔은 LIOB를 발생시킬 수 없다. 피크 강도의 이런 급격한 손실은 원치않는 효과 예를 들어 망막의 노출 과다 또는 과도하게 증가된 버블 크기없이 레이저 파워를 증가시킴으로써 보상될 수 없다.On the other hand, at a depth of 5 mm, which characterizes the anterior surface of the lens in the eye, the strel ratio can be reduced to S = 0.054. At this depth and strel ratio, the beam intensity is significantly reduced below the plasma threshold, so the beam cannot generate LIOB. This sudden loss of peak intensity cannot be compensated for by increasing the laser power without unwanted effects, such as overexposure or excessively increased bubble size of the retina.

표 1은 바로 설명된 스트렐비에 상응하는, 구면 수차(a40)를 도시한다. 가시적으로, 구면 수차는 조직-깊이에 따라 대략 선형으로 증가하는 반면에, 스트렐비(S)는 비선형 방식으로 거동한다:Table 1 shows the spherical aberration (a 40 ), corresponding to the just described Strelby. Visually, spherical aberration increases approximately linearly with tissue-depth, while strelby ratio S behaves in a non-linear fashion:

[표 1][Table 1]

Figure pct00008

Figure pct00008

수정체 상에 렌즈 용균(lysis), 수정체낭절개 또는 다른 수술 절차를 수행하는 것을 목표로 한 수술 절차에서, 초점면은 종종 렌즈의 전체 깊이에 걸쳐 스캔되고, 이는 5㎜만큼일 수 있다. 더욱이, 일체화된 각막-렌즈 시스템에서, 총 스캐닝 깊이는 각막으로부터 렌즈의 후방 표면까지, 약 10㎜ 연장될 수 있다. 도 3c에서 "C"로 표기된 곡선은 이런 경우 초점 반경이 rf(C) = 18마이크론까지 성장하고, 이 값은 너무 커서 rf(A) 및 rf(B)와 동일한 구성 상에 고르게 나타나지 않는다는 것이 나타낸다. 몇몇 구체예에서, 최적 초점면은 선택되어 깊이-스캐닝 범위에서 중간쯤 놓일 수 있고, 레이저 빔은 플러스/마이너스 5㎜ 깊이 범위로 스캔될 수 있다. 이런 경우에 rf(C)는 10마이크론으로 감소될 수 있다.In surgical procedures aimed at performing lens lysis, capsulotomy or other surgical procedure on the lens, the focal plane is often scanned over the entire depth of the lens, which can be as much as 5 mm. Moreover, in an integrated corneal-lens system, the total scanning depth can extend about 10 mm from the cornea to the posterior surface of the lens. The curve labeled “C” in FIG. 3C shows that in this case the focal radius grows to r f (C) = 18 microns, and this value is too large to appear evenly on the same configuration as r f (A) and r f (B). It does not. In some embodiments, the optimal focal plane can be selected and placed halfway in the depth-scanning range, and the laser beam can be scanned in a plus / minus 5mm depth range. In this case r f (C) can be reduced to 10 microns.

이런 큰 rf(C) 값은 다른 3개의 수차 척도들(a40, S, ω)에서 큰 양의 수차로 바뀌게 된다. 명확하게, 수십 밀리미터만을 스캔하는 각막 절차에 대하여, 렌즈 수술의 이런 큰 수차는 레이저 전달 시스템(1)의 설계를 위한 많은 시도를 취하여 원치않는 결과를 보상하거나 관리한다.This large r f (C) value is converted into a large positive aberration on the other three aberration measures (a 40 , S, ω). Clearly, for corneal procedures that scan only tens of millimeters, this large aberration of lens surgery takes many attempts to design the laser delivery system 1 to compensate or manage unwanted outcomes.

렌즈 수술에 연관된, 큰 수차 척도의 문제점을 언급하기 위하여, 몇몇 구체예들은 프리컴펜세이터(200)를 포함하여 구면 수차를 선보상하고(precompensate) 수차 척도를 향상시킨다. 이런 수차는 목표 조직에서, 또는 레이저 전달 시스템(1) 내의 광학 경로의 일부를 따르거나, 전체 광학 경로를 따라 성장될 수 있다.In order to address the problem of large aberration measures associated with lens surgery, some embodiments include precompensator 200 to precompensate and improve aberration measures. This aberration may be grown in the target tissue, or along a portion of the optical path within the laser delivery system 1, or along the entire optical path.

도 5는 수차 척도가 값을 추정한다는 것이 설명될 때 이어지는 경우에, 수차 척도(rf(C), a40, S, ω)가 광학축으로부터 방사방향 거리(r) 및 초점의 깊이(z)에 따르기 때문에, 이는 몇몇의 선택된 기준점(reference point)들에서 설명된 값을 추정하는 수차 척도를 언급할 것이라는 것을 (눈금없이) 도시한다. 관련된 기준점들의 세트는 실린더 좌표(z, r)에 의해 설명될 수 있다: 모두 밀리미터로, P1=(0,0), P2=(2,6), P3=(5,0), P4=(8,0), P5=(8,3). 눈의 주된 구조는 대략 실린더 대칭을 나타내기 때문에, 이런 P 기준점들은 어떤 방위각(

Figure pct00009
)에서도 위치될 수 있다. 따라서, 이런 P 점들은 단지 3개의 실린더 좌표들 중 2개에 의해 언급될 것이고, 방위각(
Figure pct00010
)은 억제된다. P1은 중심에 위치된 각막 절차를 위한 일반적인 점이고, P2는 주변 각막 절차를 위하여 일반적이며, P3은 렌즈의 전방 영역에 관련되고, P4는 렌즈의 후방에 관련되며, P5는 주변 렌즈 기준점이다. 다른 기준점들은 또한 채택될 수 있어 레이저 전달 시스템의 수차를 특징짓는다. 몇몇 경우들에서, 수차 척도는 작동 파면 또는 조사된 영역에 걸쳐 평균을 낸 수차 척도를 언급할 수 있다.Fig. 5 is followed when the aberration scale is estimated to estimate a value, where the aberration scales r f (C), a 40 , S, ω are radial distances r from the optical axis and depth of focus z. It is shown (without a scale) that this will refer to aberration measures that estimate the value described at some selected reference points. The set of related reference points can be described by cylinder coordinates (z, r): all in millimeters, P1 = (0,0), P2 = (2,6), P3 = (5,0), P4 = ( 8,0), P5 = (8,3). Since the main structure of the eye exhibits approximately cylinder symmetry, these P reference points
Figure pct00009
Can also be located. Thus, these P points will be referred to by only two of the three cylinder coordinates,
Figure pct00010
) Is suppressed. P1 is a general point for centrally located corneal procedures, P2 is common for peripheral corneal procedures, P3 is relative to the front region of the lens, P4 is relative to the rear of the lens, and P5 is the peripheral lens reference point. Other reference points can also be employed to characterize the aberration of the laser delivery system. In some cases, the aberration scale may refer to the aberration scale averaged over the operating wavefront or irradiated area.

수차 척도는 몇몇 상이한 방법으로 결정될 수 있다. 레이저 빔의 파면은 광학 경로의 선택된 부분, 예를 들어 목표 조직의 모델 또는 레이저 전달 시스템(1)의 부분을 통해 컴퓨터 지원 설계(computer-aided design; CAD)로 추적될 수 있다. 또한, 레이저 빔의 수차는 실제 레이저 전달 시스템 또는 이런 2개의 절차의 조합으로 측정될 수 있다.Aberration measures can be determined in several different ways. The wavefront of the laser beam can be tracked in a computer-aided design (CAD) through a selected portion of the optical path, for example a model of the target tissue or a portion of the laser delivery system 1. In addition, the aberration of the laser beam can be measured with an actual laser delivery system or a combination of these two procedures.

따라서, 몇몇 실시에서, 프리컴펜세이터(200)에 의해 도입된, 선보상은 광학 경로의 선택된 일부를 따르는 수차 척도를 결정하거나, 계산하거나 측정함으로써 선택될 수 있고, 이는 목표 조직 그 자체를 포함하며, 이어서 결정된/계산된/측정된 수차의 미리선택된 부분을 보상하도록 필요하게 된 선보상의 양을 결정한다.Thus, in some implementations, the presentation introduced by the precompilator 200 may be selected by determining, calculating or measuring aberration measures along a selected portion of the optical path, which includes the target tissue itself. And then determine the amount of presentation needed to compensate for the preselected portion of the determined / calculated / measured aberration.

구면 수차는 지배적으로 축 광선에 영향을 미치기 때문에, 프리컴펜세이터(200)는 효율적으로 구면 수차를 보정하거나 선보상할 수 있다. 다른 형태의 수차, 예를 들어, 가로 수차, 난시 및 코마는 광학축으로부터 오프셋된(offset) 광선을 포함하는, 필드 광선뿐 아니라 영이 아닌 각도 광선에 영향을 미친다. 레이저 엔진(100)에 의해 발생된, 레이저 빔이 실질적으로 축 빔인 반면에, 광학 경로에서의 다양한 블록들, 가장 분명한 XY 스캐너(300)는 축 빔을 필드 광선을 갖는, 영이 아닌 각도 빔으로 변형시킨다.Since the spherical aberration predominantly affects the axial rays, the precompilator 200 can efficiently correct or present the spherical aberration. Other forms of aberration, such as transverse aberration, astigmatism and coma, affect non-zero angular rays as well as field rays, including rays offset from the optical axis. Whereas the laser beam generated by the laser engine 100 is a substantially axial beam, the various blocks in the optical path, the most obvious XY scanner 300, transform the axial beam into a non-zero angle beam with field rays. Let's do it.

따라서, 프리컴펜세이터가 XY 스캐너(300) 뒤에 위치된 설계에서, 빔의 필드 광선은 몇몇 상이한 수차를 성장시킬 수 있다. (ⅰ) 빔의 최적화는 몇몇의 수차를 보상하는 것을 요구할 수 있고, (ⅱ) 수차의 상이한 형태는 상호 간에 독립적이지 않기 때문에, 이런 상이한 수차들의 발생은 상당한 설계 시도를 취한다. 따라서, 수차의 일 형태를 보상하는 것은 일반적으로 원치않는 다른 형태의 수차를 유도한다.Thus, in designs where the precompilator is located behind the XY scanner 300, the field rays of the beam may grow some different aberrations. (Iii) The optimization of the beam may require compensating some aberrations, and (ii) the generation of these different aberrations takes considerable design effort because the different forms of aberrations are not independent of each other. Thus, compensating one form of aberration generally leads to another form of unwanted aberration.

따라서, 컴펜세이터가 XY 스캐너 뒤에 위치되는 구조에서, 구면 수차는 일반적으로 다른 형태의 원치않는 수차를 도입하는 것의 대가로 제한된 정도로 보상된다.Thus, in the structure where the compensator is located behind the XY scanner, spherical aberration is generally compensated to a limited degree in exchange for introducing other types of unwanted aberrations.

반면에, 본 레이저 전달 시스템(1)의 구체예들은 XY 스캐너(300) 앞에 프리컴펜세이터(200)를 가질 수 있다. 이런 설계는 프리컴펜세이터(200)가 다른 형태의 원치않는 수차를 도입하지 않고 구면 수차를 보상하도록 한다.On the other hand, embodiments of the present laser delivery system 1 may have a precompilator 200 in front of the XY scanner 300. This design allows the precompilator 200 to compensate for spherical aberrations without introducing other forms of unwanted aberrations.

몇몇의 실시는 심지어 프리컴펜세이터(200)에 의한 축상(on-axis) 선보상을 도입함으로써 상기에 언급된 축상 수차 및 축외 수차의 상호의존성을 활용하여, 목표 조직 또는 레이저 전달 시스템의 연속 세그먼트에 의해 야기된, 축외 수차를 선보상한다.Some implementations even utilize the interdependence of on-axis and off-axis aberrations mentioned above by introducing on-axis presentation by the precompilator 200, so that a continuous segment of target tissue or laser delivery system can be utilized. The off-axis aberration caused by is presented.

도 6a와 도 6b는 프리컴펜세이터(200)의 이상화된 작동을 개략적으로 도시한다.6A and 6B schematically illustrate the idealized operation of the precompilator 200.

도 6a는 프리컴펜세이터 없는 레이저 전달 시스템(1)을 도시한다. 일반적으로, 광학 경로 세그먼트(301)는 약간 수준의 구면 수차를 도입할 수 있다. 이는 광학 경로 세그먼트(301)를 떠나는 수차를 갖는 파면 및 광학 경로 세그먼트(301)에 들어가는 왜곡되지 않는 파면에 의해 도시된다. 이런 세그먼트는 광학 경로의 어떤 세그먼트, 예를 들어, 목표 조직의 일부 또는 전체 목표 조직 또는 레이저 전달 시스템(1) 내의 경로의 일부일 수 있다.6a shows a laser delivery system 1 without precompilator. In general, the optical path segment 301 may introduce some level of spherical aberration. This is illustrated by the wavefront with the aberration leaving the optical path segment 301 and the undistorted wavefront entering the optical path segment 301. Such a segment may be any segment of the optical path, for example part of the target tissue or part of the path in the entire target tissue or laser delivery system 1.

도 6b는 프리컴펜세이터(200)가 파면의 보상하는 (또는 보완적인) 왜곡을 도입할 수 있다는 것을 도시한다. 이어서 이런 선보상된 파면은 감소된 왜곡을 갖거나 심지어 왜곡을 갖지 않는 파면을 출사하도록 하는, 광학 경로 세그먼트(301)에 들어간다.6B shows that precompilator 200 may introduce compensating (or complementary) distortion of the wavefront. This presented wavefront then enters the optical path segment 301, which causes the wavefront to have a reduced distortion or even no distortion.

몇몇 현존하는 시스템은 전용 컴펜세이터를 전혀 갖지 않는다. 다른 시스템은 또한 다른 기능을 갖고 XY 스캐너 뒤에 위치된 렌즈 그룹들의 렌즈들에 의해 분포된 방식만으로 구면 수차를 보상할 수 있다. 이런 현존하는 시스템에서, 렌즈들의 파라미터는 성능상 제한으로 유도하는, 상이한 기능들 사이의 절충안을 만드는 결과로서 선택된다. Some existing systems do not have a dedicated compensator at all. Other systems may also compensate for spherical aberration only in a manner distributed by the lenses of the lens groups located behind the XY scanner with other functions. In this existing system, the parameters of the lenses are selected as a result of making a compromise between different functions, leading to performance limitations.

반면에, 레이저 전달 시스템(1)의 구체예는 XY 스캐너(300) 앞에 위치된 전용 프리컴펜세이터(200)를 가질 수 있다. 몇몇 구체예들에서, 프리컴펜세이터(200)는 제1 광학 유닛, 또는 렌즈 그룹이고, 이는 레이저 엔진(100)으로부터 레이저 빔을 받아들인다. 위치 때문에 레이저 빔은 (XY 스캐너(300)에 의해 야기될 수 있는) 필드 광선 또는 영이 아닌 각도 광선을 성장시키지 않고 프리컴펜세이터(200)에 도달하기 때문에, 이런 구체예들은 높은 수준의 선보상을 달성할 수 있다. 선보상은 프리컴펜세이터(200)의 주된 기능이고 이에 따라 설계 절충안이 현존하는 시스템과는 대조적으로, 꽤 제한되도록 유지될 수 있기 때문에 또한 효율적이고, 이는 추가적인 기능을 제공하는 렌즈들로 보상한다.On the other hand, embodiments of the laser delivery system 1 may have a dedicated precompilator 200 located in front of the XY scanner 300. In some embodiments, precompilator 200 is a first optical unit, or lens group, which receives a laser beam from laser engine 100. Because of the location the laser beam reaches the precompilator 200 without growing field rays or non-zero angular rays (which may be caused by the XY scanner 300), these embodiments exhibit high levels of appearance. Can be achieved. The presentation is also the main function of the precompilator 200 and is therefore efficient because the design compromise can be kept quite limited, in contrast to existing systems, which compensates with lenses providing additional functionality. .

이러한 원인들에 대하여, 이러한 실시에서 다른 형태의 수차에 영향을 미치거나 도입하지 않고 높은 정도로 구면 수차를 보정하는 것이 가능하다.For these causes, it is possible in this implementation to correct spherical aberration to a high degree without affecting or introducing other forms of aberration.

수차의 이론에서, 복합 렌즈 시스템의 구면 수차는 대략적으로 개별적인 구성요소의 구면 수차의 합이라는 것이 공지된다. 따라서, 레이저 전달 시스템(1)의 몇몇 실시에서, 구면 수차의 원치않는 양은 프리컴펜세이터(200)를 설계함으로써 선보상될 수 있어, 반대 부호를 갖는 동일한 양의 수차를 도입한다.In the theory of aberrations, it is known that the spherical aberration of a compound lens system is approximately the sum of the spherical aberrations of the individual components. Thus, in some implementations of the laser delivery system 1, an unwanted amount of spherical aberration can be introduced by designing the precompilator 200, introducing the same amount of aberration with the opposite sign.

실시예로서, 눈 조직 안에 초점의 깊이가 최적 초점면을 벗어나 5㎜만큼 이동될 때, (표 1에 따라) 구면 수차(a40)는 -2.0마이크로미터이다. 따라서, 몇몇 실시에서 프리컴펜세이터(200)는 a40 = +2.0마이크로미터의 수차 척도를 도입할 수 있다. 제1 근사치에서, 이런 선보상은 실질적으로 초점의 5㎜ 이동에 의해 야기된 구면 수차를 제거하고, 이에 따라 S = 0.054로부터 다시 S = 1까지 스트렐비를 증가시킨다. (이런 단순한 실시예는 수차의 다른 원인을 무시하였다.)As an example, when the depth of focus in the eye tissue is shifted 5 mm out of the optimal focal plane, the spherical aberration a 40 (according to Table 1) is -2.0 micrometers. Thus, in some implementations precompilator 200 may introduce aberration measures of a 40 = +2.0 micrometers. In a first approximation, this manifestation substantially eliminates spherical aberration caused by 5 mm shift of focus, thus increasing the strel ratio from S = 0.054 to S = 1 again. (This simple example ignores other sources of aberration.)

아래의 몇몇 실시는 "선보상되지 않는(non-precompensated)" 레이저 전달 시스템(1) 즉, 프리컴펜세이터(200)가 제거된 레이저 전달 시스템의 수차 척도를 "선보상된(precompensated)" 레이저 전달 시스템, 즉, 프리컴펜세이터(200)가 제거되지 않는 시스템과 비교함으로써 특징지어질 것이다.Some implementations below describe the aberration measures of the "non-precompensated" laser delivery system 1, i.e., the laser delivery system from which the precompensator 200 has been removed, the "precompensated" laser. It will be characterized by comparison with a delivery system, ie a system where the precompilator 200 is not removed.

몇몇 실시에서, 프리컴펜세이터(200)를 설치하는 것은 선보상되지않는 레이저 전달 시스템(1)의 값 S < S(precomp)으로부터 선보상된 레이저 전달 시스템(1)을 위한 S > S(precomp)으로 스트렐비를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서 예를 들어, S(precomp)는 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9일 수 있다.In some implementations, pre-Com pense S (precomp <S for S (precomp) The laser delivery system (1) compensation line from> data value of the laser delivery system (1) Preparing a 200 uncompensated line S Increase the strel ratio. In some embodiments, for example, S ( precomp ) may be 0.6, 0.7, 0.8 or 0.9.

상기에 설명된 바와 같이, 여기서 이런 스트렐비(S)는 상기의 5개의 기준점들(P1 내지 P5)에서의 스트렐비(S(P1),...S(P5)) 중 어떤 하나, 또는 몇몇 다른 선결정된 기준점들에서 스트렐비, 또는 5개의 기준점에 걸친 스트렐비의 평균 또는 작동 파면에 걸친 평균을 언급할 수 있다.As explained above, this strel ratio (S) is any one or several of the strel ratios (S (P1), ... S (P5)) at the five reference points P1 to P5 above. The other predetermined reference points may refer to the strel ratio, or the average of the strel ratios over five reference points or the average over the operating wavefront.

또한, 스트렐비는 레이저 엔진(100)으로부터 레이저 빔을 받아들이고, 오브젝티브(700)로 끝나며, 안과 목표 조직에 초점을 형성하는, 전체 레이저 전달 시스템(1)을 언급할 수 있다. 몇몇 다른 경우에, 용어는 공기를 포함하는 다른 목표를 언급할 수 있다. 몇몇 실시에서 용어는 레이저 전달 시스템(1)의 서브 시스템을 언급할 수 있다.Strelby may also refer to the entire laser delivery system 1, which receives the laser beam from the laser engine 100, ends with the objective 700, and focuses the ophthalmic target tissue. In some other cases, the term may refer to other targets that include air. In some implementations the term may refer to a subsystem of the laser delivery system 1.

몇몇 실시에서, 선보상되지 않는 레이저 전달 시스템(1)에 대한 프리컴펜세이터(220)의 추가는 피코초 이상의 기간으로 레이저 펄스의 변형 제한된 대역폭보다 적어도 10배 큰 연관된 대역폭을 갖는 펄스를 위한 S = S(precomp) 아래의 선보상되지 않는 값으로부터 S(precomp) 위의 선보상된 값으로 스트렐비를 증가시킬 수 있다. 상기와 같이, 예를 들어 S(precomp)는 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9일 수 있다. In some implementations, the addition of the precompilator 220 to the unshown laser delivery system 1 results in an S for a pulse having an associated bandwidth that is at least 10 times greater than the strain limited bandwidth of the laser pulse over a period of picoseconds or more. = S (precomp) can increase the host relbi in a line above the compensation value S (precomp) from the value uncompensated line below. As above, for example, S ( precomp ) may be 0.6, 0.7, 0.8 or 0.9.

몇몇 실시에서 레이저 전달 시스템(1)에 대한 프리컴펜세이터(200)의 추가는 0.4 마이크론 내지 1.1 마이크론의 파장의 범위에 걸쳐 S = S(precomp) 아래의 보상되지 않는 값으로부터 S = S(precomp) 위의 선보상된 값으로 증가할 수 있다. 상기와 같이, 예를 들어 S(precomp)는 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9일 수 있다. Additional free Com pense data 200 for the laser delivery system (1) in some embodiments are S = S (precomp from the uncompensated value: S = S (precomp) over a range of from 0.4 micron to 1.1 micron wavelength ) Can be increased to the values shown above. As above, for example, S ( precomp ) may be 0.6, 0.7, 0.8 or 0.9.

몇몇 실시에서 프리컴펜세이터(200)의 추가는 프리컴펜세이터(200)가 없는 레이저 전달 시스템(1)에 상응하는, NA = NA(precomp) 아래로 선보상되지 않는 값으로부터 프리컴펜세이터(200)를 갖는 NA = NA(precomp) 위로 선보상된 값으로 시스템 개구수를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서 예를 들어 NA(precomp)의 값은 0.2, 0.25, 0.3 또는 0.35일 수 있다.In some implementations the addition of the precompilator 200 may result in a precompilator from values not exhibited below NA = NA ( precomp ), corresponding to the laser delivery system 1 without the precompilator 200. It is possible to increase the system numerical aperture to a value presented above NA = NA ( precomp ) with (200). For example, the value of NA (precomp) in some embodiments can be 0.2, 0.25, 0.3 or 0.35.

