(57)【要約】  レーザ・ビームを均一化するための装置は、小型レンズ・アレイを備える。いくつかの実施形態では、小型レンズ・アレイは、負の度を有する。小型レンズ・アレイは、いくつかの実施形態で１６個から３６個の、または代替となる実施形態で他のいずれかの適切な数の、有効な小型レンズを備えてもよい。いくつかの実施形態は、小ビームが重なり、かつエネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための再集束レンズを追加で備える。代替となる実施形態では、小型レンズ・アレイと再集束レンズが、１つの光学系内に結合されている。
2008509436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負の度の小型レンズ・アレイを備え、レーザ・ビームを横切るエネルギー分布を変更するための装置。
【請求項２】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記小型レンズ・アレイの各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１と第２の側が、前記小型レンズ・アレイが、再集束レンズとして働くように曲げられている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための再集束レンズをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各小型レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズと
を備えるレーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための装置。
【請求項１１】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームの長手方向軸の周りに回転させるための少なくとも１つの回転部材をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記小型レンズ・アレイが、複数の負の度数の小型レンズを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記小型レンズが、レーザ源と前記アレイのジオメトリの間の結合影響に対処するために回転するように偏倚される請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記小型レンズ・アレイと前記再集束レンズが、１つの光学系内に結合されている請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記再集束レンズが、正の度のレンズを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２１】
前記レンズを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２２】
開口を通過するビームをサイズ調整するために、前記結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２３】
前記レーザ・ビームが前記小型レンズ・アレイに到着する前に、前記レーザ・ビームの断面積を調節するためのテレスコープをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２４】
前記テレスコープが、前記レーザ・ビームに対して固定された位置を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
レーザ・エネルギーの供給源と、
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各小型レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズと
を備える均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステム。
【請求項２６】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記小型レンズ・アレイが、複数の負の度の小型レンズを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３１】
前記小型レンズが、レーザ源と前記アレイのジオメトリの間の結合影響に対処するために回転するように偏倚される請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３３】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３４】
前記小型レンズ・アレイと前記再集束レンズが、１つの光学系内に結合されている請求項２５に記載のシステム。
【請求項３５】
前記再集束レンズが、正の度のレンズを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３６】
開口を通過するビームをサイズ調整するために、前記結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記小型レンズ・アレイの前記レーザ・ビーム上流の断面積を調節するためのテレスコープをさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記テレスコープが、前記レーザ・ビームに対して固定された位置を有する請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
２つの直交する軸内で等しくない発散角を有するレーザ・ビームを供給するレーザと、
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために負の度にされた小型レンズ・アレイであって、前記小型レンズ・アレイが、交差された凹型の円筒形面の対向する面を備える小型レンズ・アレイと、
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部と、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つのレンズと
