KR101631203B1

KR101631203B1 - 굴절 레이저의 초점 깊이를 결정하기 위한 이미지 처리 방법

Info

Publication number: KR101631203B1
Application number: KR1020147021237A
Authority: KR
Inventors: 베른트 바름
Original assignee: 웨이브라이트 게엠베하
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2016-06-16
Also published as: AU2011384704A1; CA2856893A1; DK2797562T3; CA2856893C; KR20140111314A; BR112014015886B1; PL2797562T3; CN104039283B; US20150036899A1; BR112014015886A2; US9393157B2; JP5902830B2; JP2015508306A; IN2014KN01356A; MX343824B; EP2797562A1; ES2689680T3; MX2014008044A; WO2013097881A1; RU2585425C2

Abstract

본 발명은 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하기 위한 레이저 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 인터페이스 장치는 레이저 장치에 연결될 수 있고, 전방면 및 후방면을 가지는 압평 요소를 갖는다. 규정된 형상을 갖는 레이저 빔은 압평 요소를 통과하여 초점에 모인다. 압평 요소의 전방면으로부터 반사되는 스퓨리어스 반사와 압평 요소의 후방면으로부터 반사되는 표준 반사와의 중첩 이미지가 검출된다. 다음에, 스퓨리어스 반사는 중첩 이미지로부터 필터링된다. 잔류 표준 반사에 기초하여 레이저 빔의 초점 깊이가 결정될 수 있다.

Description

굴절 레이저의 초점 깊이를 결정하기 위한 이미지 처리 방법{IMAGE PROCESSING METHOD FOR DETERMINING FOCUS DEPTH OF A REFRACTIVE LASER}

본 발명은 굴절 레이저의 초점 깊이를 결정하기 위한 이미지 처리 방법에 관한 것이다.

재료 처리 레이저의 경우, 특히 안과 수술에 사용되는 레이저의 경우, 고품질 및 정밀한 절제(cut)를 달성하기 위해 레이저 빔의 초점 깊이를 정확하게 결정하는 것이 필수적이다.

굴절 레이저는 라식(LASIK: 레이저 각막 회복 수술) 수술에서 사용되는 재료 처리 레이저의 특별한 종류이다. 라식 수술은 3단계로 실시되고 있다. 첫째 단계는 각막 조직의 플랩(flap)을 생성하는 것이다. 둘째 단계는 플랩 아래에 있는 각막을 굴절 레이저로 재형상화 또는 리모델링하는 것이다. 최종 단계에서 플랩이 재위치된다.

사람 각막은 다섯 개의 층으로 이루어져 있다. 외층은 상피(epithelium)이고, 고속 성장하며 용이하게 재생되는 세포들의 얇은 조직층이고, 통상 세포들의 약 여섯 개의 층으로 구성되어 있다. 다음에, 보우만층(Bowman's layer)은 8 내지 14㎛ 두께를 가지며, 기질을 보호하는 콜라겐의 응집층이다. 기질은 투명한 중간층이며, 성기게 분포되고 상호 연결된 각막실질세포(keratocyte)와 함께 규칙적으로 배열된 콜라겐 섬유로 이루어지며, 이들은 일반적으로 회복 및 유지를 담당하는 세포들이다. 데스메막(Descemet's membrane)은 약 5 내지 20㎛ 두께의 얇은 무세포(acellular) 층이다. 끝으로, 내피(endothelium)는 미토콘드리아-농후(mitochondria-rich) 세포로 된 대략 5㎛ 두께의 층이다.

기질은 각막의 가장 두꺼운 층이며, 각막 두께의 최대 90%를 차지한다. 수술 중에 기질의 리모델링 또는 재형상화는 각막의 광-집속(light-focussing) 능력을 변경시켜 환자 시력을 교정한다.

라식 수술 중에, 레이저 빔의 초점 깊이를 더욱 정확하게 제어하기 위하여 편평하거나 굴곡진 투과 또는/및 반투과 평판(plane)이 눈의 외표면 접촉 상태로 놓이게 된다. 이러한 평판을 또한 압평 요소라고도 한다. 압평 요소는, 통상적으로 반사-최소화 층으로 코팅되어 있는 전방면과, 눈과 접촉하게 되는 후방면을 갖는다.

플랩을 절개할 때, 레이저의 초점 깊이는 매우 정밀하게 제어되어야 한다. 플랩은 대략 80㎛ 내지 500㎛, 즉 대략 120㎛의 깊이로 절개된다. 플랩은 통상 플랩을 뒤로 잡아당김으로써 생성된 외상을 회피하기 위해 보우만 층(Bowman's layer)에 아주 가까이에 만들어지지만 상기 층의 파괴를 회피하기 위해 보우만 층으로부터 충분히 멀리 생성한다. 일관성 있고 고품질의 결과를 만들 수 있도록, 레이저 빔의 초점 깊이는 몇 마이크로미터의 정밀도 내에서 제어될 수 있어야 한다.

