(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。【解決手段】三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、レーザ発生部１０と、レーザ発生部で生成されたレーザビームのサイズを調節するビームエキスパンダ２０と、ビームエキスパンダを経由したレーザビームのｚ軸焦点位置を調節するダイナミックフォーカシングモジュール３１と、ビームエキスパンダを経由したレーザビームのｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節するスキャンヘッド３２と、三次元加工対象体の形状を認識するための形状認識部６０と、三次元加工対象体に対するレーザパターニングを可能にするために、三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸のデータを抽出し、スキャンヘッドおよびダイナミックフォーカシングモジュールを制御する制御部７０と、を含む。【選択図】図１
2018008053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元加工対象体のレーザパターニング装置であって、
レーザ発生部と、
前記レーザ発生部で生成されたレーザビームのサイズを調節するビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームのｚ軸焦点位置を調節するダイナミックフォーカシングモジュールと、
前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームのｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節するスキャンヘッドと、
前記三次元加工対象体の形状を認識するための形状認識部と、
前記三次元加工対象体に対するレーザパターニングを可能にするために、前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸のデータを抽出し、前記スキャンヘッドおよび前記ダイナミックフォーカシングモジュールを制御する制御部と、を含む、三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記レーザ発生部は、パルス化したレーザビームソース（ｓｏｕｒｃｅ）を使用して、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうち一つのレーザビームを発生させる、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項３】
前記ビームエキスパンダは、前記レーザビームのサイズを調節し、前記レーザビームをコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）に生成させる、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記ダイナミックフォーカシングモジュールは、第１のレンズと第２のレンズとを含み、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを調節して前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームの収束および発散を調節することで前記レーザビームのｚ軸焦点を調節する、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記スキャンヘッドは、ｘ軸スキャンミラーとｙ軸スキャンミラーとを含むガルバノメータを含む、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項６】
前記レーザビームを前記三次元加工対象体に集束するための集光部をさらに含み、
前記集光部は、テレセントリックＦ‐シータレンズ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）またはＦ‐シータレンズ（Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）を含む、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸の表面形状データを抽出し、
前記抽出されたデータに応じて、ｚ軸の焦点位置を調節するダイナミックフォーカシングモジュールおよびｘ、ｙ軸の焦点位置を調節するスキャンヘッドを制御し、
前記三次元加工対象体の表面に、マイクロサイズからナノサイズのパターン幅とパターン深さを有する微細パターンを形成させる、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項８】
前記形状認識部は、
前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸を含む表面形状情報を抽出するために、光干渉断層撮影装置（ＯＣＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、二光子顕微鏡（ｔｗｏ‐ｐｈｏｔｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のうち一つを含む、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項９】
前記三次元加工対象体は、生体移植体であり、
前記三次元加工対象体にナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうち一つの前記レーザビームを照射して微細パターンを形成する、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１０】
