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技術 光ベースの皮膚処置装置

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 ヴァルゲーゼバブフェルハヘンリエコ
出願日 2017年8月8日 (2年8ヶ月経過) 出願番号 2019-505045
公開日 2019年10月3日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-527583
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 滑動要素 初期曲率 レーザ経路 高分子調 接触レンズ Qスイッチ 光ガイドシステム 滑動部
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課題・解決手段

光ベース皮膚処置のための装置は、毛又は皮膚組織レーザ誘起光学破壊により皮膚を処置するためのパルス入射光ビームを提供するためのレーザ光源を有する。一構成においては、フォーカスシステムは、入射光ビームの収束を増大させるための前フォーカスレンズと、凸状の光入射面及び光出射面を持つ皮膚接触レンズと、を持つ。焦点位置は、該前フォーカスレンズと該皮膚接触レンズとの間の間隔を調節することにより制御される。他の構成においては、フォーカスシステムにおける収差補償を提供するため、調節可能なフォーカスシステムの前に、調節可能なレンズシステムがある。

概要

背景

斯かる光ベース皮膚処置装置は、例えばしわ処置又は毛切断のような美容的処置のために利用されている。光ベースのしわ処置においては、該装置は、処置されるべき皮膚の真皮において焦点を生成する。レーザパワー及びパルス継続時間、並びに焦点の寸法は、皮膚組織再成長を促し、それによりしわを少なくするように、レーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が皮膚に影響を及ぼすように選択される。斯かる装置の例は、国際特許出願公開WO2008/001284において開示されている。

光ベースの毛切断においては、入射光ビームが毛の内部に合焦させられ、LIOB現象が、毛が切断されるようにする。例えば、国際特許出願公開WO2005/011510は、所定のパルス時間の間にレーザビームを生成するためのレーザ光源と、レーザビームを焦点へと合焦させるための光学系と、目標位置に該焦点を位置決めするためのレーザビーム操作器と、を有する、毛を短くするための斯かる装置を記載している。該焦点の寸法、及び生成されるレーザビームのパワーは、該焦点において、レーザビームが、毛組織についての特徴的な閾値を超えるパワー密度を持つようなものとされ、該閾値の上では、所定のパルス時間の間、毛組織においてレーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が生じる。

一般に、レーザ誘起光学破壊(LIOB)は、焦点におけるレーザビームのパワー密度(W/cm2)が、特定の媒体に特徴的な閾値を超えたときに、パルス状の該レーザビームの波長に対して透明又は半透明な該媒体において生じる。該閾値の下では、当該媒体は、該レーザビームの波長に対して、比較的低い線形吸収特性を持つ。該閾値の上では、該媒体は、該レーザビームの波長に対して、大きな非線形吸収特性を持ち、このことは該媒体のイオン化及びプラズマの形成の結果である。当該LIOB現象は、キャビテーション衝撃波の生成といった幾つかの力学的な影響に帰着し、LIOB現象の位置の周囲において該媒体を損傷させてしまう。

LIOB現象は、皮膚から伸びる毛を破壊し短くするために利用され得ることが分かっている。毛組織は、約500nmと2000nmとの間の波長に対し、透明又は半透明である。当該範囲内の波長の各値に対して、焦点におけるレーザビームのパワー密度(W/cm2)が、毛組織について特徴的な閾値を超えたときに、焦点の位置において毛組織においてLIOB現象が生じる。該閾値は、水性媒体及び組織について特徴的な閾値に近く、レーザビームのパルス時間に依存する。とりわけ、望ましいパワー密度の閾値は、パルス時間が増大すると減少する。

有意な損傷即ち毛の初期破壊を引き起こすのに十分に効果的なLIOB現象の結果としての力学的効果を達成するためには、例えば10nsといったオーダーのパルス時間が十分であると考えられる。このパルス時間の値のためには、焦点におけるレーザビームのパワー密度の閾値は、2×1010W/cm2のオーダーとなる。上述したパルス時間、及び例えばかなり大きな開口数を持つレンズによって得られるかなり小さな焦点サイズに対して、当該閾値は、数十mJの総パルスエネルギーだけで得られることができる。同様のオーダーのパラメータ値は、国際特許出願公開WO2008/001284により詳細に記載されているように、皮膚組織におけるLIOB効果を生成するために用いられることができる。

概要

光ベースの皮膚処置のための装置は、毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊により皮膚を処置するためのパルス入射光ビームを提供するためのレーザ光源を有する。一構成においては、フォーカスシステムは、入射光ビームの収束を増大させるための前フォーカスレンズと、凸状の光入射面及び光出射面を持つ皮膚接触レンズと、を持つ。焦点位置は、該前フォーカスレンズと該皮膚接触レンズとの間の間隔を調節することにより制御される。他の構成においては、フォーカスシステムにおける収差補償を提供するため、調節可能なフォーカスシステムの前に、調節可能なレンズシステムがある。

目的

更に該装置は、過度に複雑なシステム変更なしで、斯かる可変の深さの焦点特徴を提供する

効果

実績

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請求項1

毛又は皮膚組織レーザ誘起光学破壊を生成するためのパルス光ビームを提供するための光源と、前記毛又は皮膚組織における焦点に前記光ビームを合焦させるためのフォーカスシステムと、を有し、前記フォーカスシステムは、収束パルス光ビームを生成するための前フォーカスレンズと、前記収束光ビームを受けるための凸状の光入射面、及び前記皮膚又は毛に接触するための光出射面を持ち、1.4以上の屈折率を持つ、フォーカスレンズと、前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの間の間隔を調節することにより、前記光出射面に対する前記焦点の距離を制御するための、フォーカスコントローラと、を有する装置。