몇몇 실시에서 프리컴펜세이터를 갖지 않는 레이저 전달 시스템(1)에 프리컴펜세이터(200)를 추가하는 것은 프리컴펜세이터(200)를 갖는 레이저 전달 시스템(1)에 상응하는, rf(precomp) 위의 선보상되지 않는 값으로부터 rf(precomp) 아래의 선보상된 값으로 목표 조직에서 초점 반경(rf)을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시에서, rf(precomp)는 2, 3 또는 4 마이크론일 수 있다.In some implementations the addition of the precompilator 200 to the laser delivery system 1 without the precompilator r f (corresponding to the laser delivery system 1 with the precompilator 200). precomp ) can reduce the focal radius r f in the target tissue from the non- presented value above r f ( precomp ) to the presented value below. In some implementations, r f ( precomp ) can be 2, 3 or 4 microns.

몇몇 실시에서, 프리컴펜세이터(200)를 설치하는 것은 선보상되지 않는 레이저 전달 시스템(1)의 값 ω > ω(precomp)로부터 선보상된 레이저 전달 시스템(1)에 대한 ω < ω(precomp)으로 RMS 파면 오차를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서 예를 들어, ω(precomp)는 모두 레이저 빔의 파장의 단위로, 0.06, 0.07, 0.08 또는 0.09일 수 있다.In some implementations, pre-Com value of pense data laser delivery system (1) Preparing a 200 uncompensated line ω> ω (precomp) ω <ω (precomp for the from line compensated laser delivery system (1) ) Can increase the RMS wavefront error. In some embodiments, for example, ω ( precomp ) may be 0.06, 0.07, 0.08 or 0.09, all in units of wavelength of the laser beam.

몇몇 실시에서, 프리컴펜세이터(200)를 설치하는 것은 선보상되지 않는 레이저 전달 시스템(1)의 값 a40 > a40(precomp)로부터 선보상된 레이저 전달 시스템(1)에 대한 a40 < a40(precomp)으로 구면 수차 계수를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서 예를 들어, a40(precomp)는 2, 3 또는 4 마이크로미터일 수 있다.In some implementations, the installation of the precompilator 200 may result in a 40 <for the laser delivery system 1 presented from the values a 40 > a 40 ( precomp ) of the undelivered laser delivery system 1. You can increase the spherical aberration coefficient with a 40 ( precomp ). In some embodiments, for example, a 40 ( precomp ) may be 2, 3 or 4 micrometers.

몇몇 실시에서, 선보상되지 않는 레이저 전달 시스템(1)으로의 프리컴펜세이터(200)를 설치하는 것은 적어도 선보상 백분율(P(precomp))만큼 보상되지 않는 값으로부터 다음의 수차 척도들: RMS 파면 오차(ω), 구면 수차 척도(a40) 및 초점 반경(rf)중 적어도 하나를 감소시킬 수 있거나, 적어도 선보상 백분율(P(precomp))만큼 스트렐비(S)를 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서, 예를 들어, P(precomp)는 10%, 20%, 30% 또는 40%일 수 있다.In some implementations, installing the precompilator 200 into the unshown laser delivery system 1 results in the following aberration measures from a value that is not compensated at least by the show percentage P ( precomp ): RMS It is possible to reduce at least one of the wavefront error ω, the spherical aberration measure a 40 and the focal radius r f , or increase the strel ratio S by at least the permissive percentage P ( precomp ). . In some implementations, for example, P ( precomp ) can be 10%, 20%, 30% or 40%.

상기에 설명된 바와 같이, 이런 수차 척도들 중 어떤 하나는 5개의 기준점들(P1,... P5) 중 어떤 하나, 또는 몇몇 다른 선결정된 기준점들, 또는 기준점들에서 값들의 평균에 속할 수 있거나, 파면에 걸친 평균일 수 있다.As described above, any one of these aberration measures may belong to any one of five reference points P1, ... P5, or some other predetermined reference point, or an average of values at the reference points, or , Averaged over the wavefront.

몇몇 구체예들에서, 프리컴펜세이터(200)는 또한 비구면 수차, 예를 들어, 제1 또는 그 이상 차수의 수차를 보상할 수 있다. 몇몇의 경우에, 또한 이는 축외 광선의 선보상을 수행할 수 있다.In some embodiments, precompilator 200 may also compensate for aspherical aberration, eg, first or higher order aberration. In some cases, it can also perform visualization of off-axis light.

몇몇 실시에서, 0.075 이상만큼 RMS 파면 오차를 증가시키지 않는 동시에, 또는 예를 들어, 0.8의 값을 갖는, S(precomp) 위의 스트렐비를 유지함으로써, 프리컴펜세이터(200)는 다른 형태의 수차를 선보상한다.In some implementations, the precompilator 200 may be of a different type, while not increasing the RMS wavefront error by more than 0.075, or by maintaining a strel ratio above S ( precomp ), for example having a value of 0.8. Show off aberrations.

몇몇 실시에서, 프리컴펜세이터(200)는 rb = rb(precomp) 위의 값으로 프리컴펜세이터(200)를 빠져나가는 빔의 반경(rb)을 증가시킬 수 있고, rb(precomp)은 예를 들어, 5㎜ 또는 8㎜일 수 있다.In some implementations, the precompilator 200 can increase the radius rb of the beam exiting the precompilator 200 to a value above rb = rb ( precomp ), where rb ( precomp ) is an example. For example, it may be 5 mm or 8 mm.

이런 기능들 중 몇몇은 하나 이상의 이동가능한 렌즈를 프리컴펜세이터(200)로 포함함으로써 도달될 수 있다. 위치 액추에이터(position actuator)는 프리컴펜세이터(200)의 렌즈들의 몇몇 사이의 거리를 변하게 하면서, 이동가능한 렌즈 또는 렌즈들을 이동시킬 수 있다. Some of these functions can be reached by including one or more movable lenses into the precompilator 200. The position actuator can move the movable lens or lenses while varying the distance between some of the lenses of the precompilator 200.

1개의 이동가능한 렌즈를 갖는 실시에서, 프리컴펜세이터(200)의 이동가능한 렌즈는 0.3 내지 4.0㎜만큼 광학축을 따라 레이저 전달 시스템(1)의 초점면 또는 초점을 이동시킬 수 있다. 몇몇 다른 실시에서, 0.5 내지 2.0㎜만큼이다.In an implementation with one movable lens, the movable lens of the precompilator 200 can move the focal plane or focal point of the laser delivery system 1 along the optical axis by 0.3 to 4.0 mm. In some other implementations, by 0.5 to 2.0 mm.

몇몇 실시에서, 이동가능한 렌즈가 중앙 위치에 존재할 때 상기의 설명된 기준점들(P1,... P5)에서 스트렐비(S(low))의 적어도 하나가 S=S(moveable) 일 때, 이동가능한 렌즈는 이동되어 S=S(moveable) 위의 값으로 스트렐비(S(low))를 증가시킬 수 있다. S(moveable)는 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9일 수 있다.In some implementations, when at least one of the strel ratios S ( low ) at the reference points P1,... P5 described above when the movable lens is in the center position is moved, S = S ( moveable ) Possible lenses can be moved to increase the strel ratio S ( low ) to a value above S = S ( moveable ). S ( moveable ) can be 0.6, 0.7, 0.8 or 0.9.

몇몇 실시예에서, 이동가능한 렌즈는 이동되어 0.6 내지 0.9 범위로 스트렐비(S)를 변경할 수 있다. 다른 실시에서 0.70 내지 0.85 범위일 수 있다.In some embodiments, the movable lens can be moved to change the strel ratio S in the range of 0.6 to 0.9. In other implementations, it may range from 0.70 to 0.85.

프리컴펜세이터(200)가 XY 스캐너(300) 또는 다른 빔 익스팬더 앞에 위치되기 때문에, 빔 반경은 여전히 작다. 따라서, 이동가능한 렌즈는 작을 수 있다. 그리고 이동가능한 렌즈가 작기 때문에, 위치 액추에이터는 초점 깊이의 꽤 신속한 변화를 허용하면서, 렌즈를 꽤 빠르게 이동시킬 수 있다. 이런 특성이 이런 구체예들에서 깊이 스캐닝 또는 Z 스캐닝 속도를 더 내고, 일반적으로 더 빠른 XY 스캐닝 속도와 비슷한 Z 스캐닝 속도를 만들 수 있다.Because the precompilator 200 is located in front of the XY scanner 300 or other beam expander, the beam radius is still small. Thus, the movable lens can be small. And since the movable lens is small, the position actuator can move the lens quite quickly while allowing quite a quick change in the depth of focus. This property results in more depth scanning or Z scanning speed in these embodiments, and can generally produce a Z scanning speed similar to a faster XY scanning speed.

몇몇 일반적인 현존하는 시스템에서, 수차는 광학 수단 예를 들어, 렌즈들에 의해 지배적으로 보상된다. 현재 설명된 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200)는 빨리 이동가능한 렌즈 또는 렌즈들을 사용할 수 있어 이런 기능을 잘 수행한다. 특히, 레이저 빔이 XY 스캐너(300)로 스캔될 때, 이동가능한 렌즈 또는 렌즈들은 현저하게 높은 속도로 이동될 수 있어 XY 스캐닝과 관련된 수차는 원하는 수준으로 보상된다.In some general existing systems, aberrations are dominantly compensated by optical means, for example lenses. The presently described movable lens precompilator 200 can use a fast movable lens or lenses to perform this function well. In particular, when the laser beam is scanned with the XY scanner 300, the movable lens or lenses can be moved at significantly higher speeds so that the aberrations associated with XY scanning are compensated to the desired level.

도 7a는 가로지르는 수술 컷(206)이 실질적으로 평평하거나 구부러진 환자 인터페이스(208)의 접촉 표면을 추적하면서 수행될 때, 이런 향상이 유용할 수 있다는 것을 도시한다. 작은 이동가능한 렌즈의 속도는 Z 스캐닝이 원하는 구부러진 컷을 형성하면서, XY 스캐닝에 의해 요구된 속도로 수행되는 것을 가능하게 한다.7A shows that such an improvement may be useful when the traversing surgical cut 206 is performed while tracking the contact surface of the substantially flat or curved patient interface 208. The speed of the small movable lens enables Z scanning to be performed at the speed required by XY scanning, forming the desired bent cut.

몇몇 실시에서, 구부러진 목표 라인 또는 구부러진 컷의 곡률 또는 반경은 1㎜, 10㎜ 및 100㎜보다 작을 수 있다.In some implementations, the curvature or radius of the curved target line or curved cut can be less than 1 mm, 10 mm, and 100 mm.

도 7b는 높은 Z 스캐닝 속도의 또다른 유용한 양상을 도시한다. 대부분 광학 시스템의 초점면은 다소 구부러진다. 실질적으로 직선 횡단 컷(straight transversal cut)을 생성하는 것이 바람직하고, 이에 따라 이는 초점면의 곡률을 추적하지 않는다면, 초점 깊이는 빠른 가로 XY 스캐닝으로 동시에, 연속적으로 재조정되어 초점면의 곡률에 대하여 보상하는 것을 필요로 한다. 예를 들어, 래스터 스캔 패턴(raster scan pattern)을 갖는 평평한 컷 또는 방사방향 컷을 위하여, 방사방향 또는 XY 좌표의 변화는 꽤 빠를 수 있다. 이런 절차에서 빠른 Z 스캐닝 속도는 원하는 직선 컷을 형성하는 것을 도울 수 있다.7B illustrates another useful aspect of high Z scanning speed. The focal plane of most optical systems is somewhat curved. It is desirable to create a substantially straight transversal cut, so that if it does not track the curvature of the focal plane, the depth of focus is simultaneously readjusted continuously with fast transverse XY scanning to compensate for the curvature of the focal plane. Need to do. For example, for a flat cut or radial cut with a raster scan pattern, the change in radial or XY coordinates can be quite fast. Fast Z scanning speed in this procedure can help to form the desired straight cut.

결국, 높은 Z 스캐닝 속도는 또한 몇몇 수술 절차, 예를 들어 각막 절차를 빠르게 수행하는데 유용할 수 있다.As a result, high Z scanning speeds can also be useful for quickly performing some surgical procedures, such as corneal procedures.

몇몇 실시에서, 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200)는 초점의 최대 횡단 스캐닝 속도의 적어도 5%로 축 속도를 갖는 레이저 전달 시스템의 초점의 깊이를 변하게 할 수 있다. 축 속도를 갖는 몇몇 실시에서는 초점의 최대 횡단 스캐닝 속도의 적어도 10%이다. 축 속도를 갖는 다른 실시에서는 초점의 최대 횡단 스캐닝 속도의 적어도 20%이다.In some implementations, the movable lens precompilator 200 can vary the depth of focus of the laser delivery system having an axial speed at least 5% of the maximum transverse scanning speed of the focal point. In some implementations with an axial speed, it is at least 10% of the maximum transversal scanning speed of the focal point. In other implementations with an axial speed, it is at least 20% of the maximum transversal scanning speed of the focal point.

몇몇 실시에서, 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200)는 Z 스캐닝 시간에서 0.5 내지 1밀리미터만큼 초점의 Z 좌표를 변하게 할 수 있다.In some implementations, the movable lens precompilator 200 can vary the Z coordinate of the focus by 0.5 to 1 millimeter at Z scanning time.

몇몇 실시에서 이런 Z 스캐닝 시간은 10 내지 100 나노초, 100 나노초 내지 1 밀리초, 1 밀리초 내지 10 밀리초 및 10 밀리초 내지 100 밀리초의 범위에 존재할 수 있다.In some implementations such a Z scanning time may be in the range of 10 to 100 nanoseconds, 100 nanoseconds to 1 millisecond, 1 millisecond to 10 milliseconds, and 10 milliseconds to 100 milliseconds.

몇몇 실시에서 렌즈 그룹의 이동가능한 렌즈는 Z 이동 범위에서 이동가능하여, 적어도 이동가능한 백분율(P(movable))만큼 제1 수차 척도를 감소시킨다. 여기서, 제1 수차 척도는 구면 수차 계수(a40 ), RMS 파면 오차(ω) 및 초점 반경(rf)일 수 있고, 이동가능한 백분율(P(movable))은 10%, 20%, 30% 및 40%일 수 있다.In some implementations the movable lens of the lens group is movable in the Z movement range, reducing the first aberration measure by at least the movable percentage P ( movable ). Here, the first measure of aberration is the spherical aberration coefficient (a 40) ), The RMS wavefront error ω and the focal radius r f , and the percentage P ( movable ) may be 10%, 20%, 30% and 40%.

몇몇 실시에서 렌즈 그룹의 이동가능한 렌즈는 Z 이동 범위에서 이동가능하여 적어도 이동가능한 백분율(P(movable))만큼 스트렐비(S)를 증가시키고, 이동가능한 백분율(P(movable))은 10%, 20%, 30% 및 40%일 수 있다.In some embodiments the movable lens of the lens group is movable in the Z movement range to increase the strel ratio S by at least the movable percentage P ( movable ), wherein the movable percentage P ( movable ) is 10%, 20%, 30% and 40%.

몇몇 실시에서, 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200)은 레이저 전달 시스템(1)의 개구수(NA), 초점의 Z 깊이, 수차 척도들 중 어떤 하나 및 이동가능한 렌즈를 이동시킴으로써 실질적으로 독립적인 빔 직경을 변하게 할 수 있다. 다시 말해서, 이동가능한 렌즈를 이동시키는 것은 다른 2개의 특징을 변화시키지 않고 레이저 전달 시스템(1)의 4개의 이런 특징들 중 어떤 하나를 변경시킬 수 있다. 이런 구체예들은 구체예의 조작자를 위하여 고려할만한 제어를 제공한다.In some implementations, the movable lens precompilator 200 is substantially independent by moving any of the numerical aperture NA of the laser delivery system 1, the Z depth of focus, the aberration measures, and the movable lens. It is possible to vary the beam diameter. In other words, moving the movable lens can change any one of the four such features of the laser delivery system 1 without changing the other two features. These embodiments provide for contemplated control for the operator of the embodiment.

프리컴펜세이터(200)의 기능들 중 몇몇은 빔 조절 또는 빔 확장이라 불린다. 따라서, 몇몇 현존하는 시스템에서 유사한 기능을 갖는 블록들이 빔 컨디셔너(beam conditioner) 또는 빔 익스팬더라 불린다.Some of the functions of the precompilator 200 are called beam steering or beam extension. Thus, blocks with similar functionality in some existing systems are called beam conditioners or beam expanders.

몇몇 구체예에서 프리컴펜세이터(200)는 단지 1개의 렌즈를 포함하여 상기의 기능을 달성한다.In some embodiments precompilator 200 comprises only one lens to achieve the above functionality.

몇몇 구체예에서 프리컴펜세이터(200)는 2개 내지 5개의 렌즈들을 포함하여 상기의 기능을 달성한다.In some embodiments precompilator 200 comprises two to five lenses to achieve this function.

도 8a는 렌즈(221), 렌즈(222) 및 렌즈(223)를 포함하는, 프리컴펜세이터(200)의 3개 렌즈 구체예를 도시한다.FIG. 8A illustrates three lens embodiments of the precompilator 200, including a lens 221, a lens 222, and a lens 223.

도 8b는 렌즈(221'), 이동가능한 렌즈(222') 및 렌즈(223')를 포함하는, 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200')의 3개 렌즈 구체예를 도시한다.FIG. 8B shows three lens embodiments of a movable lens precompilator 200 'including a lens 221', a movable lens 222 'and a lens 223'.

도 8c는 렌즈들(231 내지 234)을 포함하는 프리컴펜세이터(200'')의 4개 렌즈 구체예를 도시한다.8C shows a four lens embodiment of a precompilator 200 ″ including lenses 231-234.

도 8d는 렌즈(231'), 이동가능한 렌즈(232'), 렌즈(233') 및 렌즈(234')를 포함하는, 이동가능한 렌즈 프리컴펜세이터(200''')의 4개 렌즈 구체예를 도시한다.8D illustrates four lens spheres of a movable lens precompilator 200 '' ', including a lens 231', a movable lens 232 ', a lens 233' and a lens 234 '. An example is shown.

표 2 내지 표 4는 도 8a와 도 8b의 프리컴펜세이터들(200, 200')의 다양한 3개 렌즈 실시를 도시한다. 프리컴펜세이터(200)의 구체예들은 얇은 렌즈들을 사용하여 실시될 수 있다. 따라서, 렌즈들은 다음 렌즈로부터 거리 및 개별적인 렌즈들의 굴절력에 대하여 설명될 수 있다. Tables 2-4 show various three lens implementations of the precompilators 200, 200 'of FIGS. 8A and 8B. Embodiments of the precompilator 200 can be implemented using thin lenses. Thus, the lenses can be described with respect to the distance from the next lens and the refractive power of the individual lenses.

표 2는 또한 도 8a에 도시된 프리컴펜세이터(200)의 3개의 고정된 렌즈 구체예를 도시한다. 표 2에서 행 1은 렌즈 번호를 도시하고, 행 2는 디옵터(diopter; (Di(i=1,2,3))로 측정된 굴절력을 도시하며, 행 3은 렌즈들(i 및 i+1) 사이의 거리(di(i=1,2))를 도시한다.Table 2 also shows three fixed lens embodiments of the precompilator 200 shown in FIG. 8A. In Table 2, row 1 shows the lens number, row 2 shows the refractive power measured with a diopter (Di (i = 1, 2, 3)), and row 3 shows the lenses i and i + 1. ) Shows the distance di (i = 1,2).

[도 8a에 대한 표 2]TABLE 2 for FIG. 8A

Figure pct00011

Figure pct00011

표 3은 도 8b에서와 같이, 행 3 및 행 4에서 2 개의 구성(A, B)들에서의 렌즈 간격들(diA, diB)를 도시하면서, 2개의 이동가능한 렌즈들(222', 223')을 갖는 프리컴펜세이터(200')의 가능한 실시를 도시한다. 렌즈 간격(di)은 diA와 diB 사이에서 연속적으로 변할 수 있다.Table 3 shows two movable lenses 222 ′, 223 ′, showing lens spacings diA, diB in two configurations A, B in rows 3 and 4, as in FIG. 8B. A possible implementation of the precompilator 200 'with The lens spacing di can vary continuously between diA and diB.

[도 8b에 대한 표 3]TABLE 3 for FIG. 8B

Figure pct00012

Figure pct00012

표 4는 다양한 실시에서, 상기의 파라미터들(Di, di)은 많은 설계 고려사항, 예를 들어 상이한 빔 크기 및 이용가능한 공간에 따른, 넓은 간격에서 값을 추정할 수 있다는 것을 도시한다. 이런 실시의 파라미터들 중 몇몇은 스케일링 팩터(a; scaling factor)를 갖는 굴절력 및 상응하는 스케일링 팩터를 갖는 거리(l/a)를 크기 조정함으로써 표 2 및 표 3의 구체예에 연결될 수 있다. 더욱이, 굴절력은 공차 팩터들(t1 내지 t3)만큼 추가적으로 변경될 수 있어 공차 및 설계 실시에서 차이를 허용한다. 이런 관계는 표 4에서 요약된다:Table 4 shows that in various implementations, the above parameters Di, di can estimate values at large intervals, depending on many design considerations, for example, different beam sizes and available space. Some of the parameters of this embodiment can be connected to the embodiments of Tables 2 and 3 by scaling the refractive power with a scaling factor and the distance l / a with the corresponding scaling factor. Moreover, the refractive power can be further varied by the tolerance factors t1 to t3 to allow for differences in tolerances and design implementations. This relationship is summarized in Table 4:

[도 8a 및 도 8b에 대한 표 4]TABLE 4 for FIGS. 8A and 8B

Figure pct00013

Figure pct00013

몇몇 실시에서 스케일링 팩터(a)는 0.3 내지 3의 범위에 존재할 수 있고, 공차 팩터들(t1, t2, t3)은 0.8 내지 1.2의 범위에서 존재할 수 있다.In some implementations the scaling factor a may be in the range of 0.3 to 3, and the tolerance factors t1, t2, t3 may be in the range of 0.8 to 1.2.

유사하게, 표 5는 프리컴펜세이터(200'')의 다양한 4개 렌즈 실시를 도시하고, 여기서 렌즈들(231, 232, 233, 234)은 도 8c에 도시된 바와 같이, 고정된다. Similarly, Table 5 shows various four lens implementations of the precompilator 200 ″ where the lenses 231, 232, 233, 234 are fixed, as shown in FIG. 8C.