有効加工領域と有効焦点距離内に三次元加工対象体が位置するように制御可能な超精密ステージを含む、請求項１に記載の三次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、三次元加工対象体のレーザパターニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工は、レーザビームを用いて対象体を加工することを意味し、近年、加工対象体の被加工面に所定のパターンを形成するために、レーザ加工が使用されることがある。かかるレーザ加工に使用されるレーザパターニング装置は、レーザを用いて対象体に所定のパターンを形成する装置である。
【０００３】
しかし、従来のレーザパターニング装置は、曲形の三次元対象物にパターニングを行うことができず、さらに、人工水晶体などの生体移植体と関連する対象体のパターニングの場合には、高精度および誤差管理性を確保することができず、使用が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国登録特許第１０‐１２４３９９８号公報（２０１３．０３．０８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、三次元加工対象体のレーザパターニング装置において、マイクロまたはナノパターンにより細胞の整列、細胞の移動方向、細胞の接着などに影響を与える三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供するためのものである。
【０００６】
また、パルス化したレーザビームを使用して、マイクロサイズからナノサイズのパターンを作製することができる三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供するためのものである。
【０００７】
また、レーザビームの焦点高さを調節することができるダイナミックフォーカシングモジュールにより、ナノサイズからミクロンサイズの線幅を均一に加工することができる三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供するためのものである。
【０００８】
また、細胞の整列および細胞の移動方向に影響を与えるマイクロパターンと細胞の接着に影響を与えるナノパターンにより、細胞の移動性および接着性の調節が可能な三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供するためのものである。
【０００９】
また、光干渉断層撮影装置、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡、二光子顕微鏡のうち一つを用いて三次元加工対象体の表面情報を取得することができる三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態によると、レーザ発生部と、前記レーザ発生部で生成されたレーザビームのサイズを調節するビームエキスパンダと、前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームのｚ軸焦点位置を調節するダイナミックフォーカシングモジュールと、前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームのｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節するスキャンヘッドと、前記三次元加工対象体の形状を認識するための形状認識部と、前記三次元加工対象体に対するレーザパターニングを可能にするために、前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸のデータを抽出し、前記スキャンヘッドおよび前記ダイナミックフォーカシングモジュールを制御する制御部と、を含む、三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【００１１】
前記レーザ発生部は、パルス化したレーザビームソース（ｓｏｕｒｃｅ）を使用して、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうち一つのレーザビームを発生させることができる。
【００１２】
前記ビームエキスパンダは、前記レーザビームのサイズを調節し、前記レーザビームをコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）に生成させることができる。
【００１３】
前記ダイナミックフォーカシングモジュールは、第１のレンズと第２のレンズとを含み、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを調節して前記ビームエキスパンダを経由した前記レーザビームの収束および発散を調節することで前記レーザビームのｚ軸焦点を調節することができる。
【００１４】
前記スキャンヘッドは、ｘ軸スキャンミラーとｙ軸スキャンミラーとを含むガルバノメータを含むことができる。
【００１５】
前記レーザビームを前記三次元加工対象体に集束するための集光部をさらに含み、前記集光部は、テレセントリックＦ‐シータレンズ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）またはＦ‐シータレンズ（Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）を含むことができる。
【００１６】
前記制御部は、前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸の表面形状データを抽出し、前記抽出されたデータに応じて、ｚ軸の焦点位置を調節するダイナミックフォーカシングモジュールおよびｘ、ｙ軸の焦点位置を調節するスキャンヘッドを制御し、前記三次元加工対象体の表面に、マイクロサイズからナノサイズのパターン幅とパターン深さを有する微細パターンを形成させることができる。
【００１７】
前記形状認識部は、前記三次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸を含む表面形状情報を抽出するために、光干渉断層撮影装置（ＯＣＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、二光子顕微鏡（ｔｗｏ‐ｐｈｏｔｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のうち一つを含むことができる。