현재의 라식 수술 시스템에서, 눈의 각막 면에 대한 레이저의 초점 깊이는 각각의 수술을 시작하기 전에 조정(calibrate)(또는 재조정(recalibrate))된다.

조정 중에 레이저 빔의 정확한 초점 깊이를 결정하기 위하여, 압평 요소의 후방면이 눈과 접촉하게 하고, 특별한 패턴을 갖는 레이저 빔이 눈으로 향하게 된다. 압평 요소의 후방면에 대한 레이저 빔의 정확한 초점 깊이는 압평 요소의 후방면으로부터 반사된 광의 측정 패턴에 기초하여 계산된다. 계산된 품질을 훼손하게 될 다른 표면으로부터의 스퓨리어스 반사(spurious reflections)가 없음을 보장하기 위하여, 압평 요소의 전방면은 고투과성 반사-최소화 코팅으로 도포된다.

그러나, 이러한 고투과성 코팅은 상당히 고가이며, 따라서, 압평 요소의 전방면이 반사-최소화 고투과성 층으로 도포되지 않을 경우에도 작용하는 레이저 빔의 정확한 초점 깊이를 결정하는 방법을 찾는 것이 필요하다. 이러한 과제는 독립항의 주제에 의해 해결된다. 유리한 실시예들이 종속항에 규정되어 있다.

청구항 1에 따라 안과용 레이저 장치의 제1 양태를 서술한다. 인터페이스 장치는 레이저 장치에 연결될 수 있고, 레이저 장치에 의해 생성된 레이저 빔에 대해 투과 또는/및 반투과될 수 있는 압평 요소를 가진다. 압평 요소는 전방면 및 후방면을 갖는다. 레이저 장치는 사전 규정된 형상을 갖는 레이저 빔을 상기 압평 요소를 통해 초점에 집속하도록 구성된 광학부(optics)를 포함한다. 또한, 레이저 장치는 전방면으로부터 반사되는 스퓨리어스 반사와, 후방면으로부터 반사되는 표준 반사와의 중첩 이미지를 검출하도록 구성된 검출 요소를 포함한다. 레이저 장치는 또한 상기 중첩 이미지로부터 스퓨리어스 반사를 수치적(numerically)으로 필터링하며, 잔류 표준 반사에 기초하여 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

제1 양태에 따른 안과용 레이저 장치는 압평 요소의 전방면에 반사-최소화 코팅이 없을지라도 레이저 빔의 초점 깊이를 정확하게 결정할 수 있도록 허용한다.

제1 양태에 따른 하나의 실시예에서, 안과용 레이저 장치는 레이저 빔의 적어도 일부분을 커버하기 위한 마스크를 추가로 포함한다. 이 경우에, 광학부는 사전 규정된 형상을 생성하기 위해 레이저 빔을 상기 마스크를 통해 집속하도록 구성되어 있다. 이 실시예에 따라 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하여 정확한 결과를 제공하도록 구성되어 있는 적절한 마스크를 선택할 수 있다.

제1 양태에 따른 추가의 실시예에서, 스퓨리어스 반사를 필터링하기 위한 프로세서는, 보조 이미지를 생성하기 위해 중첩 이미지를 사전 규정된 기준 패턴으로 컨벌류트(convolute)하도록 구성될 수 있다. 프로세서는 다음에 상기 보조 이미지를 평가하여 최고 강도를 갖는 최대 지점을 확인하도록 구성될 수 있다. 끝으로, 프로세서는 최대 지점의 위치에 기초하여 기준 패턴을 재위치시키고, 상기 표준 반사를 생성하기 위해 중첩 이미지를 재위치된 기준 패턴으로 증식(multiply)하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에 따라 표준 반사의 중심점이 결정될 수 있고, 이 정보에 기초하여 스퓨리어스 반사가 제거될 수 있다.

이전 실시예의 개선으로서, 기준 패턴은 중심점을 포함하고, 프로세서는 중심점과 최대 지점의 위치가 중첩되도록 기준 패턴을 재위치시킬 수 있게 구성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 표준 반사가 위치될 수 있는 지점들이 확인될 수 있고, 따라서, 스퓨리어스 반사가 제거될 때에 어떠한 표준 반사도 소멸되지 않도록 하는 것이 보장된다.

