(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学試料を評価するのに使用する無収差デリバリ・システムを確立する装置であって、該システムが、ビーム経路に沿って該試料に向かって光を向け、
検出器と、
前記ビーム経路上で前記システムと前記試料との間に位置決めされたアクティブ・ミラーと、
第１波面を作成するために前記システムから放射される光の一部を前記検出器に向けるために、前記ビーム経路上で前記アクティブ・ミラーと前記試料との間に位置決めされた第１ビーム・スプリッタであって、前記第１波面が、前記システム内の光学収差の特性を有する、第１ビーム・スプリッタと、
前記第１波面を示す第１信号を生成するための手段であって、前記第１信号生成手段が、前記システムから該光学試料に入射する光の無収差波面を確立するために、前記第１信号を用いて前記アクティブ・ミラーを選択的にプログラムするために前記アクティブ・ミラーに接続される、信号生成手段と、
第２波面を作成するために前記試料から反射される光の一部を前記検出器に向けるために、前記ビーム経路上で前記第１ビーム・スプリッタと前記試料との間に位置決めされた第２ビーム・スプリッタであって、前記第２波面が、前記試料内の光学収差の特性を有する、第２ビーム・スプリッタと、
該光学試料を評価するために前記第２波面を分析するための手段と
を含む装置。
【請求項２】
前記試料の光学収差を示す第２信号を生成するための手段をさらに含み、該第２信号生成手段は、該試料が一因となる光学収差を打ち消すために、該光学試料に入射する前記システムからの光で前記第２信号を含むために前記第２信号を用いて前記アクティブ・ミラーを選択的にプログラムするために前記アクティブ・ミラーに接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
光学試料を評価するのに使用する無収差デリバリ・システムを確立する方法であって、該システムが、ビーム経路に沿って該試料に向かって光を向け、
前記ビーム経路上で前記システムと前記試料との間にアクティブ・ミラーを位置決めするステップと、
第１波面の作成のために、前記システムから放射される光の一部を検出器に向けるステップであって、前記第１波面が、前記システムの光学収差の特性を有する、向けるステップと、
前記第１波面を表す第１信号を選択的に生成するステップであって、前記第１信号が、無収差波面を確立するために前記アクティブ・ミラーをプログラムするのに使用される、信号を生成するステップと、
第２波面の作成のために、前記試料である光学部品から反射される光の一部を前記検出器に向けるステップであって、前記第２波面が、前記試料の光学収差の特性を有する、向けるステップと、
該光学収差を評価するために前記第２波面を分析するステップと
を含む方法。
【請求項４】
前記試料の光学収差を表す第２信号を選択的に生成するステップをさらに含み、該第２信号は、該試料が一因となる光学収差を打ち消すために、該光学試料に入射する前記システムからの光と共に前記第２信号を含めるために前記アクティブ・ミラーをプログラムするのに使用される、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、動作媒体として光を使用する外科手術システムおよび診断システムに関する。具体的には、本発明は、眼科の目的に有用な無収差光ビーム（ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ  ｌｉｇｈｔ  ｂｅａｍｓ）を生成する光ビーム・デリバリ・システムおよびそれを使用する方法に関する。本発明は、限定はしないが、特に、無収差光ビームを生成するために光デリバリ・システムにアクティブ・ミラーを組み込むのに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
物体を測定、評価、または多少変更しなければならない時には必ず、達成される作業の精度および正確さをそれから判定できるある基礎となる基準を確立することが絶対に必要である。これを行うために、いくつかの応用分野について、使用されるシステム、デバイス、または装置が、それ自体の基礎となる基準を正確に信頼性のある形で確立できることが必要である。
【０００３】