【００１８】
前記三次元加工対象体は、生体移植体であり、前記三次元加工対象体にナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうち一つの前記レーザビームを照射して微細パターンを形成することができる。
【００１９】
有効加工領域と有効焦点距離内に三次元加工対象体が位置するように制御可能な超精密ステージを含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施形態によると、三次元加工対象体のレーザパターニング装置において、マイクロまたはナノパターンにより細胞の整列、細胞の移動方向、細胞の接着などに影響を与える三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供することができる。
【００２１】
また、パルス化したレーザビームを使用して、マイクロサイズからナノサイズのパターンを作製することができる三次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供することができる。
また、レーザビームの焦点高さを調節することができるダイナミックフォーカシングモジュールにより、ナノサイズからミクロンサイズの線幅を均一に加工することができる。
【００２２】
また、細胞の整列および細胞の移動方向に影響を与えるマイクロパターンと細胞の接着に影響を与えるナノパターンにより、細胞の移動性および接着性を調節することができる。
【００２３】
また、光干渉断層撮影装置（ＯＣＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、二光子顕微鏡（ｔｗｏ‐ｐｈｏｔｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のうち一つを含むことで、三次元加工対象体の表面情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニングのビーム経路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニングのビーム経路を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザパターニングのビームの範囲を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について説明する。しかし、これは例示に過ぎず、本発明はこれに制限されない。
【００２６】
本発明を説明するにあたり、本発明と関連する公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断した場合には、その詳細な説明を省略する。また、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であり、これは、使用者、運用者の意図または慣例などに応じて異なり得る。したがって、その定義は本明細書の全般にわたる内容に基づいて下すべきである。
【００２７】
本発明の技術的思想は、請求の範囲により決定され、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に効率よく説明するための一手段に過ぎない。
【００２８】
本発明に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、生体移植体、例えば、人工水晶体、歯科用インプラント、整形外科用インプラントなどの生体移植体の加工に使用され得る。一方、レーザ発生部およびビーム調節部を含むことで、生体移植体において細胞整列および移動方向に影響を与えるマイクロパターンとナノパターンのうち一つ以上のパターンをパターニングすることができる。
【００２９】
図１は本発明の一実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置のレーザビームの経路を示す図である。
【００３０】
図１を参照すると、本発明に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、三次元加工対象体１に微細なパターニングを行うために、レーザ発生部１０と、ビームエキスパンダ２０と、ビーム調節部３０と、集光部５０と、形状認識部６０と、制御部７０とを含んでもよい。
【００３１】
レーザ発生部１０は、パターニングのためのレーザビームを生成することができる。具体的には、レーザ発生部１０は、パルス化したレーザソース（ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ）を使用することができる。これにより、レーザ発生部１０は、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうち一つのレーザビームを発生させることができる。このうち、例えば、フェムト秒レーザビームは、１〜１０００フェムト秒のパルス継続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）を有する極超短波レーザであってもよい。具体的には、レーザ発生部１０は、フェムト秒範囲内のパルス継続時間を有するパルス化したレーザビームを生成することができる。ここで、パルス繰り返し率は、二桁のｋＨｚ範囲〜最大三桁のｋＨｚ範囲内にあってもよく、ＭＨｚ範囲内にあってもよい。レーザビームの波長は、赤外線領域から紫外線領域内に位置するレーザ波長をいずれも使用してもよい。例えば、赤外線波長、グリーン波長、紫外線波長などを含んでもよい。
【００３２】