추가로 또는 대안으로, 중첩 이미지를 기준 패턴으로 컨벌류트하는 것은 주파수 영역에서 증식(multiplication)으로서 실시될 수 있다. 이 실시예의 개선으로서, 프로세서는, 중첩 이미지에 푸리에 변환(Fourier-transform)을 적용하도록 구성될 수 있다. 다음에, 프로세서는 변환된 보조 이미지를 생성하기 위해 푸리에 변환된 중첩 이미지를 기준 패턴의 푸리에 변환으로 증식하도록 구성될 수 있다. 끝으로, 프로세서는 보조 이미지를 생성하기 위해 변환된 보조 이미지에서 역-푸리에 변환(reverse-Fourier-transform)을 실시하도록 구성될 수 있다. 이에 의하면, 공간 도메인에서의 컨벌류션이 계산 상으로 아주 고비용으로 실행될 수 있는 반면에, 컨벌류트된 중첩 이미지의 계산을 더욱 신속하게 실시할 수 있게 된다.

제1 양태의 추가 실시예에서, 압평 요소는 반사-최소화 코팅이 없을 수 있다.

이전 두 개의 실시예 중 어느 것에서, 압평 요소의 후방면은 검사될 눈에 접촉상태로 놓이도록 구성될 수 있다. 이것은 광학부와 눈의 표면 사이의 거리를 결정 절차의 과정에서 일정하게 유지할 수 있게 하며, 따라서, 초점 깊이가 전 과정에서 정확하게 측정된다는 것을 보장한다.

제2 양태는 제1 양태 또는 제1 양태의 실시예들 중 하나에 따른 레이저 장치를 갖는 레이저 시스템이다. 이 레이저 시스템은, 레이저 장치에 연결될 수 있고 그리고 레이저 장치에 의해 생성된 레이저 빔에 대해 투과 및/또는 반투과되는 압평 요소를 갖는 인터페이스 장치를 포함한다. 상기 압평 요소는 전방면 및 후방면을 포함한다.

제3 양태는 여기에 설명된 바와 같은 레이저 장치에 의해 공급되는 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 방법이다. 이 방법의 제1 단계에서, 사전 규정된 형상을 갖는 레이저 빔이 압평 요소를 통해 초점에 집속된다. 압평 요소는 전방면 및 후방면을 갖는다. 압평 요소는 투명 및/또는 반투명 압평 요소가 될 수 있으며, 즉, 레이저 빔에 대해 투과 및/또는 반투과될 수 있다. 제2 단계에서, 중첩 이미지가 검출된다. 중첩 이미지는, 후방면으로부터 반사되는 표준 반사로 중첩된, 전방면으로부터 반사되는 스퓨리어스 반사로 이루어져 있다. 제3 단계에서, 스퓨리어스 반사는 중첩 이미지로부터 수치적으로 필터링된다. 최종 단계에서, 레이저 빔의 초점 깊이가 잔류 표준 반사에 기초하여 결정된다.

제3 양태에 따른 방법에 의하면, 압평 요소의 전방면이 반사-최소화 코팅을 갖지 않을지라도 레이저 빔의 초점 깊이를 정확하게 결정할 수 있게 된다.

제3 양태에 따른 실시예에서, 스퓨리어스 반사를 필터링하는 단계는: 보조 이미지를 생성하기 위해 중첩 이미지를 사전 규정된 기준 패턴으로 컨벌류트하고; 상기 보조 이미지를 평가하여 최고 강도를 갖는 최대 지점을 확인하고; 상기 최대 지점의 위치에 기초하여 상기 기준 패턴을 재위치시키고; 상기 표준 반사를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지를 재위치된 기준 패턴으로 증식하는 것을 포함할 수 있다. 이 실시예에 따라 표준 반사의 중심점이 결정될 수 있고, 이러한 정보에 기초하여 스퓨리어스 반사가 제거될 수 있다.

이 실시예에 따라서, 컨벌류트하는 단계는, 상기 중첩 이미지에 푸리에 변환을 적용하고; 변환된 보조 이미지를 생성하기 위해 푸리에 변환된 중첩 이미지를 상기 기준 패턴의 푸리에 변환으로 증식시키고; 상기 보조 이미지를 생성하기 위해 변환된 보조 이미지에서 역-푸리에 변환을 실시하는 것을 포함할 수 있다. 이에 의하면, 공간 도메인에서의 컨벌류션이 계산 상으로 아주 고비용으로 실행될 수 있는 반면에, 컨벌류트된 중첩 이미지의 계산을 더욱 신속하게 실시할 수 있게 된다.

제4 양태는 컴퓨터 또는 프로세서에 로딩될 때, 또는 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행될 때, 상기 컴퓨터 또는 프로세서가 본원에 설명된 방법의 양태들 중 어느 것을 실행하도록 하는 프로그램 코드 부분들을 내장한 컴퓨터 프로그램이다.

컴퓨터 프로그램은 프로그램 저장 장치 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 저장될 수 있다.