を備える均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステムであって、
前記小型レンズ・アレイが９０°と０゜から離れるように回転されるとき、前記レーザを発射するように構成されているシステム。
【請求項４０】
レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために小型レンズ・アレイを通って前記レーザ・ビームを通過させるステップと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、少なくとも１つのレンズを使用して小ビームを目標上に方向付けるステップと
を含むレーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための方法。
【請求項４１】
前記小型レンズ・アレイが負の度の小型レンズ・アレイを備え、かつ前記ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、小ビームを発散させるステップを形成する請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記レーザ・ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、少なくとも１６本の小ビームを生成する請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記小型レンズ・アレイが、パルス化されたレーザ・ビームの各パルスが、４５°の対角線軸の受容角度の枠内で前記アレイを通過するように回転し、このようにして、前記レーザ・ビームに対する前記アレイの０°と９０°の方向を回避することをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記受容角度の枠が、前記４５°対角線軸の両側に１０°の範囲を備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記レンズを前記長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記小型レンズ・アレイを通って前記ビームを通過する前に、テレスコープを通って前記ビームを通過させることによって、前記レーザ・ビームの断面寸法を調節するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記小ビームを目標上に方向付けるステップが、前記レンズから離れて配置された開口上に前記小ビームを集束させることを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
開口を通って前記小ビームの少なくともいくつかを方向付けるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
前記開口を通って前記小ビームを方向付けるステップが、前記小ビームに切除平面に平行に到着させる請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記開口の断面寸法が、切除平面で所望の断面寸法を有する前記レーザ・ビームを供給するように選択される請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために小型レンズ・アレイを通って前記レーザ・ビームを通過させるステップと、
前記小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、少なくとも１つのレンズを通って前記小ビームを方向付けるステップと、
開口を通って前記小ビームの少なくともいくつかを方向付けるステップと
を含む前記均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給する方法。
【請求項５３】
前記小型レンズ・アレイが、負の度の小型レンズ・アレイを備え、かつ前記ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、小ビームを発散させるステップを形成する請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、少なくとも１６本の小ビームを生成する請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記小型レンズ・アレイが、パルス化されたレーザ・ビームの各パルスの間回転する請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記アレイが、前記レーザ・ビームの方向に対して、４５°の対角線軸の周りの受容角度枠内で回転する請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記受容角度枠が、前記４５°対角線軸の両側に１０°の範囲を備える請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記レンズを前記長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項５２に記載の方法。
【請求項６０】
前記小型レンズ・アレイを通って前記ビームを通過する前に、テレスコープを通って前記ビームを通過させることによって、前記レーザ・ビームの断面寸法を調節するステップをさらに含む請求項５２に記載の方法。
【請求項６１】
前記開口を通って前記小ビームを方向付けるステップが、前記小ビームに切除平面に平行に到着させる請求項５２に記載の方法。
【請求項６２】