[도 8c에 대한 표 5]TABLE 5 for FIG. 8C

Figure pct00014

Figure pct00014

표 6은 1개의 이동가능한 렌즈(232')를 갖는, 도 8d의 프리컴펜세이터(200''')의 4개 렌즈 실시를 도시한다.Table 6 shows a four lens implementation of the precompilator 200 '' 'of FIG. 8D, with one movable lens 232'.

[도 8d에 대한 표 6]TABLE 6 for FIG. 8D

Figure pct00015

Figure pct00015

3개 렌즈 실시에서와 같이, 4개 렌즈 프리컴펜세이터들(200'', 200''')의 파라미터들은 넓은 범위에서 값을 추정할 수 있다. 다시 이런 실시의 몇몇의 파라미터는 표 4와 유사하게, 각각, 스케일링 팩터들(a, l/a, t1, t2, t3 및 t4)에 의해 상호 간에 관련될 수 있다. 스케일링 팩터(a)는 0.2 내지 5의 범위에 존재할 수 있고, 공차 팩터들(t1, ... t4)은 0.7 내지 1.3의 범위에 존재할 수 있다.As in the three lens implementation, the parameters of the four lens precompilators 200 '', 200 '' 'can estimate values over a wide range. Again some parameters of this implementation can be related to each other by scaling factors a, l / a, t1, t2, t3 and t4, similar to Table 4, respectively. The scaling factor (a) may be in the range of 0.2 to 5, and the tolerance factors (t1, ... t4) may be in the range of 0.7 to 1.3.

다른 구체예에서, 다른 조합 및 범위가 채택될 수 있다. 이런 범위 내에서, 시스템이 상이한 선택을 초래하면서 많은 상이한 기능들에 대하여 최적화될 수 있기에, 레이저 전달 시스템(1)의 많은 구체예들이 가능하다. 설계 절충안 및 최적화 제약이 각각 장점을 갖는 많은 실시들에 유도될 수 있다. 많은 가능성들이 상기의 표 2 내지 표 6에서 파라미터들의 범위에 의해 도시된다.In other embodiments, other combinations and ranges may be employed. Within this range, many embodiments of the laser delivery system 1 are possible because the system can be optimized for many different functions, resulting in different choices. Design compromises and optimization constraints can be derived in many implementations, each having advantages. Many possibilities are illustrated by the range of parameters in Tables 2-6 above.

프리컴펜세이터(200')의 1개의 이동가능한 렌즈 실시에서, 이동하는 렌즈는 실질적으로 독립적으로 레이저 시스템의 특징 중 하나를 변하게 할 수 있다. 이런 파라미터들은 Z 초점 깊이, 개구수(NA), 수차 척도들 중 어떤 하나, 및 출사 빔의 직경을 포함한다. 예를 들어, 이런 실시들은 조작자가 예를 들어, Z 초점 깊이를 변하게 하지 않고, 예를 들어 레이저 전달 시스템(1)의 개구수를 변하게 하도록 한다. In one movable lens implementation of the precompilator 200 ', the moving lens can change one of the characteristics of the laser system substantially independently. These parameters include the Z focal depth, numerical aperture (NA), any one of the aberration measures, and the diameter of the exit beam. For example, such implementations allow the operator to change, for example, the numerical aperture of the laser delivery system 1 without changing the Z focal depth.

몇몇 실시에서 프리컴펜세이터(200)는 2개의 독립적으로 이동하는 요소들을 갖는다. 이러한 실시는 조작자가 고정된 수차를 유지하는 동시에, 예를 들어, 개구수(NA) 및 빔 직경과 같은 레이저 빔의 2개의 특징들을 독립적으로 제어하도록 한다.In some implementations precompilator 200 has two independently moving elements. This implementation allows the operator to maintain a fixed aberration while simultaneously controlling two features of the laser beam such as, for example, the numerical aperture NA and the beam diameter.

도 9는 레이저 전달 시스템(1')의 구체예를 도시하고, 다양한 광학 블록들의 Z 스캐닝 기능이 강조된다. 특히, 레이저 엔진(100)은 레이저 빔을 발생시키고, 이는 제1 Z 스캐너(250)에 의해 받아들여진다. 제1 Z 스캐너(250)는 레이저 엔진(100)으로부터 레이저 빔을 받아들이고 레이저 전달 시스템(1')의 광학축을 따라 제1 Z 간격에 걸쳐 레이저 전달 시스템(1')의 초점을 스캔한다. 제1 Z 스캐너(250)에 의해 출사된, 빔은 XY 스캐너(300)에 의해 받아들여지고, 이는 레이저 시스템의 광학축에 대하여 실질적으로 가로지르는 방향으로 레이저 빔을 스캔한다. 이어서 출사된 XY 스캔된 레이저 빔은 제2 Z 스캐너(450)에 의해 받아들여지고, 이는 레이저 시스템의 광학축을 따라 제2 Z 간격에 걸쳐 레이저 시스템의 초점을 스캔한다.9 shows an embodiment of the laser delivery system 1 ′, with the Z scanning function of the various optical blocks highlighted. In particular, the laser engine 100 generates a laser beam, which is received by the first Z scanner 250. The first Z scanner 250 receives the laser beam from the laser engine 100 and scans the focal point of the laser delivery system 1 ′ over the first Z interval along the optical axis of the laser delivery system 1 ′. The beam emitted by the first Z scanner 250 is received by the XY scanner 300, which scans the laser beam in a direction substantially transverse to the optical axis of the laser system. The emitted XY scanned laser beam is then received by the second Z scanner 450, which scans the focus of the laser system over a second Z interval along the optical axis of the laser system.

몇몇 구체예에서, 제1 Z 스캐너(250)는 제1 Z 간격이 각막 수술 절차에 적합하도록 구성되고, 제2 Z 스캐너(450)는 제2 Z 간격이 전방 세그먼트 수술 절차에 적합하도록 구성된다.In some embodiments, the first Z scanner 250 is configured such that the first Z interval is suitable for the corneal surgical procedure, and the second Z scanner 450 is configured such that the second Z interval is suitable for the anterior segment surgical procedure.

몇몇 구체예에서, 제1 Z 간격은 0.05 내지 1㎜의 범위 내에 존재하고, 제2 Z 간격은 1 내지 5㎜의 범위 내에 존재한다.In some embodiments, the first Z interval is in the range of 0.05 to 1 mm and the second Z interval is in the range of 1 to 5 mm.

몇몇 구체예에서, 제1 Z 간격은 1 내지 5㎜의 범위 내에 존재하고, 제2 Z 간격은 5 내지 10㎜의 범위 내에 존재한다.In some embodiments, the first Z interval is in the range of 1 to 5 mm and the second Z interval is in the range of 5 to 10 mm.

몇몇 구체예에서 제1 Z 스캐너(250)는 제1 스캐닝 시간에 0.05㎜ 내지 1㎜의 제1 Z 간격에 걸쳐 초점을 스캔하도록 구성된다. 제1 Z 스캐닝 시간은 10 내지 100 나노초, 100 나노초 내지 1밀리초, 1 밀리초 내지 10 밀리초 및 10 밀리초 내지 100 밀리초의 범위 중 하나에서 존재할 수 있다.In some embodiments the first Z scanner 250 is configured to scan the focus over a first Z interval of 0.05 mm to 1 mm at a first scanning time. The first Z scanning time may be in one of the ranges of 10 to 100 nanoseconds, 100 nanoseconds to 1 millisecond, 1 millisecond to 10 milliseconds, and 10 milliseconds to 100 milliseconds.

몇몇 구체예에서 제2 Z 스캐너(450)는 제2 스캐닝 시간에 1㎜ 내지 5㎜의 제2 Z 간격에 걸쳐 초점을 스캔하도록 구성된다. 제2 Z 스캐닝 시간은 10 밀리초 내지 100 밀리초 및 100밀리초 내지 1초의 범위 중 하나에서 존재할 수 있다.In some embodiments second Z scanner 450 is configured to scan the focus over a second Z interval of 1 mm to 5 mm at a second scanning time. The second Z scanning time may be in one of the ranges of 10 milliseconds to 100 milliseconds and 100 milliseconds to 1 second.

몇몇 구체예에서 제1 Z 스캐너(250)는 10%이상 만큼 레이저 빔의 개구를 변하게 하도록 구성된다.In some embodiments the first Z scanner 250 is configured to vary the aperture of the laser beam by at least 10%.

몇몇 구체예에서 제2 Z 스캐너(450)는 10%이상 만큼 레이저 빔의 개구를 변하게 하도록 구성된다.In some embodiments the second Z scanner 450 is configured to vary the aperture of the laser beam by at least 10%.

몇몇 구체예에서 제1 Z 스캐너(250)는 25%이상 만큼 레이저 빔의 개구를 변하게 하도록 구성된다.In some embodiments the first Z scanner 250 is configured to vary the aperture of the laser beam by at least 25%.

몇몇 구체예에서 제2 Z 스캐너(450)는 25%이상 만큼 레이저 빔의 개구를 변하게 하도록 구성된다.In some embodiments the second Z scanner 450 is configured to vary the aperture of the laser beam by at least 25%.

도 10은 상기에 설명된 요소들의 많은 변경의 요약표를 도시한다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시들은 0개의 Z 깊이 스캐너, XY 스캐너(300) 앞에 1개의 Z 깊이 스캐너, XY 스캐너(300) 뒤에 1개의 Z 깊이 스캐너, 및 XY 스캐너(300) 앞에 1개 및 뒤에 1개, 2개의 Z 깊이 스캐너들을 가질 수 있다.10 shows a summary table of the many variations of the elements described above. As shown, some implementations include one Z depth scanner, one Z depth scanner in front of XY scanner 300, one Z depth scanner behind XY scanner 300, and one in front and one behind XY scanner 300. Can have two Z depth scanners.

또한, 몇몇 실시들은 0개의 NA 컨트롤러, XY 스캐너(300) 앞에 1개의 NA 컨트롤러, XY 스캐너(300) 뒤에 1개의 NA 컨트롤러 및 XY 스캐너(300) 앞에 1개 및 뒤에 1개, 2개의 NA 컨트롤러들을 가질 수 있다.In addition, some implementations have two NA controllers: one NA controller in front of the XY scanner 300, one NA controller in front of the XY scanner 300, one NA controller in front of the XY scanner 300 and one in front of and one behind the XY scanner 300. Can have

여기서, Z 스캐너들 및 NA 컨트롤러들은 꽤 일반적으로 단일 렌즈 또는 렌즈 그룹을 언급하고, 이는 각각 Z 깊이 및 개구수(NA)를 변경할 수 있다. 몇몇의 경우에, 이런 조절장치(modifier)는 단일 전기 액추에이터에 의해 활성화되거나 제어될 수 있고, 이는 조절장치의 렌즈들이 동시에 이동하도록 하여 빔의 Z 깊이 및 NA를 변경한다.Here, Z scanners and NA controllers quite generally refer to a single lens or group of lenses, which can change the Z depth and numerical aperture (NA), respectively. In some cases, such a modifier can be activated or controlled by a single electric actuator, which causes the lenses of the modulator to move simultaneously to change the Z depth and NA of the beam.

Z 스캐너 및 NA 컨트롤러 모두는 도 9의 제1 Z 스캐너(250) 및 제2 Z 스캐너(450)에 수용될 수 있다. 몇몇 경우에 상응하는 광학 요소들은 별개이고, 다른 실시에서 동일한 Z 스캐너 블록(250 또는 450)에 수용된 Z 스캐너 및 NA 컨트롤러는 하나 이상의 렌즈, 이동가능한 렌즈 또는 전기 액추에이터를 공유할 수 있다.Both the Z scanner and the NA controller may be housed in the first Z scanner 250 and the second Z scanner 450 of FIG. 9. In some cases the corresponding optical elements are separate, and in other implementations the Z scanner and NA controller housed in the same Z scanner block 250 or 450 may share one or more lenses, movable lenses or electric actuators.

도 10에 도시된 바와 같이, 0개의 Z 스캐너 및 1개 또는 2개의 NA 컨트롤러는 고정된 Z 깊이에서 작동하나, XY 스캐닝 동안에 NA를 제어할 수 있다.As shown in FIG. 10, zero Z scanners and one or two NA controllers operate at a fixed Z depth, but can control the NA during XY scanning.

1개의 Z 스캐너 및 0개의 NA 컨트롤러는 Z 스캐닝을 수행할 수 있다.One Z scanner and zero NA controllers can perform Z scanning.

1개의 Z 스캐너 및 1개 또는 2개의 NA 컨트롤러는 Z 스캐닝 이외에, NA의 제어를 수행할 수 있다.One Z scanner and one or two NA controllers may perform control of NA in addition to Z scanning.

1개 또는 2개의 NA 컨트롤러와 조합될 때, 2개의 Z 스캐너들은 2개의 속도로 Z 스캐닝을 수행할 수 있고, 또한 NA를 제어할 수 있다.When combined with one or two NA controllers, the two Z scanners can perform Z scanning at two speeds and also control the NA.

또한, 렌즈없는 광학 요소들은 몇몇 실시, 예를 들어 가변적인 개구 및 동공에 사용될 수 있다.In addition, lensless optical elements may be used in some embodiments, such as variable apertures and pupils.

게다가, 대부분의 도시된 16개의 조합들은 선택된 수차, 예를 들어 구면 수차를 선보상하도록 추가로 구성될 수 있다.In addition, most of the 16 combinations shown may be further configured to exhibit a selected aberration, for example spherical aberration.

도 10은 스트렐비(S)와 같은 수차 척도에 의해 나타난, 빔의 Z 깊이, 개구수(NA) 및 수차와 같은 다양한 시스템 특징이 상호 간에 독립적으로 제어되거나 조정될 수 있다는 것을 도시한다. 이러한 구체예들은 레이저 전달 시스템(1)의 조작자에게 큰 제어 및 정확성을 제공한다.FIG. 10 shows that various system features, such as Z depth, numerical aperture (NA), and aberration of the beam, represented by aberration measures such as Strelby (S), can be independently controlled or adjusted from each other. These embodiments provide great control and accuracy to the operator of the laser delivery system 1.

유사한 구체예들에서, 이러한 이중 빔 조절은 빔 특성의 다른 페어링(pairing)을 위하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 4×4=16 페어링을 갖는 유사한 표는 빔 직경 컨트롤러 및 수차 컨트롤러에 대하여 생성될 수 있다. 여기서, 0개, 1개 또는 2개의 수차 컨트롤러는 0개, 1개 또는 2개의 빔 직경 컨트롤러와 모든 가능한 조합으로 짝지어질 수 있다.In similar embodiments, such dual beam conditioning can be performed for other pairing of beam characteristics. For example, a similar table with 4x4 = 16 pairing can be generated for the beam diameter controller and the aberration controller. Here, zero, one or two aberration controllers can be paired with zero, one or two beam diameter controllers in all possible combinations.

빔 특징의 목록은 초점의 Z 깊이, 개구수(NA), 빔 반경 및 어떤 수차 척도, 예를 들어, 스트렐비(S), 초점 반경(rf), RMS 파면 오차(ω) 및 구면 수차 척도(a40)를 포함한다.
The list of beam features includes the Z depth of focus, numerical aperture (NA), beam radius, and any aberration measures such as strel ratio (S), focal radius (r f ), RMS wavefront error (ω) and spherical aberration measure. (a 40 ).

3. 3. XYXY 스캐너(300) Scanner 300

XY 스캐너(300)는 직접 또는 간접적으로, 몇몇 중간 광학 요소들을 통과하여 온, 프리컴펜세이터(200)로부터 선보상된 빔을 받아들일 수 있다. XY 스캐너(300)의 기능은 실질적으로 레이저 전달 시스템(1)의 광학축에 대하여 가로지르는 방향으로 프리컴펜세이터(200)로부터 받아들여진 빔을 스캔하는 것이다. 다양한 구체예에서, "가로지르는" 방향은 필수적으로 광학축에 대하여 수직하지 않고, 광학축을 갖는 실제 각도를 만드는 어떠한 방향을 포함할 수 있다.The XY scanner 300 may receive the beam emerged from the precompilator 200, which has passed through some intermediate optical elements, directly or indirectly. The function of the XY scanner 300 is to scan the beam received from the precompilator 200 in a direction substantially transverse to the optical axis of the laser delivery system 1. In various embodiments, the "crossing" direction is not necessarily perpendicular to the optical axis, but may include any direction that creates an actual angle with the optical axis.

몇몇 구체예에서 XY 스캐너(300)는 스캐닝 레이저 빔을 출사하고, 레이저 전달 시스템(1)을 통해 전파되어 오고 수술 영역에 도달되어 온 스캐닝 레이저 빔은 영부터 5 내지 14㎜의 XY 스캐닝 범의 최대치까지 가로지르는 방향으로 스캔한다. 몇몇 실시에서 XY 스캐닝 범위의 최대치는 8과 12㎜ 사이에서 존재한다.In some embodiments the XY scanner 300 emits a scanning laser beam, the scanning laser beam propagating through the laser delivery system 1 and reaching the surgical area is from zero to a maximum of XY scanning range of 5-14 mm. Scan in the direction of traversal. In some implementations the maximum of the XY scanning range is between 8 and 12 mm.

도 11a는 XY 스캐너(300)는 X 스캐너 및 Y 스캐너를 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 몇몇 현존하는 설계에서 X 스캐너 및 Y 스캐너 각각은 1개의 거울을 포함한다: 단일 X 스캐닝 거울(310) 및 단일 Y 스캐닝 거울(320). 이런 설계에서 X 스캐닝 거울(310)에 의해 편향된 빔은 X 스캐닝 거울(310)의 배향에 따른 상이한 점들에서 Y 스캐닝 거울(320)을 타격한다. 특히, X 스캐닝 거울(310)이 위치(310a)에 존재할 때, 입사빔(331)은 빔(332a)으로서 반사되는 반면에, X 스캐닝 거울이 위치(310b)로 회전될 때 입사빔은 빔(332b)으로서 반사된다.11A shows that XY scanner 300 may include an X scanner and a Y scanner. In some existing designs, each of the X scanner and Y scanner includes one mirror: a single X scanning mirror 310 and a single Y scanning mirror 320. In this design the beam deflected by the X scanning mirror 310 strikes the Y scanning mirror 320 at different points along the orientation of the X scanning mirror 310. In particular, when the X scanning mirror 310 is in position 310a, the incident beam 331 is reflected as beam 332a, while when the X scanning mirror is rotated in position 310b the incident beam is beam ( 332b).

이런 2개의 빔들(332a, 332b)은 상이한 위치에서 Y 스캐닝 거울(320)을 타격하고 이에 따라서 심지어 위치(320a)에서 고정된 Y 스캐닝 거울(320)을 위하여 각각 2개의 상이한 빔들(333aa, 333ba)이 생기게 할 것이다. 또한 더 좋지않게, X 스캐닝 거울(320) 그 자체가 위치(320a)로부터 위치(320b)로 회전될 때, 2개의 입사빔들(332a, 332b)은 2개의 추가적인 반사된 빔들(333ab, 333bb)이 생기게 하고, 모든 4개의 빔들(333aa, 333ab, 333ba, 333bb)은 상이한 방향으로 전파된다.These two beams 332a and 332b strike the Y scanning mirror 320 at different positions and thus even two different beams 333aa and 333ba respectively for the fixed Y scanning mirror 320 at position 320a. Will give rise to this. Also worse, when the X scanning mirror 320 itself is rotated from position 320a to position 320b, the two incident beams 332a, 332b are two additional reflected beams 333ab, 333bb. This results in all four beams 333aa, 333ab, 333ba, 333bb propagating in different directions.

문제점은 피봇점의 개념에 대하여 특징지어질 수 있다. 스캐닝 광학 요소의 피봇점의 일 개념은 광학 스캐닝 요소로부터 빠져나온 모든 광선들이 실질적으로 통과하는 점일 수 있다. 이런 개념은 이동하는 광학 요소, 예를 들어 스캐너들에 적용된 바와 같이, 이동하지 않는 굴절 요소들의 초점의 유사체이다.The problem can be characterized with respect to the concept of pivot point. One concept of the pivot point of the scanning optical element may be the point at which all rays exiting from the optical scanning element pass substantially. This concept is analogous to the focal point of non-moving refractive elements, as applied to moving optical elements, for example scanners.

이런 용어를 사용하여, 상기의 문제점은 도 11에서 X 스캐닝 거울(310) 그 자체에 고정된 X 스캐너 피봇점(315X)으로 다시 추적될 수 있다. 출사된 스캔된 빔은 X 스캐닝 거울(310) 상의 단일 피봇점(315X)으로부터 나오고 이에 따라 넓은 범위 각도로 전파되는 바와 같이 연속적인 광학 요소들을 위하여 나타날 것이다. 2개의 거울 설계의 이런 발산은 몇몇 상이한 형태의 원치않는 수차로 유도될 수 있다.Using this term, the above problem can be traced back to the X scanner pivot point 315X fixed to the X scanning mirror 310 itself in FIG. The emitted scanned beam will appear for successive optical elements as coming from a single pivot point 315X on the X scanning mirror 310 and thus propagating at a wide range angle. This divergence of the two mirror designs can lead to some different form of unwanted aberrations.

도 11b는 현존하는 3개 거울 XY 스캐너(300')를 도시하고, X 스캐너(310)는 2 개의 거울들(311, 312)을 포함하고 이런 문제점을 다룬다. 명확성을 위하여, 거울들은 측으로부터 도시된다. 이런 설계에서, X 스캐닝 거울들(311, 312)은 공동작용하는 방식으로 X 스캐닝 기능을 수행한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 제1 X 스캐닝 거울(311)이 311a로부터 311b로 배향을 변하게 함에 따라, 제2 X 스캐닝 거울(312)은 312a로부터 312b로 공동작용하는 방식으로 회전될 수 있다. 이런 공동작용하는 스캐닝 회전은 2개의 회전 단계에서 편향된 빔들(332a, 332b)이 피봇점(315X)을 통과하는 것을 가능하게 하고, 이는 X 스캐닝 거울들을 벗어나 상승된다.FIG. 11B shows an existing three mirror XY scanner 300 ′, and the X scanner 310 includes two mirrors 311, 312 and addresses this problem. For clarity, the mirrors are shown from the side. In this design, the X scanning mirrors 311 and 312 perform the X scanning function in a cooperative manner. As shown in FIG. 11B, as the first X scanning mirror 311 changes its orientation from 311a to 311b, the second X scanning mirror 312 can be rotated in a cooperating manner from 312a to 312b. This cooperative scanning rotation enables the deflected beams 332a and 332b to pass through the pivot point 315X in two rotational steps, which are raised out of the X scanning mirrors.

X 스캐너 피봇점(315X)이 X 스캐닝 거울 그 자체로부터 상승되어 왔기에, 위치는 조정될 수 있다. 도 11b의 설계에서, X 스캐닝 거울들이 설계되어 피봇점(315X)을 실질적으로 Y 스캐닝 거울(320)에 배치시킨다. 이러한 설계에서 도 11a에서 X 스캐너(310)의 문제점이 실질적으로 해결되고 상응하는 수차들이 많이 감소된다.Since the X scanner pivot point 315X has been raised from the X scanning mirror itself, the position can be adjusted. In the design of FIG. 11B, X scanning mirrors are designed to position pivot point 315X substantially to Y scanning mirror 320. In this design the problem of the X scanner 310 in FIG. 11A is substantially solved and the corresponding aberrations are greatly reduced.