위에서, "푸리에 변환(Fourier transform)" 연산이란 고속 푸리에 변환(FFT)과 같은 모든 별개의 푸리에 변환을 말한다. 그러나, 공간 신호를 주파수 도메인으로 변환하는 데 적절한 어떠한 컴퓨터 연산 방법도 "푸리에 변환"이 언급되는 곳에서는 사용될 수 있다.

레이저 장치, 레이저 시스템, 대응하는 방법 및 컴퓨터 프로그램은 안과용에 대하여 본원에 설명되어 있다. 그러나, 또한 레이저 장치, 레이저 시스템, 대응하는 방법 및 컴퓨터 프로그램은 피부 과학 또는 재료 가공과 같은 다른 기술 분야에서 사용된다는 것을 인식할 수 있다.

본 발명은 전체적으로 개략적으로 도시된 첨부 도면에 기초하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 레이저 장치를 포함하는 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 레이저 장치의 일부분의 개략도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 실시예에서 사용되는 마스크의 평면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 압평 요소를 통과하는 광의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 계산 단계들의 블록선도를 도시한다.
도 6은 레이저 빔의 초점 깊이를 계산하기에 적절한 필터링된 이미지를 도시한다.
도 7은 도 5의 실시예에 따라 표준 반사로 중첩된 스퓨리어스 반사로 이루어진 이미지를 도시한다.
도 8은 도 5의 실시예에 따른 기준 패턴을 도시한다.
도 9는 도 8의 기준 패턴의 푸리에 변환을 도시한다.
도 10은 도 9의 푸리에 변환된 기준 패턴을 도 7의 중첩 이미지의 푸리에 변환으로 증식한 결과를 도시한다.
도 11은 도 10의 이미지의 역-푸리에 변환을 도시한다.
도 12는 도 5의 실시예에 따라 재위치된 기준 패턴을 도시한다.

도 1은 레이저 빔(14)을 눈(16) 안에서 초점을 집속하기 위한 레이저 시스템(10)을 도시한다.

레이저 시스템은 레이저 소스(12)를 포함한다. 레이저 소스(12)는 예를 들어, 레이저 발진기(예, 반도체 레이저 발진기)와, 발진기로부터 방출된 레이저 펄스의 펄스 파워를 증가시키며 동시에 임시로 레이저 펄스를 스트레치(stretch)하는 전치 증폭기와, 반복률을 필요한 정도로 낮추기 위해 발진기의 전치 증폭된 레이저 펄스로부터 개별 레이저 펄스를 선택하는 연속 펄스-피커(pulse-picker)와, 여전히 임시로 스트레치되어 있는 선택된 펄스를 적용에 필요한 펄스 에너지로 증폭하는 파워 증폭기와, 상기 파워 증폭기로부터 나오는 펄스 출력을 적용에 필요한 펄스 주기로 임시로 압축하는 펄스 압축기를 포함할 수 있다.

레이저 소스(12)는 펄스형 레이저 빔(14)을 생성한다. 방사 펄스의 펄스 주기는 진단 목적을 위해, 또는 처리될 환자의 눈(16)의 각막 조직에 절개부를 생성하기 위해, 반사형 광 신호를 생성하도록 선택된다. 레이저 빔(14)의 방사 펄스는 나노초(nanosecond), 피코초(picosecond), 펨토초(femtosecond) 또는 아토초(attosecond) 범위의 펄스 주기를 갖는다.

레이저 소스(12)에 의해 생성된 레이저 빔(14)은 추가로 해당되는 적용에 필요한 대로 펄스 반복률을 갖는다. 레이저 디바이스(10)로부터 방출되어 눈(16)으로 대향되는 방사 펄스의 반복률은 레이저 소스(12)의 출력에서 생성되는 방사 펄스의 반복률과 일치한다. 대안으로, 눈(16)에 대해 소정의 기계가공 프로파일에 의해 요구되는 경우, 레이저 소스(12)로부터 방출된 방사 펄스의 일부분은 레이저 빔(14)의 방사 경로에 배치된 광학 스위치(18)에 의해 차단(blank)된다. 따라서, 그와 같이 차단된 방사 펄스는 눈(16)에 도달하지 않는다.

펄스 변조기라고도 부르는 광학 스위치(18)는, 예를 들어 음향 광학 변조기 또는 전기 광학 변조기의 형태를 가질 수 있다. 일반적으로, 광학 스위치(18)는 개별 레이저 펄스의 신속한 차단을 가능하게 하는 임의의 광학 활성 요소를 포함할 수 있다. 광학 스위치(18)는, 예로서 차단될 방사 펄스를 흡수하는 역할을 하는 빔 트랩(beam trap)을 포함할 수 있다. 광학 스위치(18)는 차단될 방사 펄스를 레이저 빔(14)의 방사 펄스의 정상 빔 경로로부터 편향시켜 그들을 빔 트랩으로 지향하게 할 수 있다.