前記開口の断面寸法が、切除平面で所望の断面寸法を有する前記レーザ・ビームを供給するように選択される請求項５２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、レーザ・ビーム搬送システムに関する。より具体的には、本発明は、屈折矯正手術での使用のためのレーザ・ビームを均一化するためのデバイス、システム、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非対称的なエネルギー・プロファイル断面を有する放射のコリメートされたビームの時間的および空間的特性を改良するように設計されたレーザ・ビーム搬送システムは、公知である。いくつかのシステムが、たとえば、屈折矯正手術を行うためのエキシマ・レーザ・ビームを搬送するために使用されている。ＶＩＳＸ株式会社（カリフォルニア州サンタクララ）によって開発されたＳＴＡＲ（商標）システムでは、レーザ屈折矯正角膜除去手術（ＰＲＫ）および治療的角膜除去手術（ＰＴＫ）のために使用されるコリメートされたレーザ・ビームが、エキシマ・レーザ・ビームの空間的および時間的一体性の両方を提供する光学ビーム搬送システムを用いて手術平面に搬送される。このシステムでは、コリメートされたレーザ・ビームが、入射ビームを７本の小ビームに分割するために、開いた経路を包囲する６個のプリズムの組を通過する。時間領域でさらに平均化することは、回転するテレスコープによってビームを回転させることによって行われる。ビームの分割と回転の組合せによって、屈折矯正手術のために使用できる強度プロファイルを有するレーザ・ビームを作成する。このようなシステムは、本発明の譲渡人に対して譲渡され、参照によって全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，６４６，７９１号や第５，９１２，７７５号に記載されている。
【０００３】
コリメートされたレーザ・ビームに空間的および時間的一体性を提供することには極めて効果的であるが、この構成はときどき、わずかな非一様性の小ビームを提供し、それによって、切除目標でわずかに変化した断面強度プロファイルを有するレーザ・ビームを結果として生じさせる。言い換えれば、このような構成は、最適であるよりも少ない、レーザ・ビームの均一化（すなわち強度プロファイル平均）を提供するかもしれない。１つの解決法は、均一化デバイス内のプリズムの数を増加させることになるが、このようなデバイスは製造するのが困難であろう。また、エキシマ・レーザに曝露される光学系の伝送は、時間とともに劣化し、この影響は比較的厚いプリズム要素で特に大きい。米国特許第５，６４６，７９１号や５，９１２，７７５号に記載されているようなシステムの別の不利点は、システムのアラインメントが比較的困難になることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、改良型のレーザ・ビーム均一化デバイス、システム、方法に対する必要性が存在する。このようなデバイス、システム、方法は、強化されたレーザ・ビーム強度平均と均一化を理想的に可能にし、このようにしてレーザ・ビームの断面にわたる強度の変動を減少させるまたは除去することができる。理想的には、このようなシステム内の小ビームが平行化されることでる。同様に理想的には、レーザ・ビームを均一化するためのデバイスは、製造するのが比較的簡単で、強化された光の伝送を可能にし、摩耗と引裂に対して比較的抵抗があることである。これらの目的の少なくともいくつかが、本発明によって対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は一般に、レーザ・ビームを均一化するための小型レンズ・アレイを備えるデバイス、システム、方法を提供する。本発明の一態様では、レーザ・ビームを横切るエネルギー分布を変更するための装置が、負の度の小型レンズのアレイを備える。いくつかの実施態様では、たとえば、小型レンズ・アレイが、ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える。たとえば、いくつかの実施態様では、各小型レンズ・アレイが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する。小型レンズ・アレイは、適切な形状または構成を有してもよいが、一実施態様では、アレイが六角形の格子を備える。他のいかなる適切な材料が使用されてもよいが、一実施態様では、小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える。
【０００６】
いくつかの実施態様では、小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える。いくつかの実施態様は、小型レンズ・アレイをレーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える。
【０００７】
本発明の別の態様では、レーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための装置は、レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズとを備える。オプションで、装置は、小型レンズ・アレイをレーザ・ビームの長手方向軸の周りに回転させるための少なくとも１つの回転部材をさらに備える。いくつかの実施態様では、小型レンズ・アレイが、複数の負の度の小型レンズを備える。様々な実施態様では、小型レンズ・アレイは、上記で説明した特徴のいずれかを有してもよい。
【０００８】
いくつかの実施態様では、小型レンズが、レーザ源とアレイのジオメトリの間の結合影響に対処するために発射しているレーザ・パルスの間に回転するように偏倚される。いくつかの実施態様では、小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える。また、いくつかの実施態様では、小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える。いくつかの実施態様では、再集束レンズが、正の度レンズを備える。
【０００９】
オプションで、装置は、レンズをレーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える。いくつかの実施態様では、開口は、開口を通過するビームをサイズ調整するために、結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備える。オプションで、装置は、レーザ・ビームが小型レンズ・アレイに到着する前に、レーザ・ビームの断面積を調節するためのテレスコープをさらに備えてもよい。いくつかの実施態様では、テレスコープが、レーザ・ビームに対して固定された位置を有する。
【００１０】
