(57)【要約】      （修正有）【課題】３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】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大きさを調節する第１ビーム調節部２０と、第１ビーム調節部を経由した前記レーザビームのｚ軸、ｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節する第２ビーム調節部３０と、３次元加工対象体１にレーザパターニングが可能となるように前記第２ビーム調節部を制御する制御部７０と、を含み、制御部は、配置された３次元加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに、加工されるパターンの情報を付与し、配置された３次元加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のマッチングによる整列を行って、レーザパターニングが行われるようにする。【選択図】図１
2019089129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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大きさを調節する第１ビーム調節部と、
前記第１ビーム調節部を経由した前記レーザビームのｚ軸、ｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節する第２ビーム調節部と、
３次元加工対象体にレーザパターニングが可能となるように前記第２ビーム調節部を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
配置された前記３次元加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに、加工されるパターンの情報を付与し、配置された前記３次元加工対象体の３次元位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のマッチングによる整列を行って、前記レーザパターニングが行われるようにする、３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記パターンの情報は、
パターンの形状、パターンの幅、パターンの深さ、パターン間の間隔、レーザビームの波長および出力、パルス幅、スキャニング速度、スポットサイズなどを含む、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項３】
前記パターンの情報は、
平面上に形成されたパターンの形状を、配置された前記３次元加工対象体の３次元位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つを適用して、３次元に前記制御部によって変換した情報である、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記パターンの情報は、
配置された前記３次元加工対象体の３次元形状位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに３次元パターン形状情報を生成して、３次元情報に前記制御部によって変換された情報である、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記レーザ発生部は、パルス化されたレーザビームソース（ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうちの１つのレーザビームを発生させる、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項６】
前記第１ビーム調節部は、前記レーザビームの大きさを調節し、前記レーザビームをコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）として生成させる、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項７】
前記第１ビーム調節部は、ビームエキスパンダであり、
前記第２ビーム調節部は、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、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とを含む、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項８】
前記第２ビーム調節部は、２つ以上のレンズを含み、
前記各レンズ間の間隔の調節により、前記第１ビーム調節部を経由した前記レーザビームの収斂および発散を調節して、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３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項９】
前記スキャンヘッドは、ｘ軸スキャンミラーおよびｙ軸スキャンミラーを含むガルバノメータを含む、請求項７に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１０】
前記レーザビームを前記３次元加工対象体に集束するための集光部を含み、
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３次元加工対象体のパターニング装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記３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合わせてｚ軸の焦点位置を調節する前記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前記スキャンヘッドを制御して、
前記３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７に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１２】
形状認識部をさらに含み、
前記形状認識部は、前記３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、光学断層撮影機（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）のうちの１つを含む、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１３】
前記３次元加工対象体は、生体移植体であり、
前記３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の１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３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１４】
前記３次元加工対象体は、生体移植体であり、
前記３次元加工対象体に前記レーザビームが照射されて微細パターンを形成することにより、前記微細パターン上を移動する細胞の移動性が制御される、請求項１に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１５】
前記細胞の種類に応じて、前記微細パターンの幅、距離、深さのうちの１つ以上が異なって形成される、請求項１４に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング装置。
【請求項１６】
３次元加工対象体をレーザパターニング装置に配置（ｌｏａｄｉｎｇ）させ、
前記３次元加工対象体の表面を測定して実測された３次元位置情報を獲得し、
制御部によって前記制御部に予め入力された前記加工対象体の図上の３次元位置情報または前記実測された３次元位置情報をマッチングして前記３次元加工対象体を整列させ、
整列された前記３次元加工対象体上に前記パターンの情報に基づいてレーザビームを照射して、前記パターンを加工する、３次元加工対象体のレーザパターニング方法。