레이저 빔(14)의 빔 경로에 배열되어 있는 추가의 광학 구성부품들은 z-제어기(22) 및 x-y 제어기(24)를 포함한다. z-제어기(22)는 레이저 빔(14)의 초점의 길이방향 위치를 제어하고; 다른 한편, x-y 제어기(24)는 초점의 횡방향 위치를 제어한다. 눈(16)의 영역에서 x-y-z 방향을 표시하는 좌표 프레임이 예시를 위해 도 1에 도시되어 있다. 이러한 맥락에서, 용어 '길이방향(longitudinal)'은 통상 z-방향이라 지칭되는 빔 전파 방향을 말한다. 유사하게 '횡방향(transverse)'은 통상 x-y 평면이라 지칭되는, 레이저 빔(14)의 전파 방향에 대해 횡단 방향을 말한다.

레이저 빔(14)의 횡방향 편향을 달성하기 위해, x-y 제어기(24)는, 예를 들어, 상호 수직하는 축들에 대해 경사질 수 있는 한 쌍의 검류계 작동식 스캐너 미러를 포함할 수 있다. z-제어기(22)는, 예를 들어, 레이저 빔(14)의 발산 및 결과적으로 빔 초점의 z-위치를 제어할 수 있는, 길이방향 조정가능한 렌즈 또는 가변 굴절력 렌즈 또는 변형 거울(deformable mirror)을 포함할 수 있다. 이러한 조정가능한 렌즈 또는 거울은 레이저 소스(12)로부터 방출된 레이저 빔(14)을 확대하는 빔 익스팬더(beam expander) 내에 내장될 수 있다. 빔 익스팬더는, 예를 들어 갈릴레이 망원경(Galilean telescope)으로서 구성될 수 있다.

제1 실시예의 레이저 장치는 레이저 빔(14)의 빔 경로에 배열된, 광학부(26)라고도 언급된 집속 대물렌즈(focusing objective)를 포함한다. 광학부(26)는 레이저 빔(14)을 눈(16)상에 또는 눈 내부에, 특히 각막 내에서 집속하는 작용을 한다. 집속용 광학부(26)는 f-theta 대물렌즈가 될 수 있다.

광학 스위치(18), z-제어기(22), x-y 제어기(24), 및 집속 대물렌즈(26)는 도 1에 도시된 순서로 배열되지 않아도 된다. 예를 들어, 광학 스위치(18)는 일관성을 잃지 않고, z-제어기(22)의 하류측에 있는 빔 경로에 배열될 수 있다. 필요하면, x-y 제어기(24) 및 z-제어기(22)는 단일 구조 유닛을 형성하도록 조합될 수 있다. 도 1에 도시된 구성 부품들의 순서 및 그룹화는 어쨌든 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

집속 대물렌즈(26)의 빔-출구 측에서, 압평 요소(30)는 눈(16)의 각막에 대한 접촉 인터페이스를 구성한다. 압평 요소(30)는 레이저 방사선에 대해 투과하거나 또는/및 적어도 반투과한다. 눈을 향해 마주보는 그 후방면(32)에서, 압평 요소(30)는 눈(16)의 각막을 위한 접촉면을 가진다. 눈의 표면에 대향하는 그 상부측에서, 압평 요소(30)는 어떠한 반사-최소화 코팅이 없는 전방면(36)을 가진다. 도시된 예시의 경우에, 후방면(32)은 평판(plane) 표면으로서 실현된다. 후방면(32)은 압평 요소(30)가 적절한 압력으로 눈(16)과 접촉상태로 배치될 때 또는 각막이 부압(underpressure)에 의해 후방면(32)에 흡인될 때, 각막을 편평하게 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 눈(16)은 압평 요소(30)의 편평한 후방면(32)에 지지된다.

평행 평면 디자인의 경우에 보통 평판이라 불리는 압평 요소(30)는 원뿔형으로 확장하는 캐리어 슬리브(34)의 좁은 단부에 장착된다. 압평 요소(30)와 캐리어 슬리브(34) 사이의 연결은, 예를 들어 접착 본딩에 의해 영구적으로 될 수 있고, 또는 예를 들어 나사 결합에 의해 탈착될 수 있다. 또한, 캐리어 슬리브(34) 및 압평 요소(30) 양쪽의 기능을 하는 단일 광학 사출성형된 부품을 사용하는 것을 인식할 수 있다. 상세히 제시되지 않았으나, 캐리어 슬리브(34)는 더 넓은 슬리브 단부(도면에서는 상부 단부임)에서 커플링 구조를 가진다. 커플링 구조는 캐리어 슬리브(34)를 집속 대물렌즈(26)에 결합시키기에 적합하다.