本発明の実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、三次元加工対象体１にマイクロ単位からナノ単位の幅と深さを有するパターンをパターニングすることができる。設計されたパターンのサイズに応じてレーザ波長を変換して使用することで、様々なパターンサイズを実現することができる。例えば、三次元加工対象体が、生体移植体のうち一つの人工水晶体の場合、１０ｍｍ以上（好ましくは、１２ｍｍ）の直径を有する加工対象体の全表面に同時にレーザビームを照射し、数マイクロ単位からナノ単位のパターンを生成することができる。すなわち、本発明の実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、レーザの波長を、紫外線領域の短い波長を有するように変換して使用することで、集光部５０の回折限界を超え、ナノ単位のパターンを実現することができる。
【００３３】
レーザ発生部１０で生成されたレーザビームは、パルス化したフェムト秒レーザビームであってもよく、ビームエキスパンダ２０およびビーム調節部３０を経由してもよい。
【００３４】
ビームエキスパンダ２０は、レーザ発生部１０で生成されたレーザビームのサイズを調節することができる。具体的には、ビームエキスパンダ２０は、レーザビームを拡大または縮小することができる。また、ビームエキスパンダ２０は、レーザビームを、分散や集中が少ないコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）に生成させることができる。これにより、レーザ発生部１０で生成されたレーザビームは、ビームエキスパンダ２０を経由することで拡大または縮小されてサイズが調節され、コリメートビームに生成され得る。ビームエキスパンダ２０で加工されたレーザビームのサイズは、本発明の実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置の最後段のレンズに入射されるレーザビームのサイズであってもよい。ビームエキスパンダ２０は、レーザ発生部１０で生成されたレーザビームの直径を変更し、変更されたレーザビームを出力することができる。ビームエキスパンダ２０は、手動または自動で調節可能である。
【００３５】
その他にも、偏光板、１／２波長板、スプリッタ、フィルタ、シャッタなどの様々な光学素子がさらに配置されてもよい。
【００３６】
ビーム調節部３０は、三次元加工対象体に照射されるレーザビームの焦点高さおよび焦点位置を調節することができる。ビーム調節部３０は、ダイナミックフォーカシングモジュール（ｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）３１と、スキャンヘッド（ｓｃａｎ  ｈｅａｄ）３２とを含んでもよい。ビーム調節部３０のダイナミックフォーカシングモジュール３１は、レーザビームの焦点高さを調節することができ、スキャンヘッド３２は、三次元加工対象体に沿ってレーザビームの焦点位置を調節することができる。
【００３７】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、三次元加工対象体の三次元加工データに応じて、集光部５０を通過するレーザビームの焦点位置を調節することができる。具体的には、ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、２個のレンズを含んでもよい。すなわち、ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、第１のレンズ（図示せず）と、第２のレンズ（図示せず）とを含んでもよい。第１のレンズと第２のレンズとの間隔を調節して、ダイナミックフォーカシングモジュール３１を通過したレーザビームの発散、収束を調節することで、集光部５０を通過したレーザビームの焦点を調節することができる。
【００３８】
換言すれば、ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、ビームエキスパンダ２０を経由したレーザビームの焦点高さ、すなわち、焦点のｚ軸位置を調節することができる。ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、ビームエキスパンダ２０を経由したレーザビームの収束および発散を調節して、レーザビームのｚ軸位置、すなわち、レーザビームの焦点高さを調節することができる。
【００３９】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、水平往復移動するモータ（図示せず）の駆動により、スキャンヘッド３２に発射されるレーザビームの距離を調節し照射することができる。例えば、モータが水平往復移動する場合、ダイナミックフォーカシングモジュール３１が左側に移動すると、レーザビームの焦点が三次元加工対象体１から離れることになるため、レーザビームがｚ軸上で図１における地面の上側に移動することができる。したがって、レーザビームの高さが短くなり得る。逆に、ダイナミックフォーカシングモジュール３１が右側に移動すると、レーザビームが三次元加工対象体１に近づくことから、レーザビームの焦点がｚ軸上で図１における地面の下側に移動することができる。したがって、レーザビームの高さが長くなり得る。したがって、三次元加工対象体１に入射される前記レーザビームの焦点位置をｚ軸方向に制御することができる。
【００４０】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１により、三次元加工対象体１の三次元形状の表面の高さに沿ってパターニングを行うことができる。例えば、生体移植体のうち一つの人工水晶体は、角膜の形状に応じて曲形の形状を有するため、レーザビームによってパターンがパターニングされるべき位置が、それぞれのｘ軸およびｙ軸に応じて異なる高さ（すなわち、ｚ軸）になり得る。ダイナミックフォーカシングモジュール３１によるレーザビームの焦点のｚ軸上にける位置の調節によると、それぞれのｘ軸およびｙ軸座標ごとに異なるｚ軸位置に対応して均一なパターニングを行うことができる。また、ナノサイズからマイクロサイズの線幅にパターニングを行うことができる。ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、内部光学系の移動または光学系に含まれたレンズそれぞれを移動させることができる。したがって、レーザビームの高さをリアルタイムで高速制御することができ、三次元加工対象体の表面での線幅の均一性を高め、生産性を向上させることができる。