【請求項１７】
前記パターンの情報は、
平面上に形成された前記パターンの形状を、配置された前記３次元加工対象体の実測された３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに適用して、３次元に前記制御部によって変換処理されて形成される、請求項１６に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング方法。
【請求項１８】
前記パターンの情報は、
配置された前記３次元加工対象体の３次元形状位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに３次元パターン形状情報を直接生成して、３次元情報に前記制御部によって変換された情報である、請求項１６に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング方法。
【請求項１９】
前記パターンが加工された前記加工対象体を対象に、パターンの形状、パターンの幅、パターンの深さ、パターン間の間隔、レーザビームの波長および出力、パルス幅、スキャニング速度、スポットサイズを検査する品質管理段階をさらに含む、請求項１６に記載の３次元加工対象体のレーザパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、３次元加工対象体のレーザパターニング装置および方法に関する。
【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、最近は、加工対象体の被加工面に一定のパターンを形成するための目的でレーザ加工が用いられたりする。このようなレーザ加工に用いら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３次元対象物にパターニングを行うことができず、例えば、人工水晶体などの生体移植体に関連する対象体パターニングの場合、高度の精度および誤差管理性が確保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】大韓民国登録特許公報第１０−１２４３９９８号（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、３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３次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【０００６】
また、パルス化されたレーザビームを用いて、マイクロサイズからナノサイズのパターンを作製できる３次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【０００７】
また、レーザビームの焦点高さを調節可能な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できる３次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【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３次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【０００９】
さらに、光学断層撮影機、レーザ干渉計、共焦点顕微鏡、二光子顕微鏡のうちの１つを用いて、３次元加工対象体の表面情報を取得できる３次元加工対象体のレーザパターニング装置を提供する。
【００１０】
本発明の実施形態は、３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３次元加工対象体のレーザパターニング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
レーザ発生部と、レーザ発生部で生成されたレーザビームの大きさを調節する第１ビーム調節部と、第１ビーム調節部を経由した前記レーザビームのｚ軸、ｘ軸およびｙ軸の焦点位置を調節する第２ビーム調節部と、３次元加工対象体にレーザパターニングが可能となるように前記第２ビーム調節部を制御する制御部と、を含み、制御部は、配置された３次元加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに、加工されるパターンの情報を付与し、配置された３次元加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のマッチングによる整列を行って、レーザパターニングが行われるようにする、３次元加工対象体のレーザパターニング装置が提供される。
【００１２】
そして、パターンの情報は、パターンの形状、パターンの幅、パターンの深さ、パターン間の間隔、レーザビームの波長および出力、パルス幅、スキャニング速度、スポットサイズなどを含むことができる。
【００１３】
また、パターンの情報は、平面上に形成されたパターンの形状を、配置された前記３次元加工対象体の３次元位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つを適用して、３次元に前記制御部によって変換された情報であってもよい。
【００１４】
また、パターンの情報は、配置された前記３次元加工対象体の３次元形状位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに３次元パターン形状情報を直接生成して、３次元情報に前記制御部によって変換された情報であってもよい。
【００１５】
また、レーザ発生部は、パルス化されたレーザビームソース（ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のうちの１つのレーザビームを発生させることができる。
【００１６】
また、第１ビーム調節部は、前記レーザビームの大きさを調節し、前記レーザビームをコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）として生成させることができる。
【００１７】
また、第１ビーム調節部は、ビームエキスパンダであり、第２ビーム調節部は、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、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とを含むことができる。
【００１８】
また、第２ビーム調節部は、２つ以上のレンズを含み、レンズ間の間隔を調節し、前記第１ビーム調節部を経由した前記レーザビームの収斂および発散を調節して、前記レーザビームのｚ軸焦点を調節することができる。
【００１９】
また、スキャンヘッドは、ｘ軸スキャンミラーおよびｙ軸スキャンミラーを含むガルバノメータを含むことができる。
【００２０】
また、レーザビームを前記３次元加工対象体に集束するための集光部を含み、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。
【００２１】
また、制御部は、３次元加工対象体のｘ、ｙ、ｚ軸の表面形状データを抽出し、抽出されたデータに合わせてｚ軸の焦点位置を調節する前記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前記スキャンヘッドを制御して、３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。
【００２２】
また、形状認識部をさらに含み、形状認識部は、前記３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、光学断層撮影機（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）のうちの１つを含むことができる。
【００２３】
また、３次元加工対象体は、生体移植体であり、３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の１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。
【００２４】
また、有効加工領域と有効焦点距離内に前記３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。