本発明の別の態様において、均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステムが、レーザ・エネルギーの供給源と、レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各小型レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズとを備える。小型レンズ・アレイと再集束レンズは、上記で説明した特徴のいずれかを備えてもよい。
【００１１】
オプションで、システムは、小型レンズ・アレイをレーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備えてもよい。システムは、開口を通過するビームをサイズ調整するために、結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備えてもよい。いくつかの実施態様では、システムは、小型レンズ・アレイのレーザ・ビーム上流の断面積を調節するためのテレスコープをさらに備える。
【００１２】
本発明の別の態様における、均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステムは、２つの直交する軸内に等しくない発散角を有するレーザ・ビームを供給するレーザと、レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために負の度にされ、交差された凹型の円筒形面の対向する面を有する小型レンズ・アレイと、小型レンズ・アレイをレーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部と、小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つのレンズとを備える。本発明のこの態様では、システムは、小型レンズ・アレイが、エキシマ・レーザに対して９０°および０゜離れるように回転されるとき、レーザを発射するように構成されている。エキシマ・レーザは非対称なビーム形状を有し、このことは、回転軸を定義するために使用されることができる。
【００１３】
本発明の別の態様における、レーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための方法は、レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために小型レンズ・アレイを通ってレーザ・ビームを通過させるステップと、小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、少なくとも１つのレンズを使用して小ビームを目標上に方向付けるステップとを含む。いくつかの実施態様では、小型レンズ・アレイが負の度の小型レンズ・アレイを備え、かつビームに小型レンズ・アレイを通過させるステップが、小ビームを発散させるステップを形成する。いくつかの実施態様は、少なくとも１６本の小ビームを生成するためにレーザ・ビームに小型レンズ・アレイを通過させるステップを含む。
【００１４】
オプションで、方法は、小型レンズ・アレイをレーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む。いくつかの実施態様では、たとえば、小型レンズ・アレイが、パルス化されたレーザ・ビームの各パルスが、４５°の対角線軸の周りの受容角度枠内でアレイを通過するように回転し、このようにして、レーザ・ビームに対するアレイの０°および９０°の方向を回避する。一実施態様では、受容角度枠が、４５°対角線軸の両側に１０°の範囲を備える。方法は、レンズを長手方向軸の周りに回転させるステップをオプションでさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施態様では、方法は、小型レンズ・アレイを通ってビームを通過する前に、テレスコープを通ってビームを通過させることによって、レーザ・ビームの断面寸法を調節するステップをさらに含む。いくつかの実施態様では、小ビームを目標上に方向付けるステップが、レンズから離れて配置された開口上に小ビームを集束させることを含む。オプションで、方法は、開口を通って小ビームの少なくともいくつかを方向付けるステップをさらに含む。いくつかの実施態様では、開口を通って小ビームを方向付けるステップが、小ビームを切除平面に平行に到着させる。また、いくつかの実施態様では、開口の断面寸法が、切除平面で所望の断面寸法を有するレーザ・ビームを供給するように選択される。
【００１６】
本発明の別の態様における、均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給する方法が、レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために小型レンズ・アレイを通ってレーザ・ビームを通過させるステップと、小ビームが重なりかつエネルギー分布が均一化されるように、少なくとも１つのレンズを通って小ビームを方向付けるステップと、開口を通って小ビームの少なくともいくつかを方向付けるステップとを含む。この方法の様々な実施態様は、上記で説明した特徴のいずれかを備えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらやその他の形態が、図面を参照にして以下でより詳細に説明される。
【００１８】
図面を参照すると、図１は、本発明によるレーザ・ビーム搬送装置の概略形態を示している。この図面に見られるように、レーザ源（図示せず）からのコリメートされたビーム１０が、小型レンズ・アレイ１２の入口面上に方向付けられる。小型レンズ・アレイ１２が、ビーム１２を複数の小ビーム１４に分割し、小ビームは次に再集束レンズ１６を通過する。再集束された小ビーム１８が次に、小ビームをサイズ調整し、かつ所望の断面ビーム・プロファイルを提供するように構成された、開口２０を通過する。
【００１９】