請求項2

前記凸状の光入射面の曲率は、前記凸状の光入射面における収束パルス光ビームの入射領域内において、前記収束パルス光ビームの光線が、少なくとも1つの特定の間隔について、前記凸状の光入射面に略垂直に入るような曲率である、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記光出射面は凸状である、請求項1又は2に記載の装置。

請求項4

前記前フォーカスレンズに対する前記入射光ビームは、収束ビームである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の装置。

請求項5

前記前フォーカスレンズは、非球面レンズを有する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の装置。

請求項6

前記前フォーカスレンズは、更なる凸状の光入射面と、平面状の更なる光出射面、又は、前記光入射面の平均曲率半径よりも大きな平均曲率半径を持つ凸状の更なる光出射面と、を有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。

請求項7

前記フォーカスレンズは、1.4と1.8との間の、前記パルス光ビームの波長における屈折率を持つ、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。

請求項8

前記フォーカスレンズは、好適にはBK7ガラスのようなBKガラス、又は溶融石英から形成された、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の装置。

請求項9

前記フォーカスレンズの外側面は、前記パルス光ビームの反射を低減させための反射防止コーティングを有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の装置。

請求項10

前記フォーカスコントローラは、各々が一度に1つずつ光路に挿入されることができる複数の前フォーカスレンズであって、前記前フォーカスレンズの特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記前フォーカスレンズの他のものとは異なる固定された間隔を定義する、複数の前フォーカスレンズと、各々が一度に1つずつ光路に挿入されることができる複数のフォーカスレンズであって、前記フォーカスレンズの特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記フォーカスレンズの他のものとは異なる固定された間隔を定義する、複数のフォーカスレンズと、各々が一度に1対ずつ光路に挿入されることができる前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの複数の対であって、前記複数の対の特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記複数の対の他のものとは異なる固定された間隔を定義する、前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの複数の対と、を含む保持部を有する、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の装置。

請求項11

前記フォーカスシステムにおける収差補償を提供するための、前記フォーカスシステムの前の光路に配置された、調節可能なレンズシステムを更に有する、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の装置。

請求項12

前記調節可能なレンズシステムは、エレクトロウェッティングレンズ又は流体フォーカスレンズのような、電気的に調整可能なレンズを有する、請求項11に記載の装置。

請求項13

前記調節可能なレンズシステムは、電気的に調整可能なレンズの出射部において発散レンズを有する、請求項11に記載の装置。

請求項14

前記焦点を走査するための走査システムを有し、前記調整可能なレンズシステムは、前記走査システムの入射部に備えられた、請求項11乃至13のいずれか一項に記載の装置。

請求項15

毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊を生成するためのパルス光ビームを提供するステップと、前フォーカスレンズ及びフォーカスレンズを有するフォーカスシステムを用いて、前記パルス光ビームを焦点に合焦させるステップと、前記前フォーカスレンズに前記パルス光ビームを供給し、収束パルス光ビームを生成するステップと、前記収束光ビームを受けるための凸状の光入射面、及び皮膚又は毛に接触するための光出射面を持つ、1.4以上の屈折率を持つフォーカスレンズを用いるステップと、前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの間の間隔を調節することにより、前記光入射面に対する前記焦点の距離を制御するステップと、を有する方法。

請求項16

前記フォーカスシステムの前の前記パルス光ビームの経路における調整可能なレンズシステムを用いて、収差の補償を提供するステップを更に有する、請求項16に記載の方法。

請求項17

皮膚の処置のための、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の装置の使用。

請求項18

前記方法又は使用は、皮膚の外観の変化のための美容的方法である、請求項15又は16に記載の方法又は請求項17に記載の使用。

技術分野

0001

本発明は、皮膚組織におけるレーザ誘起光学破壊を生成するための、人間又は動物の皮膚の(美容的処置のために用いられることができる装置に関する。該装置は、光源と、該装置の外部に位置する焦点に該光源の光入射ビームを合焦させるための光学系と、を有する。該焦点において、光強度が、レーザ誘起光学破壊を生成するのに十分に高くなる。

背景技術

0002

斯かる光ベース皮膚処置装置は、例えばしわ処置又は毛切断のような美容的処置のために利用されている。光ベースのしわ処置においては、該装置は、処置されるべき皮膚の真皮において焦点を生成する。レーザパワー及びパルス継続時間、並びに焦点の寸法は、皮膚組織の再成長を促し、それによりしわを少なくするように、レーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が皮膚に影響を及ぼすように選択される。斯かる装置の例は、国際特許出願公開WO2008/001284において開示されている。

0003

光ベースの毛切断においては、入射光ビームが毛の内部に合焦させられ、LIOB現象が、毛が切断されるようにする。例えば、国際特許出願公開WO2005/011510は、所定のパルス時間の間にレーザビームを生成するためのレーザ光源と、レーザビームを焦点へと合焦させるための光学系と、目標位置に該焦点を位置決めするためのレーザビーム操作器と、を有する、毛を短くするための斯かる装置を記載している。該焦点の寸法、及び生成されるレーザビームのパワーは、該焦点において、レーザビームが、毛組織についての特徴的な閾値を超えるパワー密度を持つようなものとされ、該閾値の上では、所定のパルス時間の間、毛組織においてレーザ誘起光学破壊(LIOB)現象が生じる。

0004

一般に、レーザ誘起光学破壊(LIOB)は、焦点におけるレーザビームのパワー密度(W/cm2)が、特定の媒体に特徴的な閾値を超えたときに、パルス状の該レーザビームの波長に対して透明又は半透明な該媒体において生じる。該閾値の下では、当該媒体は、該レーザビームの波長に対して、比較的低い線形吸収特性を持つ。該閾値の上では、該媒体は、該レーザビームの波長に対して、大きな非線形吸収特性を持ち、このことは該媒体のイオン化及びプラズマの形成の結果である。当該LIOB現象は、キャビテーション衝撃波の生成といった幾つかの力学的な影響に帰着し、LIOB現象の位置の周囲において該媒体を損傷させてしまう。