【００２５】
３次元加工対象体をレーザパターニング装置に配置（ｌｏａｄｉｎｇ）させ、３次元加工対象体の表面を測定して実測された３次元位置情報を獲得し、制御部によって前記制御部に予め入力された前記加工対象体の図上の３次元位置情報または前記実測された３次元位置情報をマッチングして前記３次元加工対象体を整列させ、整列された前記３次元加工対象体上に前記パターンの情報に基づいてレーザビームを照射して、前記パターンを加工する、３次元加工対象体のレーザパターニング方法が提供される。
【００２６】
そして、パターンの情報は、平面上に形成されたパターンの形状を、配置された加工対象体の３次元位置情報および３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに適用して、３次元に制御部によって変換処理されて形成される。
【００２７】
また、パターンの情報は、配置された前記３次元加工対象体の３次元形状位置情報および前記３次元形状設計ファイルに含まれた３次元位置情報のうちの１つに３次元パターン形状情報を直接生成して、３次元に前記制御部によって変換された情報であってもよい。
【００２８】
さらに、パターンが加工された加工対象体を対象に、パターンの形状、パターンの幅、パターンの深さ、パターン間の間隔、レーザビームの波長および出力、パルス幅、スキャニング速度、スポットサイズを検査する品質管理段階をさらに含んでもよい。なお、品質管理段階で検査された情報により分析報告書を生成する段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の実施形態によれば、３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３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。
【００３０】
また、パルス化されたレーザビームを用いて、マイクロサイズからナノサイズのパターンを作製できる３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。
【００３１】
また、レーザビームの焦点高さを調節可能な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。
【００３２】
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である。
【００３３】
また、パターンの大きさに応じて、細胞の付着、移動、分化などの細胞の挙動および機能を調節することができ、これを用いて、感染防止、抗菌、ステントの血管再狭窄防止および後期血栓形成防止、歯科および整形外科用インプラントの骨形成促進、骨接着促進、人工水晶体の後発白内障防止などのパターンの機能を付与して、生体挿入型機能性医療機器を作製することができる。
【００３４】
また、生体挿入型医療用機器の生体適合性強化のために、マイクロ−ナノパターンを３次元の複雑な形状を有する医療用機器の表面に形成することができる。
【００３５】
また、生体挿入型医療用機器は、心血管用および非血管用ステント、歯科および整形外科用インプラントなどであってもよい。
【００３６】
さらに、光学断層撮影機（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）のうちの１つを含み、３次元加工対象体の表面情報を取得することができる。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、３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３次元加工対象体のレーザパターニング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る３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３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。
【図４】本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを説明するためのフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを具体的に説明するためのフロー図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを具体的に説明するためのフロー図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを具体的に説明するためのフロー図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る加工対象体の位置情報がデータ変換される過程を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る加工対象体を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る加工対象体を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るパターンを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るパターンを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る加工対象体の整列過程を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るパターニング完了した人工水晶体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する。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。
【００４０】
本発明を説明するにあたり、本発明にかかる公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにしうると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、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る。そのため、その定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われなければならない。
【００４１】
本発明の技術的思想は請求の範囲によって決定され、以下の実施形態は本発明の技術的思想を本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に効率的に説明するための一つの手段に過ぎない。
【００４２】
本発明に係る３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できる。一方、レーザ発生部およびビーム調節部を含み、生体移植体における細胞の整列および移動方向に影響を与えるマイクロパターンおよびナノパターンのうちの１つ以上のパターンをパターニングすることができる。ここで、加工対象体の例示として生体に移植または植込み可能な加工対象体を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、人体内でまたは人体とともに使用可能なパターンを含む加工対象体も含まれることはもちろんである。
【００４３】
以下、このような３次元加工対象体のレーザパターニングする装置および方法を区分して説明するが、装置の説明において記載省略され、方法の説明においてのみ記載された具体的な段階も、本発明の実施形態に係る装置により行われることはもちろんである。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態に係る３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。
【００４５】
図１を参照すれば、本発明に係る３次元加工対象体のレーザパターニング装置は、３次元加工対象体１に微細なパターニングをするために、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とを含むことができる。