図１Ａを参照すると、小型レンズ・アレイ１２は、いかなる適切な数と形状の小型レンズ１３を有してもよい。いくつかの実施形態では、小型レンズ・アレイ１２は、図示のように、小型レンズ１３の正方形の格子を備え、少なくとも１６個の小型レンズが、レーザ・ビーム１０の経路内に配置されるように構成されている。しかし、他の実施形態では、いかなる他の適切な数の小型レンズ１３が備えられてもよく、レーザ・ビーム１０がこれらのすべてまたは一部分を通過するように配置されてもよい。また、小型レンズ１３、および／または小型レンズ・アレイ１２のサイズ、ジオメトリ、形状は、様々な実施形態で様々である。一実施形態では、たとえば、小型レンズ・アレイ１２と小型レンズ１３は両方六角形であってもよい。別の実施形態では、図２Ａ、２Ｂを参照にして以下でさらに説明するように、小型レンズ・アレイ１２は、複数の半円筒の２つの対向する面を備えるようにしてもよい。小型レンズ１３はまた、いかなる適切な光学的度（焦点距離）を有してもよい。個々の小型レンズ１３と小型レンズ・アレイ１２の両方のサイズ、形状、ジオメトリ、光学的度などの特性が、様々な実施形態で、切除平面で所望のビーム・プロファイルを提供するように選択されてもよい。一実施形態では、たとえば、小型レンズ・アレイ１２は、４×４正方形格子に配置された１６個の有効な小型レンズ１３を備え、かつ各レンズは、約４．５ｍｍの正方形であり、約ｆ＝−１２３．５ｍｍの焦点距離を有する。他の実施形態は、１６から３６個の有効な小型レンズ、または他のいずれかの適切な数を備えてもよい。
【００２０】
小型レンズ１４が、凸型再集束レンズ１６などの傾斜光学系、または代替となる実施形態では、凹型鏡またはその他の光学要素を用いて結合される。開口２０は、小ビーム１８が重なる平面に配置されており、ビームをサイズ調整し、かつビームの縁部での望ましくない強度変動を廃棄するように構成されている。この選択可能な開口２０が次に、切除平面上に、またはその近傍に最適に結像される。小ビーム１８が重なる点での結像されるスポットのサイズとジオメトリは、選択開口２０とレンズ１６の大きさによって決定される。選択開口２０の重なり面積は、各小型レンズ１３のサイズや再集束レンズ１６のレンズ度数に依存するが、その平面での各小型レンズ１８での発散角によって一様性の点で制限される。各小型レンズ１８の発散角は、小型レンズ１３の度やレンズ１６の有効度によって決定される。レーザ源からの入射発散角も考慮されてもよい。より大きな数の小型レンズ１３が、より良好な空間的平均を意味するが、より小さい小型レンズ１３も、より大きい発散角を生じさせ、したがって一様ではなく、よりピークのある形状のレーザ・ビーム・プロファイルを生じさせる。開口２０の所望のサイズを満たし、一様な強度プロファイルを達成するために、小型レンズ１３のサイズと度が、空間的平均と小ビームの発散角の折衷を達成するように選択されてもよい。
【００２１】
小型レンズ・アレイ１２は、正または負の度であってよい。正の度の小型レンズ１２を通って放出される小ビームは収束するが、負の度の小型レンズ・アレイ１２を通って放出される小ビームは発散する。望ましくない小ビームの集束と、結果として生じる「ホット・スポット」を回避するために、いくつかの実施形態で負の度の小型レンズ・アレイ１２を使用することは、有利である。ここではレーザ・フルエンスが高く、レーザがフッ化アルゴン・エキシマ・レーザである場合、過度のオゾンが生成される。
【００２２】
図２Ａおよび２Ｂをここで参照すると、一実施形態では、小型レンズ・アレイ２０は、２つの対向する面２２ａ、２２ｂを備え、各面が、複数のくぼみを形成するように平行に配置された複数の部分円筒２４を備える。一方の面２２ａ上の部分円筒２４は、対向する面２２ｂ上の部分円筒２４に対して近似的に直交するように配置されている。対向して方向付けられた部分円筒２４を備える対向する面２２ａ、２２ｂが、複数の球形の小型レンズなどの小型レンズとして機能することが見出された。また、図示のような小型レンズ・アレイ２０は、通常、複数の球形の小型レンズを備える代替となるアレイよりも製造するのが容易である。たとえば、アレイ２０は、凹型の部分円筒２４が面２２ａ、２２ｂ上にエッチングされた、溶融されたシリカ製であってもよい。
【００２３】
ここで図３を参照すると、一実施形態では、レーザ・ビーム３０は、レーザ源３２によって供給され、第１の鏡３３に向かって方向付けられる。鏡３３は、ビーム３０をサイズ調整テレスコープ３４に向かって方向付ける。サイズ調整テレスコープ３４は、ビーム３０を所望の断面サイズにサイズ調整する。一実施形態では、たとえば、サイズ調整されたビーム３０の断面積は、約１８ｍｍ×約２０ｍｍである。小型レンズ開口３６が、一実施形態では１８ｍｍ×１８ｍｍのビームを作成するためなどにビーム３０を再びサイズ調整するために、小型レンズ・アレイ３８の前に配置される。開口３６はまた、１６個の小型レンズを、４×４の格子を満たすようにビーム３０を小型レンズ・アレイ３８に対して位置合わせした。正の度の再集束レンズ４０が、アレイ３８によって形成された小ビームを傾斜させ、かつ、小ビームが別の鏡４１と接触した後に到着する絞り開口４２で小ビームを重ねるために、小型レンズ・アレイ３８の後に配置される。小ビームが次に、切除平面５０に到達する前に追加の結像レンズ４４、４８と鏡４５、４６、４９を通過する。
【００２４】
一実施形態では、小型レンズ・アレイ３８は、レーザ・ビーム３０のパルスの間に軸の周りに回転されてもよい。たとえば、アレイ３８は、レーザ・ビーム３０の軸に対して０°と９０°の角度から離れるように約４５°回転されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイ３８の回転角は、４５°＋／−１０°の枠内、すなわち３５°から５５°の間である。回転は、パルス化されたレーザ源３２の各パルスの間に、＋／−１０°の枠内で、９０°の増分で発生してもよい。たとえば、回転角は、約４５°、１３５°、２２５°、３１５°である。このような回転は、小型レンズの間の小型レンズ・アレイ３８の領域によって生じる縞状領域または格子パターンを有するレーザ・ビームの形成を防止することを助ける。回転は、小型レンズ・アレイ３８と結合された駆動機構を介して、または他のいずれかの適切な手段を介して達成されてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、小型レンズ・アレイ３８と再集束レンズ４０が、１つの光学系内に結合されてもよい。このことは、たとえば、小型レンズ・アレイ３８に、全体的に低い正の度数のレンズ効果を与えるために、その対向する面の一方または両方に沿った漸近的な曲率を有する小型レンズ・アレイ３８によって達成されてもよい。このような結合された光学系は、レーザ・ビーム３０を複数の小ビームに分割し、かつ小ビームを開口４２の平面内で重ならせるように構成されている。様々な実施形態では、このような曲線状の小型レンズ・アレイ３８が、光学系にわずかな曲率を与えるようにリソグラフィ・ソフトウェアをプログラミングすることによって、または曲線状の基板上に小型レンズ３８の部分的に円筒形の要素を配置することによって形成されることが可能である。