하지만, 심지어 이런 설계는 단지 Y 스캐닝 거울(320)을 고려하여 도 11a의 것과 유사한 문제점을 갖는다. 도 11b의 설계에서, Y 스캐너 피봇점(315Y)은 여전히 Y 스캐닝 거울에 고정된다.However, even this design has a similar problem to that of FIG. 11A only considering the Y scanning mirror 320. In the design of FIG. 11B, the Y scanner pivot point 315Y is still fixed to the Y scanning mirror.

광학 시스템의 입사 동공은 시스템의 전측으로부터 관찰될 때 구경 조리개(aperture stop)의 이미지이다. 출사 동공은 이미지 공간에서 구경 조리개의 이미지이다. 렌즈들의 다중 그룹을 갖는 광학 시스템에서 입사 동공 및 출사 동공의 위치는 종종 주의깊게 조정된다. 많은 설계에서, 하나의 렌즈 그룹의 출사 동공은 다음의 렌즈 그룹의 입사 동공을 일치시킨다.The entrance pupil of the optical system is an image of an aperture stop when viewed from the front side of the system. The exit pupil is the image of the aperture aperture in the image space. In optical systems with multiple groups of lenses, the position of the entrance pupil and exit pupil is often carefully adjusted. In many designs, the exit pupil of one lens group matches the entrance pupil of the next lens group.

XY 스캐너(310)을 위하여, 피봇점은 출사 동공으로 여겨질 수 있다. 몇몇 구체예에서 이런 출사 동공은 Z 스캐너(450)와 같은, 다음 렌즈 그룹의 입사 동공을 일치시킨다. 하지만, 렌즈 그룹의 입사 동공은 렌즈 그룹의 물리적 경계 내부에 존재할 수 있고, 스캐너 블록이 배치되지 않을 수 있다. 이런 경우에 스캐너 블록은 피봇점이 독단적으로 선택될 수 있는 위치에서, 스캐너 블록의 물리적 경계 외부에 존재하도록 하기 위하여 바람직하다.For the XY scanner 310, the pivot point may be considered an exit pupil. In some embodiments such exit pupils coincide with incident pupils of the next lens group, such as Z scanner 450. However, the entrance pupil of the lens group may exist inside the physical boundary of the lens group, and the scanner block may not be disposed. In this case the scanner block is preferred to be outside the physical boundaries of the scanner block, at a position where the pivot point can be arbitrarily selected.

도 11c는 이런 문제점을 다루는 4개의 거울 설계를 도시한다. XY 스캐너(300'')에서 X 스캐너(310)은 다시 X 스캐닝 거울들(311, 312)을 포함한다. 하지만, Y 스캐너는 또한 2 개의 Y 스캐닝 거울들(321, 322)을 포함한다.11C shows four mirror designs that address this problem. In XY scanner 300 ″ X scanner 310 again includes X scanning mirrors 311, 312. However, the Y scanner also includes two Y scanning mirrors 321, 322.

XY 스캐너(300'')는 Y 스캐닝 거울로부터 Y 스캐너 피봇점(315Y)을 제거한다. 따라서, XY 스캐너(300'')는 Y 스캐너를 제어할 수 있거나, 선결정된 위치로 피봇점(315Y)을 출사할 수 있다. 실시예는 Y 스캐닝 출사 피봇점(315Y)을 연속적인 렌즈 그룹의 입사 동공(350)으로 이동시키는 것이다. 몇몇 실시에서 X 피봇점(315X)은 또한 동일한 위치로 이동될 수 있다.XY scanner 300 ″ removes Y scanner pivot point 315Y from the Y scanning mirror. Thus, the XY scanner 300 '' can control the Y scanner or exit the pivot point 315Y to a predetermined position. An embodiment is to move the Y scanning exit pivot point 315Y to the incident pupil 350 of a continuous lens group. In some implementations X pivot point 315X may also be moved to the same location.

이런 설계의 다른 양상은 실질적으로 독립적으로 (ⅰ) 레이저 전달 시스템(1)의 광학축과 출사되고 스캔된 빔 사이의 각도(α) 및 (ⅱ) 스캐닝 빔이 광학축으로부터의 거리(d)에 의해 특징지어진, 연속적인 광학 요소의 입사 동공에 충격을 가하는 위치를 제어할 수 있다는 것을 포함한다. 이런 제어의 대략적인 독립성 때문에, XY 스캐너(300'')는 수술 영역의 주변 영역을 포함하면서, 주변 영역에서 난시 및 코마를 제어할 수 있을 뿐 아니라, 최소화된 수차를 갖는 스캐닝 빔을 제공할 수 있다. Another aspect of this design is substantially independent of (i) the angle (α) between the optical axis of the laser delivery system 1 and the emitted and scanned beam at a distance d from the optical axis. Characterized by being able to control the location of impacting the incident pupil of the continuous optical element. Because of the approximate independence of this control, the XY scanner 300 '' can include a peripheral area of the surgical area, control not only astigmatism and coma in the peripheral area, but also provide a scanning beam with minimized aberrations. have.

XY 스캐너(300''')의 몇몇 실시는 단지 1개의 X 스캐닝 거울(310) 및 1개의 Y 스캐닝 거울(320)을 포함하고, 이들 각각은 "패스트 스티어링(fast steering)" 형태이다. 개별적인 패스트 스티어링 거울은 2개의 회전축 주위에서 각도 운동일 수 있다. 한 쌍의 이런 패스트 스티어링 거울들은 또한 광학축에 대해 가로지르는 평면에서 빔 위치 및 빔 각도를 제어할 수 있다.Some implementations of the XY scanner 300 '' 'include only one X scanning mirror 310 and one Y scanning mirror 320, each of which is in the form of "fast steering". The individual fast steering mirrors can be angular motion around two axes of rotation. A pair of these fast steering mirrors can also control the beam position and beam angle in a plane transverse to the optical axis.

몇몇 실시에서 XY 스캐너(300''')는 레이저 시스템의 초점면에서 최대치가 5밀리미터보다 길고 15밀리미터 짧은 XY 스캐닝 범위에 걸쳐 레이저 빔을 스캔하도록 구성된다.In some implementations the XY scanner 300 '' 'is configured to scan the laser beam over an XY scanning range with a maximum greater than 5 millimeters and 15 millimeters short in the focal plane of the laser system.

몇몇 실시에서 제1 및 제2 XY 패스트 스티어링 거울들에 의해 발생된 X 피봇점 및 제1 및 제2 XY 패스트 스티어링 거울들에 의해 발생된 Y 피봇점은 일치한다.
In some implementations the X pivot point generated by the first and second XY fast steering mirrors and the Y pivot point generated by the first and second XY fast steering mirrors coincide.

4. Z 스캐너(450)4.Z Scanner (450)

상기에 설명된 바와 같이, 안과 수술 시스템은 각막 절차에서 스캔된 간격보다 훨씬 큰 간격에 걸쳐 초점을 스캔하는 것을 허용하는 설계를 가짐으로써 렌즈 수술 또는 앞쪽 세그먼트 수술을 수행하도록 구성된다. 몇몇 실시에서 Z 스캐닝은 5㎜ 내지 10㎜ 또는 0㎜ 내지 15㎜의 Z 스캐닝 범위 내에서 Z 스캐닝 경로에 걸쳐 수행된다. (본 출원에 걸쳐, 용어 "x ㎜ 내지 y ㎜의 범위 내의 스캐닝(scanning within a range of x ㎜ to y ㎜)"은 전체 스캐닝 범위에 걸쳐 연장되지 않는 모든 스캐닝 경로를 포함하는, 초기값이 x ㎜이상이고 최종값이 y ㎜이하인 스캐닝 경로를 언급한다.) As described above, the ophthalmic surgical system is configured to perform lens surgery or anterior segment surgery by having a design that allows scanning of focus over an interval much larger than the interval scanned in the corneal procedure. In some implementations, Z scanning is performed over a Z scanning path within a Z scanning range of 5 mm to 10 mm or 0 mm to 15 mm. (Through this application, the term "scanning within a range of x mm to y mm") means that the initial value is x, including all scanning paths that do not extend over the entire scanning range. Refers to a scanning path of greater than or equal to mm and whose final value is less than or equal to y mm.)

여기서, "X, Y, Z" 배치는 넓은 의미에서 실시에 걸쳐 의미한다는 것이 상기된다. Z는 일반적으로 광학축을 나타내고, 이는 기하축에 근접하게 존재할 수 있다. 그러나 목표 조직, 예를 들어 눈 내부의 Z 방향은 레이저 전달 시스템(1)의 광학축에 완전히 평행하지 않을 수 있다. 이런 2개 사이의 어떤 절충축(compromise axis)은 또한 Z 방향으로 불릴 수 있다. 또한, X, Y방향은 필수적으로 Z축에 대해 수직하지 않는다. 이들은 Z 방향을 갖는 실제 각도를 만드는 어떤 방향을 나타낼 수 있다. 또한, 몇몇 실시에서, 방사방향 좌표 시스템은 레이저 전달 시스템(1)의 스캐닝을 설명하는 데에 더 적절할 수 있다. 이런 실시에서, XY 스캐닝은 적절한 방사방향 좌표에 의해 파라미터로 나타난, Z축에 평행하지 않는 어떠한 스캐닝을 나타낸다.Here, it is recalled that the "X, Y, Z" arrangement means throughout the implementation in a broad sense. Z generally represents the optical axis, which may be present in proximity to the geometric axis. However, the Z direction inside the target tissue, for example the eye, may not be completely parallel to the optical axis of the laser delivery system 1. Any compromise axis between these two may also be called in the Z direction. Also, the X and Y directions are not necessarily perpendicular to the Z axis. They can represent any direction that makes an actual angle with the Z direction. In addition, in some implementations, the radial coordinate system may be more suitable for describing the scanning of the laser delivery system 1. In this implementation, XY scanning represents any scanning that is not parallel to the Z axis, parameterized by appropriate radial coordinates.

도 1은 레이저 전달 시스템(1)의 몇몇 실시가 Z 스캐너(450)에서 제1 빔 익스팬더 블록(400) 및 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)을 포함함으로써 이런 도전적인 Z 스캐닝 범위를 달성한다는 것을 도시한다. 다양한 실시에서, 제1 빔 익스팬더 블록(400)은 이동가능한 블록 또는 고정된 블록일 수 있다. 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500) 사이의 거리는 예를 들어, 위치 액추에이터에 의해 조정될 수 있다.1 shows that some implementations of the laser delivery system 1 achieve this challenging Z scanning range by including a first beam expander block 400 and a movable beam expander block 500 in the Z scanner 450. do. In various implementations, the first beam expander block 400 may be a movable block or a fixed block. The distance between the first beam expander block 400 and the movable beam expander block 500 can be adjusted by, for example, a position actuator.

이미 도 2a와 도 2b에 도시되었던 바와 같이, 초점이 목표 조직에서 최적 위치로부터 이격되어 이동됨에 따라, 수차는 증가한다. 이런 수차들은 추적 기하학적 광선으로부터 이해될 수 있고 렌즈들의 유한한 한도로부터 배향할 수 있기에, 일반적으로 "기하학적 수차(geometric aberration)"라 불린다. 이런 기하학적 수차들은 Z 스캐너(450)의 개구수를 작게 함으로써 제한될 수 있다. 이러한 바와 같이, 기하학적 수차는 개구수(NA) 및 Z 초점 깊이 모두에 따른다.As already shown in FIGS. 2A and 2B, as the focal point is moved away from the optimal position in the target tissue, the aberration increases. Such aberrations are generally referred to as "geometric aberrations" because they can be understood from tracking geometric rays and can be oriented from a finite limit of lenses. Such geometric aberrations can be limited by making the numerical aperture of the Z scanner 450 small. As such, geometric aberrations depend on both numerical aperture (NA) and the Z focal depth.

게다가, 개구수(NA)를 감소시킴에 따라, 수차의 제2 소스(source)는 광의 파동성이 원인이 된다. 이런 수차는 소위 "회절 수차(diffraction aberration)"가 생기게 된다. 이런 제2 형태의 수차는 개구수를 감소시킴에 따라 초점 반경을 증가시킨다.In addition, as the numerical aperture NA is reduced, the second source of aberration is caused by the wave nature of the light. This aberration results in a so-called "diffraction aberration." This second type of aberration increases the focal radius as the numerical aperture is reduced.

도 12a와 도 12b는 상기의 수차 척도들 중 하나인, 초점 반경(rf)에 의해 특징지어진, Z 스캐너(450)의 개구 크기의 함수로서 눈의 전방 세그먼트에서 기하학적 수차 및 회절 수차를 도시한다. 회절 수차가 감소하는 반면에 기하학적 수차는 개구 크기에 따라 증가하기 때문에, 이런 2개의 수차들의 합으로서 정의된, 총 수차는 최적 수차 및 상응하는 최적 개구수(NAopt)에서 최적 최소값을 나타낸다.12A and 12B show geometric and diffraction aberrations in the anterior segment of the eye as a function of the aperture size of the Z scanner 450, characterized by the focal radius r f , one of the above aberration measures. . Since the diffraction aberration decreases while the geometric aberration increases with the aperture size, the total aberration, defined as the sum of these two aberrations, exhibits an optimal minimum value at the optimal aberration and the corresponding optimal numerical aperture (NA opt ).

여기서, 유용한 정의는 개구수(NA) 및 개구 크기를 연결한다: NA = n * SinArTan(개구 크기/(2*초점 길이)), 여기서 n은 이미지가 형성되는 재료의 굴절률이다.A useful definition here connects the numerical aperture (NA) and the aperture size: NA = n * SinArTan (opening size / (2 * focal length)), where n is the refractive index of the material on which the image is formed.

이런 곡선들은 특정한 Z 초점 깊이, 도 12a에서의 1㎜ Z 초점 깊이 및 도 12b에서의 8㎜ 초점 깊이에 대한 것이다. 기하학적 수차가 상이한 Z 초점 깊이에서 상이하기에, 총 수차 곡선의 최소값 및 이에 따른 전체 시스템의 최적 개구 크기 및 최적 개구수(NAopt)는 Z 초점 깊이에 따른다: NAopt = NAopt(z). 특히, 최적 개구 크기 및 NAopt는 증가하는 Z 초점 깊이에 대하여, Z 초점 깊이가 1㎜로부터 8㎜로 증가하는 바와 같은 이런 특정한 경우에 32㎜로부터 25㎜로 감소한다. 따라서, 각막 및 렌즈 수술 모두에 사용되도록 의도된 레이저 전달 시스템은 개구의 넓은 범위 및 상응하는 NA 범위를 덮는 것을 필요로 한다. 이런 요구조건은 현저한 설계 시도를 취한다.These curves are for a specific Z focal depth, 1 mm Z focal depth in FIG. 12A and 8 mm focal depth in FIG. 12B. Since the geometric aberrations differ at different Z focal depths, the minimum value of the total aberration curve and thus the optimal aperture size and optimal numerical aperture (NA opt ) of the overall system depends on the Z focal depth: NA opt = NA opt (z). In particular, the optimum aperture size and NA opt decrease from 32 mm to 25 mm in this particular case as the Z focal depth increases from 1 mm to 8 mm for increasing Z focus depth. Thus, laser delivery systems intended for use in both corneal and lens surgery require covering a wide range of apertures and corresponding NA ranges. This requirement takes significant design effort.

아래에서 더 설명되는 바와 같이, 도 12a와 도 12b는 수차가 렌즈 수술을 위한 Z 초점 깊이에 대한 더 좁고 분명한 최소치를 나타내는 반면에, 1㎜의 일반적으로 각막 Z 초점 깊이에 대하여 넓고 평평한 최적치를 나타내는 것을 또한 도시한다.As will be explained further below, FIGS. 12A and 12B show a wide and flat optimum for a generally corneal Z focal depth of 1 mm, while aberrations represent a narrower and clearer minimum for Z focal depth for lens surgery. It also shows that.

수차는 또한 다른 3 개의 수차 척도들(S, ω, 또는 a40)에 의해 특징지어질 수 있고, 모든 항복 곡선(yielding curve)들은 최적치를 나타낸다. 상기의 4개의 수차 척도들 중 어떠한 것은, 상기에 설명된 5개의 기준점들(P(1), ...P(5)) 중 어떠한 것에 상응할 수 있거나, 이런 기준점들 중 몇몇 또는 모두에 걸쳐 취해진 평균일 수 있거나, 다른 기준점들에 상응할 수 있다.The aberration can also be characterized by the other three aberration measures (S, ω, or a 40 ), all yielding curves representing an optimal value. Any of the above four aberration measures may correspond to any of the five reference points P (1), ... P (5) described above, or across some or all of these reference points. It may be an average taken or may correspond to other reference points.

몇몇 실시에서, Z 초점 깊이의 넓은 범위에서, 개구 크기 및 상응하는 NA는 수차 척도에 의해 측정된, 총 수차를 최소화하면서, 실질적으로 최적 개구수(NAopt(z))로 조정될 수 있다. 이런 기능은 총 수차의 강한 감소를 허용한다. 여기서, 앞에서와 같이, 수차는 상기의 5개의 기준점들(P1, ...P5) 중 어떤 하나에서, 4개의 수차 척도들 중 하나(rf , S, ω, 또는 a40)에 의해 측정될 수 있다. 최적 수차는 스트렐비(S)의 최대치 또는 수차 척도들((rf , ω, 또는 a40)의 최소치에 상응한다. In some implementations, over a wide range of Z focal depths, the aperture size and corresponding NA can be adjusted to the substantially optimal numerical aperture (NA opt (z)) while minimizing the total aberration, as measured by the aberration scale. This function allows a strong reduction of the total aberration. Here, as before, the aberration may be measured by one of the four aberration scales r f , S, ω, or a 40 at any one of the five reference points P1, ... P5 above. Can be. The optimum aberration corresponds to the maximum of the strel ratio S or the minimum of the aberration measures (r f , ω, or a 40 ).

최적 수차가 도달할 수 없거나, 설계 고려사항이 최적값으로부터 이격된 수차가 사용되어야만 한다는 것을 나타내는, 몇몇 다른 실시에서, Z 스캐너(450)의 제2 블록이 이동가능하지 않고 이에 따라 개구수가 조정가능하지 않는 실질적으로 동일한 레이저 시스템의 수차 척도에 비해서, 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)은 여전히 적어도 P(MovableExpander) 백분율만큼 수차 척도들(rf , ω, 또는 a40)의 값을 감소시킬 수 있거나, 상응하게 적어도 P(MovableExpander) 백분율만큼 스트렐비(S)의 값을 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시에서 P(MovableExpander)는 20%, 30%, 40% 또는 50%일 수 있다. 여기서, 앞에서와 같이, 수차 척도들(rf , S, ω, 또는 a40)은 5개의 기준점들(P1, ... P5) 중 어떤 하나에서 측정될 수 있다.In some other implementations, the second block of the Z scanner 450 is not movable and the numerical aperture is adjustable accordingly, in which some optimal aberration cannot be reached or design considerations indicate that an aberration spaced from the optimal value should be used. Compared to the aberration measure of a substantially identical laser system that does not, the movable beam expander block 500 can still reduce the value of the aberration measures r f , ω, or a 40 by at least P ( MovableExpander ) percentage, or , Correspondingly, increase the value of the strel ratio S by at least P ( MovableExpander ) percentage. In some implementations P ( MovableExpander ) may be 20%, 30%, 40% or 50%. Here, as before, the aberration measures r f , S, ω, or a 40 may be measured at any one of the five reference points P1, ... P5.

몇몇 실시에서 조정가능한 개구수(NA)를 갖는 Z 스캐너(450)를 갖는 레이저 시스템은 Z 스캐너가 0.8 아래로 스트렐비(S)를 갖는, 조정가능한 개구수를 갖지 않는 실질적으로 동일한 레이저 시스템에 대하여, 0.8 위로 스트렐비를 증가시킬 수 있다.In some implementations a laser system with a Z scanner 450 with an adjustable numerical aperture (NA) for a substantially identical laser system without an adjustable numerical aperture, where the Z scanner has a strel ratio (S) below 0.8. Increasing the strel ratio above 0.8

추가적인 설계 시도는 최적 개구 크기 및 상응하는 개구수(NAopt(z))로 레이저 전달 시스템을 조정함으로써 고정된 Z 초점 깊이에서 총 수차를 최소화할 뿐만 아니라, Z 초점 깊이가 스캔됨에 따라 적어도 Z 의존 최적 개구수(NAopt(z))에 근접하게 시스템을 유지하는 것이다. 일반적인 실시에서, 최적 개구수는 초점 깊이가 증가함에 따라 감소한다.Further design attempts not only minimize total aberration at a fixed Z focal depth by adjusting the laser delivery system to the optimum aperture size and corresponding numerical aperture (NA opt (z)), but at least Z dependent as the Z focal depth is scanned. It is to keep the system close to the optimum numerical aperture NA opt (z). In general practice, the optimum numerical aperture decreases as the depth of focus increases.

Z 초점 깊이가 Z 스캐닝 범위 내에서 스캔됨에 따라 최적 개구의 변경을 다루기 위하여, 레이저 전달 시스템(1)의 실시는 실질적으로 독립적으로 Z 초점 깊이 자체를 변경하는 것으로부터, Z 스캐너(450)의 분리된 파라미터로서, 개구수(NA(z))를 변경하는 능력을 갖는다.In order to deal with the change in the optimum aperture as the Z focal depth is scanned within the Z scanning range, the implementation of the laser delivery system 1 is substantially independent of the separation of the Z scanner 450 from changing the Z focal depth itself. As a given parameter, it has the ability to change the numerical aperture NA (z).

현재 Z 초점 깊이 및 개구수(NA)로서, 2 개의 양이 실질적으로 독립적으로 제어될 수 있는 실시는, 일반적으로 한 쌍의 제어 파라미터들을 갖고 이런 형식을 달성한다. 실시예들은 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500) 사이의 제어가능한 거리 및 이런 블록들 중 어느 하나에서 이동가능한 렌즈의 위치의 페어링을 포함하고, 이는 이차적인 광학 컨트롤러에 의해 조정될 수 있다. 다른 실시예는 Z 스캐너(450)의 2개의 블록들에서 어떤 조합으로 2 개의 이동가능한 렌즈들을 포함한다. 제1 빔 익스팬더 블럭(400)은 고정된 블록 또는 이동가능한 블록으로서 실시될 수 있다는 것이 상기된다.As of present Z focal depth and numerical aperture (NA), an implementation in which two quantities can be controlled substantially independently, generally achieves this form with a pair of control parameters. Embodiments include the pairing of the controllable distance between the first beam expander block 400 and the movable beam expander block 500 and the position of the lens movable in any one of these blocks, which is coupled to the secondary optical controller. Can be adjusted by Another embodiment includes two movable lenses in any combination in the two blocks of the Z scanner 450. It is recalled that the first beam expander block 400 can be implemented as a fixed block or a movable block.