眼科の分野では、手術用光ビームを生成するのに使用されるシステムまたは光学測定を行うのに使用されるシステムが、一般に、環境の変化に極度に敏感であり、極度に影響されやすい。たとえば、光学機器を物理的に押すことによって引き起こされる可能性があるより明白な摂動および外乱のほかに、動作環境の温度条件および湿度条件も、これらの光学系にアライメントから外れさせる（すなわち、基礎となる基準から外れるように移動させる）可能性がある。その結果、動作中の正確さおよび信頼性を維持するために、光学系は、動的な変化に適合でき、静的に安定していなければならない。さらに、光学系の動作に影響する可能性がある環境要因のほかに、光学系の物理的構成要素（たとえばレンズ、ミラー、フィルタ、およびビーム・スプリッタ）も、動作に影響する可能性がある。これは、すべての応用分野について、すべての条件の下でそうである。さらに、光学試料が一因となる収差も、重要であり、つかまえる必要がある可能性がある応用分野がある（たとえば網膜外科手術）。どの場合でも、波面分析技法が使用される特定の場合に、光学系がその基礎となる基準を正確に確立し、精度のある形で維持する能力が非常に重要である。
【０００４】
波面分析技法は、光ビームの個々の成分光線が、その屈折の履歴に従って異なる割合で加速または減速するという概念に頼る。波面分析の場合、平面の波面すなわち、光の個々の成分光線のすべてが、共通の光源から同一の距離に同時に到達する場合の波面が、有用で識別可能な基礎となる基準として働く。したがって、光ビームが、平面の波面を有することが既知であるか、そのように確立される場合に、光ビームへの摂動または外乱によって、収差が導入され、これによって、光ビームの波面が多少歪むことになる。最近では、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの装置を使用することによって、そのような歪みを効果的に測定することができる。
【０００５】
上で示したように、光ビーム・デリバリ・システムの目的上、目などの試料の光学特性をつかまえることが必要になる特定の応用分野では、試料によって導入される光学収差を分離することが望ましい。上で述べたように、これらの収差は、試料を通過した光ビームの波面の変化として現れる。したがって、光が試料を通過する時に生じる波面の変化を判定できる場合には、試料の光学特性も判定することができる。これは、もちろん、波面の変化を測定することを必要とする。この目的に便利な基礎となる基準は、平面の波面または他の定義可能で確認可能な波面である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
該に鑑みて、本発明の目的は、試料に入射する時または試料を通過した後に、光ビームの無収差波面を効果的に生成する、光学試料の評価に使用される光デリバリ・システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、後に外科手術または診断に使用することができる無収差光ビームを生成するためにプログラム可能アクティブ・ミラーを使用する光ビーム・デリバリ・システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、他の場合にシステムの光学アライメントに影響する環境要因の動的変化にかかわらず、本質的に無収差の光ビームを維持する光ビーム・デリバリ・システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、光学的に試料を分離し、その結果、他の光源からの干渉する歪みなしに試料を評価できるようにする光ビーム・デリバリ・システムを提供することである。本発明のもう１つの目的は、製造が比較的簡単であり、使用が単純であり、比較的コスト効率のよい、光ビーム・デリバリ・システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光学試料の評価、変更、または修正に使用する無収差デリバリ・システムを確立する装置および方法によって、２ステップ・プロセスで光学収差をつかまえることが想定される。第１ステップには、デリバリ・システムによって導入される光学収差の補償が含まれる。第２ステップには、必要な場合または望まれる場合に、光学試料自体によって導入される光学収差の補償が含まれる。
【０００８】