【００４６】
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、パルス化されたレーザソース（ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ）を用いることができる。これによって、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の１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持続時間（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持続時間を有するパルス化され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、２桁ｋＨｚ範囲〜最大３桁ｋＨｚ範囲内にあるか、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のすべてを用いることができる。例えば、紫外線波長、グリーン波長、紫外線波長などを含むことができる。
【００４７】
本発明の実施形態に係る３次元加工対象体のレーザパターニング装置は、３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大きさに応じてレーザ波長を変換して用いることにより、多様なパターンの大きさを実現することができる。例えば、３次元加工対象体が生体移植体の１つである人工水晶体の場合、１０ｍｍ以上（好ましくは、１２ｍｍ）の直径以上を有する加工対象体の表面全体に一度にレーザビームを照射して、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。また、本発明の実施形態に係る３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させて用いることにより、集光部５０の回折限界を克服しナノ単位のパターンを実現することができる。
【００４８】
レーザ発生部１０で生成されたレーザビームは、パルス化されたフェムト秒レーザビームであってもよいし、ビームエキスパンダ２０およびビーム調節部３０を経由することができる。
【００４９】
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大きさ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させることができる。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の少ないコリメートビーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｂｅａｍ）として生成させることができる。これによって、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を経由して拡大または縮小して大きさ調節されながら、コリメートビームとして生成される。ビームエキスパンダ２０から変更されたレーザビームの大きさは、本発明の実施形態に係る３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するレーザビームの大きさであってもよい。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、手動または自動的に調節可能である。
【００５０】
この他にも、ビームアテニュエータ（ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）、偏光板、半波長板、スプリッタ、フィルタ、シャッタなどの多様な光学素子がさらに配置されてもよい。
【００５１】
ビーム調節部３０は、３次元加工対象体に照射可能な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とを含むことができる。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、３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。
【００５２】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、３次元加工対象体の３次元加工データに基づき、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つ以上のレンズを含むことができる。各レンズ間の間隔を調節し、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、収斂を調節することにより、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。
【００５３】
つまり、ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、ビーム調節部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斂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。
【００５４】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１は、水平往復移動をするモータ（図示せず）の駆動によって、スキャンヘッド３２に発射するレーザビームの距離を調節して照射することができる。例えば、モータが水平往復移動をする場合、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３次元加工対象体１から遠くなるので、レーザビームがｚ軸上で図１の紙面の上側に移動できる。したがって、レーザビームの高さが短くなる。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３次元加工対象体１に近くなるので、レーザビームの焦点がｚ軸上で図１の紙面の下側に移動できる。したがって、レーザビームの高さが長くなる。したがって、３次元加工対象体１に入射す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。
【００５５】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１により、３次元加工対象体１の３次元形状の表面の高さに沿ってパターニングすることができる。例えば、生体移植体の１つである人工水晶体は、曲形の形状を有するので、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軸に応じて高さ（すなわち、ｚ軸）が異なりうる。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軸上の位置調節は、それぞれのｘ軸およびｙ軸の座標ごとに異なる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幅にパターニング可能である。さらに、パターンの形状は、点、点線、線、ポリライン（ｐｏｌｙ  ｌｉｎｅ）、円弧、多角形などであってもよい。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の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に高速制御可能で、３次元加工対象体の表面における線幅の均一性を高め、生産性を向上させることができる。
【００５６】
ダイナミックフォーカシングモジュール３１によってｚ軸の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軸の焦点位置が調節される。
【００５７】
スキャンヘッド３２は、３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）およびｙ軸スキャンミラー（図示せず）を含み、２次元的なスキャ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によってｚ軸の焦点位置が調節されたレーザビームを、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３次元加工対象体１の曲面に沿ってｘ軸およびｙ軸方向に微細に制御することができる。