【００４１】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１によりｚ軸焦点位置が調節された前記レーザビームは、スキャンヘッド３２によってｘ軸およびｙ軸焦点位置が調節され得る。
【００４２】
スキャンヘッド３２は、三次元加工対象体１のｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節することができる。スキャンヘッド３２は、ｘ軸スキャンミラー（図示せず）と、ｙ軸スキャンミラー（図示せず）とを含むことで、二次元的なスキャニングを行うことができる。ｘ軸スキャンミラーおよびｙ軸スキャンミラーを介して、三次元加工対象体１の曲面に沿ってレーザビームをｘ軸およびｙ軸方向に微細に制御することができる。
【００４３】
スキャンヘッド３２のｘ軸スキャンミラーとｙ軸スキャンミラーは、レーザビームをパターニングのための方向に反射させて三次元加工対象体１の所望の位置にレーザビームを照射させることができる。ｘ軸スキャンミラーとｙ軸スキャンミラーは、ガルバノメータ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）式に一対のスキャンミラーから構成され、この一対のスキャンミラーは、それぞれｘ‐ｙ平面を横切る軸のうち一つの方向にレーザビームを偏向させることができる。
【００４４】
したがって、上述のように、ビーム調節部３０は、前記レーザビームの焦点高さおよび焦点位置を調節することができる。レーザビームは、ビームエキスパンダ２０を経由することで拡大または縮小されてサイズ調節され、コリメートビームに生成されて制御された方向に屈折され得る。ビームエキスパンダ２０を経由したレーザビームは、ダイナミックフォーカシングモジュール３１によってｚ軸焦点位置が調節され、スキャンヘッド３２によってｘ、ｙ座標が調節されて、三次元加工対象体１に対応してレーザビームの焦点位置が調節され得る。
【００４５】
ビーム調節部３０の下部には、ダイナミックフォーカシングモジュール３１およびスキャンヘッド３２を通過した前記フェムト秒レーザビームを三次元加工対象体１に集束するための集光部５０が配置されてもよい。
【００４６】
集光部５０は、レーザビームを集束させることができる。集光部５０は、ビーム調節部３０を通過したレーザビームを集光させて、三次元加工対象体１にレーザビームを照射することができる。集光部５０は、テレセントリックＦ‐シータレンズ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）またはＦ‐シータレンズ（Ｆ‐ｔｈｅｔａ  ｌｅｎｓ）を含んでもよい。これにより、マイクロまたはナノサイズ単位の微細パターンを加工することができる。
【００４７】
かかる構成により、レーザビームの照射位置、焦点距離、出力されるレーザビームのパルス波形、照射時間、発散特性、非点収差など、様々なパラメータのうち少なくとも一つ以上を調節することができる。
【００４８】
形状認識部６０は、三次元加工対象体１の形状を認識することができる。形状認識部６０は、図１のように、レーザビーム経路とは異なる空間に配置されてもよい。また、形状認識部６０は、ダイナミックフォーカシングモジュール３１とスキャンヘッド３２との間においてレーザビームが伝達される経路内に配置されてもよい。形状認識部６０は、光の干渉現象により三次元加工対象体１の三次元曲形状の表面を認識し図面として示すことができる。屈折率を用いる干渉計により三次元加工対象体１の形状情報を取得し、制御部７０に伝送することができる。具体的には、透明な曲形の三次元加工対象体１は、透明であることから高さおよび表面の認識が困難という問題があった。したがって、屈折率を用いた干渉計により加工対象体１の表面の三次元情報を取得し、取得した情報と制御部７０に入力されている図面とをマッチングして、三次元加工対象体１の特定の点（例えば、湾曲形状の頂点）を見出すことができる。したがって、レーザビームを照射してパターニング加工を行う位置を把握することができる。形状認識部６０により、様々な表面構造に対して柔軟にパターニングを行うことができる。
【００４９】
それだけでなく、形状認識部６０は、光干渉断層撮影装置（ＯＣＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を含むことで、三次元加工対象体１の形状を認識することができる。例えば、検査用光源としてレーザビームを使用して、透明な曲形を有する三次元加工対象体１の表面を三次元的にスキャニングして、三次元表面形状の座標を測定し、このデータに基づいて三次元加工対象体の表面にレーザパターニングを行うことができる。ここで、レーザパターニングを行うためのレーザは、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒レーザのうち一つであってもよいことは言うまでもない。例えば、レーザビームは、波長が１００ｎｍ超過１００００ｎｍ以下、繰り返し率が１Ｈｚから数百ＧＨｚのレーザビームであってもよい。
【００５０】
さらに、これに限定されず、形状認識部６０は、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）または二光子顕微鏡（ｔｗｏ‐ｐｈｏｔｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を含むことで、三次元加工対象体１の形状を認識することができることは言うまでもない。ここで、共焦点顕微鏡は、共焦点原理を用いた顕微鏡であり、これを含む形状認識部６０は、レーザビームから三次元加工対象体１の焦点と一致しない光は除去し、三次元加工対象体１の焦点と一致する光のみを使用することで、三次元加工対象体１の形状を認識することができる。また、形状認識部６０は、二光子吸収現象を用いた二光子顕微鏡を含むことで、三次元加工対象体１の形状を認識することができる。