詳細には、本発明のデリバリ・システムには、光源が含まれる。具体的には、光源は、デリバリ・システムを介して、試料に向けて光ビームを向ける。より具体的には、デリバリ・システムを通過した後に、光ビームは、ビーム経路に沿ってアクティブ・ミラーに向けられ、その後、アクティブ・ミラーから試料に向かって反射される。ビーム経路上でアクティブ・ミラーと試料との間に順次配置される第１ビーム・スプリッタおよび第２ビーム・スプリッタが含まれる。第１ビーム・スプリッタの目的は、アクティブ・ミラーから反射される光の約１０％を、試料に入射する前に検出器に向けることである。しかし、重要なことに、これは、光がデリバリ・システムを通過した後に行われる。その一方で、第２ビーム・スプリッタの目的は、その後に光学試料から反射された光を検出器に向けることである。本発明では、検出器は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの装置であることが好ましい。
【０００９】
本発明の第１動作ステップでは、第１ビーム・スプリッタによって検出器に向かって反射される光が、第１波面の特徴を持つ。ここでの重要な検討項目は、この第１波面に、デリバリ・システムを通過する際に光ビームに導入された収差のすべてが含まれることである。コンピュータ／コンパレータが、この第１波面を基礎となる基準（たとえば平面の波面）と比較し、第１波面と基礎となる基準との間の差を示す信号を生成する。この信号が、その後、アクティブ・ミラーのプログラミングに使用され、その結果、第１動作ステップで、アクティブ・ミラーから試料に向かって反射される光が、本質的に無収差の光ビームになる。
【００１０】
目的が平面の波面だけを生成することである応用例では、本発明の第２ステップを省略することができる。しかし、網膜外科手術など、試料が一因である光学収差も必要な場合には、本発明では、第２ステップでの光学試料の評価が企図されている。
【００１１】
第２ステップでは、第１ステップを実施した結果として、平面の波面が、アクティブ・ミラーから反射され、試料に向けられる。この光は、試料から反射される際に、試料が一因となる光学収差だけを示す第２波面を有する。第２ビーム・スプリッタが、この第２波面を検出器に向ける。次に、コンピュータ／コンパレータが、第２波面を基礎となる基準（たとえば平面の波面）と比較し、第２波面と基礎となる基準との間の差を示す信号を生成する。この信号を使用して、アクティブ・ミラーをプログラムすることができ、その結果、アクティブ・ミラーから試料に向かって反射される光が、光学試料からの収差寄与の負の光になる。この負の光によって、光学試料の収差寄与が打ち消され、その結果が、本質的に無収差の光ビームになる。
【００１２】
本発明によれば、第１ステップだけを実施することによって、システムが、アクティブ・ミラーの閉ループ制御を使用して、無収差の平面の波面として第１波面を維持することができる。したがって、この第１波面に対する補正を、アクティブ・ミラーに連続的に事前プログラムすることができる（すなわち、連続閉ループ制御）。その代わりに、両方のステップを実施する時に、アクティブ・ミラーの閉ループ制御を達成して、望み通りの第２波面を確立することができる。この場合には、第１ステップを、所定の時間間隔で周期的に行って（すなわち、ハイブリッド開／閉ループ制御）、デリバリ・システムの光学収差寄与の変化をつかまえることができる。
【００１３】
当業者によって諒解されるように、第２波面を、コンピュータ／コンパレータによって分析して、外科手術または診断のために光学試料を評価することができる。さらに、本発明で想定されているように、アクティブ・ミラーのプログラミングに使用される光および光学試料の外科手術的変更または修正に使用される光は、異なる波長を有することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の新規の特徴ならびに本発明自体は、その構造および動作の両方に関して、以下の説明と共に添付図面を見ることから最もよく理解される。図面では、類似する符号が類似する部分を指す。
【００１５】
図を参照して、本発明が、デリバリ・システム１０と、デリバリ・システム１０および試料１２の間の相互作用に関することを諒解されたい。具体的には、デリバリ・システム１０には、光ビーム１４を形成し、これを試料１２に入射するように向ける光学構成要素の配置が含まれる。本発明において、他の本質的に透明の物体を評価することができるが、試料１２は、人間の目である可能性が最も高い。本発明でさらに想定されるように、デリバリ・システム１０は、光ビーム１４を、外科手術または診断の目的でビーム経路１６上で試料１２へ導くことができる。この目的のために、本発明のデリバリ・システム１０に、関連技術分野で現在既知の多数のさまざまな光学構成要素のどれでも含めることができる。
【００１６】