몇몇 실시에서 개구수(NA)는 Z 초점 깊이가 스캔됨에 따라 Z 초점 깊이의 순서에서 최적의 총 수차 값의 순서를 산출하면서, 최적 개구수값(NAopt(z))의 순서로 조정될 수 있다.In some implementations, the numerical aperture NA may be adjusted in order of the optimum numerical aperture value NA opt (z) while calculating the order of the optimal total aberration value in the order of the Z focal depth as the Z focal depth is scanned.

앞에서와 같이, 최적의 총 수차는 스트렐비(S)의 최대치 또는 상기 수차 척도들(rf, ω, 또는 a40) 중 어떠한 것의 최소치에 의해 획득될 수 있다. Z 스캐닝 범위는 예를 들어, 5 내지 10㎜ 또는 0 내지 15㎜일 수 있다. Z 초점 깊이는 반경 r1 = 0㎜ 또는 r2 = 3㎜에서, 또는 몇몇 다른 반경(r)에서, 또는 예를 들어, r<3㎜에 의해 경계된, 가변식 반경(r(z))에서 스캔될 수 있다.As before, the optimal total aberration can be obtained by the maximum of the strel ratio S or by the minimum of any of the aberration measures r f , ω, or a 40 . The Z scanning range can be, for example, 5 to 10 mm or 0 to 15 mm. The Z focal depth is scanned at radius r1 = 0 mm or r2 = 3 mm, or at some other radius r, or at a variable radius r (z), bounded by, for example, r <3 mm. Can be.

표 7은 제2 행이 눈 목표 조직에서 (-0.14㎜, 11.65㎜)의 Z 스캐닝 범위 내의 Z 초점 깊이의 스캐닝을 설명하고 제3 행이 상응하는 NAopt(z)의 값을 도시하는 실시예를 도시한다. Z 스캐너(450)의 실시는 이런 범위에서 Z 초점 깊이를 조정가능할 수 있고 이런 초점 깊이에서 최적값(NAopt(z))으로 개구수(NA)를 조정할 수 있다.Table 7 shows an example in which the second row describes the scanning of the Z focal depth within the Z scanning range of (-0.14 mm, 11.65 mm) in the eye target tissue and the third row shows the value of the corresponding NA opt (z). Shows. Implementation of the Z scanner 450 may be able to adjust the Z focal depth in this range and adjust the numerical aperture NA to the optimal value NA opt (z) at this focal depth.

[표 7][Table 7]

Figure pct00016

Figure pct00016

몇몇 다른 구체예에서, Z 초점 깊이는 0㎜ 내지 10㎜의 Z 스캐닝 범위 내에서 스캔될 수 있다. 스캔하는 동안 개구수는 0.4 내지 0.1의 범위 내에서 변경될 수 있고, 몇몇 다른 구체예에서는 0.35 내지 0.15일 수 있다.In some other embodiments, the Z focal depth can be scanned within a Z scanning range of 0 mm to 10 mm. The numerical aperture during the scan may vary within the range of 0.4 to 0.1, and in some other embodiments may be 0.35 to 0.15.

도 12c는 상응하는 최적 개구수(NAopt(z))의 순서를 나타내면서, 8㎜, 4㎜, 2㎜ 및 0㎜의 Z 초점 깊이의 순서에 상응하는 수차 곡선들의 유사한 순서를 도시한다.FIG. 12C shows a similar order of aberration curves corresponding to the order of Z focal depths of 8 mm, 4 mm, 2 mm and 0 mm, showing the order of the corresponding optimal numerical aperture NA opt (z).

도 12d는 상응하는 Z 초점 깊이의 함수로서 최적 개구수(NAopt(z))를 명확하게 도시한다.12D clearly shows the optimum numerical aperture NA opt (z) as a function of the corresponding Z focal depth.

상기에 설명된 바와 같이, 개구수(NA) 및 Z 초점 깊이의 분리된 조정가능성은 일반적으로 2개의 독립적으로 조정가능한 제어 파라미터들을 요구한다. 하지만, 몇몇 실시는 Z 및 NA의 분리되고 독립적인 조정가능성을 제공할 수 없다. 대신에, 모든 Z 초점 깊이에 대하여, 이런 실시들은 조작자에 의한 분리된 NA 조정 단계없이, 개구수를 최적값(NAopt(z)) 또는 적어도 NAopt(z)의 부근으로 자동적으로 조정한다. 예를 들어, NA는 P(track) 백분율 내의 NAopt(z)을 추적하고, 여기서 P(track)은 10%, 20% 또는 30%일 수 있다.As explained above, the separate adjustability of the numerical aperture NA and the Z focal depth generally requires two independently adjustable control parameters. However, some implementations may not provide separate and independent adjustment of Z and NA. Instead, for all Z focal depths, these implementations automatically adjust the numerical aperture to an optimal value (NA opt (z)) or at least in the vicinity of NA opt (z), without a separate NA adjustment step by the operator. For example, NA tracks NA opt (z) in P ( track ) percentages, where P ( track ) can be 10%, 20% or 30%.

이런 실시는 단지 단일, 일체화된 조정가능한 컨트롤러를 가질 수 있다. 설명된 실시예에서, 이런 일체화된 컨트롤러는 목표 영역에서 Z 초점 깊이를 제어하는 시스템의 사용자에게 표시할 수 있다. 하지만, 컨트롤러는 결합된 개구 조절장치를 포함할 수 있고, 이는 동시에 레이저 전달 시스템(1)의 사용자에 의해 수행된 분리 세부 조정(tuning) 단계 없이 개구수(NA)를 조정하여 NAopt(z)를 추적한다.This implementation may only have a single, integrated adjustable controller. In the described embodiment, this integrated controller may indicate to the user of the system controlling the Z focal depth in the target area. However, the controller may comprise a combined aperture adjuster, which simultaneously adjusts the numerical aperture NA without the need for a separate tuning step performed by the user of the laser delivery system 1 to provide NA opt (z). To track.

몇몇 실시에서, 제1 빔 익스팬더(400)와 이동가능한 빔 익스팬더(500) 사이의 거리를 조정하는 것은 적절하게 이런 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시에서, 단일 이동가능한 렌즈는 이런 형식을 제공할 수 있다. 또 다른 실시에서, 2개의 조절장치들의 조합이 채택될 수 있다.In some implementations, adjusting the distance between the first beam expander 400 and the movable beam expander 500 can perform this function as appropriate. In other implementations, a single movable lens can provide this type. In yet another implementation, a combination of the two adjusting devices may be employed.

이런 실시들은 레이저 전달 시스템(1)의 조작자를 위한 단순화된 제어 기능을 제공한다. 이런 단일 일체화된 제어 기능을 달성하는 것이 설계 시도이기 때문에, 몇몇 실시는 다른 블록들, 예를 들어, 프리컴펜세이터(200), XY 스캐너(300) 및 오브젝티브(700)와의 조합으로 이런 일체화된 제어 기능을 수행한다.These implementations provide a simplified control function for the operator of the laser delivery system 1. Since it is a design effort to achieve this single integrated control function, some implementations may incorporate this integrated in combination with other blocks, eg, precompilator 200, XY scanner 300, and objective 700. Perform control functions.

최적 총 수차 값들이 다양한 설계 고려사항에 대하여 달성될 수 없거나 달성되지 않는 몇몇 실시에서, 개구수(NA)는 Z 스캐닝 범위 내의 Z 스캐닝 경로를 따라 Z 초점 깊이의 순서에서 개구수 값의 순서로 조정될 수 있어 Z 스캐너(450)가 조정가능한 개구수(NA)를 갖지 않는 레이저 시스템에 대한 적어도 P(scan) 백분율만큼 총 수차를 감소시킨다. 몇몇 실시에서 P(scan)은 20, 30, 40, 또는 50퍼센트일 수 있다.In some implementations where optimal gross aberration values may or may not be achieved for various design considerations, the numerical aperture NA may be adjusted in the order of numerical aperture values in the order of the Z focal depth along the Z scanning path within the Z scanning range. Z scanner 450 can reduce total aberration by at least P ( scan ) percentage for laser systems that do not have an adjustable numerical aperture (NA). In some implementations P ( scan ) can be 20, 30, 40, or 50 percent.

앞에서와 같이, 총 수차는 이전에 도입된 수차 척도들 중 어떤 하나(rf, ω, 또는 a40)에 의해 특징지어질 수 있다. 동등하게, 수차의 감소는 상응하는 스트렐비(S)의 증가에 의해 특징지어질 수 있다. Z 스캐닝 경로는 레이저 시스템의 광학축 또는 Z 축으로부터 반경(R)에서 Z축에 대해 평행한 경로일 수 있다. 몇몇 실시에서 Z 스캐닝 경로는 광학 Z축으로부터 반경 r1=0㎜와 r2=3㎜ 사이에 위치될 수 있다.As before, the total aberration may be characterized by any one of the previously introduced aberration measures (r f , ω, or a 40 ). Equally, the reduction in aberration can be characterized by an increase in the corresponding strel ratio (S). The Z scanning path can be a path parallel to the Z axis at radius R from the optical axis or Z axis of the laser system. In some implementations the Z scanning path may be located between a radius r1 = 0 mm and r2 = 3 mm from the optical Z axis.

총 수차는 몇몇 상이한 방법으로 측정될 수 있다. 총 수차는 Z 스캐닝 경로에 걸쳐 평균을 낸 총 수차 또는 스캐닝 경로를 따르는 총 수차의 최대값 또는 최소값을 나타낼 수 있다. 총 수차의 감소는 이런 가능성들 중 어떤 하나를 나타낸다.Total aberration can be measured in several different ways. The total aberration may represent the maximum or minimum value of the total aberration averaged over the Z scanning path or the total aberration along the scanning path. The reduction in total aberration represents one of these possibilities.

몇몇 실시에서, 개구수(NA)는 전방 세그먼트 절차가 수행될 때 제2 값으로 각막 절차가 수행될 때 제1 값으로부터 조정될 수 있다. 몇몇 실시에서 제1 값은 0.2 내지 0.5의 범위에 존재하고 제2 값은 0.1 내지 0.3의 범위에 존재한다. 몇몇 다른 실시에서 제1 값은 0.25 내지 0.35의 범위에 존재할 수 있고, 제2 값은 0.15 내지 0.25의 범위에 존재할 수 있다.In some implementations, the numerical aperture NA may be adjusted from the first value when the corneal procedure is performed to the second value when the anterior segment procedure is performed. In some implementations the first value is in the range of 0.2 to 0.5 and the second value is in the range of 0.1 to 0.3. In some other implementations the first value may be in the range of 0.25 to 0.35 and the second value may be in the range of 0.15 to 0.25.

Z 스캐너(450)의 본 실시는 다음을 포함하는, 몇몇 다른 방법으로 현존하는 각막 레이저 전달 시스템과 상이하다.This implementation of the Z scanner 450 differs from existing corneal laser delivery systems in several other ways, including the following.

1. 각막 레이저 전달 시스템에서 일반적으로 개구수는 초점 깊이의 Z 스캔 동안에 변하지 않아 설계의 단순성을 보장하는 것이 요구된다. 이런 설계는 일반적인 1㎜ Z 스캔에 의해 유도된 총 수차가 각막 레이저 전달 시스템의 정확성의 심각한 제한 팩터가 아니기에 각막 수술에 대하여 만족스럽다. 반면에, 레이저 전달 시스템(1)의 실시는 가변적인 개구수(NA)를 가져 예를 들어 5 내지 10㎜의 광범위한 수술 Z 간격에 걸쳐 최적의 개구로 개구를 조정하는 것을 유지한다. 물론, 이는 Z 초점 깊이로부터 실질적으로 독립적으로 조정가능한 개구수(NA)의 형식에 의해 달성된다.1. In corneal laser delivery systems, numerically, the numerical aperture does not change during the Z scan of focal depth, which is required to ensure the simplicity of the design. This design is satisfactory for corneal surgery because the total aberration induced by a typical 1 mm Z scan is not a serious limiting factor of the accuracy of the corneal laser delivery system. On the other hand, the implementation of the laser delivery system 1 has a variable numerical aperture NA to keep adjusting the opening to the optimum opening over a wide range of surgical Z intervals, for example 5 to 10 mm. Of course, this is achieved by the form of numerical aperture NA which is adjustable substantially independently from the Z focal depth.

2. 또한, 일반적인 현존하는 각막 시스템은 오브젝티브(700)의 복합 실시의 일부로서, 또는 오브젝티브(700)에서 Z 스캐너를 갖는 반면에, 현재의 Z 스캐너(450)는 오브젝티브(700) 앞에 위치된다. 여기서 오브젝티브(700)는 Z 스캐너 및 XY 스캐너의 기능적이고 기계적인 하우징(functional mechanical housing)으로부터 분리된 기능적이고 기계적인 하우징에 위치되는 레이저 전달 시스템(1)의 최종 렌즈 그룹을 나타낸다. 용어 기능적이고 기계적인 하우징은 전달 시스템의 전체 하우징을 나타내지 않고, 이의 설계는 인체공학 또는 외관 고려사항에 의해 지시될 수 있으나, 렌즈들을 함께 고정하는 하우징을 의미하여 실제 광학 기능을 수행한다. 본 실시의 오브젝티브(700)는 일반적으로 Z 스캐너(450)에 의해 출사된 XYZ 스캐닝 빔이 거울(600)에 의해 편향된 이후에 광학 경로에 위치된다.2. Also, a typical existing corneal system has a Z scanner as part of a complex implementation of objective 700, or in objective 700, whereas current Z scanner 450 is located in front of objective 700. Objective 700 here represents the final lens group of the laser delivery system 1 located in a functional and mechanical housing separate from the functional and mechanical housings of the Z and XY scanners. The term functional and mechanical housing does not refer to the entire housing of the delivery system, the design of which may be dictated by ergonomics or appearance considerations, but means a housing that holds the lenses together to perform the actual optical function. The objective 700 of this embodiment is generally located in the optical path after the XYZ scanning beam emitted by the Z scanner 450 is deflected by the mirror 600.

3. 도 12a 및 도 12b는 렌즈 수술 광학 시스템의 설계에서 추가적인 시도를 도시한다. 가시적으로, 총 수차는 1㎜의 일반적인 각막 Z 초점 깊이에 대한 넓고 평평한 최적 영역을 나타내고, 이에 따라 모두 초점 크기의 큰 저하없이, (ⅰ) 시스템 파라미터는 다른 고려사항에 대하여 최적화될 수 있고, (ⅱ) 광범위한 Z 스캐닝 범위가 사용될 수 있으며, (ⅲ) 시스템 파라미터의 덜 정확한 세부 조정이 요구된다. 반면에, 렌즈 수술 시스템을 위하여, 초점 크기는 (ⅰ) 시스템 파라미터가 다른 고려사항에 대하여 최적화되고 (ⅱ) 광범위한 Z 스캐닝 범위가 실시되며, (ⅲ) 시스템 파라미터가 덜 정확하게 세부 조정될 때, 재빨리 저하된다.3. FIGS. 12A and 12B illustrate additional trials in the design of a lens surgical optical system. Visibly, the total aberration represents a wide and flat optimal area for a typical corneal Z focal depth of 1 mm, so that without any significant deterioration in focal size, (i) system parameters can be optimized for other considerations, ( Ii) A wide range of Z scanning ranges can be used, and (iii) less precise fine tuning of system parameters is required. On the other hand, for a lens surgical system, the focal size decreases quickly when (i) the system parameters are optimized for other considerations, (ii) a wide range of Z scanning ranges are carried out, and (i) the system parameters are finely tuned less precisely. do.

Z 스캐너(450)의 구체예의 추가적인 양상에서, 가시적인 관찰 광학 서브-시스템 또는 이미징 서브 시스템을 포함하는 레이저 전달 시스템이 거울(600)을 통해 레이저 전달 시스템으로 결합된 이런 서브 시스템들 중 어떤 하나에 연관된 빔을 갖는다는 것이 상기된다. 거울(600)은 예를 들어, 색선별 거울일 수 있다. 일반적인 수술 시스템에서, 오브젝티브(700)는 광학 경로에서 거울(600) 뒤에 위치된 렌즈 그룹을 의미한다.In a further aspect of an embodiment of the Z scanner 450, a laser delivery system comprising a visible observation optical sub-system or an imaging subsystem is connected to any one of these subsystems coupled via a mirror 600 to a laser delivery system. It is recalled that it has an associated beam. The mirror 600 may be, for example, a dichroic mirror. In a typical surgical system, objective 700 refers to a group of lenses positioned behind mirror 600 in the optical path.

오브젝티브(700)가 실질적으로 목표 조직, 예를 들어 환자의 눈과 직접 접촉하기에, 또한 오브젝티브(700)의 중량이 임계적인 팩터이기 때문에 오브젝티브(700)로부터 분리되고 거울(600) 앞의 Z 스캐너(450)를 실시하는 것이 중요한 설계 고려사항이다. 따라서, 오브젝티브(700)의 중량 또는 질량을 최소화하는 것이 레이저 전달 시스템(1)의 실시가 눈 상에 감소된 압력을 제공하게 한다. 이런 압력은 눈 자체를 변형시키고 이에 따라 수술 절차의 정확성을 감소시키기에, 눈 상의 압력을 감소시키는 설계가 현저하게 안과 수술의 정확성을 증가시킨다.Z scanner in front of mirror 600 and separated from objective 700 because objective 700 is substantially in direct contact with the target tissue, for example the patient's eye, and because the weight of objective 700 is a critical factor. Implementing 450 is an important design consideration. Thus, minimizing the weight or mass of the objective 700 allows the implementation of the laser delivery system 1 to provide a reduced pressure on the eye. Since this pressure deforms the eye itself and thus reduces the accuracy of the surgical procedure, a design that reduces pressure on the eye significantly increases the accuracy of ophthalmic surgery.

표 8과 표 9는 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)의 다양한 구체예들을 위한 몇몇 관련된 파라미터의 범위를 도시한다. 빔 익스팬더 블록들은 각각 2개 내지 10개의 렌즈들을 가질 수 있고, 몇몇 구체예에서는 3개 내지 5개를 가지며, 이는 상기의 기능을 수행하도록 구성된다.Tables 8 and 9 show a range of some related parameters for various embodiments of the first beam expander block 400 and the movable beam expander block 500. The beam expander blocks may each have two to ten lenses, and in some embodiments have three to five, which are configured to perform the above functions.

표 8은 개별적인 표면에 대하여 두꺼운 렌즈들의 그룹을 설명하면서, 산업 표준 관례를 사용하여 제1 빔 익스팬더 블록(400)의 5개 렌즈 구체예를 도시한다. 제1 빔 익스팬더 블록(400)은 (괄호들에 의해 표시된) 다음의 범위들에서 파라미터들을 갖는 렌즈들(411, 412, 413, 414, 415)을 포함할 수 있다. Table 8 shows five lens embodiments of the first beam expander block 400 using industry standard conventions, describing a group of thick lenses for individual surfaces. The first beam expander block 400 can include lenses 411, 412, 413, 414, 415 having parameters in the following ranges (indicated by parentheses).

[표 8][Table 8]

Figure pct00017

Figure pct00017

몇몇 구체예에서, 제1 빔 익스팬더 블록(400)은 XY 스캐너(300)와 마주하는 입사측으로부터 연속적으로: 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 그룹, 입사측과 마주하는 블록 표면을 갖는 메니스커스 렌즈 및 입사측과 마주하는 오목 표면을 갖는 제2 렌즈를 포함한다.In some embodiments, the first beam expander block 400 is continuously from the incidence side facing the XY scanner 300: a first group of lenses having positive refractive power, a meniscus having a block surface facing the incidence side And a second lens having a concave surface facing the lens and the incidence side.

다른 실시들은 스케일 팩터(a), 5개의 스케일링된 렌즈들을 갖는 것, a만큼 곱해진 제2 행의 곡률, 1/a만큼 곱해진 제3 행의 거리, 및 변치않는 굴절률(n)을 갖는 것에 의해 표 8의 실시에 관련된다. 스케일 팩터는 0.3과 3 사이의 값을 추정할 수 있다.Other implementations have a scale factor (a), having five scaled lenses, having a curvature of the second row multiplied by a, having a distance of the third row multiplied by 1 / a, and a constant refractive index n. It relates to implementation of Table 8. The scale factor can estimate a value between 0.3 and 3.

표 9는 다음의 범위에서 파라미터를 갖는, 렌즈들(511, 512, 513, 514)을 포함하는, 이동하는 빔 익스팬더 블록(500)의 4개 렌즈 구체예를 도시한다:Table 9 shows four lens embodiments of the moving beam expander block 500, including lenses 511, 512, 513, 514, with parameters in the following ranges:

[표 9]TABLE 9

Figure pct00018

Figure pct00018

이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)의 몇몇 실시는 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 마주하는 입사측으로부터 연속적으로: 입사측과 마주하는 블록 표면을 갖는 메니스커스 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 음의 렌즈 및 양의 굴절력을 갖는 양의 렌즈 그룹을 포함한다.Some implementations of the movable beam expander block 500 may be continuous from the incidence side facing the first beam expander block 400: a meniscus lens having a block surface facing the incidence side, negative with negative refractive power. Lenses and positive lens groups with positive refractive power.

다른 실시들은 스케일 팩터(a), 4개의 스케일링된 렌즈들을 갖는 것, a만큼 곱해진 제2 행의 곡률, 1/a만큼 곱해진 제3 행의 거리, 및 변치않는 굴절률(n)을 갖는 것에 의해 표 9의 실시에 관련된다. 스케일 팩터는 0.3과 3 사이의 값을 추정할 수 있다.Other implementations have a scale factor (a), having four scaled lenses, having a curvature of the second row multiplied by a, having a distance of the third row multiplied by 1 / a, and a constant refractive index (n). By the implementation of Table 9. The scale factor can estimate a value between 0.3 and 3.

도 13a 및 도 13b는 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 이동하는 빔 익스팬더 블록(500) 사이의 상이한 거리를 갖는 2개의 구성으로 표 8과 표9의 구체예들을 도시한다. 몇몇 실시에서, 이동하는 빔 익스팬더 블록(500)은 d = 5 내지 50㎜의 범위에서 거리만큼 제1 빔 익스팬더 블록(400)에 대하여 이동될 수 있다.13A and 13B show the embodiments of Tables 8 and 9 in two configurations with different distances between the first beam expander block 400 and the moving beam expander block 500. In some implementations, the moving beam expander block 500 can be moved relative to the first beam expander block 400 by a distance in the range of d = 5-50 mm.

이런 도면들은 작업에서 Z 스캐너(450)의 설계 고려사항을 도시한다.These figures illustrate design considerations of the Z scanner 450 in operation.