레이저 시스템(10)은 또한 이미지들을 모아 상기 이미지들을 제어 컴퓨터(38)로 전송하도록 구성되어 있는, 카메라와 같은 검출 요소(42)를 포함한다.

레이저 소스(12), 광학 스위치(18), 검출 요소(42), 및 두 개의 스캐너(22, 24)는 메모리에 저장된 제어 프로그램에 따라 동작하는 제어 컴퓨터(38)에 의해 제어된다. 제어 프로그램은 각막에서, 렌즈에서 또는 접촉 요소(30)에 지지되어 있는 눈(16)의 다른 위치에서 레이저 빔(14)의 빔 초점의 위치를 결정하여 제어하기 위하여, 제어 컴퓨터(38)에 의해 실행되는 명령(프로그램 코드)을 내장한다.

레이저 시스템(10)은 또한 사용자가 명령들을 제어 컴퓨터(38)에 입력할 수 있도록 제어 컴퓨터(38)에 연결된 인터페이스 모듈(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 인터페이스 모듈은 사용자가 레이저 시스템(10)의 구성 부품에 대한 상태 정보를 볼 수 있도록, 및/또는 검출 요소(42)에 의해 수집된 데이터를 볼 수 있도록 스크린 또는 모니터를 포함할 수 있다.

도 2에서, 레이저 장치를 형성하는 레이저 시스템(10) 부분이 더욱 상세히 도시되어 있다. 집속 대물렌즈(26)와 압평 요소(30) 사이에 있는 레이저 빔(14)의 경로에는 마스크(40)가 제공되어 있다. 마스크(40)는 레이저 빔(14)의 광에 불투명한 재료로 형성되어 있다. 마스크(40)는 전체 레이저 빔(14)을 실질적으로 덮는 치수로 설정되어 있다. 정사각형 마스크(40)가 도시되어 있지만, 직사각형 또는 불규칙한 다각형 또는 원형과 같은 다른 볼록한 형상도 가능하다.

마스크(40)의 평면도가 도 3에 도시되어 있다. 마스크(40)는 중심 개구(43) 및 하나 이상의 외측 개구(44)를 가지며, 상기 개구들(43, 44)은 레이저 빔(14)으로부터 나오는 광이 통과하도록 구성되어 있다. 외측 개구(44)들 각각은 중심 개구(43)로부터 등거리(D)로 이격되어 있다. 거리(D)는 레이저 빔(14)의 직경의 절반보다 작아서, 레이저 빔(14)의 외측 에지로부터 나오는 광이 외측 개구(44)들을 통과하게 된다. 외측 개구(44)들은 중심 개구(43)에서 센터링된 가상 원주에 대해 균등하게 분포될 수 있지만, 가상 원주에 대해 외측 개구(44)들의 불균등한 분포도 또한 가능하다.

도 4는 광의 빔(14)이 압평 요소(30)를 향하여 지향될 때, 압평 요소(30)의 전도성/반사특성을 도시한다. 광이 압평 요소(30)의 전방면에 도달할 때, 대부분의 광은 동일한 방향으로 계속 진행하지만, 광의 일부분은 다시 반사되어 스퓨리어스 반사(14b)를 형성한다.

공지된 기술은 스퓨리어스 반사(14b)를 억제하기 위하여 압평 요소(30)의 전방면(36)에 반사-최소화 코팅을 구비하고 있다. 그러나, 본 실시예에서는 전방면(36)에 반사-최소화 코팅이 없으며, 따라서, 전방면(36)에 입사한 광이 스퓨리어스 반사(14b)를 초래한다.

다음에, 레이저 빔(14) 내의 잔류 광은 압평 요소(30)를 통과하여 압평 요소(30)의 후방면(32)에 도달한다. 여기에서, 다시, 광의 일부분이 반사되어 표준 반사(14a)를 형성한다.

표준 반사(14a) 및 스퓨리어스 반사(14b)로부터 반사된 광은 출력 이미지의 형태로 검출 요소(42)에 의해 수집된다.

공지된 시스템에서, 후방면(36)에 반사-최소화 코팅이 제공되어 있기 때문에, 출력 이미지는 표준 반사(14a)만으로 이루어진다. 도 3에 도시된 마스크(40)를 사용한다면, 도 6에 도시된 이미지와 유사한 반사가 생성될 것이며, 즉 중심 개구(43)를 통과한 광의 표준 반사(14a)를 나타내는 중심 브라이트 지점(bright point)과, 외측 개구(44)들을 통과한 광의 표준 반사(14a)를 나타내는 네 개의 외부 브라이트 지점으로서 이루어져 있다. 중심점과 외부 지점 사이의 거리에 기초하여 레이저 빔(14)의 초점 깊이가 계산될 수 있다.