本発明には、ビーム経路１６上でデリバリ・システム１０とビーム・スプリッタ２０の間に配置されたアクティブ・ミラー１８が含まれる。アクティブ・ミラー１８は、本発明と同一の譲受人に譲渡される米国特許出願第０９／５１２４４０号明細書、出願人ビル（Ｂｉｌｌｅ）、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  ｔｏ  Ｍｉｍｉｃ  ａＷａｖｅｆｒｏｎｔ」に記載のタイプであることが好ましい。さらに、ビーム・スプリッタ２０は、ビーム経路１６を進む光の約９０％を試料１２に透過させるタイプであることが好ましい。光ビーム１４の光のうちで、ビーム・スプリッタ２０によってわきへ向けられる１０％は、ビーム経路２２に沿って検出器２４に向けられる。本発明の意図の通り、検出器２４は、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサなどの、波面を分析することができる、関連技術分野で既知の装置である。
【００１７】
光ビーム１４のうちの、ビーム・スプリッタ２０によって透過される９０％は、ビーム経路１６に沿って進み、試料１２に入射する途中でもう１つのビーム・スプリッタ２６を通過する。試料１２から反射された、ビーム経路１６に沿って戻る光は、ビーム・スプリッタ２６によってビーム経路２８に沿って検出器２４に向かってわきへ逸らされる。この図には、検出器２４が、信号線３０を介してコンピュータ／コンパレータ３２に接続されることと、コンピュータ／コンパレータ３２が、信号線３４を介してアクティブ・ミラー１８に接続されることも示されている。さらに、この図には、コンピュータ／コンパレータ３２が、信号線３６を介してエバリュエータ３８に接続されることと、エバリュエータ３８が、信号線４０を介してデリバリ・システム１０に接続されることが示されている。
【００１８】
動作中に、光源４２が、デリバリ・システム１０に向かって、平面の波面４６で矢印４４の向きに光ビーム１４を向ける。しかし、デリバリ・システム１０を通過する間に、光ビーム１４の光が、デリバリ・システム１０の内部の光学構成要素（図示せず）によって歪まされる。この結果として、光がデリバリ・システム１０からビーム経路１６に放射される時に、光が、歪んだ（第１の）波面４８を有することになる。この歪んだ（第１の）波面４８が、アクティブ・ミラー１８から反射される。まず、デリバリ・システム１０に関する正しい光学補正を確立するために、アクティブ・ミラー１８が、平坦な面としてプログラムされる。したがって、セット・アップ・フェーズ中に、アクティブ・ミラー１８は、歪んだ（第１の）波面４８に追加の歪みを導入しない。その後、アクティブ・ミラー１８から反射された後に、歪んだ（第１の）波面４８が、ビーム・スプリッタ２０によって矢印５０の方向でビーム経路２２に沿って検出器２４に向けられる。
【００１９】
検出器２４は、本発明によって、歪んだ（第１の）波面４８を識別し、定義するのに使用される。検出器２４は、歪んだ（第１の）波面４８に関する情報を、分析のためにコンピュータ／コンパレータ３２に送る。コンピュータ／コンパレータ３２は、この情報を基礎となる基準（たとえば平面の波面４６）と比較し、歪んだ（第１の）波面４８と基礎となる基準との間の差を示す信号を生成する。この信号が、アクティブ・ミラー１８をプログラムするために、信号線３４を介してアクティブ・ミラー１８に送られる。そのようにプログラムされた後に、アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムして、デリバリ・システム１０から放射される歪んだ（第１の）波面４８を変更できることが意図されている。具体的には、アクティブ・ミラー１８が、歪んだ（第１の）波面４８を補償し、その結果、アクティブ・ミラー１８から反射される光が、アクティブ・ミラー１８からビーム経路１６に沿って矢印５２の向きで試料１２に向かって進む際に平面の波面４６を有するようにすることが意図されている。平面の波面４６の生成が、本発明の動作の第１ステップを示す。
【００２０】
重要なことに、光が、本発明の第１動作ステップ中にデリバリ・システム１０から試料１２に入る時に、その光は平面の波面４６を有する。しかし、試料１２によって導入される光学収差に起因して、試料１２からビーム経路１６に沿って矢印５６の向きに反射される光は、歪んだ（第２の）波面５４を示す。この歪んだ（第２の）波面５４は、ビーム・スプリッタ２６によってビーム経路２８に沿って矢印５８の向きで検出器２４に向けられる。上で歪んだ（第１の）波面４８に関して述べたものと同様の形で、検出器２４は、歪んだ（第２の）波面５４を識別し、定義する。歪んだ（第２の）波面５４に関する情報が、コンピュータ／コンパレータ３２に送られ、さらに、信号線３６を介してエバリュエータ３８に送られる。デリバリ・システム１０の目的に応じて、望まれる場合には、エバリュエータ３８で、歪んだ（第２の）波面５４に関する情報を使用して、デリバリ・システム１０を制御することができる。