도 13a는 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)이 제1 빔 익스팬더 블록(400)으로부터 상대적으로 먼 위치에 존재할 때의 경우를 도시한다. 이런 경우에 조합된 어셈블리를 빠져나가는 빔은 (ⅰ) 수렴광선, (ⅱ) 출사 동공(ExP)에서 상대적으로 큰 직경, (ⅲ) 고정된 초점 길이 오브젝티브가 Z 스캐너(450)의 출사 동공 근처에 위치될 때 초점의 더 얕은 Z 깊이, 및 이에 따른 (ⅳ) 더 높은 개구수(NA)를 갖는 빔에 의해 형성된 초점을 갖는다.FIG. 13A illustrates the case where the movable beam expander block 500 is at a position relatively remote from the first beam expander block 400. In this case, the beam exiting the assembled assembly may be (i) converging rays, (ii) relatively large diameter in the exit pupil (ExP), and (i) fixed focal length objectives near the exit pupil of the Z scanner 450. When positioned, it has a shallower Z depth of focus, and thus (i) a focal point formed by a beam with a higher numerical aperture NA.

도 13b는 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)이 도 13a의 경우에서보다 제1 빔 익스팬더(400)에 더 근접할 때의 경우를 도시한다. 여기서, 빔은 (ⅰ) 수렴광선, (ⅱ) 출사 동공(ExP)에서 더 작은 직경, (ⅲ) 고정된 초점 길이 오브젝티브가 Z 스캐너(450)의 출사 동공에 위치될 때 초점의 더 깊은 Z 깊이, 및 이에 따른 (ⅳ) 더 작은 개구수(NA)를 갖는 빔에 의해 형성된 초점을 갖는다.FIG. 13B shows the case when the movable beam expander block 500 is closer to the first beam expander 400 than in the case of FIG. 13A. Here, the beam is (i) converging rays, (ii) smaller diameter in the exit pupil (ExP), (iii) deeper Z depth of focus when a fixed focal length objective is located in the exit pupil of the Z scanner 450. , And thus (iii) a focal point formed by a beam with a smaller numerical aperture (NA).

요약해서, 더 얕은 Z 초점 깊이에서, 초점은 큰 NA 빔에 의해 생성되는 반면에, Z 초점 깊이를 증가하는 것에 대하여, 개구수(NA)는 감소한다. 개구수(NA)에서 상대적인 변화는 초점을 맞추는 오브젝티브(700)의 입사 동공의 위치 및 빔 익스팬더 블록들(400, 500)의 출사 동공(ExP)의 위치를 최적화함으로써 최적화될 수 있다. 이런 실시들은 프리컴펜세이터(200)의 기능의 사용 없이 고르게 상이한 초점 깊이에서 개구수를 최적화하기 위한 대안적인 방법이다.In summary, at a shallower Z focal depth, the focal point is generated by the larger NA beam, while for increasing the Z focal depth, the numerical aperture NA decreases. The relative change in the numerical aperture NA can be optimized by optimizing the position of the incident pupil of the focused objective 700 and the position of the exit pupil ExP of the beam expander blocks 400, 500. Such implementations are an alternative method for optimizing the numerical aperture at evenly different focal depths without the use of the functionality of the precompilator 200.

상기에 설명된 바와 같이, 개구수(NA)는 프리컴펜세이터(200)를 갖거나 갖지 않고 광범위하게 조정될 수 있다. 전체 레이저 전달 시스템(1)에서, 개구수(NA)는 프리컴펜세이터(200), 제1 빔 익스팬더 블록(400) 또는 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500)을 제어함으로써 또는 조합으로 이런 블록들을 제어함으로써 조정될 수 있다. 실제로 실시의 실제 선택은 다른 더 높은 수준 시스템 수준 요구조건, 예를 들어 스캐닝 범위, 스캐닝 속도 및 복잡성에 따른다. 다른 수치적 범위를 갖는 실시들은 또한 상기의 설명된 기능들 중 몇몇 또는 모두를 수행하도록 구성될 수 있다.As described above, the numerical aperture NA can be adjusted extensively with or without the precompilator 200. In the entire laser delivery system 1, the numerical aperture NA controls these blocks by controlling or in combination with the precompilator 200, the first beam expander block 400 or the movable beam expander block 500. Can be adjusted. In practice the actual choice of implementation depends on other higher level system level requirements, for example scanning range, scanning speed and complexity. Implementations with other numerical ranges may also be configured to perform some or all of the functions described above.

도 14는 Z 스캐너(450)의 추가적인 양상을 도시한다. XY 스캐너(300)의 출사 피봇점(PP(XY))으로부터 빠져나가는 3개의 상이한 특징 빔들이 도시된다. 현저하게, 3개의 특징 빔들 모두는 Z 스캐너(450)에 의해 오브젝티브(700)의 입사 피봇점(PP(O))으로 초점 맞춰진다. PP(O)의 위치는 예를 들어, 이동가능한 빔 익스팬더(500)를 이동시킴으로써 조정될 수 있다.14 illustrates a further aspect of the Z scanner 450. Three different feature beams are shown exiting the exit pivot point PP (XY) of the XY scanner 300. Remarkably, all three feature beams are focused by the Z scanner 450 to the incident pivot point PP (O) of the objective 700. The position of PP (O) can be adjusted, for example, by moving the movable beam expander 500.

아래에 설명된 바와 같이, XY 스캐너(300)의 거울들을 벗어나 위치된 피봇점(PP(O))을 발생시키는 레이저 전달 시스템은 예를 들어, 피봇점(PP(O))이 오브젝티브(700) 내부에 존재하는 구체예에서, 유용한 구조체를 갖는다. As described below, a laser delivery system that generates a pivot point PP (O) positioned out of the mirrors of the XY scanner 300 may, for example, have a pivot point PP (O) whose objective 700 is an image. In embodiments present therein, it has a useful structure.

다른 구체예에서, XY 스캐너(300)는 Z 스캐너(450)에 대한 거리보다 먼 출사 피봇점(PP(XY))을 갖는다. 이런 구체예에서, Z 스캐너(450)은 단지 XY 스캐너(300)의 출사 피봇점(PP(XY))을 오브젝티브(700)의 입사 피봇점(PP(O))으로 변경한다.In another embodiment, the XY scanner 300 has an exit pivot point PP (XY) that is further than the distance to the Z scanner 450. In this embodiment, the Z scanner 450 only changes the exit pivot point PP (XY) of the XY scanner 300 to the incident pivot point PP (O) of the objective 700.

어느 하나의 경우에, 이런 실시는 제1 빔 익스팬더 블록(400)과 이동가능한 빔 익스팬더 블록(500) 사이에 위치된, 중간 초점면(451)의 존재의 사용이 이루어지게 한다. 중간 초점면(451)의 존재는 실질적으로 동일한 Z 좌표를 갖는 좌우로 이루어진 3개의 특징 빔의 초점에 의해 표시된다. 역으로, 이러한 중간 초점면을 취하지 않는 실시는 조정가능한 피봇점(PP(O))을 갖는 데에 꽤 적절하지 않다.
In either case, this implementation allows the use of the presence of the intermediate focal plane 451, located between the first beam expander block 400 and the movable beam expander block 500. The presence of the intermediate focal plane 451 is indicated by the focal point of three feature beams consisting of left and right having substantially the same Z coordinate. Conversely, implementations that do not take this intermediate focal plane are not quite suitable for having an adjustable pivot point PP (O).

5. 5. 오브젝티브Objective (700)(700)

몇몇 실시에서 Z 스캐너(450)에 의해 출사된 레이저 빔은 빔 스플리터/색선별 거울(600)에 의해 오브젝티브(700)로 편향된다. 이런 거울(600)을 통해 다양한 보조 광들이 또한 레이저 전달 시스템(1)으로 결합될 수 있다. 보조 광원들은 광 간섭 단층촬영(OCT) 시스템, 조사 시스템 및 가시적인 관찰 블록과 연관된 광을 포함할 수 있다.In some implementations the laser beam emitted by the Z scanner 450 is deflected to the objective 700 by the beam splitter / chromic mirror 600. Through this mirror 600 various auxiliary lights can also be combined into the laser delivery system 1. Auxiliary light sources can include light associated with optical coherence tomography (OCT) systems, illumination systems, and visible observation blocks.

오브젝티브(700)는 수술 목표 영역으로의 보조광, 및 XY 스캐너(300) 및 Z 스캐너(450)를 통해 레이저 엔진(100)으로부터 전파되는, XYZ 스캔된 레이저 빔에 대하여 공유된 광학 경로를 제공할 수 있다. 다양한 실시에서, 오브젝티브(700)는 대물 렌즈 그룹일 수 있다. 몇몇 실시에서 대물 렌즈 그룹의 렌즈들은 상호 간에 대하여 이동하지 않는다. 이러한 바와 같이, 오브젝티브(700)는 Z 스캐닝 기능의 일체화된 부분인 반면에, 가변적이거나 동적인 방식으로 Z 스캐닝에 기여하지 않는다. 이런 실시들에서 그 어떤 렌즈 위치도 오브젝티브(700)에서 조정되어 초점의 Z 초점 깊이를 이동시키지 않는다.The objective 700 can provide a shared optical path for the auxiliary light to the surgical target area and the XYZ scanned laser beam propagating from the laser engine 100 through the XY scanner 300 and the Z scanner 450. have. In various implementations, the objective 700 may be a group of objective lenses. In some implementations the lenses of the objective lens group do not move relative to each other. As such, objective 700 is an integral part of the Z scanning function, while not contributing to Z scanning in a variable or dynamic manner. In such implementations no lens position is adjusted in the objective 700 to shift the Z focus depth of focus.

오브젝티브(700)의 실시들은 구면 수차, 코마 및 수술 펄스 레이저 빔의 고차 수차 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.Implementations of the objective 700 may control at least one of spherical aberration, coma, and higher order aberration of the surgical pulsed laser beam.

오브젝티브(700)가 상이한 파장의 광을 안내하고 있기에, 오브젝티브(700)의 실시는 색지움 렌즈 그룹을 사용한다. 보조광의 파장은 예를 들어, 0.4 마이크론 내지 0.9 마이크론의 범위에 존재할 수 있고, 수술광의 파장은 1.0 내지 1.1 마이크론 범위에서 존재할 수 있다. 오브젝티브(700)의 실시는 사용된 광의 파장의 범위, 예를 들어, 상기의 실시예에서 0.4 마이크론 내지 1.1 마이크론에 걸쳐 선결정된 값 아래로 색 수차를 유지한다.Since the objective 700 guides light of different wavelengths, the implementation of the objective 700 uses a group of chromatic lens groups. The wavelength of the auxiliary light may be in the range of 0.4 micron to 0.9 micron, for example, and the wavelength of the surgical light may be in the range of 1.0 to 1.1 micron. Implementation of the objective 700 maintains chromatic aberration below a predetermined value over a range of wavelengths of light used, for example 0.4 microns to 1.1 microns in the above embodiment.

오브젝티브(700)의 중량 또는 질량은 중요한 고려사항이다. 몇몇 실시에서 오브젝티브는 환자의 눈에 기계적으로 접촉한다. 이러한 바와 같이, 이는 눈 상에 압력을 가한다. 압력은 정확하게 목표를 선택하고 수술 레이저 빔을 배향하는 것을 어렵게 하면서, 이완된 구성으로부터 눈을 왜곡시킬 수 있다.The weight or mass of the objective 700 is an important consideration. In some implementations the objective is in mechanical contact with the eye of the patient. As such, it exerts pressure on the eye. The pressure can distort the eye from the relaxed configuration, making it difficult to accurately select the target and orient the surgical laser beam.

더욱이, 환자가 수술 절차 동안에 이동하면, 오브젝티브가 환자의 이동에 대하여 가장 작은 저항성을 갖고 이동할 수 있다는 것이 바람직할 수 있다. 비록 오브젝티브의 중량이 스프링 시스템 또는 평행추로 정적으로 균형 맞춰질 수 있더라도, 이런 척도는 동적힘 또는 관섬력을 감소시킬 수 없다. 사실상 이런 힘은 이러한 척도에 의해 증가될 수 있다. 이런 고려사항들 모두는 오브젝티브(700)의 중량 또는 질량을 감소시키는 것의 유용성에 대하여 가리킨다.Moreover, if the patient moves during the surgical procedure, it may be desirable that the objective can move with the least resistance to the patient's movement. Although the weight of the objective can be statically balanced with a spring system or parallel weights, this measure cannot reduce dynamic forces or tube forces. In fact, this force can be increased by this measure. All of these considerations point to the usefulness of reducing the weight or mass of the objective 700.

안과 수술 절차에 대하여 임계력 및 상응하는 오브젝티브 질량을 확인하는 수많은 방법들이 존재한다. 눈에 대한 다양한 영향의 보고서가 예를 들어, Determination of Significant Parameters for Eye Injury Risk from Projectiles; Duma SM, Ng TP, Kennedy EA, Stitzel JD, Herring IP, Kuhn F. J Trauma 2005년 10월; 59(4):960-4.에서 공개되었다. 이런 논문은 (ⅰ) 각막 찰과상과 같은 경미한 손상, 수정체탈구와 같은 중간 손상 및 망막 훼손과 같은 심각한 손상을 포함하는, 눈에 대한 훼손의 상이한 형태에 상응하는, 눈에 충격을 가하는 몰체를 보고하였고 충격 물체의 임계 에너지 값을 제공하였다. 또한 논문은 또한, (ⅱ) 몇 퍼센트의 가능성을 나타내는, 낮은 확률로부터, 약 50% 가능성을 나타내는 중간 확률로, 거의 확실한 손상을 나타내는 높은 확률로 손상의 확률을 부여하였다. 또한 논문은 (ⅲ) 충격 물체의 형상에 따른 충격 시나리오, 총 충격 에너지에 따른 분류 및 충격 영역에 의해 정규화된 충격 에너지를 분류하였다.Numerous methods exist for identifying critical forces and corresponding objective masses for ophthalmic surgical procedures. Reports of various effects on the eye are described, for example, in Determination of Significant Parameters for Eye Injury Risk from Projectiles; Duma SM, Ng TP, Kennedy EA, Stitzel JD, Herring IP, Kuhn F. J Trauma October 2005; 59 (4): 960-4. These papers reported (i) an impact impacting eye corresponding to different forms of damage to the eye, including minor injuries such as corneal abrasions, intermediate injuries such as lens dislocations and severe injuries such as retinal damage. The critical energy value of the impact object was provided. The paper also assigns the probability of damage from (ii) low probability, representing a few percent probability, to medium probability, representing about 50% probability, and high probability, indicating almost certain damage. In addition, the paper categorized the impact scenarios according to the shape of the impact object, the classification by the total impact energy, and the impact energy normalized by the impact area.

이런 결과는 오브젝티브(700)의 기계적인 지지 시스템의 모든 고장에 의해 야기된, 아마 가장 높은 충격 손상을 살핌으로써 눈 수술의 특정한 경우에 적용될 수 있다. 이러한 고장은 눈 자체에 대한 오브젝티브의 에너지 모두를 이송하면서, 20 내지 25㎜의 일반적인 수직 경로에 걸쳐 전체 오브젝티브(700)의 자유낙하를 초래한다. 임계 질량은 공지된 물리적 원리에 따른 오브젝티브의 자유낙하를 모델링하는 공개된 임계 에너지값으로부터 산출될 수 있다. This result can be applied in certain cases of eye surgery by looking for perhaps the highest impact damage caused by all failures of the mechanical support system of the objective 700. This failure results in the free fall of the entire objective 700 over a typical vertical path of 20-25 mm, while transferring all of the objective's energy to the eye itself. The critical mass can be calculated from published critical energy values modeling the free fall of the objective according to known physical principles.

이런 길이의 수직 경로는 다음의 설계 원리로부터 나올 수 있다. 오브젝티브(700)는 수직 슬라이딩 스테이지(sliding stage) 상에 장착될 수 있어 눈에 대한 갠트리(gantry)에 의해 레이저 전달 시스템(1)의 안전하고 신뢰할만한 도킹(docking)을 제공한다. 수직 갠트리가 오브젝티브(700)를 수용하고 수직 이동 범위 내에 위치되기 때문에, 이러한 설계는 갠트리 상의 정확성 및 힘 요구조건을 용이하게 한다. 또한, 일단 눈이 도킹되면(docked), 이런 설계는 눈이 레이저 전달 시스템(1)에 대한 눈의 부착을 중단하지 않고 레이저원(100)에 대하여 수직으로 이동하도록 한다. 이런 이동은 수술 침대의 이동 또는 환자의 이동으로 인해 발생할 수 있다. 오브젝티브(700)의 20 내지 25㎜의 수직 이동 범위는 이런 범위 내에서 환자 운동 및 갠트리력에 대하여 효율적이고 안정하게 완화시킨다.The vertical path of this length can come from the following design principle. The objective 700 can be mounted on a vertical sliding stage to provide safe and reliable docking of the laser delivery system 1 by gantry to the eye. Since the vertical gantry accommodates the objective 700 and is located within the vertical movement range, this design facilitates accuracy and force requirements on the gantry. In addition, once the eye is docked, this design allows the eye to move perpendicular to the laser source 100 without interrupting the attachment of the eye to the laser delivery system 1. Such movement may occur due to movement of the operating bed or movement of the patient. The 20 to 25 mm vertical movement range of the objective 700 mitigates efficiently and stably with respect to patient movement and gantry forces within this range.

결국, (ⅳ) 오브젝티브의 제어 시스템 및 하우징의 질량을 감소시키는 수많은 방법이 존재함에 따라, 설계 고려사항은 오브젝티브(700)의 광학 요소들, 예를 들어, 대물렌즈 그룹에서 단독으로 유리렌즈의 ("광학") 질량이 전체 오브젝티브의 질량에 대하여 더 낮은 경계를 정의한다는 의미에서 임계 질량에 영향을 미치는 반면에, 훨씬 더 단단하여 렌즈의 질량을 감소시킨다. 본 시스템에서 오브젝티브의 총 질량은 단독으로 2배 내지 3배의 렌즈들의 "광학" 질량일 수 있다.After all, (i) as there are numerous ways to reduce the mass of the control system and the housing of the objective, the design considerations are that of the optical elements of the objective 700, e. "Optical") affects the critical mass in the sense that the mass defines a lower boundary with respect to the mass of the overall objective, while being much harder, reducing the mass of the lens. In the present system the total mass of the objective may alone be the "optical" mass of the lens 2-3 times.

몇몇의 이런 기준은 임계 질량의 더 분명한 정의를 산출하고, 다른 것들은 단지 분명한 정의로 그 자체를 부여하지 않으면서, 매끄러운 교차 상관성을 산출한다.Some of these criteria yield a clearer definition of the critical mass, while others yield a smooth cross correlation without giving itself a clear definition.

상기의 (ⅰ) 내지 (ⅳ) 분류의 가능한 모든 조합으로부터, 임계 질량(MC)의 4개의 상대적으로 분명하고 중요한 정의가 다음과 같이 확인될 수 있다:From all possible combinations of classifications (i) to (iii) above, four relatively clear and important definitions of critical mass (MC) can be identified as follows:

(1) MC1 ~ 400 그램: 질량 M < MC1을 갖는 오브젝티브는 실질적으로 최악의 경우 고장 시나리오에서조차 환자에 대한 손상의 위험을 취하지 않는다;(1) MC1-400 grams: Objectives with mass M <MC1 substantially do not take the risk of damage to the patient even in the worst case failure scenario;

(2) MC2 ~ 750 그램: MC1 < M < MC2 체제에서 질량은 총 충격 에너지를 통해 약간의 각막 찰과상을 야기하는 10%보다 큰 가능성을 가질 수 있다;(2) MC2-750 grams: in the MC1 <M <MC2 regime, the mass may have a greater than 10% chance of causing some corneal abrasions through total impact energy;

(3) MC3 ~ 1,300 내지 1,400 그램: MC2 < M < MC3 체제에서 질량은 어떤 충격 시나리오에서 각막 찰과상을 야기하는 50%의 가능성을 가질 수 있다; 및(3) MC3 to 1,300 to 1,400 grams: in the MC2 <M <MC3 regime, the mass may have a 50% chance of causing corneal abrasions in certain impact scenarios; And

(4) MC4 ~ 3,300 그램: 몇몇 충격 시나리오에서 MC3 < M < MC4 범위에서 질량은 거의 확실한 각막 찰과상을 야기할 수 있고, 영이 아닌 중간 강도의 손상 이상의 가능성을 성장시킬 수 있다.(4) MC4 to 3,300 grams: In some impact scenarios, the mass in the range of MC3 <M <MC4 can cause almost certain corneal abrasions and can grow the probability of more than a non-zero medium strength injury.

물론, 이런 확률 모두는 실제로 발생하는 오브젝티브의 기계적 지지 시스템의 총 고장의 작은 확률로 곱해지는 것이다. 하지만, 안과 적용에서 극한의 척도는 상상할 수 있는 손상 시나리오 모두에 대하여 안내되도록 취해지는 것을 필요로 하지만, 예상 밖에 관련된 상기의 임계 질량을 만든다. Of course, all of these probabilities are multiplied by a small probability of the total failure of the mechanical support system of the objective actually occurring. However, extreme measures in ophthalmic applications need to be taken to guide for all imaginable impairment scenarios, but create unexpectedly relevant critical masses.

따라서, 상기의 고려사항은 오브젝티브(700)의 총 질량 및 광학 질량에 대하여, 명확한 기준에 따라 4개의 임계 질량을 확인한다. 따라서, 설계 공정이 상기의 임계 질량들(MC4,..., MC1) 중 어느 하나 아래로 오브젝티브 질량을 감소시키도록 관리하는 오브젝티브(700)의 구체예가 안전한 수술 절차를 위한 질적으로 더 양호한 가능성을 제공한다.Thus, the above consideration identifies four critical masses according to clear criteria, relative to the total mass and optical mass of the objective 700. Thus, an embodiment of the objective 700 in which the design process manages to reduce the objective mass below any one of the critical masses MC4, ..., MC1 presents a qualitatively better possibility for a safe surgical procedure. to provide.

펨토초 안과 레이저를 현존하는 오브젝티브는 현저하게 이런 4개의 임계 질량들 중 가장 큰, 5000그램 위의 질량을 갖는다. 예외는 Manzi에 의한 미국특허 출원 20030053219호이고, 이는 아마 2,000 내지 3,000 그램의 총 질량으로 유도하는, 단독으로 렌즈들의 광학 질량이 약 1000그램인 렌즈 시스템을 설명한다. Manzi의 설계는 다른 현존하는 오브젝티브보다 가벼운 반면에, 여전히 꽤 거대하다. 이는 주로 오브젝티브 내부의 렌즈 요소들이 Z 초점 제어에 사용되기에, 오브젝티브의 일체화된 부분인 Z 스캐너로 인한 것이다. 추가적인 질량은 모두 총 질량을 다시 5000그램 위의 값으로 증가시키는, 정밀 기계가공된 하우징, 렌즈를 위한 정밀 선형 가이드 및 서보 모터를 위하여 Manzi에 의해 요구된다.The existing objectives of femtosecond ophthalmic lasers have a mass above 5000 grams, which is significantly the largest of these four critical masses. The exception is U.S. Patent Application 20030053219 by Manzi, which describes a lens system alone with an optical mass of about 1000 grams, which alone leads to a total mass of 2,000 to 3,000 grams. Manzi's design is lighter than other existing objectives, while still quite large. This is mainly due to the Z scanner, which is an integral part of the objective, since the lens elements inside the objective are used for Z focus control. Additional mass is required by Manzi for precision machined housings, precision linear guides for the lens and servo motors, all increasing the total mass back to above 5000 grams.