【００５８】
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レーザビームを反射させて、３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）方式で一対のスキャンミラーからなり、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の１つの方向にレーザビームを偏向させることができる。
【００５９】
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を経由しながら拡大または縮小して大きさが調節され、コリメートビームとして生成されて制御された方向に屈折できる。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軸の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、３次元加工対象体１に対応するようにレーザビームの焦点位置が調節される。
【００６０】
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３次元加工対象体１に集束するための集光部５０が配置される。
【００６１】
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、３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）を含むことができる。これによって、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。
【００６２】
このような構成により、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、スキャニング速度、発散特性、非点収差など多様なパラメータの少なくとも１つ以上を調節することができる。
【００６３】
形状認識部６０は、３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、レーザビームの経路と異なる空間に配置される。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３次元加工対象体１の３次元曲形形状の表面を認識し図に示すことができる。屈折率を利用する干渉計を介して３次元加工対象体１の形状情報を取得して、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３次元加工対象体１は透明であるため、高さおよび表面を認識しにくい問題点があった。したがって、屈折率を利用した干渉計を介して加工対象体１の表面の３次元情報を取得し、取得された情報と制御部７０に入力されている図とをマッチングして、３次元加工対象体１０の特定点（例えば、湾曲形状の頂点）を探すことができる。これに沿ってレーザビームを照射して、パターニング加工する位置を把握することができる。形状認識部６０を介して、多様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。
【００６４】
それだけでなく、形状認識部６０は、光学断層撮影機（ＯＣＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を含み、３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用いて、透明な曲形を有する３次元加工対象体１の表面を３次元的にスキャニングして、３次元表面形状の座標を測定し、このデータに基づいて３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するためのレーザは、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒レーザのうちの１つであってもよいことはもちろんである。例えば、レーザビームの波長は、１００ｎｍ超過１００００ｎｍ以下、繰り返し率が１Ｈｚから数百ＧＨｚを有するレーザビームであってもよい。
【００６５】
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）を含み、３次元加工対象体１の形状を認識できることはもちろんである。ここで、共焦点顕微鏡は、共焦点原理を利用した顕微鏡であって、これを含む形状認識部６０は、レーザビームから３次元加工対象体１の焦点と合わない光は除去し３次元加工対象体１の焦点と一致する光のみを用いることにより、３次元加工対象体１の形状を認識することができる。なお、形状認識部６０は、二光子吸収現象を利用した二光子顕微鏡を含み、３次元加工対象体１の形状を認識することができる。
【００６６】
制御部７０は、曲面を有する３次元加工対象体の表面にパターニングをするために、設計された３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。このデータに基づき、ｘ軸およびｙ軸の２次元焦点位置データはスキャンヘッド３２が制御可能である。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３２が制御することにより、３次元パターンデータをリアルタイムに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。
【００６７】
したがって、本発明の実施形態に係る３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）のうちの１つを含み、生体移植体、例えば、透明な曲面を有する人工水晶体の３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３次元加工対象体の表面上にレーザビームを照射して、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。もちろん、レーザパターニングするためのレーザは、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒レーザのうちの１つであってもよい。
【００６８】
これによって、３次元加工対象体１の表面へのレーザパターニングに際して、パターン加工位置不良、パターン未加工不良、パターン切れ不良、パターン重畳不良、製品表面キズ不良などを克服することができる。
【００６９】
本発明の実施形態に係る３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。３次元加工対象体１が加工のためにステージに装着された時、光学系の有効焦点距離を外れる変形が発生する蓋然性がある。したがって、ナノレベルの超精密ステージを介して定義された座標系内における多量の軸の組み合わせに応じて、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３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。
【００７０】
一方、図示しないが、例えば、３次元加工対象体１は、人工水晶体であってもよい。以下、３次元加工対象体を例に挙げて説明するに際して、人工水晶体を例に挙げて説明する場合があるが、これに限定されず、インプラント、ステントなど人体に植込みまたは挿入可能な任意の対象体および人体とともに使用可能な対象体を含みうることはもちろんである。
【００７１】
例えば、人工水晶体は、中央地域のオプティック部および外郭地域のハプティック部を含むことができる。本発明の実施形態に係る３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多様な形状のパターンを形成して、方向性を有し細胞が整列できるようにし、移動および接着可能にする。
【００７２】
図２および図３は、本発明の一実施形態に係る３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。
【００７３】