【００２１】
本発明の第２動作ステップでは、歪んだ（第２の）波面５４も、アクティブ・ミラー１８のプログラムに使用することができる。具体的には、第１ステップ中に達成されたアクティブ・ミラー１８のプログラミングがどのようなものであっても、それに加えて、歪んだ（第２の）波面５４の負の波面（すなわち波面５４’）を用いて、アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムすることができる。その結果は、歪んだ（第２の）波面５４を作るために試料１２によって導入された光学収差がどのようなものであっても、それが、試料１２に入射する光の負の波面５４’によって打ち消されるということである。
【００２２】
要約すると、本発明で想定される第１動作ステップについて、アクティブ・ミラー１８は、平坦な表面として開始される。デリバリ・システム１０内での光学収差に起因して、歪んだ（第１の）波面４８が、平坦なアクティブ・ミラー１８から反射される。歪んだ（第１の）波面４８は、デリバリ・システム１０が一因となっている光学収差を除去するためにアクティブ・ミラー１８をプログラムし、再構成するのに使用される。平面の波面４６が、アクティブ・ミラー１８によって、試料１２に向かって反射される。上で述べたように、この平面の波面４６は、第１ステップを示す。第２ステップで、アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムして、試料１２が一因となっている光学収差を除去する。これが可能であるのは、平面の波面４６が、試料１２に入射した後に、歪んだ（第２の）波面５４として反射されるからである。コンピュータ／コンパレータ３２が、アクティブ・ミラー１８をさらにプログラムすることができ、その結果、負の波面５４’が、アクティブ・ミラー１８から反射されるようになる。この負の波面５４’によって、試料１２の光学収差への寄与が打ち消される。
【００２３】
本発明について想定されているように、１つの光源４２を、第１動作ステップと第２動作ステップの両方でアクティブ・ミラー１８をプログラミングするために使用することができる。もう１つの光源６０を、外科手術または診断の目的で試料１２に対して使用することができる。めいめいの光源４２および光源６０によって生成される光の波長を、異なるものとすることができることと、光源４２および光源６０を同時にまたは独立にのいずれかで操作することができることを諒解されたい。しかし、すべての場合で、歪んだ（第１の）波面４８が、アクティブ・ミラー１８によって補償され、その結果、平面の波面４６が、第１ステップで試料１２に入射するようになることが、本発明の重要な態様である。その結果、試料１２が、光学的にデリバリ・システム１０から分離され、試料１２から反射される光が、試料１２によって導入された収差だけを含む歪んだ（第２の）波面５４を有する。この歪んだ（第２の）波面５４を、望み通りに使用することができる。一応用例では、目に入射する負の波面５４’の作成によって、そうでなければ角膜によって導入されるはずの光学収差を打ち消すことができることが想定されている。その結果は、光が角膜を通過し、平面の波面（たとえば平面の波面４６）で網膜に入射することができるということである。
【００２４】
本明細書で図示され、詳細に開示された特定の無収差デリバリ・システムは、完全に、本明細書で前に述べた目的を獲得し、利益を提供することができるが、これが、本発明の好ましい実施形態の例示にすぎず、請求項に記載されたもの以外の本明細書で示された構成または設計の詳細への制限が意図されていないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】構成要素の相互関係を示す、本発明の概略図である。
【符号の説明】
１０  デリバリ・システム
１２  試料
１４  光ビーム
１６，２２，２８  ビーム経路
１８  アクティブ・ミラー
２０，２６  ビーム・スプリッタ
２４  検出器
３２  コンピュータ／コンパレータ
３８  エバリュエータ
４２，６０  光源
【図１】
0003657207.tif 000002