본 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같은 반사가 도 3에 도시된 마스크(40)를 사용할 때 생성된다. 이미지는 스퓨리어스 반사(14b)로 중첩된 표준 반사(14a)로 이루어져 있다. 스퓨리어스 반사(14b) 내의 지점들은 표준 반사(14a) 내의 지점들과 유사한 형태를 가지며, 상기 형태는 마스크(40)의 개구들(43, 44)에 의해 결정된다. 그러나, 스퓨리어스 반사(14b) 내의 지점들은 표준 반사(14a) 내의 지점들보다 낮은 강도를 갖는다. 스퓨리어스 반사(14b)의 지점들은 또한 표준 반사(14a)의 지점들보다 더 넓게 분산되어 있다. 끝으로, 스퓨리어스 반사(14b)는 불완전하여 외부 지점들 몇 개만이 이미지에 등록된다.

레이저 빔(14)의 초점 깊이를 계산하기 위하여, 도 7의 중첩된 이미지는 필터링되어, 스퓨리어스 반사(14b)가 제거되며, 따라서,

레이저 빔(14)의 초점 깊이가 표준 반사(14a)에 기초하여 계산될 수 있다.

도 5는 하나의 실시예에 따라 도 7에 도시된 이미지와 같이 중첩 이미지를 필터링하는 단계를 도시한다.

제1 단계에서, 기준 패턴(54)은 마스크(40)의 패턴에 기초하여 결정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기준 패턴(54)은 특별한 마스크(40)의 표준 반사(14a) 부분으로서, 레이저 빔(14)의 가능한 모든 초점 깊이에서 생성된 지점들의 위치의 중첩으로 이루어져 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 변환된 기준 패턴(56)을 생성하기 위해 기준 패턴(54)에 푸리에 변환이 실시된다.

기준 패턴(54)의 결정 및 변환된 기준 패턴(56)의 계산은 시스템(10)이 사용되기 전에 단 1회 실시될 수 있으며, 변환된 기준 패턴(56)이 제어 컴퓨터(38)의 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 방법으로, 이러한 작동은 각 필터링 작동 중에 반복될 필요가 없으며; 대신에 마스크(40)에 대응하는 변환된 기준 패턴(56)이 단순하게 메모리로부터 검색될 수 있다.

제1 단계의 작동은 제어 컴퓨터(38)에서 실시될 수 있으며, 또는 외부 프로세서에서 실시될 수 있으며, 그 결과가 제어 컴퓨터(38)의 메모리에 로딩될 수 있다. 나머지 단계들은 제어 컴퓨터(38)에 의해 실시된다.

제1 단계 전/후에 또는 병행해서 실시될 수 있는 제2 단계에서, 도 7에 도시된 중첩 이미지(50)가 변환된 중첩 이미지(52)를 생성하도록 푸리에 변환된다.

제3 단계에서, 변환된 중첩 이미지(52)는 도 10에 도시된 바와 같이 변환된 보조 이미지(58)를 생성하기 위해 변환된 기준 패턴(56)으로 증식된다.

제4 단계에서, 변환된 보조 이미지(58)는 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 보조 이미지(60)를 생성하기 위해 역-푸리에 변환된다. 보조 이미지(60)는 기준 패턴(54)에 의한 중첩 이미지(50)의 컨벌류션을 나타낸다.

제5 단계에서, 보조 이미지(60)는 도 11에 화살표로 지시한 바와 같이, 최고-강도 지점을 확인하기 위해 스캐닝된다. 최고-강도 지점은 보조 이미지(60)에서 가장 밟은 지점이고, 표준 반사(14a)의 중심의 위치와 일치한다.

제6 단계에서, 도 8로부터의 기준 패턴(54)이 재위치되어, 기준 패턴의 중심점이 도 11로부터 보조 이미지(60)에서 확인된 최고-강도 지점의 위치와 일치하게 된다. 재위치된 기준 패턴(62)이 도 12에 도시되어 있다.

끝으로, 제7 단계에서, 도 7로부터의 중첩 이미지(50)는 도 6에 도시된 바와 같이, 필터링된 이미지(64)를 생성하기 위해 도 12로부터 재위치된 기준 패턴(62)으로 증식된다. 필터링된 이미지(64)는 본질적으로 마스크(40)에 의해 생성된 표준 반사(14a)와 동일하며, 실질적으로 스퓨리어스 반사(14b)가 없다. 이때, 필터링된 이미지(64)는 레이저 빔(14)의 초점 깊이를 결정하기 위해 공지된 알고리즘을 이용하여 평가될 수 있다.