0005

LIOB現象は、皮膚から伸びる毛を破壊し短くするために利用され得ることが分かっている。毛組織は、約500nmと2000nmとの間の波長に対し、透明又は半透明である。当該範囲内の波長の各値に対して、焦点におけるレーザビームのパワー密度(W/cm2)が、毛組織について特徴的な閾値を超えたときに、焦点の位置において毛組織においてLIOB現象が生じる。該閾値は、水性媒体及び組織について特徴的な閾値に近く、レーザビームのパルス時間に依存する。とりわけ、望ましいパワー密度の閾値は、パルス時間が増大すると減少する。

0006

有意な損傷即ち毛の初期破壊を引き起こすのに十分に効果的なLIOB現象の結果としての力学的効果を達成するためには、例えば10nsといったオーダーのパルス時間が十分であると考えられる。このパルス時間の値のためには、焦点におけるレーザビームのパワー密度の閾値は、2×1010W/cm2のオーダーとなる。上述したパルス時間、及び例えばかなり大きな開口数を持つレンズによって得られるかなり小さな焦点サイズに対して、当該閾値は、数十mJの総パルスエネルギーだけで得られることができる。同様のオーダーのパラメータ値は、国際特許出願公開WO2008/001284により詳細に記載されているように、皮膚組織におけるLIOB効果を生成するために用いられることができる。

発明が解決しようとする課題

0007

プロフェッショナル用途には、LIOBベースの皮膚処置装置が、皮膚の内部の異なる又は複数の深さにおいて病変を生成し、及び/又はとりわけ深いしわ、入れ墨又はその他の皮膚特徴の処置のために高い処置効果を得ることが望ましい。また、皮膚は人間の皮膚領域に亘って等しい厚さのものではない。斯かる装置の深さの範囲は、例えば好適には100μm乃至1000μmの範囲内である。更に該装置は、過度に複雑なシステム変更なしで、斯かる可変の深さの焦点特徴を提供することが可能であるべきである。理想的には、処置深さは、技術的な専門家介入なしで調節可能であるべきである。

0008

達成可能な最大の処置深さは一般に、一方では利用可能なレーザパワーの量及び真皮の物理的な深さにより、他方では装置の光出射ウィンドウに対する近さにより制限される。該ウィンドウ(即ちレーザ経路における最終的な光学素子)に近過ぎる処置は、該ウィンドウにおける光学破壊を導き、装置の永続的な故障を引き起こし得る。

0009

また、適用領域の数に合致するよう、該装置が種々の異なる処置深さにおいて高速な処置を可能とすることが望ましい。従って、処置されるべき対象の領域に亘る焦点の便利な走査の方法もまた、好適には提供される。

0010

ここで以上に示されたように、特に皮膚が大きく透明となる放射による、皮膚におけるLIOBの生成は、比較的高い放射パワー密度を必要とする。しかしながら、表皮メラニンのような多くの発色団を含むため、表皮における残余線形吸収が無視できない。従って、これらの高パワー密度放射パルスは、利用可能なレーザにより提供され得るが、現在の装置の目標は、表皮に略影響を与えずに、皮膚の真皮において斯かるLIOBを生成することである。表皮を保護するため、このことは、少なくとも皮膚の表面の下における幾つかの処置深さ(特に小さなもの)について、光学系の比較的高いNAを必要とする。

0011

高い開口数と大きな自由動作距離とを併せ持つ単一のレンズは、一般的に比較的嵩張るものである。一例としては、例えば典型的に水中での自由動作距離3.3及び2.2mmを持つ、典型的に知られた浸水対物レンズの重さは、走査の間の迅速な加速を可能とするには大き過ぎる。更に、これら対物レンズの開口部は大きく、ビームを偏向させるのに必要とされる走査光学系を比較的嵩張るものとしてしまう。斯かる汎用の対物レンズに関する更なる問題は、皮膚内に焦点を持つ使用に最適化されておらず、これらの種類の用途には低減させられた性能に導く点である。

0012

調節可能な焦点深さを持つ系において生じる更なる問題は、ビームが皮膚内の複数の深さで合焦させられる場合に、焦点におけるビーム品質が(球面)収差に起因して劣化することである。これらの収差は、種々の対物レンズの変化する目標深さ並びに対象の領域毎の及び対象毎の皮膚湿潤度の違いによりもたらされる。収差に起因する焦点におけるビームの品質の低下は、処置パルスの一部又は全体についてLIOBの出現を防止し得、それにより処置の低い効率をもたらし得る。