반면에, 오브젝티브(700)의 다양한 구체예들의 질량은 상기의 4개의 질량 범위들: 0 내지 400 그램, 400 내지 750 그램, 750 내지 1,350그램 및 1,350 내지 3,300 그램 중 어떠한 것으로 존재할 수 있다. 중량은 광학 질량 또는 총 질량 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 오브젝티브(700)의 실시에서 렌즈들은 130그램보다 적은 질량을 가질 수 있다. 400그램의 총 어셈블리 질량을 위한 정밀 금속 하우징에서 이런 렌즈들을 장착하는 것이 실현가능하다.On the other hand, the mass of the various embodiments of the objective 700 can exist in any of the four mass ranges above: 0-400 grams, 400-750 grams, 750-1,350 grams, and 1,350-3,300 grams. The weight can be either optical mass or total mass. For example, in the implementation of objective 700, the lenses may have a mass less than 130 grams. It is feasible to mount these lenses in a precision metal housing for a total assembly mass of 400 grams.

오브젝티브(700)의 구체예들은 Z 스캐닝 기능을 분리 Z 스캐너(450)로 제거하고, 분리된 기능적 또는 기계적 하우징에 수용함으로써 400그램, 750그램, 1,350그램 및 3,300그램 아래로 이러한 주목할만한 질량 감소를 달성한다. 여기서 용어 "기능적 또는 기계적 하우징(funtional or mechanical housing)"은 전체적으로, 비 기능적 설계 고려사항은 오브젝티브(700)와 동일한 일반적인 컨테이너로 분리 Z 스캐너(450)를 위치시키는 것을 초래할 수 있으나, 이러한 일반적인 컨테이너는 광학 기능 또는 기계적 목적을 제공하지 않는다는 사실을 언급한다.Embodiments of the objective 700 remove this noteworthy mass reduction down to 400 grams, 750 grams, 1,350 grams and 3,300 grams by removing the Z scanning function with a separate Z scanner 450 and housed in a separate functional or mechanical housing. To achieve. The term “funtional or mechanical housing” herein may result in the positioning of the separate Z scanner 450 in the same general container as the objective 700 as a whole, while non-functional design considerations may occur. Reference is made to the fact that it does not serve an optical function or a mechanical purpose.

몇몇 구체예에서, 오브젝티브(700)의 질량은 유사한 오브젝티브에 비해서 P(mass) 백분율만큼 감소될 수 있고, 이는 오브젝티브(700)의 광학 특징을 조정함으로써 동적 Z 스캐닝 기능의 적어도 일부를 수행한다. 이러한 특징은 오브젝티브(700)로 일체화되는 전체 Z 스캐너(450) 또는 오브젝티브(700)로 일체화되는 이동 가능한 빔 익스팬더 블록(500) 또는 오브젝티브(700)로 일체화되는 하나 이상의 이동가능한 스캐닝 렌즈일 수 있다. P(mass)는 10%, 50% 또는 100%일 수 있다.In some embodiments, the mass of the objective 700 can be reduced by a P ( mass ) percentage compared to similar objectives, which performs at least part of the dynamic Z scanning function by adjusting the optical characteristics of the objective 700. This feature can be an entire Z scanner 450 integrated into the objective 700 or a movable beam expander block 500 integrated into the objective 700 or one or more movable scanning lenses integrated into the objective 700. P ( mass ) can be 10%, 50% or 100%.

오브젝티브(700)의 또다른 관련된 양상 및 수술 레이저 시스템(1)의 상응하는 설계는 도 14에 관련되어 설명되었고, 여기서 Z 스캐너(450)의 구체예들이 XYZ 스캔된 레이저 빔을 오브젝티브의 입사 피봇점(PP(O))으로 초점 맞출 수 있다는 것이 도시된다. 빔이 이런 내부 피봇점(PP(O))을 향하여 수렴함에 따라, 오브젝티브((700) 내부의 입사 피봇점(PP(O))을 갖는 구체예들은 광학 경로의 큰 일부에 걸쳐 훨씬 감소된 빔 반경(rb)을 갖는다. 결국, 감소된 빔 반경(rb)을 갖는 빔은 오브젝티브(700)의 전체 질량의 현저한 감소를 초래하면서, 더 작은 렌즈들에 의해 제어될 수 있다.Another related aspect of the objective 700 and the corresponding design of the surgical laser system 1 have been described in relation to FIG. 14, where embodiments of the Z scanner 450 are directed to the incident pivot point of the objective with the XYZ scanned laser beam. It is shown that it can be focused to (PP (O)). As the beam converges towards this internal pivot point PP (O), embodiments having an incident pivot point PP (O) inside the objective 700 may have a much reduced beam over a large portion of the optical path. In the end, a beam with a reduced beam radius rb can be controlled by smaller lenses, resulting in a significant reduction in the overall mass of the objective 700.

상기의 설계 관점에 따른 오브젝티브(700)의 실시는 표 10에 요약되고 도 15에 도시된다. 오브젝티브(700)의 실시는 Z 스캐너(450)로부터 수술 펄스 레이저 빔을 받아들이는 제1 렌즈 그룹 및 제1 렌즈 그룹으로부터 수술 펄스 레이저 빔을 받아들이고 수술 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 제2 렌즈 그룹을 포함한다. Implementation of the objective 700 according to the above design point of view is summarized in Table 10 and shown in FIG. 15. Implementation of the objective 700 includes a first lens group that receives the surgical pulsed laser beam from the Z scanner 450 and a second lens group that receives the surgical pulsed laser beam from the first lens group and focuses the surgical laser beam into the target area. Include.

표 10은 표면 1 내지 16을 통하여 더 상세하게 도 15의 오브젝티브(700)를 도시한다. 오브젝티브(700)는 9개의 렌즈들(L1 내지 L9)을 갖고 표면(17)을 통하여 환자 인터페이스(800)와 상호작용한다. 앞에서와 같이, 괄호들은 범위를 나타내고 상응하는 파라미터는 추정될 수 있다. (표면 1 및 표면 2는 렌즈들(L1/L2)의 더블릿(doublet)을 정의하고, 표면 8 및 표면 9는 렌즈들(L5/L6)의 더블릿(doublet)을 정의하며, 이에 18 대신에 16이다.)Table 10 shows the objective 700 of FIG. 15 in more detail through surfaces 1-16. Objective 700 has nine lenses L1-L9 and interacts with patient interface 800 through surface 17. As before, the brackets indicate a range and the corresponding parameter can be estimated. (Surface 1 and surface 2 define a doublet of lenses L1 / L2, surface 8 and surface 9 define a doublet of lenses L5 / L6, instead of 18 To 16.)

[표 10]TABLE 10

Figure pct00019

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다른 실시에서, 상이한 수의 렌즈들은 상이한 파라미터 범위와 사용될 수 있고, 이는 상기의 설계 고려사항을 비교적 꽤 만족시킨다.In other implementations, different numbers of lenses can be used with different parameter ranges, which relatively satisfies the above design considerations.

몇몇 실시에서 오브젝티브(700)는 렌즈 그룹에 대하여 설명될 수 있다. 예를 들어, 오브젝티브(700)는 XYZ 스캔된 레이저 빔을 Z 스캐너(450)로부터 받아들이는 제1 렌즈 그룹, 및 레이저 빔을 제1 렌즈 그룹으로부터 받아들이는 제2 렌즈 그룹을 포함한다. 제2 렌즈 그룹은 1.54 내지 1.72의 범위의 굴절률, 37.9 내지 65 1/m의 범위의 곡률을 갖는 입사 표면 및 -15.4 내지 5.2 1/m의 범위의 곡률을 갖는 출사 표면을 갖는 제1 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 제2 렌즈 그룹은 또한 0 내지 6.5㎜의 범위의 거리만큼 제1 렌즈로부터 분리되고, 1.56 내지 1.85의 범위의 굴절률, -55.1 내지 -21.8 1/m의 범위의 곡률을 갖는 입사 표면 및 11.4 내지 26.8 1/m의 범위의 곡률을 갖는 출사 표면을 갖는 제2 렌즈를 포함할 수 있다. 오브젝티브(700)는 레이저 빔을 제2 렌즈를 통해 환자 인터페이스(800)로 출사할 수 있다.In some implementations, the objective 700 may be described with respect to a lens group. For example, the objective 700 includes a first lens group that receives the XYZ scanned laser beam from the Z scanner 450, and a second lens group that receives the laser beam from the first lens group. The second lens group comprises a first lens having a refractive index in the range of 1.54 to 1.72, an incidence surface having a curvature in the range of 37.9 to 65 1 / m and an exit surface having a curvature in the range of -15.4 to 5.2 1 / m. can do. In addition, the second lens group is also separated from the first lens by a distance in the range of 0 to 6.5 mm, an incident surface having a refractive index in the range of 1.56 to 1.85, a curvature in the range of -55.1 to -21.8 1 / m, and 11.4. And a second lens having an exit surface having a curvature in the range of from 26.8 to 1 / m. The objective 700 may emit a laser beam through the second lens to the patient interface 800.

몇몇 실시에서, 오브젝티브(700)의 유효 초점 거리는 70㎜보다 적다.In some implementations, the effective focal length of the objective 700 is less than 70 mm.

몇몇 구체예에서, 오브젝티브(700)로부터 환자 인터페이스(800)까지의 거리는 20㎜보다 적다.In some embodiments, the distance from the objective 700 to the patient interface 800 is less than 20 mm.

몇몇 설계에서 레이저 전달 시스템(1)의 초점면의 곡률은 20 1/m보다 크다.In some designs the curvature of the focal plane of the laser delivery system 1 is greater than 20 1 / m.

전체적인 수술 레이저 시스템(1) 및 오브젝티브(700)의 수많은 다른 실시는 또한 상업적으로 이용가능한 광학 설계 소프트웨어 패키지 예를 들어 Zemax Development Corporation의 Zemax 또는 Optical Research Associates의 Code V를 사용함으로써 본 적용에 걸쳐 표현된 설계 원리에 부착되도록 생성될 수 있다.
Numerous other implementations of the overall surgical laser system 1 and the objective 700 are also represented throughout this application by using commercially available optical design software packages such as Zemax from Zemax Development Corporation or Code V from Optical Research Associates. It can be created to adhere to design principles.

6. 전체적인 시스템 광학 성능6. Overall system optical performance

다양한 실시에서, 서브시스템들, 프리컴펜세이터(200), XY 스캐너(300), Z 스캐너(450) 및 오브젝티브(700)의 파라미터들은 상호의존적인 방식으로 최적화될 수 있어, 전체 레이저 전달 시스템(1)의 광학 성능은 예를 들어, 안과 수술 적용에 특별하게 유용한 성질을 나타낼 수 있다.In various implementations, the parameters of the subsystems, the precompilator 200, the XY scanner 300, the Z scanner 450, and the objective 700 may be optimized in an interdependent manner, such that the entire laser delivery system ( The optical performance of 1) can exhibit properties that are particularly useful for ophthalmic surgical applications, for example.

표 11a와 표 11b는 스트렐비(S) 및 개구수(NA)에 대하여 제1 및 제2 실시에서 전체적인 레이저 전달 시스템(1)의 광학 성능을 요약한다. 다시 광학 성능은 상기의 기준점들(P1, ...P5)과 유사한 기준점들에서 특징지어진다. 표 11a와 표 11b는 레이저 빔을 각각 각막의 중심(A), 각막의 주변(B), 렌즈의 중심(C) 및 렌즈의 주변(D)으로 전달하는, 구성들(A, B, C, D)에서 구성요소들을 갖는 레이저 전달 시스템(1)의 광학 성능을 도시한다. 이런 기준점들은 수정체 상의 안과 수술을 수행하는 시도와 관련된, 수술 볼륨을 나타낸다.Tables 11a and 11b summarize the optical performance of the overall laser delivery system 1 in the first and second implementations with respect to Strelby S and numerical aperture NA. Again optical performance is characterized at reference points similar to the reference points P1, ... P5. Tables 11a and 11b show configurations A, B, C, which transmit a laser beam to the center of the cornea (A), the cornea's periphery (B), the lens's center (C) and the lens's periphery (D), respectively. The optical performance of the laser delivery system 1 with the components in D) is shown. These reference points represent surgical volume, associated with attempts to perform ophthalmic surgery on the lens.

표 11a와 표 11b는 특정한 값을 갖는 기준점들의 방사방향 좌표를 도시한다. 하지만, 다른 구체예에서 NA 및 S는 특정한 방사방향 좌표 "주위의(around)" 동일한 각각의 범위에서 값을 추정한다. 몇몇 경우에, 용어 "주위의(around)"는 도시된 방사방향 좌표값의 P(radial) 백분율 내의 방사방향 좌표의 범위를 나타내고, 여기서, P(radial)은 10%, 20% 및 30% 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 7.2㎜와 8.8㎜의 범위에서 z 방사방향 좌표를 갖는 점들은 "렌즈(lens), 중심(center)" 기준점의 z= 8.0㎜ 방사방향 좌표의 P(radial) = 10% 근방 내에 존재한다. Tables 11a and 11b show the radial coordinates of the reference points with specific values. However, in other embodiments NA and S estimate values in the same respective range of particular radial coordinates “around”. In some cases, the term “around” refers to the range of radial coordinates within P ( radial ) percentage of the illustrated radial coordinate values, where P ( radial ) is among 10%, 20% and 30%. It can be one. For example, points with z radial coordinates in the range of 7.2 mm and 8.8 mm are in the vicinity of P = 10% of z = 8.0 mm radial coordinate of the "lens, center" reference point. exist.

더욱이, 몇몇 구체예에서, NA 및 S는 B, C, D 구성에 대하여 나열된 3개의 개별적인 범위 중 1개에서만 존재한다. 몇몇 다른 구체예에서, NA 및 S는 표 11a와 표 11b에서 B, C, D 구성에 대하여 나열된 3개의 개별적인 범위 중 2개로 존재한다.Moreover, in some embodiments, NA and S are only present in one of three separate ranges listed for the B, C, and D configurations. In some other embodiments, NA and S are in two of three separate ranges listed for the B, C, and D configurations in Tables 11A and 11B.

가시적으로, 설명된 레이저 전달 시스템은 전체적인 렌즈 수술 볼륨에 걸쳐 실질적으로 회절 제한된 광학 성능으로 꽤 보정된다.Visually, the described laser delivery system is fairly calibrated with substantially diffraction limited optical performance over the entire lens surgical volume.

[표 11a][Table 11a]

Figure pct00020

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[표 11b]Table 11b

Figure pct00021

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이런 설계들 모두가 회절 제한된 시스템으로 고려되기에, 0.8보다 높은 스트렐비(S)를 갖는 유사한 설계는 상기의 나열된 설계에 동등하게 고려될 수 있다.Since all of these designs are considered to be diffraction limited systems, similar designs with strel ratios (S) higher than 0.8 can be considered equivalent to the designs listed above.

다른 수차 척도들, 예를 들어 초점 반경(rf)은 또한 스트렐비(S) 이외에 사용될 수 있어 레이저 전달 시스템(1)의 전체적인 광학 성능을 특징짓는다. 큰 개구수(NA)들과 조합된 큰 스트렐비가 구성들(A 내지 D)에 걸쳐 작은 초점 반경(rf)들로 옮겨지기에, 초점 반경(rf)은 눈 목표 영역에서 몇몇의 실시에서는 2 마이크론 아래로, 다른 실시에서는 4 마이크론 아래로, 또 다른 실시에서는 10 마이크론 아래로 위치할 수 있다.Other aberration measures, for example focal radius r f , can also be used in addition to the strel ratio S to characterize the overall optical performance of the laser delivery system 1. Since the large strel ratio in combination with the large numerical apertures NA are transferred to the small focal radii r f over the configurations A to D, the focal radii r f is the number of implementations in the eye target area. In the second embodiment, down to 2 microns in another embodiment, and below 10 microns in another embodiment.

더 정확하게 레이저 전달 시스템의 성능을 특징짓고 빔 전파에서 렌즈 및 각막의 실질적인 영향을 나타내기 위하여, 표 11a와 표 11b의 NA 및 S값은 광학 설계의 일체화된 부분으로서 눈을 포함하는 시스템을 설계함으로써 파생되어 왔다. 몇몇 설계에서, 눈은 자연형으로 모델링된다. 다른 설계에서는 눈의 압평(applanation)의 정도가 실제 수술 조건을 나타내도록 의도된다.To more accurately characterize the performance of the laser delivery system and represent the substantial effects of the lens and cornea on beam propagation, the NA and S values in Tables 11A and 11B are designed by designing a system that includes the eye as an integral part of the optical design. Has been derived. In some designs, the eye is modeled as natural. In other designs, the degree of applanation of the eye is intended to represent the actual surgical condition.

표 12는 도 15에서 모델 인간 눈(850)에 의해 도시된 바와 같이, 관련된 눈 조직의 단순한 모델을 요약한다. (표면의 번호 붙이기는 환자 인터페이스(800)를 각막 조직에 연결하는 표면, 표면 18로 시작하여, 표 10의 번호 붙이기를 계속하도록 선택되었다.) 눈 조직은 (공유된 표면(18)을 통해 환자 인터페이스로부터 들어가는) 0.6㎜ 두께 각막, (표면(19)을 통해 각막으로부터 들어가는) 안방수 및 (표면(20)을 통해 안방수로부터 들어가는) 수정체에 의해 모델링될 수 있다. 눈 표면의 분리는 렌즈 표면들(1 내지 16)의 분리와 유사하게 처리된다.Table 12 summarizes a simple model of related eye tissue, as shown by the model human eye 850 in FIG. 15. (The numbering of the surfaces was chosen to begin with the numbering in Table 10, starting with the surface 18 connecting the patient interface 800 to corneal tissue, surface 18.) The ocular tissue was (through the shared surface 18 the patient It can be modeled by 0.6 mm thick cornea, entering from the interface, intraocular water (entering from the cornea through surface 19) and lens (entering from intraocular water through surface 20). The separation of the eye surface is treated similarly to the separation of the lens surfaces 1 to 16.

[표 12][Table 12]

Figure pct00022

Figure pct00022

표 11a와 표 11b의 NA 및 S 값들은 눈 조직의 이런 모델을 사용하여 계산되었다. 눈의 관련된 모델들은 비교할만한 수차 척도들을 초래한다.The NA and S values in Tables 11a and 11b were calculated using this model of eye tissue. Relevant models of the eye result in comparable aberration measures.

추가적인 분리 양상에서, 몇몇 실시에서, 전체 레이저 전달 시스템(1)의 광학 설계는 광학 수단에 의해 보정되지 않는 필드 곡률 및 약간의 왜곡을 벗어남으로써 단순화될 수 있다.In a further separation aspect, in some implementations, the optical design of the entire laser delivery system 1 can be simplified by deviating from field curvature and some distortion that is not corrected by the optical means.

도 16은 몇몇 시스템에서 이런 설계 원리가 수술 시스템의 위치 정확성을 덜 바람직하게 할 것이라는 것을 도시한다. XY 스캐너(300)의 거울이 1도 단계로 스캔하고 Z 스캐너(450)는 5도 단계로 이동가능한 빔 익스팬더(500)를 이동시킴으로써 Z 초점 깊이를 스캔함에 따라 모점(square dot)들은 초점의 위치를 나타낸다. 가시적으로, Z 초점 깊이를 일정하게 유지하는 동시에 초점의 XY 스캔된 위치로서 정의된 "초점면(focal plane)"은 구부러진다. 좌우 주변에서 커팅 깊이는 더 얕고 보정되지 않는 필드 곡률을 갖는 렌즈의 공지된 거동과 일치한다.16 shows that in some systems this design principle would make the positional accuracy of the surgical system less desirable. As the mirror of the XY scanner 300 scans in 1 degree steps and the Z scanner 450 scans the Z focal depth by moving the beam expander 500 which is movable in 5 degrees steps, the square dots are located at the focal point position. Indicates. Visually, the "focal plane" defined as the XY scanned position of the focal point while maintaining a constant Z focal depth is bent. The cutting depth in the left and right periphery is consistent with the known behavior of lenses with shallower, uncorrected field curvature.

마찬가지로, XY 스캐너(300)의 거울들이 고정되도록 유지되고 Z 스캐너(450)가 Z 초점 깊이를 스캔하면, 초점의 좌우 위치가 변한다. 설계를 더 복잡하게 하면, 방사방향 좌우 XY 위치도 Z 초점 깊이도 개별적인 스캐너 위치에 대하여 선형 의존성을 나타내지 않는다. XY 평면에서 이런 왜곡은 배럴(barrel) 왜곡 또는 핀쿠션(pincushion) 왜곡이라 불린다. (많은 실시에서, 제3 좌표, XY 스캐너(300)의 방위각은 초점 위치의 방위각으로 변하지 않게 이송되고, 이에 따라 억제될 것이다.)Similarly, when the mirrors of the XY scanner 300 remain fixed and the Z scanner 450 scans the Z focus depth, the left and right positions of the focus change. To further complicate the design, neither the radial left and right XY positions nor the Z focal depth show linear dependence on individual scanner positions. This distortion in the XY plane is called barrel distortion or pincushion distortion. (In many implementations, the third coordinate, the azimuth of the XY scanner 300, is conveyed unchanged to the azimuth of the focal position and will be suppressed accordingly.)

도 17은 레이저 전달 시스템(1)의 몇몇 실시가 어떻게 설명된 시도에 대하여 신규하고 컴퓨터화된 해결안을 제공하는지를 도시한다. 스캐너 좌표는 공간 좌표

Figure pct00023
로 주어지고, 여기서
Figure pct00024
은 Z 스캐너(450)의 위치이고,
Figure pct00025
은 광학축으로부터 XY 스캐너(300)의 경사각이며,
Figure pct00026
은 방위각이다. 초점 위치는 실린더 초점 좌표
Figure pct00027
에 의해 주어지고, z는 Z 초점 깊이이고, r은 광학축으로부터 방사방향 거리이며,
Figure pct00028
는 방위각이다.FIG. 17 illustrates how some implementations of the laser delivery system 1 provide a novel and computerized solution to the described approach. Scanner coordinates are spatial coordinates
Figure pct00023
Given by
Figure pct00024
Is the location of the Z scanner 450,
Figure pct00025
Is the angle of inclination of the XY scanner 300 from the optical axis,
Figure pct00026
Is the azimuth. Focus position is cylinder focus coordinate
Figure pct00027
Is given by, z is the Z focal depth, r is the radial distance from the optical axis,
Figure pct00028
Is the azimuth.