図２を参照すれば、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、ダイダ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軸が調節される。
【００７４】
図３を参照すれば、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３次元加工対象体１に照射される。
【００７５】
例えば、３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、同一であってもよい。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軸の大きさが決定され、これによってｚ軸の範囲が決定される。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軸の焦点範囲（Ｆｏｃｕｓ  Ｒａｎｇｅ  ｉｎ  Ｚ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は８ｍｍである。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軸の焦点範囲は４１ｍｍであり、ｘ軸およびｙ軸のスキャニング範囲が３００ｍｍ×３００ｍｍの場合、ｚ軸の焦点範囲は２０２ｍｍである。すなわち、制御部７０に入力された３次元加工対象体１の３次元パターンデータに基づき、スキャンヘッド３２が調節するｘ軸およびｙ軸の座標値に対応して、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。
【００７６】
図４および図５は、本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを説明するためのフロー図である。
【００７７】
図４を参照すれば、加工対象体を加工する方法は、加工対象体をローディングし（Ｓ１）、加工対象体の３次元情報を生成し（Ｓ１）、加工対象体に加工するパターンを生成し（Ｓ３）、レーザにより加工対象体を加工（Ｓ４）する段階を含むことができる。前記過程において、加工対象体をローディング（Ｓ１）する段階と、加工対象体の３次元情報を生成（Ｓ１）する段階との間に、３次元プロファイリング（Ｓ１−１）過程が行われる。
【００７８】
まず、３次元プロファイリング（Ｓ１−１）段階を含まない加工方法を具体的に説明すれば、透明体の加工対象体をローディングし、予め決定された前記加工対象体の形状設計ファイルを装置に入力することができる。ここで、形状設計ファイルとは、前記透明体の加工対象体を製造する当時の加工対象体情報を含み、３次元位置情報を含むことができる。したがって、垂直方向および水平方向への線および面の位置情報が含まれる。すなわち、前記形状設計ファイルに含まれた位置情報に基づいて製造された加工対象体は、前記位置情報と一致することができる。
【００７９】
一方、前記位置情報を基準として、加工対象体に加工するパターンが入力されるとよい。すなわち、後にレーザ処理されるパターンが前記位置情報上に値として記録される。
【００８０】
次に、すでにローディングされている加工対象体の位置および整列状態を検査することができる。前記検査は、形状設計ファイルに含まれた位置情報と一致するように確認する手順であり、検査された加工対象体は、予め入力された前記位置情報と、検査過程が行われて位置確認された加工対象体の位置情報とを一致させることができる。すなわち、加工対象体の検査された位置情報と形状設計ファイルに含まれた位置情報とが互いに重畳（マッチング）するようにローディングされた加工対象体またはスキャンヘッド３２が移動して整列された状態になる。
【００８１】
前記整列に関連して図１３を参照すれば、整列状態は、３次元パターンデータＡと、測定された加工対象体イメージＢとのマッチングにより行われる。ここで、測定された加工対象体イメージＢは、３次元であるとよい。したがって、３次元パターンデータＡとマッチングされ、マッチングされた結果によって実際にローディングされた加工対象体１の整列が制御される。各データのマッチングＣによって整列状態を確認し整列状態を補正するために、加工対象体１がローディングされたローディング部（図示せず）の回転またはチルティングが行われ、整列されるために整列前の位置から移動できる。
【００８２】
そして、前記整列された加工対象体の表面には、入力された前記パターンがレーザにより加工される。加工後には、選択的にパターニングされた加工対象体の品質検査が行われる。品質検査は、形状設計ファイルに含まれた位置情報を基準として、入力されたパターンが前記加工対象体にレーザにより一致するように形成されたか否かを含み、レーザにより加工されたパターンの大きさおよび加工された表面の表面粗さなどが予め決定された基準に符合するかを検査する過程であってもよい。もちろん、パターンの一致した程度は当業者によって予め決定可能であり、例えば、パターンの加工によって形成された凹凸部間の幅、凹凸の深さおよび幅などが、前記一致した程度を判断する基準となる。
【００８３】
一方、プロファイリング（Ｓ１−１）過程をさらに含む加工対象体を加工する方法は、先に説明したように、３次元プロファイリング（Ｓ１−１）過程は、加工対象体をローディング（Ｓ１）する段階と、加工対象体の３次元情報を生成（Ｓ１）する段階との間で行われる。
【００８４】
したがって、先に説明した過程と同一の説明は省略し、前記プロファイリング（Ｓ１−１）過程について具体的に説明する。前記加工対象体の３次元形状設計ファイルが入力された後に、すでにローディングされた加工対象体の３次元プロファイルが検査される。ここで、３次元プロファイルとは、加工対象体の垂直方向および水平方向への位置情報を確認することが確認された前記位置情報は、制御部７０に入力されて、３次元位置情報を含む図がデータとして生成される。前記データに基づいて加工対象体にレーザにより加工されるパターンが追加的に生成されてもよい。
【００８５】
前記データに基づいて生成されたパターンは、３次元形状設計ファイルに含まれた位置情報と実測された加工対象体の位置情報とをマッチングして整列された後に、レーザにより加工される。
【００８６】
上述した２つの加工方法は、実測した加工対象体の３次元位置情報と形状設計ファイルに含まれた位置情報とをマッチングして整列後に加工するもので、最初にパターンの情報を付与する対象が、形状設計ファイルに含まれた位置情報であるか、実測された加工対象体の位置情報であるという点の違いを含んでいる。これは、選択的に決定可能であり、加工環境に応じて信頼度が高い対象にパターンの情報を付与した後に、整列のための２つの位置情報の間のマッチングを行うことができる。
【００８７】
さらに、先に説明した一連の過程を行うために要求される演算は、制御部７０により行われると説明したが、別途の制御部をさらに含み、前記演算を処理することができる。前記演算は、加工対象体の位置および整列状態、チルト、３次元外郭情報などが入力され、入力された情報に基づいて加工対象体の加工位置およびチルトを補正および調整するために要求される演算を意味する。
【００８８】
図５を参照すれば、本発明の３次元加工対象体を加工する方法は、図４の各段階を含むが、より簡単に、準備（Ｐ１）、パターン形成（Ｐ２）および加工（Ｐ３）段階に区分することができる。加工対象体をローディングする過程が準備（Ｐ１）段階に相当すると、パターン形成（Ｐ２）段階および加工段階（Ｐ３）は、多様な細部段階を含むことができる。このような細部段階を、以下、図６および図７を参照して後述する。
【００８９】
図６および図７は、本発明の一実施形態に係る加工対象体を加工する流れを具体的に説明するためのフロー図である。
【００９０】
まず、図６を参照して、パターン形成（Ｐ２）段階に含まれる細部段階を説明する。ローディングされた加工対象体に対して３次元プロファイリング（Ｓ１−１）段階を行うことができる。３次元プロファイリング（Ｓ１−１）段階は、加工対象体の３次元位置情報を把握するものであって、前記３次元位置情報は、後に予め入力された３次元形状設計ファイルに含まれた位置情報とマッチングされるデータであってもよい。
【００９１】
把握された加工対象体の３次元位置情報または予め入力された３次元形状設計ファイルに含まれた位置情報のうちの少なくとも１つの位置情報にはパターンの情報が入力される。