0013

斯くして、ユーザが種々の深さで対象を処置することが可能であるという要件は主に、上述した問題の1つ以上に関連する処置効率の最適化に関する。

0014

それ故、皮膚への光の結合が、皮膚内の種々の焦点深さについて十分となる、LIOB生成装置に対するニーズが存在する。

0015

本発明の目的は、斯かるニーズを少なくとも部分的に満たすことにある。

課題を解決するための手段

0016

該目的は、独立請求項により定義される装置により達成される。従属請求項は、有利な実施例を定義する。有利な実施例は、従属請求項において定義される。

0017

該装置は、収束光ビームを生成するための前フォーカスレンズと、光ビームを皮膚へと結合させるためのフォーカスレンズと、を有するフォーカスシステムを含む。該フォーカスレンズは、以下に説明されるように、直接に又は更なる流体若しくはフォイルを介して、皮膚に接触するのに適している。該レンズは、皮膚又は皮膚の表皮の屈折率と同等か又はより大きな屈折率を持ち、それにより皮膚において高いNAで皮膚への光ビームの結合が実現される。フォーカスシステムは、単に前フォーカスレンズとフォーカスレンズとの間の間隔を変化させることにより、フォーカスシステムにより異なる焦点深さが設定されることを可能とする制御装置を含む。収束ビームを受けるフォーカスレンズの表面は、凸状とされる。このことは、平坦な表面の状況に比べて、もたらされる屈折現象又は起こり得る収差を低減させる。収差は焦点の品質を劣化させ得、好適な
LIOBのためには、上述した問題の幾つかの観点から重要なパラメータである。凸状の表面はまた、皮膚において大きなNAが実現可能となることを可能とする又は支援するよう機能する。例えば、高いNAを達成するため皮膚接触面において皮膚に結合する光ビームは、フォーカスレンズの凸状の面により、少なくともあまり劣化させられなくなる。該装置の設定は、異なる焦点深さ(フォーカスシステム(即ちフォーカスレンズ)から焦点までの距離)を設定することを可能とするため、前フォーカスレンズとフォーカスレンズとの間の間隔が変化させられることができ、一方でこれに伴うこれら収差の導入又はNAの低減が、平坦な面に比べて抑えられることを実現する。従って、該装置は、制御可能な深さ、即ち皮膚の表面の下の焦点の深さ位置を与え、低いコスト及びシステムに対する単純な適用可能性を伴って実装されることができる、フォーカスシステムを提供する。このことは、望ましい自由動作距離を実装し得る他の方法に対する改善をもたらす。例えば、blue-rayプレイヤCDプレイヤDVDプレイヤ及び光学通信波長における用途に典型的に設計された商用の非球面及び球面の光学系が利用され得る。しかしながら、斯かる標準的な球面光学系は一般に、取り扱いの容易さのために嵩張るものである。これらの光学系はまた、光学的特性及び物質特性が好適ではないため、皮膚へと合焦させてLIOBを生成するためには、低い性能を与える。

0018

該装置はまた、小さな重量、大きな自由動作距離、及び適切な皮膚結合幾何の改善された組み合わせを実現する。

0019

前フォーカスレンズは、非球面レンズを有しても良い。商用の非球面レンズは例えば、カスタムの球面光学系と組み合わせて用いられても良い。小型の非球面光学系のための製造手法の開発は、依然としてカスタムの球面光学系の開発に遅れをとっている。殆どの非球面の小型光学系は、低いTgのガラス材料圧縮成型を用いて製造され、複雑な金型設計を含む。代替の方法は、プラスチックの光学系の成型及び液体ゾルゲル溶融石英の成型を含む。

0020

これら後者2つの手法は複雑な高温成型設計ステップを含まないが、依然として工程に幾つかの反復を必要とする。

0021

完全にカスタマイズされた球面及び非球面の光学系の組み合わせを含む設計は、NA>0.8のような開口数(NA)についての高い値を実現し得る。例えば、約1.4乃至1.5の屈折率を持つ皮膚のような媒体と接触したときに実用的である、1.2にのぼるNAが用いられ得る。該フォーカスシステムは、少なくとも0.2、好適には少なくとも0.4、更に好適には少なくとも0.6の開口数を持っても良い。開口数についての斯かる値は、上にある皮膚層、特に表皮に対する安全性に関する。特に、表皮はメラニンのような多くの発色団を含むため、表皮における残余線形吸収が無視できない。
それ故、斯かる層においては、フルエンス即ちエネルギー密度を十分に低く保つことが有利である。このことは、強くフォーカスさせられたレーザビーム、即ち大きな角度の収束、それ故光学系の大きな開口数を提供することにより達成され得る。レーザビームはこのとき、許容範囲内の表皮におけるフルエンスを維持するよう十分に大きな面積カバーする。特に、表皮におけるフルエンスは、大きくとも3J/cm2となるべきである。必要とされる開口数は、処置深さ及びパルスにおける実際のエネルギーに依存することに留意されたい。モデル計算は、0.5mmの処置深さ及びプラズマにおける1mJのエネルギー(焦点領域における)に対して、少なくとも0.4の開口数で十分であり、より高いエネルギーレベル及び小さな処置深さについてはより高いNAが必要とされること、及びその逆が成り立つことを示している。

0022

一実施例においては、前記凸状の光入射面の曲率は、前記凸状の光入射面における収束パルス光ビームの入射領域内において、前記収束パルス光ビームの光線が、少なくとも1つの特定の間隔について、前記凸状の光入射面に略垂直に入るような曲率である。このようにして、少なくとも特定の間隔について、光入射面が空気に対する場合であっても、該光入射面における光線の屈折が略なくなる。付随して、使用の間、フォーカスレンズが皮膚に(直接に又は屈折率整合媒体を介して)接触するとき、収束ビームのNAの損失は略ない(1.4乃至1.6の屈折率において皮膚とのレンズの屈折率整合がある場合)か、又は出射面がゼロでない正の屈折力を持つ場合には幾分かのNAの増大しかない。斯くして、屈折率整合においてフォーカスレンズは幾分か、単純な間隔調節により(幾分かの収差の導入を伴うが既に低減されている)容易な焦点深さ調節を実現する、透明なウィンドウのように挙動する。