【００５１】
制御部７０は、曲面を有する三次元加工対象体の表面にパターニングを行うために、設計された三次元パターンデータを入力して、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の焦点位置データを抽出することができる。このデータに基づいてｘ軸およびｙ軸の二次元焦点位置データは、スキャンヘッド３２が制御することができる。また、ｚ軸の焦点位置データは、ダイナミックフォーカシングモジュール３１が制御することで、三次元パターンデータをリアルタイムで制御することができる。したがって、人工水晶体の表面にマイクロ単位からナノ単位のパターン幅とパターン深さを有する微細パターンを作製することができる。
【００５２】
したがって、本発明の実施形態に係る三次元加工対象体１のレーザパターニング装置は、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、二光子顕微鏡（ｔｗｏ‐ｐｈｏｔｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のうち一つを含むことで、生体移植体、例えば、透明な曲面を有する人工水晶体の三次元表面形状情報を抽出することができる。これに基づいて、三次元加工対象体の表面上にレーザビームを照射し、マイクロサイズからナノサイズのパターン幅とパターン深さを作製することができる。勿論、レーザパターニングを行うためのレーザは、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒レーザのうち一つであってもよい。
【００５３】
これにより、三次元加工対象体１の表面にレーザパターニングを行う際、パターンセンタリング不良、パターン切れ不良、パターン重なり不良、製品表面傷不良などを解消することができる。
【００５４】
本発明の実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、超精密ステージ（図示せず）をさらに含んでもよい。三次元加工対象体１が、加工のためにステージに取り付けられたときに、光学系の有効焦点距離から逸脱する変形が生じる蓋然性がある。したがって、ナノ級の超精密ステージにより定義された座標系の中で多量の軸の組み合わせによりダイナミックフォーカシングモジュール３１とスキャンヘッド３２の有効加工領域と有効焦点距離内に三次元加工対象体１が位置するように制御することができる。
【００５５】
一方、図面には図示されていないが、三次元加工対象体１は、人工水晶体であってもよい。人工水晶体は、中央地域のオプティック部と、外側地域のハプティック部とを含んでもよい。本発明の実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニング装置は、人工水晶体のハプティック部にフェムト秒レーザビームを照射して微細なパターニングを行うことができる。ハプティック部にマイクロまたはナノ単位の様々な形状のパターンを形成することで、方向性を持って細胞が整列されるようにし、移動および接着を可能にすることができる。
【００５６】
図２および図３は本発明の一実施形態に係る三次元加工対象体のレーザパターニングのビーム経路を示す図である。
【００５７】
図２を参照すると、レーザ発生部１０で生成されたレーザビームは、ビームエキスパンダ２０を通過して、ビーム調節部３０に伝達される。ビーム調節部３０に伝達されたレーザビームは、ダイナミックフォーカシングモジュール３１によってｚ軸が調節され、スキャンヘッド３２によってｘ軸およびｙ軸が調節され得る。
【００５８】
図３を参照すると、ダイナミックフォーカシングモジュール３１およびスキャンヘッド３２によってｘ、ｙ、ｚ軸が調節されたレーザビームが三次元加工対象体１に照射され得る。
【００５９】
例えば、三次元加工対象体１の高さが異なるｘ軸およびｙ軸フィールド（すなわち、結像面）に照射されるレーザビームのサイズは同一であり得る。集光部５０の集束レンズの仕様に応じてスキャニング可能なｘ軸およびｙ軸のサイズが決定され、これにより、ｚ軸の範囲が決定され得る。ｘ軸およびｙ軸のスキャニング範囲（Ｆｉｅｌｄ  ｓｉｚｅ）が１２０ｍｍ×１２０ｍｍの場合、ｚ軸焦点範囲（Ｆｏｃｕｓ  Ｒａｎｇｅ  ｉｎ  Ｚ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は８ｍｍであってもよい。また、ｘ軸およびｙ軸のスキャニング範囲が１８０ｍｍ×１８０ｍｍの場合、ｚ軸焦点範囲は４１ｍｍであってもよく、ｘ軸およびｙ軸のスキャニング範囲が３００ｍｍ×３００ｍｍの場合、ｚ軸焦点範囲は２０２ｍｍであってもよい。すなわち、制御部７０に入力された三次元加工対象体１の三次元パターンデータに応じて、スキャンヘッド３２が調節するｘ軸およびｙ軸座標値に対応してダイナミックフォーカシングモジュール３１がｚ軸を調節することができる。
【００６０】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳細に説明しているが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述の実施形態に対して、本発明の範疇から逸脱しない範囲内で様々な変形が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定して決定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、本特許請求の範囲と均等なものなどによって決定されるべきである。
【符号の説明】
【００６１】
１：加工対象体
１０：レーザ発生部
２０：ビームエキスパンダ
２１：ビーム減衰部
２２：ビーム拡張部
３０：ビーム調節部
３１：ダイナミックフォーカシングモジュール
３２：スキャンヘッド
４０：ミラー部
５０：集光部
６０：形状認識部
７０：制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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