【００２６】
上記のことは、本発明の好ましい実施形態の全体的なかつ完全な開示を提供するが、様々な修正形態、代替構成および等価なものが、当業者に明らかになるであろう。たとえば、本発明は、眼科的レーザ手術システムを特に参照して説明されたが、本発明の他の適用例が必要に応じて作製されてもよい。したがって、上記のことは、添付の特許請求の範囲によって定義される、本発明を限定するように解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を組み込んでいるレーザ・ビーム光学搬送システムの一部分の概略側図である。
【図１Ａ】本発明の一実施形態による小型レンズ・アレイの端面図であり、空間ビーム合成器の一部分の図１の線２−２に沿った概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による対向する面を備える小型レンズ・アレイの透視図である。
【図３】本発明の一実施形態を組み込んでいるレーザ・ビーム光学搬送システムの一部分の概略図である。
【図１】
2008509436.tif 000003
【図１Ａ】
2008509436.tif 000004
【図２Ａ】
2008509436.tif 000005
【図２Ｂ】
2008509436.tif 000006
【図３】
2008509436.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月7日(2007.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負の度の小型レンズ・アレイを備え、レーザ・ビームを横切るエネルギー分布を変更するための装置。
【請求項２】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記小型レンズ・アレイの各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１と第２の側が、前記小型レンズ・アレイが、再集束レンズとして働くように曲げられている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項９】
小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、小ビームを目標上に方向付けるための再集束レンズをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各小型レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズと
を備えるレーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための装置。
【請求項１１】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームの長手方向軸の周りに回転させるための少なくとも１つの回転部材をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記小型レンズ・アレイが、複数の負の度数の小型レンズを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記小型レンズが、レーザ源と前記アレイのジオメトリの間の結合影響に対処するために回転するように偏倚される請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記小型レンズ・アレイと前記再集束レンズが、１つの光学系内に結合されている請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記再集束レンズが、正の度のレンズを備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２１】
前記レンズを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２２】
開口を通過するビームをサイズ調整するために、前記結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２３】
前記レーザ・ビームが前記小型レンズ・アレイに到着する前に、前記レーザ・ビームの断面積を調節するためのテレスコープをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２４】
前記テレスコープが、前記レーザ・ビームに対して固定された位置を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
レーザ・エネルギーの供給源と、
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するための小型レンズ・アレイであって、各小型レンズが、有効な負の度を有する小型レンズ・アレイと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つの再集束レンズと
を備える均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステム。
【請求項２６】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部をさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記小型レンズ・アレイが、複数の負の度の小型レンズを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
前記小型レンズ・アレイが、前記ビーム内で少なくとも部分的に少なくとも１６個の小型レンズの正方形の格子を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