0023

一実施例においては、光出射面は凸状である。該光出射面は、球面であっても良い。該凸状性は、光入射面の凸状性と同様であっても良い。該光出射面の凸状性は、対象の表面上のレンズの容易な移動/滑動を可能とし、処置の間の当該表面の手動又は自動の走査の実装に有益である。光入射面が凸状とされた場合、例えば米国特許出願公開US2015/0051593に記載されるようなレンズ上の開口内のビーム走査のタイプは利用できないため、この走査特性は有利である。このことは、凸状の光入射面の屈折力のため、走査の間に焦点定義の過度の損失をもたらし得る。それ故、該表面上のフォーカスシステムの物理的な走査が好適である。該凸状の光入射面は、以上に説明されたように皮膚と合致する屈折率のレンズと組み合わせて、更に有利となる。

0024

一実施例においては、前記前フォーカスレンズに対する前記入射光ビームは、収束ビームである。このことは、該フォーカスシステムの収差の容易な補正を可能とする。

0025

前記前フォーカスレンズは、非球面レンズ、を有しても良く、又は、更なる凸状の光入射面と、平面状の更なる光出射面、又は、前記光入射面の平均曲率半径よりも大きな平均曲率半径を持つ凸状の更なる光出射面と、を有しても良い。

0026

特に、該フォーカスシステムは、皮膚の表面の下の0.2乃至2mmの深さにおいて、特に0.2乃至1.5mm、0.2乃至1.0mm又は0.2乃至0.75mmの深さにおいて、又は、他の皮膚組織の望ましくない損傷を防止するよう安全マージンをとって、真皮のなかとなるよう0.5mmの境界により置き換えられた0.2mmの境界と伴う前述範囲のいずれかの間において、焦点を位置させるものである。このことは、前フォーカスレンズとフォーカスレンズとの組み合わせを持つ、光ビーム経路における相対変位を伴う、フォーカスコントローラを用いた、又は、特定の焦点深さに応じてレーザビーム経路の中及び外に動かされる斯かるレンズの特定の固定された対を用いた、間隔の特定の種々の設定により、実現され得る。

0027

前記フォーカスコントローラは、
各々が一度に1つずつ光路に挿入されることができる複数の前フォーカスレンズであって、前記前フォーカスレンズの特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記前フォーカスレンズの他のものとは異なる固定された間隔を定義する、複数の前フォーカスレンズと、
各々が一度に1つずつ光路に挿入されることができる複数のフォーカスレンズであって、前記フォーカスレンズの特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記フォーカスレンズの他のものとは異なる固定された間隔を定義する、複数のフォーカスレンズと、
各々が一度に1対ずつ光路に挿入されることができる前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの複数の対であって、前記複数の対の特定のそれぞれ1つが、前記光路に挿入されたときに、前記複数の対の他のものとは異なる固定された間隔を定義する、前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの複数の対と、
を含む保持部を有しても良い。

0028

当該実施例は、フォーカスレンズに対する前フォーカスレンズの機械的な交換、若しくは特定の前フォーカスレンズに対するレンズの機械的な交換、又はその両方を実装する。該実施例はまた、レンズの対の機械的な交換を実装する。全ての実装は、種々の所定の間隔が設定され選択されることを可能とする。また、特定の間隔(従って焦点深さ)についてのレンズが、例えばフォーカスレンズの凸状の入射面、及び/又は凸状の光入射面に入射する収束光ビーム(前フォーカスレンズから来るもの)の収束の調節により、収差補正のために特に調節されることができる。該保持部は、並んで配置されたレンズを持つ滑動要素、又はカルーセルのような回転要素の形をとっても良い。斯かる滑動部は、手動で動作可能であっても良いし、又は電気駆動モータを介したものであっても良い。

0029

好適には、該フォーカスコントローラは、必要に応じて間隔を調節するための、手動で変位可能な前フォーカスレンズ及びフォーカスレンズを備えた保持部を含む。これら2つの一方又は両方が、変位可能であっても良い。当該実施例は、間隔(従って焦点深さ)が、段差のない/連続的な態様で調節されることを可能とする。ここでもまた、該コントローラは、これらレンズの手動の変位を可能とする機械的な手段/機構を持っても良いし、又はこのことは該力学的な手段/機構を駆動する電気駆動モータを介して為されても良い。

0030

前記フォーカスレンズは、皮膚の屈折率に合致するよう、1.4と1.8との間の、前記パルス光ビームの波長における屈折率を持っても良い。好適には、該屈折率は、可能な限り皮膚の屈折率に合致するよう、1.4以上且つ1.6以下の範囲内の値を持つ。このことは、ここで上述したように有益であるのみならず、光出射面における反射をも低減させ、フォーカスレンズの損傷を防止する。LIOBを伴って用いられる高い光強度においては、例えば焦点深さが小さい場合には、小さな反射でも、フォーカスレンズ内の反射された放射の比較的高い強度のミラー焦点に導き得る。このことは、フォーカスレンズを損傷させ得る。

0031

前記フォーカスレンズの外側面の全体、又は光入射若しくは光出射部分の一部は、好適には反射防止コーティングを有する。このことは、前記パルス光ビームの反射を低減させ得る。このことはまた、皮膚又はレンズ表面自身からの反射光によるフォーカスシステム自体に対する損傷を防止し得る。ここでもまた、斯かる反射は、皮膚におけるLIOB生成のために用いられる高い光強度に対して特に有意義となり得る。

0032

一実施例においては、前記フォーカスレンズは1.4乃至1.6の範囲内の屈折率を持ち、従って皮膚の屈折率と略整合する。また、前記フォーカスレンズの光出射面は、凸状である。この場合、前記フォーカスレンズは、該光出射面において空気と接触したときに、パルス光ビームに対して散乱性である光出射面を持ち得る。斯かる散乱面を実装するための多くの方法が、米国特許出願公開US2015/0051593に記載されている。