Claims

인터페이스 장치는 레이저 장치에 연결될 수 있고, 전방면 및 후방면을 가지는 압평 요소를 갖는, 안과용 레이저 장치로서,
- 사전 규정된 형상을 갖는 레이저 빔을 상기 압평 요소를 통해 초점에 집속하도록 구성된 광학부,
- 상기 전방면으로부터 반사되는 스퓨리어스 반사(spurious reflection)와 상기 후방면으로부터 반사되는 표준 반사와의 중첩 이미지를 검출하도록 구성된 검출 요소, 및
- 상기 표준 반사와 동일한 필터링된 이미지를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지로부터 상기 스퓨리어스 반사를 수치적(numerically)으로 필터링하며, 잔류 표준 반사에 기초하여 상기 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 안과용 레이저 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 장치는 상기 레이저 빔의 적어도 일부분을 커버하기 위한 마스크를 추가로 포함하고, 상기 광학부는 상기 사전 규정된 형상을 생성하기 위해 상기 레이저 빔을 상기 마스크를 통해 집속하도록 구성되어 있는 안과용 레이저 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 스퓨리어스 반사를 필터링하기 위한 프로세서는
- 보조 이미지를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지를 사전 규정된 기준 패턴으로 컨벌류트(convolute)하고,
- 상기 보조 이미지를 평가하여 최고 강도를 갖는 최대 지점을 확인하고,
- 상기 최대 지점의 위치에 기초하여 상기 기준 패턴을 재위치하고,
- 상기 표준 반사를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지를 재위치된 기준 패턴으로 증식(multiply)하도록 구성되어 있는 안과용 레이저 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 기준 패턴은 중심점을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 중심점과 상기 최대 지점의 위치가 중첩되도록 상기 기준 패턴을 재위치하도록 구성되어 있는 안과용 레이저 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 중첩 이미지와 상기 기준 패턴의 컨벌류트하는 것은 주파수 영역에서 증식(multiplication)으로서 실시되는 안과용 레이저 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 프로세서는
- 상기 중첩 이미지에 푸리에 변환(Fourier-transform)을 적용하고,
- 변환된 보조 이미지를 생성하기 위해 푸리에 변환된 중첩 이미지를 상기 기준 패턴의 푸리에 변환으로 증식하고,
- 상기 보조 이미지를 생성하기 위해 변환된 보조 이미지에서 역-푸리에 변환을 실시하도록 구성되어 있는 안과용 레이저 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압평 요소는 상기 스퓨리어스 반사를 억제하기 위한 코팅이 없는,
안과용 레이저 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압평 요소의 후방면은 검사될 눈과 접촉상태로 놓여지도록 구성되어 있는 안과용 레이저 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 따른 안과용 레이저 장치와 인터페이스 장치를 가지며, 상기 인터페이스 장치는 상기 레이저 장치에 연결될 수 있고, 상기 레이저 장치에 의해 생성된 레이저 빔에 대해 투과 또는 반투과되는 압평 요소를 가지며, 상기 압평 요소는 전방면 및 후방면을 가지는 레이저 시스템.
안과용 레이저 장치에 의해 공급된 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 방법으로서,
- 사전 규정된 형상을 갖는 레이저 빔을, 전방면 및 후방면을 갖는 압평 요소를 통해, 초점에 집속하는 단계;
- 상기 전방면으로부터 반사되는 스퓨리어스 반사와 상기 후방면으로부터 반사되는 표준 반사와의 중첩 이미지를 검출하는 단계;
- 상기 표준 반사와 동일한 필터링된 이미지를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지로부터 상기 스퓨리어스 반사를 수치적으로 필터링하는 단계; 및
- 잔류 표준 반사에 기초하여 상기 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 단계를 포함하는 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 스퓨리어스 반사를 필터링하는 단계는
- 보조 이미지를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지를 사전 규정된 기준 패턴으로 컨벌류트하고,
- 상기 보조 이미지를 평가하여 최고 강도를 갖는 최대 지점을 확인하고,
- 상기 최대 지점의 위치에 기초하여 상기 기준 패턴을 재위치하고,
- 상기 표준 반사를 생성하기 위해 상기 중첩 이미지를 재위치된 기준 패턴으로 증식하는 것을 포함하는 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 컨벌류트하는 단계는
- 상기 중첩 이미지에 푸리에 변환을 적용하고,
- 변환된 보조 이미지를 생성하기 위해 푸리에 변환된 중첩 이미지를 상기 기준 패턴의 푸리에 변환으로 증식하고,
- 상기 보조 이미지를 생성하기 위해 변환된 보조 이미지에서 역-푸리에 변환을 실시하는 것을 포함하는 레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 방법.
컴퓨터 또는 프로세서에 로딩될 때, 또는 컴퓨터 또는 프로세서에서 구동될 때, 상기 컴퓨터 또는 프로세서가 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 만든 프로그램 코드 부분들을 내장한 프로그램 저장 디바이스.
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