【００９２】
実測された加工対象体の３次元位置情報にパターンの情報が入力される「第１経路」に沿って順次に製造過程が行われる場合には、加工対象体であるサンプルの表面がスキャンされ（Ｐ２−２）、ソフトウェアなどによるフィルタリング（Ｐ２−３）により曲面の加工対象体の表面である位置情報にパターンの情報が入力され、前記位置情報と予め入力された３次元形状設計ファイルに含まれた位置情報との間のマッチングが行われる。先に説明したように、各位置情報の間でマッチング（Ｓ２）が行われた後に、加工対象体とスキャンヘッド３２は整列可能である。整列後または前に生成された前記パターン（Ｓ３）が適用され、加工直前の状態にセットされる。
【００９３】
上述した一連の過程は、一例による順次によって述べられたもので、パターン形成（Ｐ２）過程内で細部的な段階の間の順序は自由に配置される。すなわち、先に説明した順序以外にも、前記マッチング前後にパターンの情報が位置情報にパターンの情報が入力される。
【００９４】
上述した「第１経路」とは異なり、「第２経路」は、以下の通りである。
【００９５】
加工対象体を対象に３次元プロファイリング（Ｓ１−１）が行われて加工対象体の位置情報を得ることができ、前記位置情報と予め入力された３次元形状設計ファイルに含まれる位置情報とがマッチングされる。ここで、前記マッチング前または後に、前記３次元形状設計ファイルに含まれる位置情報を基準として、レーザで加工対象体に加工されたパターンの情報が入力される。ここで、入力されたパターンの情報に基づいてレーザ加工が行われ、レーザ加工が行われる前に実測された加工対象体の位置情報と３次元形状設計ファイルに含まれる位置情報とが互いにマッチングされて前記整列が可能である。このような整列は、レーザ加工が行われるように直前の段階まで行われることを意味する。
【００９６】
上述した一連の過程も、一例による順次によって述べられたもので、パターン形成（Ｐ２）過程内で細部的な段階の間の順序は自由に配置される。
【００９７】
図７を参照すれば、加工（Ｐ３）段階の詳細的な段階を説明することができる。図５および図６を参照して説明されたパターン形成（Ｐ２）の後に行われる段階であって、整列された状態の加工対象体に対してレーザ処理（Ｐ３１）が行われる。ここで、レーザ処理（Ｐ３１）の意味は、前記パターンの情報に基づいてレーザによって加工対象体が加工されることを意味する。この時、制御部７０は、レーザの波長、出力、パルス幅、スポットサイズなどのレーザ加工パラメータ情報とパターンの幅およびパターン間の間隔情報を含み、レーザが照射されるようにしてもよい。
【００９８】
レーザ処理（Ｐ３１）が行われると、加工された加工対象体の表面すなわち、パターンの状態を点検する品質管理（Ｐ３２）段階が行われる。品質管理（Ｐ３２）段階は、スキャンヘッド３２などによって先に説明された非接触方式によって行われる。品質管理（Ｐ３２）が完了すると、パターニング装置のパターニング過程が終了（Ｐ３３）できる。もちろん、終了（Ｐ３３）の意味は、パターニングの１サイクルの終了を意味するので、パターニング完了した加工対象体をアンロードし、新しい加工対象体をロードすることができる。
【００９９】
一方、追加的な段階をさらに含んでもよい。追加的な段階とは、例えば、分析報告書（Ｐ３２ａ）を生成する段階になるとよい。分析報告書生成（Ｐ３２ａ）段階は、品質管理（Ｐ３２）段階を行いながら、品質に関連する情報を保存、ひいては保存された情報を出力することなどを意味する。このような品質管理情報を累積して加工対象体の均一なパターニング品質を維持することができる。
【０１００】
本発明の一例としての３次元加工対象体は、人工水晶体であってもよいし、人工水晶体は、オプティック部およびハプティック部を含むことができる。３次元加工対象体は、表面のうち曲面を含むことができるが、例えば、人工水晶体の場合、オプティック部は表面が曲面であってもよい。また、前記パターンの加工は、少なくともオプティック部に形成するが、好ましくは、円形のオプティック部の周縁付近に形成される。より正確には、加工対象体が人工水晶体の場合に、角膜に光の入る経路上に前記パターンが位置しないようにしてもよい。
【０１０１】
図８は、本発明の一実施形態に係る加工対象体の位置情報がデータ変換される過程を示す図である。
【０１０２】
図８を参照すれば、前記図６を参照して言及したソフトウェアなどによるフィルタリング過程を示すもので、図８（ａ）は、加工対象体の３次元設計図または３次元プロファイリングで得た加工対象体の位置情報に基づいて示す３次元図になる。すなわち、位置情報により示した図を平面側で座標化して位置情報を獲得（図８（ｂ））し、前記平面から垂直方向の位置を獲得するために垂直方向に曲形の座標を獲得（図８（ｃ））することができる。これによって、加工対象体の３次元位置情報を座標化することができる。
【０１０３】
図８（ｄ）を参照すれば、獲得した３次元位置情報において仮想のパターン、すなわち、加工されるパターン図を平面上に設け、平面上に設けられた仮想のパターン図を前記３次元位置情報上に適用すると、平面上に設けられた前記パターン図は、３次元位置情報を有するパターンに変換（図８（ｅ））される。変換された３次元位置情報を有するパターンは、制御部から信号を伝達して照射されるレーザにより前記加工対象体の表面に加工（図８（ｆ））される。
【０１０４】
図９は、本発明の一実施形態に係る例示的な３次元加工対象体を示す図であり、図１０は、本発明の他の実施形態に係る３次元加工対象体を示す図であり、図１１および図１２は、本発明の一実施形態に係るパターンを示す図である。以下、３次元加工対象体が人工水晶体の場合を例に挙げて主に説明する。しかし、これに限定されず、３次元加工対象体は、インプラント、ステントなど人体に植込みまたは挿入可能な任意の３次元加工対象体および人体とともに使用可能な３次元加工対象体を含みうることはもちろんである。
【０１０５】
図９〜図１２のうち、まず図９および１０を参照すれば、１つのオプティック部Ｏから延びる一対のハプティック部Ｈが形成されるか、１つのオプティック部Ｏから二対のハプティック部Ｈが形成される加工対象体１が設けられる。２つの実施例は、ハプティック部Ｈとオプティック部Ｏに領域ごとにパターンが形成されてもよく、２つの領域を横切ってパターンが形成されてもよい。以下の例では、前記２つの領域を横切ってパターンが形成される場合を実施例として説明するが、特徴となる部分すなわち、オプティック部Ｏおよびハプティック部Ｈ上に形成されたパターンの情報（形態、深さ、間隔および幅など）が異なりうる点は同様に適用可能である。
【０１０６】
一例を図１１および図１２を参照して後述すれば、加工対象体１は、人工水晶体であってもよいし、人工水晶体は、ハプティック部Ｈおよびオプティック部Ｏにパターンを含むことができる。それぞれに形成されるパターンの情報すなわち、形態、深さＤ１、Ｄ２、間隔Ｒ１、Ｒ２および幅Ｇ１、Ｇ２が異なって形成される。すなわち、パターンは、連続的にハプティック部Ｈおよびオプティック部Ｏ側に延びて形成されるが、形成される位置に応じて前記パターンの情報が異なって形成される。例えば、パターン間の間隔Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）は、１〜１５マイクロメートル範囲で決定され、パターンの幅Ｇ（Ｇ１、Ｇ２）は、１〜５０マイクロメートル範囲内で決定される。そして、パターンの幅内部のナノ表面は、１〜８００ナノメートル範囲で決定される。したがって、パターンは、マイクロメートルサイズの幅とナノメートルサイズの内部表面を有する複合パターンであってもよい。一方、このようなパターンの情報、すなわちパターンの形態、深さ、間隔、幅などは、パターン上を移動する細胞の種類に応じて異なって決定可能である。前記パターン間の間隔またはパターンの幅は、３次元加工対象体が人工水晶体であり、人工水晶体に形成されたパターン上を移動する細胞が上皮細胞の場合を例に挙げて説明したものである。
【０１０７】
さらに、パターン間の間隔Ｒは同一でかつ、パターンの幅Ｇが異なって形成されるが、この時には、オプティック部Ｏ上に形成されたパターンの幅Ｇ１が、ハプティック部Ｈ上に形成されたパターンの幅Ｇ２より小さく形成される。
【０１０８】