0033

このことは、光が出射する光学系の部分において生じ得る、LIOBの副産物(衝撃波、プラズマ、高パワー密度)により該装置(フォーカスレンズ)が損傷させられ得るという更なる問題に、対抗し得る。損傷させられた光出射部分は、所望の位置における十分にしっかりとした焦点をもたらす該装置の能力に対して悪影響を及ぼし、処置工程の効果を低減させ、及び/又は皮膚の炎症といった負の副作用の出現を増大させ得る。

0034

好適には、色分散を低減させるため、該レンズは50と85との間のアッベ数を持つ。斯かる数は、本分野において知られた斯かる数を列記する物質リストから見出される。

0035

前記レンズは、好適にはBK7ガラスのようなBKガラスからつくられるか、又は溶融石英からつくられても良い。これらのタイプのレンズは、皮膚の屈折率よりも高い又は皮膚の屈折率に近い屈折率を持ちつつ、皮膚におけるLIOB効果を生成するために用いられる高い光強度に抵抗することが可能である点で、好適である。約1.8の高い屈折率が必要とされる場合には、サファイアが用いられても良い。溶融石英は、約1.5の屈折率を持つ。

0036

一構成においては、前記装置は更に、前記フォーカスシステムにおける収差の補償を提供するための、前記フォーカスシステムの前の光路に配置された、調節可能なレンズシステムを有する。これにより、各焦点深さについて、特定の補償設定が設定されることができるため、種々の焦点深さにおいて、LIOB効率が維持されることを可能とする。該調節は好適には、例えば焦点距離電気的に変化させられ得る電気的に調整可能なレンズを用いて、電気的に実現される。斯かる補正は、フォーカスレンズの凸状の光入射面により、及び皮膚に対するレンズの屈折率整合により、更に容易に為され得る。

0037

第1の例においては、調節可能なレンズシステムは、電気的に調整可能な高分子材料ベースのレンズのような、電気的に調整可能なレンズを有する。該調節可能なレンズシステムはこのとき更に、該電気的に調整可能なレンズの出射部において発散レンズを有しても良い。該発散レンズは、該電気的に調整可能なレンズの初期形状に対する補償を提供する。

0038

第2の例においては、該調整可能なレンズシステムは、エレクトロウェッティング(electrowetting)レンズ又は流体フォーカスレンズを有する。

0039

該装置は好適には、走査システムを有し、前記調整可能なレンズシステムは、前記走査システムの入射部に備えられる。

0040

他の態様においては、本発明は、
毛又は皮膚組織のレーザ誘起光学破壊を生成するためのパルス光ビームを提供するステップと、
前フォーカスレンズ及びフォーカスレンズを有するフォーカスシステムを用いて、前記パルス光ビームを焦点に合焦させるステップと、
前記前フォーカスレンズに前記パルス光ビームを供給し、収束パルス光ビームを生成するステップと、
前記収束光ビームを受けるための凸状の光入射面、及び皮膚又は毛に接触するための光出射面を持つ、1.4以上の屈折率を持つフォーカスレンズを用いるステップと、
を有する方法を定義する。

0041

一実施例においては、該方法は更に、前記前フォーカスレンズと前記フォーカスレンズとの間の間隔を調節することにより、前記光入射面に対する前記焦点の距離を制御するステップを有する。該方法は斯くして、皮膚又は毛組織においてパルス光ビームを合焦させることができる。

0042

請求項15に記載の方法は更に、前記フォーカスシステムの前の前記パルス光ビームの経路における調整可能なレンズシステムを用いて、収差の補償を提供するステップを有する。

0043

本発明による方法又は装置の使用は好適には、処置又は使用の非治療的方法のためのものであり、特に、皮膚活性化(rejuvenation)、しわの低減、皮膚上の毛の除去等といった、皮膚の外観を変化させるための、美容的方法のためのものである。

0044

該装置は、人間又は動物の皮膚又は毛においてLIOBを生成するためのものであり得る。該装置は、斯かる人間又は動物の皮膚の処置、特に美容的処置のためのものであり得る。該装置は特に、当該目的のために適合され得るものであり、従って光ベースの皮膚処置装置であり得る。

0045

本発明の例は、添付する模式的な図面を参照しながら、以下に詳細に説明される。

図面の簡単な説明

0046

既知のLIOB皮膚処置装置を示す。
焦点深さ制御を実装するための方法を示す。
フォーカスシステム設計を示す。
2つの極端な焦点位置における図3のフォーカスシステム設計を示す。
収差補償を提供するためのレンズシステムの第1の例を示す。
収差補償を提供するためのレンズシステムの第2の例を示す。
収差補償のためのレンズシステムを含むよう変更された図1のシステムを示す。

実施例

0047

本発明は、皮膚の光ベースの処置のための装置に関する。該装置は、光源と、該装置の外部に位置する焦点に該光源の光入射ビームを合焦させるための光学系と、を有する。該合焦させられた光は斯くして、皮膚又は毛のレーザ誘起光学破壊(LIOB)により、動物又は人間の皮膚組織を処置するため用いられ得る。

0048

第1の態様においては、本発明は、特定のフォーカスシステム23を備えた装置に関し、焦点位置が調節されることを可能とするレンズシステムを提供し、一方では、皮膚とシステムとの間に適用された透明なシートのような結合媒体の使用を伴うか又は伴わずに、皮膚に対する最適な結合を提供する。