各小型レンズが、約２ｍｍから約５ｍｍの間の断面寸法を有する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記小型レンズ・アレイが、六角形の格子を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３１】
前記小型レンズが、レーザ源と前記アレイのジオメトリの間の結合影響に対処するために回転するように偏倚される請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記小型レンズ・アレイが、溶融されたシリカを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３３】
前記小型レンズ・アレイが、凹型の円筒形面の第１の直線状のアレイを備える第１の側と、前記第１の側に対向し、かつ第１の直線状のアレイの面に垂直に延びる凹型の円筒形面の第２の直線状のアレイを備える第２の側を備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３４】
前記小型レンズ・アレイと前記再集束レンズが、１つの光学系内に結合されている請求項２５に記載のシステム。
【請求項３５】
前記再集束レンズが、正の度のレンズを備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３６】
開口を通過するビームをサイズ調整するために、前記結合された小ビームが重なる箇所の平面に配置された開口をさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記小型レンズ・アレイの前記レーザ・ビーム上流の断面積を調節するためのテレスコープをさらに備える請求項２５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記テレスコープが、前記レーザ・ビームに対して固定された位置を有する請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
２つの直交する軸内で等しくない発散角を有するレーザ・ビームを供給するレーザと、
前記レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために負の度にされた小型レンズ・アレイであって、前記小型レンズ・アレイが、交差された凹型の円筒形面の対向する面を備える小型レンズ・アレイと、
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるための駆動部と、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、前記小ビームを目標上に方向付けるための少なくとも１つのレンズと
を備える均一化されたエネルギー分布を有するレーザ・ビームを患者の眼に供給するためのシステムであって、
前記小型レンズ・アレイが９０°と０゜から離れるように回転されるとき、前記レーザを発射するように構成されているシステム。
【請求項４０】
レーザ・ビームを複数の小ビームとして伝送するために小型レンズ・アレイを通って前記レーザ・ビームを通過させるステップと、
前記小ビームが重なりかつ前記エネルギー分布が均一化されるように、少なくとも１つのレンズを使用して小ビームを目標上に方向付けるステップと
を含むレーザ・ビームを横切るエネルギー分布を均一化するための方法。
【請求項４１】
前記小型レンズ・アレイが負の度の小型レンズ・アレイを備え、かつ前記ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、小ビームを発散させるステップを形成する請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記レーザ・ビームに前記小型レンズ・アレイを通過させるステップが、少なくとも１６本の小ビームを生成する請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記小型レンズ・アレイを前記レーザ・ビームに沿って延びる長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記小型レンズ・アレイが、パルス化されたレーザ・ビームの各パルスが、４５°の対角線軸の受容角度の枠内で前記アレイを通過するように回転し、このようにして、前記レーザ・ビームに対する前記アレイの０°と９０°の方向を回避することをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記受容角度の枠が、前記４５°対角線軸の両側に１０°の範囲を備える請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記レンズを前記長手方向軸の周りに回転させるステップをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記小型レンズ・アレイを通って前記ビームを通過する前に、テレスコープを通って前記ビームを通過させることによって、前記レーザ・ビームの断面寸法を調節するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記小ビームを目標上に方向付けるステップが、前記レンズから離れて配置された開口上に前記小ビームを集束させることを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
開口を通って前記小ビームの少なくともいくつかを方向付けるステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
前記開口を通って前記小ビームを方向付けるステップが、前記小ビームに切除平面に平行に到着させる請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記開口の断面寸法が、切除平面で所望の断面寸法を有する前記レーザ・ビームを供給するように選択される請求項４９に記載の方法。
【国際調査報告】
2008509436.tif 000008
2008509436.tif 000009