図１３は、本発明の一実施形態に係るパターニング加工順序を示す図である。図１３を参照すれば、加工対象体Ａ、３次元プロファイル検査データＢ、データ変換および３次元ＣＡＤファイルＣ、パターンファイル生成およびプロジェクションＤ、加工対象体の表面に設計された３次元パターンデータＥ、外郭形状認識Ｆ、加工対象体整列およびパターンデータ投影Ｇ、およびパターニングされた人工水晶体Ｉが順次に行われる加工段階を示すものであって、基本的には、図４〜図７で説明した内容を含むことができる。
【０１０９】
図１４は、本発明の一実施形態により、３次元加工対象体が人工水晶体の場合、パターニング完了した人工水晶体を示す図である。
【０１１０】
図１４を参照すれば、３次元透明加工対象体１に、図４〜図７および図１３を参照して説明した加工方法により製造されたパターニングされた人工水晶体Ｄであってもよい。オプティック部Ｏの中心はパターンが形成されず、光がパターンの干渉なく通過できるように形成され、オプティック部Ｏを除いたハプティック部Ｈおよびオプティック部Ｏの外周縁周辺部にパターンが加工される。第１パターン５と第２パターン６からそれぞれ９１倍率、５００倍率および１０００倍率拡大した状態を確認することができる。
【０１１１】
一方、上述したマイクロサイズのパターンには、予め決定された構造が設けられる。ここで、予め決定された構造は、ナノサイズの構造であってもよいし、ナノサイズの加工突起を含む構造であってもよい。また、マイクロパターンサイズおよびマイクロサイズのパターン内の予め決定された構造は、細胞の種類およびパターンの機能に応じて異なって設計／形成できることはもちろんである。すなわち、生体内には多様な細胞が存在し、種類に応じてマイクロパターンサイズおよびマイクロサイズのパターン内の予め決定された構造は互いに異なって形成される。さらに、細胞の移動を抑制したり細胞の移動を活性化するなど、パターンの機能に応じてマイクロパターンサイズおよびマイクロサイズのパターン内の予め決定された構造は互いに異なって形成される。
【０１１２】
加工突起の形成は、加工レーザが前記予め決定された構造に対応する大きさに出力され、加工対象体１に加工されることにより形成される。加工突起は、側部の加工突起と底部の加工突起とに区分される。加工突起の形状および大きさは、レーザ出力、レーザパルスの重畳率およびパターン間の重畳率などレーザ加工パラメータに応じて調節可能である。以下、３次元加工対象体が人工水晶体の場合について説明する。また、以下の説明において、上皮細胞は細胞の一例として記載したものであり、これに限定されるものではない。実際に多様な３次元加工対象体においてパターンを形成することにより移動性が制御可能な上皮細胞のみならず、骨細胞、炎症細胞など人体内の多様な細胞であってもよい。
【０１１３】
３次元加工対象体が人工水晶体、制御対象の細胞が上皮細胞の場合、加工突起の周辺部の深さ（隣接する加工突起間の深さ）は、０．１μｍ〜３０μｍの間の範囲に形成される。前記深さが０．１μｍ未満に形成される場合、予め決定された構造が上皮細胞の移動性を低下させるために機能しにくいことがある。また、前記深さの上限線である３０μｍの大きさは、凹部の深さまたは凸部の高さに対応する一例の大きさであって、後発白内障を抑制するためにパターンに設けられる予め決定された構造の上限数値を例示したものである。
【０１１４】
そして、加工突起間の間隔は、０．１μｍ〜１０μｍの間の範囲に形成される。加工突起間の間隔が０．１μｍ未満に形成される場合、後発白内障を誘発しうる上皮細胞が移動するために側部に依存することがあり、このような側部の面積が広くなるので、加工突起による細胞の移動性が抑制される効果を期待しにくい。また、加工突起間の間隔が１０μｍを超える場合には、加工突起の数が減少して加工突起による細胞の移動性が抑制される効果を期待しにくい。
【０１１５】
さらに、加工突起の幅は、０．１μｍ〜１０μｍの間の範囲に形成される。加工突起の幅が０．１μｍ未満、または１０μｍを超える場合には、加工突起による前記細胞の移動性を抑制させるための機能の達成が難しいので、このような大きさに形成される。
【０１１６】
前記予め決定された構造は、境界部になりうる。ここで、境界部は、パターン内で移動する細胞の移動性において速度および方向などを制御する構造を意味することができる。すなわち、細胞の移動性を増減させることが可能な構造を意味する。
【０１１７】
細胞の移動方向を基準として前側から後側へいくほど狭くなる構成が形成される。具体的には、全体幅において、細胞の移動する通過断面積が１／２または１／３などに減少した細胞移動路が形成され、細胞の移動速度を増加させることができる。このような構造は、先に詳述したパターンの一部区間に設けられる。ここで、予め決定された構造によって細胞の通過断面積が狭い部分と広い部分が前記移動方向を基準とする前後側に設けられてもよいし、その反対方向に設けられてもよい。すなわち、細胞移動性の増減を要求される条件によって制御することができる。
【０１１８】
細胞の移動性が最も高い状態のパターンの幅および細胞の移動性が最も低い状態の幅が、レーザ加工パラメータの調節によって予め決定された区間に形成されて細胞の移動性を制御することができる。
【０１１９】
例えば、細胞の移動性が最も低い状態の幅を有するパターンは、移動速度を低下させるための区間に適用可能であり、それより幅の狭い移動性が高い状態の幅は、移動速度を促進させるための区間に設けられる。一例として、オプティック部Ｏに隣接したパターンには、前記幅の狭い移動性が高い状態の幅を有するパターンが形成される。
【０１２０】
さらに、先に説明した構造となりうる前記境界部は、細胞をパターン内で一方向には移動を遮断させ、反対方向の他方向には迂回させる構造になってもよい。このような境界部の構造は、細胞が移動方向に沿って移動する時に移動を抑制する構造として機能することができる。
【０１２１】
これと類似の構造として、図８（ｃ）を参照すれば、通過断面積が細胞の移動方向Ｍ１を基準とする後側には、例えば、１／３に減少できる。細胞の通過断面積が減少する地点の始点には、細胞の移動方向を基準として斜線方向に形成された境界部が位置することができる。境界部は、凹部の側部から前記移動方向の前側に向かって斜線に延びることができ、このような構造によって、細胞が移動中に境界部によって抑制されたり遅延される。先に説明した場合とは異なり、反対の移動方向の場合に、境界部は細胞が逆方向に移動するのを防止する機能を行うことができる。
【０１２２】
前記反対の移動方向の場合には、移動速度を低下させるための区間に前記境界が適用可能であり、これは、オプティック部Ｏからハプティック部Ｈに移動する境界またはハプティック部Ｈ上の任意の地点に形成される。
【０１２３】
以上、本発明の代表的な実施形態を詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、上述した実施形態について本発明の範疇から逸脱しない限度内で多様な変形が可能であることを理解するであろう。そのため、本発明の権利範囲は説明された実施形態に限って定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【符号の説明】
【０１２４】
１：加工対象体
１０：レーザ発生部
２０：第１ビーム調節部
３０：第２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
５０：集光部
６０：干渉計形状認識部
７０：制御部
Ｓ１：サンプルローディング
Ｓ１−１：３次元プロファイリング
Ｓ２：３次元情報生成
Ｓ３：パターン生成
Ｓ４：レーザ加工
Ｐ１：準備
Ｐ２：パターン形成
Ｐ２１：３次元設計
Ｐ２２：サンプルスキャン
Ｐ２３：フィルタリング
Ｐ３：加工
Ｐ３１：レーザ処理
Ｐ３２：品質管理
Ｐ３２ａ：分析報告書
Ｐ３３：終了
Ｈ：ハプティック部
Ｏ：オプティック部
ＯＧ：オプティックグルーブ
ＨＧ：ハプティックグルーブ
Ｄ１、Ｄ２：深さ
Ｒ１、Ｒ２：間隔
Ｇ１、Ｇ２：幅
Ａ：加工対象体
Ｂ：３次元プロファイル検査データ
Ｃ：データ変換および３次元ＣＡＤファイル
Ｄ：パターンファイル生成およびプロジェクション
Ｅ：加工対象体の表面に設計された３次元パターンデータ
Ｆ：外郭形状認識
Ｇ：加工対象体整列およびパターンデータ投影
Ｉ：パターニングされた人工水晶体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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