0049

第1の態様においては、フォーカスシステムは、入射光ビームの収束を増大させるための前フォーカスレンズと、凸状の光入射面及び処置されるべき対象の表面に接触するための光出射面を持つフォーカスレンズと、を持つ。斯かる接触は、ここで以下により詳細に説明される。該フォーカスレンズは、該前フォーカスレンズから収束光ビームを受けるよう構成される。該フォーカスレンズの光入射面は凸状であり、それにより平坦な光入射面に比べて屈折を低減させる。好適には、該凸状の表面の曲率は、収束光ビームの光線が、光入射面に略垂直に入るようなものである。その結果、該光入射面は、かなり小さな屈折力しか持たないか、又は屈折力を持たない。該光入射面の凸状の表面は、フォーカスレンズへの光の入射によるNAの損失及び収差の導入を低減させるよう機能する。皮膚の真皮におけるLIOB生成は、比較的高いNAを伴う皮膚への光の高品質の堅固な合焦を必要とするため、このことは重要である。

0050

焦点位置(フォーカスレンズの光出射面からの距離として測定され得るフォーカスシステムからの距離)は、前フォーカスレンズとフォーカスシステムとの間の間隔を調節することにより制御される。

0051

調整可能なフォーカスシステムにおける収差の補償を提供するため、該調整可能なフォーカスシステムの前に調整可能なレンズシステムがある。

0052

好適には、該フォーカスレンズは、皮膚接触レンズとしての利用に適合されたものであり、そのため皮膚接触レンズであっても良い。装置が使用されるときには、レンズと皮膚との間の光学的な接触を改善するための、屈折率整合流体のような媒体が、レンズと皮膚との間に適用されても良く、レンズ材料は、該流体又は皮膚自体の屈折率と好適に合致するよう構成されても良い。皮膚接触面は事実上、該装置が使用されているときに、該装置の光出射ウィンドウとして機能し得る。

0053

皮膚とフォーカスレンズとの間に適用された、該装置又は該装置の一部とは別個の、光学的なウィンドウがあっても良い。当該別個の光学的なウィンドウは、比較的小さな厚さの光学的に透明なシート(単層又は多層)であっても良く、皮膚の曲線に少なくとも部分的に合致するような成形しやすいもの/湾曲可能なもの/柔軟なものである。該ウィンドウは、フォーカスレンズ及び皮膚と屈折率整合されるか、又はレンズの屈折率と皮膚の屈折率との間の屈折率を持つべきである。好適には、ゲル又は流体のような屈折率整合媒体が、レンズとウィンドウ、及びウィンドウと皮膚との間にある。斯かるシートの例は、国際特許出願公開WO2013/128380に開示されている。該フォーカスレンズはこのとき、皮膚に塗布される又は皮膚に塗布されるべき光学的に透明なシートに接触するものであっても良く、光学的透明シート接触レンズと呼ばれ得る。

0054

本発明を詳細に説明する前に、本発明が関連する装置のタイプの一例の概略が示される。しかしながら、本発明が動作する他の装置もまた想到可能である。

0055

図1は、表面5を持つ皮膚3の処置のためのLIOBシステム1を示す。本例においては、該表面はむき出しの皮膚であるが、ここで以上に説明されたように屈折率整合のための透明なシートにより被覆されていても良い。

0056

システム1は、少なくとも所定のパルス時間の間、レーザ光ビーム11を生成するための光源9を有し、該システムは、レーザビーム11を焦点15に合焦させ、焦点15を、光源9からの光に対して少なくとも部分的に透明な皮膚3内の目標位置へと位置決めするための光学系13を有する。換言すれば、該光源は好適には、皮膚組織によって大きくは吸収されない又は完全に吸収されない光を提供するものである。

0057

図1に模式的に示される光学系13の例は、ビーム反射システム17、ビーム成形システム19、ビーム走査システム21、及びフォーカスシステム23を有し、これらのシステムは、光源の光を操作するのに適した、1つ以上のミラー、プリズムビームスプリッタ偏光板光ファイバ、レンズ、開口、シャッタ等を有しても良い。例えば、該走査システムは、走査プリズムを有する。本例におけるビーム反射システム17は、ダイクロイックビームスプリッタである。ビーム反射及びビーム成形は、拡張又は収縮をもたらし、光ビームに対する付加的な収束又は発散を導入する。

0058

該フォーカスシステムは、焦点深さ選択、ビーム成形、及びフォーカス及び光出射面/ウィンドウを持ち、本例においては、該面/ウィンドウは、皮膚又は皮膚に塗布されるシートに接触するのに適したものである。図1には明確に示されていないが、該装置が使用されているときに、皮膚が塗布された透明なシートによってカバーされているかいないかにかかわらず、フォーカスシステムが皮膚表面に対する光出射面の接触を維持することを可能とするよう、フォーカスシステムを操作するための、輪郭追従サスペンションシステムがあっても良い。

0059

光学系13及び/又はレーザビーム11のビーム経路の少なくとも一部は、例えば不透明な管及び/又は1本以上の光ファイバを有する、光遮蔽包囲部のなかに囲まれても良い。光ビームがLIOBベースの装置において高いエネルギーのものとなり得るため、このことは例えばユーザの(目の)安全のために為されても良い。

0060

光源9は好適には、所定の波長(皮膚組織によって感知できないほどしか吸収されない又は好適には完全に吸収されない波長)の、所定のパルス継続時間及び反復速度又は周波数を持つ、所定の数のレーザパルスを発するよう構成された、レーザ光源である。システム1は、焦点15の目標位置が皮膚の表面の下となり得るよう構成可能である。焦点15の寸法、及び生成されるレーザビームのパワーは、焦点15において、レーザビーム11が、皮膚組織についての特徴的な閾値を超えるパワー密度を持つようなものであり、該閾値の上では、所定のパルス時間の間、レーザ誘起光学破壊事象が生じる。