초점 위치의 방위각은 실질적으로 스캐너의 방위각과 동일할 수 있고 이에 따라 도시되지 않는다. 남은 XY 및 Z 스캐너 좌표

Figure pct00029
Figure pct00030
으로서 정의된, 스캐닝 그리드 및 상응하는 스캐너 매트릭스(Cij)를 정의하는, 개별적인 스캐닝 간격 내에서 구분된다. 실제 스캐너 좌표가 값
Figure pct00031
을 추정한다면, 이어서 스캐닝 매트릭스(Cij)는 이런 특정한(i0, j0) 쌍에서 1이고, 모든 다른(i,j) 쌍에 대하여 영이다.The azimuth of the focal position may be substantially the same as the azimuth of the scanner and thus not shown. Remaining XY and Z Scanner Coordinates
Figure pct00029
The
Figure pct00030
And defined within a separate scanning interval, defining the scanning grid and corresponding scanner matrix C ij . The actual scanner coordinate value
Figure pct00031
, Then the scanning matrix C ij is 1 in this particular (i0, j0) pair and zero for all other (i, j) pairs.

유사하게는, 초점 위치는 2차원 초점 매트릭스(Skl)에 의해 특징지어질 수 있고, 여기서 Skl은 구분된 방사방향 및 Z 깊이 초점 좌표(zk, rl)에 관련된다. 스캐너 매트릭스(Cij) 및 초점 매트릭스(Skl)에 대하여, 레이저 전달 시스템(1)의 광학 성능은 4차원 트랜스퍼 매트릭스(Tijkl)로 특징지어질 수 있고, 이는 일반적으로 어떻게 스캐너 좌표

Figure pct00032
가 초점 좌표(Zk, rl)로 변환하는지를 표시한다: 일반적으로 S = TC 또는 상세하게:Similarly, the focal position can be characterized by a two-dimensional focus matrix S kl , where S kl relates to the separated radial and Z depth focal coordinates z k , r l . For the scanner matrix C ij and the focus matrix S kl , the optical performance of the laser delivery system 1 can be characterized by a four-dimensional transfer matrix T ijkl , which is generally how the scanner coordinates
Figure pct00032
Indicates whether to convert to focal coordinates (Z k , r l ): usually S = TC or in detail:

Figure pct00033

Figure pct00033

트랜스퍼 매트릭스(Tijkl)가 스캐너 매트릭스(Cij)와 초점 매트릭스(Skl) 사이의 선형 연결을 표시하는 반면에, 몇몇 다른 실시에서 비선형 관계가 스캐너 매트릭스(Cij)와 초점 매트릭스(Skl) 사이에서 존재할 수 있다. 이런 실시예에서 수학식(5)는 비선형 연결에 의해 대체된다.While the transfer matrix T ijkl indicates a linear connection between the scanner matrix C ij and the focus matrix S kl , in some other implementations the nonlinear relationship is due to the scanner matrix C ij and the focus matrix S kl . May exist between. In this embodiment, equation (5) is replaced by a nonlinear connection.

레이저 전달 시스템(1)은 컴퓨터화된 광선 추적, 물리적 보정 또는 이 모두의 조합에 의해 트랜스퍼 매트릭스(T)의 요소를 최적화하도록 설계될 수 있다. 물리적 보정 방법의 실시는 미국 특허출원 US20090131921호에 설명되고, 이는 이러한 목적에 사용될 수 있다.The laser delivery system 1 can be designed to optimize the elements of the transfer matrix T by computerized ray tracing, physical correction or a combination of both. The implementation of the physical correction method is described in US patent application US20090131921, which can be used for this purpose.

일반적으로, 트랜스퍼 매트릭스(T)는 역으로 될 수 있고 역 트랜스퍼 매트릭스(T1)를 생성하는 데에 사용될 수 있고, 이는 초점 매트릭스(Skl)의 요소를 스캐너 매트릭스(Cij)에 연결한다.In general, the transfer matrix T can be reversed and used to generate an inverse transfer matrix T 1 , which connects the elements of the focus matrix S kl to the scanner matrix C ij .

대안적으로, 몇몇 구체예에서 역 트랜스퍼 매트릭스(T1)는 목표 영역에서 원하는 초점 매트릭스(Skl)로 컴퓨터화된 설계 공정을 시작함으로써 직접 결정될 수 있고, 예를 들어 광선 추적을 사용하여 상응하는 스캐너 매트릭스(Cij)를 재구성한다.Alternatively, in some embodiments the inverse transfer matrix T 1 can be determined directly by initiating a computerized design process with the desired focus matrix S kl at the target area, for example using ray tracing. Reconstruct the scanner matrix C ij .

도 17과 도 18은 이러한 관계를 도시한다. 이런 도면들은 z축 및 r축에 도시된, 빔을 (zk, rl) 초점 좌표에 초점 맞추기 위하여 XY 스캐너(300) 또는 Z 스캐너(450)이 세부 조정될 수 있는

Figure pct00034
스캐너 좌표를 도시하는, 노모그램(nomogram)이다.17 and 18 illustrate this relationship. These figures show that the XY scanner 300 or the Z scanner 450 can be fine tuned to focus the beam at the (z k , r l ) focal coordinates shown in the z and r axes.
Figure pct00034
Nomogram, showing scanner coordinates.

도 17은 (z, r) 초점 좌표에 상응하는, XY 스캐너(300)의

Figure pct00035
경사 각도를 도시한다. 실시예로서, z = 6㎜의 Z 깊이 및 r = 4㎜의 방사방향 위치를 달성하기 위하여, 사선들은
Figure pct00036
=6.4도의 XY 스캐너 경사 각도가 사용될 수 있다는 것을 나타낸다.17 shows an XY scanner 300 corresponding to (z, r) focal coordinates.
Figure pct00035
Show the angle of inclination. As an example, in order to achieve a Z depth of z = 6 mm and a radial position of r = 4 mm, the diagonal lines are
Figure pct00036
Indicates that an XY scanner tilt angle of = 6.4 degrees can be used.

도 18은 동일한 (z,r) = (4,6) 초점 좌표를 달성하기 위하여, Z 스캐너 위치

Figure pct00037
=15.5㎜가 사용될 수 있다는 것을 도시한다. 컴퓨터를 사용하여, 노모그램은 룩-업 테이블(look-up table)과 같이 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있다. 저장된 룩-업 좌표들 사이에서 값들은 2차원 선형 또는 이차 보간법에 의해 신속하게 결정될 수 있다.18 shows the Z scanner position, in order to achieve the same (z, r) = (4,6) focal coordinates
Figure pct00037
It shows that = 15.5 mm can be used. Using a computer, nomograms can be stored in computer memory as a look-up table. The values between the stored look-up coordinates can be quickly determined by two-dimensional linear or quadratic interpolation.

트랜스퍼 매트릭스(T) 및 이의 역(T1)의 정보는 레이저 전달 시스템(1)의 구체예가 광학 방법 대신에 컴퓨터화된 방법에 의해 도 16의 수차를 보정하도록 한다. 이런 구체예들은 컴퓨터화된 컨트롤러를 포함할 수 있고, 이는 Z 스캐너(450) 및 XY 스캐너(300) 중 적어도 하나를 제어하여 레이저 전달 시스템(1)의 광불곡(optical distortion)을 제어할 수 있다.The information of the transfer matrix T and its inverse T 1 allows the embodiment of the laser delivery system 1 to correct the aberration of FIG. 16 by a computerized method instead of an optical method. Such embodiments may include a computerized controller, which may control at least one of the Z scanner 450 and the XY scanner 300 to control optical distortion of the laser delivery system 1. .

도 19는 예를 들어, 감소된 광불곡을 갖는 스캐닝 패턴, 예를 들어 선결정된 Z 초점 깊이(z)에서 평평한 초점면을 따르는 스캐닝이 목표 영역에서 원한다면, 컴퓨터화된 컨트롤러는 다음의 컴퓨터화된 제어 방법(900)의 단계들을 수행할 수 있다.19 illustrates a computerized controller, for example, if scanning along a flat focal plane at a predetermined Z focal depth z is desired in the target area, for example, a scanning pattern with reduced optical distortion. The steps of the control method 900 may be performed.

(910): 목표 영역에서 감소된 광불곡을 갖는 스캐닝 패턴에 상응하는 초점 매트릭스(Skl)의 입사(zk, rl) 초점 좌표들 및 요소들 중 적어도 하나를 받아들이는 단계;910: accepting at least one of the incidence z k , r l focal coordinates and elements of the focal matrix S kl corresponding to the scanning pattern with the reduced light irregularities in the target area;

(920): 선결정된 역 트랜스퍼 매트릭스(T1)ijkl를 이용하여, 초점 매트릭스(Skl)의 입사(zk, rl) 초점 좌표들 또는 요소들에 상응하는 스캐너 매트릭스(Cij)의

Figure pct00038
스캐너 좌표들 및 요소들 중 적어도 하나를 저장된 메모리로부터 산출하거나 호출하는 단계; 및920: Using the predetermined inverse transfer matrix T 1 ijkl , the scanner matrix C ij corresponding to the incidence (z k , r l ) focal coordinates or elements of the focus matrix S kl .
Figure pct00038
Calculating or recalling at least one of the scanner coordinates and elements from a stored memory; And

(930): 산출된

Figure pct00039
스캐너 좌표들에 상응하는 XY 스캐너(300) 및 Z 스캐저(450) 중 적어도 하나를 제어하고 초점 매트릭스(Skl)의 입사(zk, rl) 초점 좌표들 또는 요소들에 상응하는 초점을 스캔하는 단계.(930): calculated
Figure pct00039
It controls at least one of the XY scanner 300 and the Z scanner 450 corresponding to the scanner coordinates and focuses corresponding to the incident (z k , r l ) focal coordinates or elements of the focus matrix S kl . Scanning step.

이러한 컴퓨터화된 컨트롤러를 갖는 레이저 전달 시스템은 이러한 컨트롤러 없이 동일하거나 유사한 레이저 시스템에 대한 광불곡을 감소시킬 수 있다. 감소의 정도는 몇몇 구체예에서 10%만큼일 수 있고, 다른 구체예에서는 30%만큼일 수 있다.Laser delivery systems with such computerized controllers can reduce light distortion for the same or similar laser systems without such controllers. The degree of reduction may be as much as 10% in some embodiments, and as much as 30% in other embodiments.

감소된 광불곡은 Z 축에 대하여 평행하도록 의도된, 수차, 상면 만곡(field curvature), 배럴 왜곡, 핀쿠션 왜곡, 구부러진 초점면, 및 휜 스캐닝 라인(bent scanning line) 중 어떤 하나일 수 있다.The reduced optical distortion can be any one of aberration, field curvature, barrel distortion, pincushion distortion, curved focal plane, and bent scanning line, intended to be parallel to the Z axis.

몇몇 실시에서, 컴퓨터화된 컨트롤러는 아마도, 상기에 설명된 특성들 중 어떤 것을 사용하여, 프리컴펜세이터(200), XY 스캐너(300), Z 스캐너(450) 및 오브젝티브(700)를 포함하는, 레이저 전달 시스템의 다른 블록들과 함께 이런 기능들을 수행한다.In some implementations, the computerized controller may include precompilator 200, XY scanner 300, Z scanner 450, and objective 700, perhaps using any of the features described above. This, together with the other blocks of the laser delivery system, performs these functions.

가능하고 유사한 실시의 수는 광학 수차를 감소시키는 컴퓨터화된 제어의 원리에 따라, 꽤 크다. 예를 들어, 몇몇 구체예들에서 컴퓨터화된 컨트롤러는 임계 곡률 값 아래로 곡률을 갖는 초점면에 걸쳐 초점을 스캔할 수 있다. 몇몇 다른 실시에서 선결정된 형상을 갖는 표면은 컴퓨터화된 컨트롤러의 적절한 작동으로 스캔될 수 있다.The number of possible and similar implementations is quite large, depending on the principle of computerized control to reduce optical aberrations. For example, in some embodiments the computerized controller can scan the focus across a focal plane having curvature below the threshold curvature value. In some other implementations a surface having a predetermined shape can be scanned with the proper operation of the computerized controller.

이런 문헌은 많은 세부사항을 포함하는 반면에, 이는 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한이기보다는 본 발명의 특정한 구체예에 대한 특정한 특징의 설명으로서 구성되어야 한다. 분리된 구체예들의 문맥에서 본 문헌에서 설명된 특정한 특성은 또한 단일 구체예에서 조합으로 실시될 수 있다. 역으로, 단일 구체예의 문맥에서 설명된 다양한 특성들이 또한 어떤 보조조합 또는 분리된 다중의 구체예들에서 실시될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정한 조합으로 작용하고 심지어 이러한 바와 같이 초기에 청구된 바와 같이 상기에 설명되더라도, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특성이 몇몇 경우에 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 보조 조합의 변형 또는 보조 조합으로 지시될 수 있다.While this document contains many details, it should be constructed as a description of particular features of particular embodiments of the invention rather than being a limitation on the scope of the invention or of what may be claimed. Certain features that are described in this document in the context of separate embodiments can also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in any cooperative or separate multiple embodiments. Moreover, although the features act in particular combinations and are even described above as initially claimed as such, one or more features from the claimed combination may in some cases be deleted from the combination, and the claimed combination may be modified in a subcombination. Or in an auxiliary combination.

많은 이미징 가이드된 레이저 수술 기술, 장치 및 시스템의 실시가 개시된다. 하지만, 설명된 실시의 변형 및 향상, 및 다른 실시가 설명된 것을 기초로 하여 구성될 수 있다.
Implementations of many imaging guided laser surgical techniques, devices, and systems are disclosed. However, variations and enhancements of the described implementations, and other implementations, may be constructed on the basis of what has been described.

Claims (19)

안과 수술을 위한 레이저 시스템에 있어서,
펄스 레이저 빔을 생성하는 레이저원;
Z축에 대하여 가로지르는 XY 방향으로 펄스 레이저 빔을 스캔하는 XY 스캐너;
Z축을 따라 XY 스캔된 레이저 빔을 스캔하는 Z 스캐너; 및
XYZ 스캔된 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 오브젝티브(objective)를 포함하되,
초점 맞춰진 스캔된 레이저 빔은 목표 영역 내의 어떤 방위각(
Figure pct00040
)에서도, 모두 밀리미터로, 방사방향 좌표(z, r)에서 개구수(NA) 및 스트렐비(S)를 갖고;
(z, r) = (0.3, 0.0)의 부근에서, NA가 0.25과 0.40 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하며;
하기의 각 목표 영역 중 적어도 하나 내에 NA 및 S가 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
(z, r) = (0.3, 6.2)의 부근에서, NA가 0.25와 0.40 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역;
(z, r) = (8.0, 0.0)의 부근에서, NA가 0.15와 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역; 및
(z, r) = (7.4, 4.0)의 부근에서, NA이 0.15와 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역.
In the laser system for ophthalmic surgery,
A laser source for generating a pulsed laser beam;
An XY scanner for scanning a pulsed laser beam in an XY direction transverse to the Z axis;
A Z scanner for scanning an XY scanned laser beam along the Z axis; And
Includes an objective that focuses the XYZ scanned laser beam into the target area,
Focused scanned laser beams are subject to a certain azimuth angle within the target area.
Figure pct00040
Also have a numerical aperture (NA) and a strel ratio (S) at radial coordinates (z, r), all in millimeters;
in the vicinity of (z, r) = (0.3, 0.0), NA is between 0.25 and 0.40 and S is between 0.8 and 1.0;
A laser system, characterized in that NA and S are present in at least one of each of the following target areas.
in the vicinity of (z, r) = (0.3, 6.2), the target region where NA is between 0.25 and 0.40 and S is between 0.8 and 1.0;
in the vicinity of (z, r) = (8.0, 0.0), the target region where NA is between 0.15 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0; And
target region in the vicinity of (z, r) = (7.4, 4.0), where NA is between 0.15 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0.
제 1 항에 있어서,
NA 및 S는 3개의 각 목표 영역들 중 2개 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the NA and S are in two of the three respective target regions.
제 1 항에 있어서,
NA 및 S는 모든 3개의 각 목표 영역들 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the NA and S are in all three respective target regions.
제 1 항에 있어서,
방사방향 좌표(z, r)의 부근은 점들을 포함하되, 점들의 방사방향 좌표는 방사방향 좌표(z, r)로부터 P(radial) 백분율을 초과하도록 벗어나지 않고,
P(radial)은 10%, 20% 및 30% 중 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
The vicinity of the radial coordinates (z, r) includes points, wherein the radial coordinates of the points do not deviate from the radial coordinates (z, r) to exceed P ( radial ) percentages,
P ( radial ) is a laser system, characterized in that one of 10%, 20% and 30%.
제 1 항에 있어서,
(z, r) = (0.3, 0.0)의 부근에서, NA가 0.30과 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하며;
하기의 각 목표 영역 중 적어도 하나 내에 NA 및 S가 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
(z, r) = (0.3, 6.2)의 부근에서, NA가 0.30과 0.35 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역;
(z, r) = (8.0, 0.0)의 부근에서, NA가 0.20과 0.25 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역; 및
(z, r) = (7.4, 4.0)의 부근에서, NA이 0.20과 0.25 사이에 존재하고 S가 0.8과 1.0 사이에 존재하는 목표 영역.
The method of claim 1,
in the vicinity of (z, r) = (0.3, 0.0), NA is between 0.30 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0;
A laser system, characterized in that NA and S are present in at least one of each of the following target areas.
in the vicinity of (z, r) = (0.3, 6.2), the target region where NA is between 0.30 and 0.35 and S is between 0.8 and 1.0;
in the vicinity of (z, r) = (8.0, 0.0), the target region where NA is between 0.20 and 0.25 and S is between 0.8 and 1.0; And
target region in the vicinity of (z, r) = (7.4, 4.0), where NA is between 0.20 and 0.25 and S is between 0.8 and 1.0.
제 5 항에 있어서,
NA 및 S는 3개의 각 목표 영역들 중 2개 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 5, wherein
Wherein the NA and S are in two of the three respective target regions.
제 5 항에 있어서,
NA 및 S는 모든 3개의 각 목표 영역들 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 5, wherein
Wherein the NA and S are in all three respective target regions.
제 5 항에 있어서,
방사방향 좌표(z, r)의 부근은 점들을 포함하되, 점들의 방사방향 좌표는 방사방향 좌표(z, r)로부터 P(radial) 백분율을 초과하도록 벗어나지 않고,
P(radial)은 10%, 20% 및 30% 중 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 5, wherein
The vicinity of the radial coordinates (z, r) includes points, wherein the radial coordinates of the points do not deviate from the radial coordinates (z, r) to exceed P ( radial ) percentages,
P ( radial ) is a laser system, characterized in that one of 10%, 20% and 30%.
제 1 항에 있어서,
NA 및 S 값은 환자 인터페이스를 통해 인간 눈 및 눈의 모델 중 하나에 광학적으로 결합된 레이저 시스템과 관련 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the NA and S values relate to a laser system optically coupled to one of the human eye and one of the models of the eye via the patient interface.
제 9 항에 있어서, 상기 눈의 모델은,
제1 표면, 제2 표면 및 제3 표면을 포함하되,
각막 영역이 약 0.6㎜의 두께 및 약 1.38의 굴절률을 가지는 것으로 한정되고,
전실(antechamber) 영역이 2㎜ 내지 4㎜의 범위의 두께 및 약 1.34의 굴절률을 가지는 것으로 한정되며,
렌즈 영역이 3㎜ 내지 5㎜의 범위의 두께 및 약 1.42의 굴절률을 가지는 것으로 한정되고,
3개의 표면들 모두는 - 100m-1 내지 - 80m-1의 범위의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 9, wherein the eye model,
Including a first surface, a second surface, and a third surface,
The corneal region is defined to have a thickness of about 0.6 mm and a refractive index of about 1.38,
The antechamber region is defined as having a thickness in the range of 2 mm to 4 mm and a refractive index of about 1.34,
The lens region is defined to have a thickness in the range of 3 mm to 5 mm and a refractive index of about 1.42,
All three surfaces have a curvature in the range of −100 m −1 to −80 m −1 .
제 1 항에 있어서, 상기 레이저 시스템은,
레이저원과 XY 스캐너 사이에 위치된, 프리컴펜세이터(precompensator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1, wherein the laser system,
And a precompensator, positioned between the laser source and the XY scanner.
제 11 항에 있어서,
프리컴펜세이터는 이동가능한 렌즈를 갖고 레이저 빔을 Z 스캔하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 11,
The precompensator has a movable lens and Z scans the laser beam.
제 1 항에 있어서,
Z 스캐너는 실질적으로 Z 초점 깊이 및 개구수(NA)를 독립적으로 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
And the Z scanner is configured to substantially adjust the Z focal depth and the numerical aperture (NA) independently.
제 1 항에 있어서, 상기 Z 스캐너는,
제1 렌즈 그룹; 및
이동가능한 빔 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1, wherein the Z scanner,
A first lens group; And
A laser system comprising a movable beam scanner.
제 1 항에 있어서,
Z 스캐너는 오브젝티브 앞에서 오브젝티브로부터 분리되어 위치된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 1,
And the Z scanner positioned separately from the objective in front of the objective.
안과 수술을 위한 레이저 시스템에 있어서,
펄스 레이저 빔을 생성하는 레이저원;
Z 축에 대하여 가로지르는 XY 방향으로 펄스 레이저 빔을 스캔하는 XY 스캐너;
Z 축을 따라 XY 스캔된 레이저 빔을 스캔하는 Z 스캐너; 및
XYZ 스캔된 레이저 빔을 목표 영역으로 초점 맞추는 오브젝티브를 포함하되,
초점 맞춰진 스캔된 레이저 빔은 초점 반경을 갖는 초점을 갖고,
초점 반경은 목표 영역 내에서 rf(max)보다 작으며,
목표 영역은 Z 축을 따라 약 8밀리미터 및 XY 방향으로 약 10밀리미터 연장되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
In the laser system for ophthalmic surgery,
A laser source for generating a pulsed laser beam;
An XY scanner for scanning the pulsed laser beam in the XY direction transverse to the Z axis;
A Z scanner for scanning an XY scanned laser beam along the Z axis; And
Includes an objective that focuses the XYZ scanned laser beam into the target area,
The focused scanned laser beam has a focus with a focal radius,
The focal radius is less than r f ( max ) in the target area,
And the target area extends about 8 millimeters along the Z axis and about 10 millimeters in the XY direction.
제 16 항에 있어서,
rf(max)는 2 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
17. The method of claim 16,
r f ( max ) is 2 micrometers.
제 16 항에 있어서,
rf(max)는 4마이크로미터인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
17. The method of claim 16,
r f ( max ) is a 4 micrometer laser system.
제 16 항에 있어서,
rf(max)는 인간 눈 및 인간 눈의 모델 중 하나에 결합된 레이저 시스템과 관련 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.

17. The method of claim 16,
r f ( max ) is related to a laser system coupled to one of the human eye and a model of the human eye.

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