0061

レーザ光源9とダイクロイックビームスプリッタ17との間には、関節アームの形をとる光ガイドシステムがあっても良い(図1には示されていない)。該アームは、管と該管の内側の光をガイドするためのミラーと、を持っていても良い。光反射システム17、及び後続する構成要素はこのとき、ユーザによる保持のための適切なグリップを備えたハンドヘルド部品の一部を形成する。関節アームは、該装置の使用の間の、斯かるハンド部品の容易な3次元の移動を可能とする。関節アームのミラーの整合の誤差のため、ビームは、該関節アームに入る前に拡大させられ得、次いでビーム操作及び収差補正の前に収縮させられ得る。他の適切なガイド構造が利用されても良い。該ハンド部品は、光ガイド構造から着脱可能とさせられ、容易な交換を可能としても良い。

0062

皮膚3は、異なる光学的特性を持つ複数の層を有する。表皮は、最も外側の層から成り、約1.4乃至1.5の屈折率を持つ防水保護障壁を形成する。表皮の最も外側の層は、角質層であり、粗さの微視的なばらつきのため、装置1と皮膚3との間の光の結合を妨げる。この理由のため、好適には、皮膚の屈折率及び/又はフォーカスシステムの出射レンズの屈折率に合致するための屈折率を持つ結合流体が、フォーカスシステムと皮膚との間に備えられる。

0063

表皮の下には、真皮が位置している。真皮は、本発明による装置を用いた皮膚処置の目標であるコラーゲン繊維を有する。

0064

皮膚処置の目的は、真皮において光ビーム11の焦点15を生成し、微視的な病変を生成して、該病変によりトリガされる皮膚における通常の修復機構によるものと考えられている新たなコラーゲン形成に帰着させることである。目的は更に、当該真皮のLIOB形成の間、表皮は損傷のないままにとどめることである。

0065

光源9は、任意のコントローラ25を用いて制御可能であり、該コントローラは、例えばレーザ強度パルス幅若しくは継続時間及び反復速度、又は、光源において手近に可能である場合には波長調整を設定するためのユーザインタフェースを備えても良い。また、光学系13の1つ以上の部分は、該装置の光出射面に関して測定される焦点深さのような目標位置及び/又は焦点の1つ以上の特性を制御するための、任意の光源コントローラ25と一体化されていても良い、任意のコントローラ(図示されていない)を用いて制御可能であっても良い。

0066

レーザビーム合焦パラメータは、例えばフォーカスシステムの開口数の調節によって、ビーム成形及び/又はフォーカスシステムの適切な設定により決定されても良い。フォーカスシステムの開口数NAについての適切な値は、0.05<NA<nmの範囲から選択されても良く、ここでnmは動作の間のレーザ波長についての媒体の屈折率である。本発明に用いられ得る種々のビームエネルギーについての適切なNA値の例は、国際特許出願公開WO2008001284に開示されている。また、本発明による使用に適切なレーザ光源についての波長範囲及びエネルギー設定も、国際特許出願公開WO2008001284に開示されている。それ故、これらの及びその他の(詳細な)選択肢並びに本発明の装置において又は該装置を用いて実装され得る動作の方法について、当業者は国際特許出願公開WO2008001284を参照されたい。斯かる選択肢及び使用の方法は、国際特許出願公開WO2008001284の記載されたセンサフィードバックシステム及び方法なしで実装されることができることに留意されたい。

0067

適切な光源のひとつは、約1064nmの波長の、約5乃至10nsのパルス継続時間を持つレーザパルスを発する、QスイッチNd:YAGレーザを有するが、例えばNd:Cr:Yag3−レベルレーザ及び/又はダイオードレーザのような他のレーザが用いられても良い。

0068

図1の装置の例においては、ビーム反射システム17は、レーザ光は反射するが、本例においては好適にはレーザ光源の二倍周波数の緑色光のような可視波長の光は通過させる、ダイクロイックビームスプリッタを有する。斯くして、皮膚3から受けた可視波長の光は、光学系により捕捉され、手動又は自動でシステムを制御するために用いられることができるフィードバック信号11'として供給される。LIOBは、特定の状況下では皮膚において光の周波数倍増を生成し得ることが知られており、このことは実際の処置の深さ及び/又は処置の程度を測定又は推定するために用いられ得る。斯かるフィードバックをどのように実装するかの更なる説明は、国際特許出願公開WO2013128330に記載されている。

0069

以上に概説された特定の走査及びビームの動き設計は、単なる一例であることに留意されたい。以上に概説されたように、本発明は、皮膚におけるLIOBの生成のための他の多くの異なるシステム構成においても利用され得る、フォーカスシステムの設計に関し、例えば本発明のレンズ構成を持つ低反復速度レーザが、少なくとも走査システム21が存在しないように、いずれの走査をも用いずに、スタンドアロン型の装置として用いられても良い。この場合には、皮膚の広い領域を処置するため、消費者又は操作者は、手動で該装置を動かしても良い。

0070

フォーカスシステム23により提供される皮膚表面の下の合焦深さは、調節可能である。

0071

図2は、斯かる調節を実装する一方法を示す。フォーカスシステム23は、それぞれが異なる焦点深さを持つ光出射面/ウィンドウ26を持つフォーカスレンズのセットを有し、走査システム21を回転させるスキャナモータ27により光路がレンズの1つに提供される。出射面/ウィンドウ26は、輪郭追従サスペンションシステム28により保持される。該出射面/ウィンドウは斯くして、円形の経路のまわりに配置され、切り欠きシステムが、走査システム21に対する位置決めを提供する。4つの出射面/ウィンドウ26があっても良く、従ってそれぞれが別個にばね付勢されて輪郭追従を提供する4つのレンズセットがあっても良い。

0072

走査システム21は、皮膚の領域上の焦点を走査するために用いられる。

0073

電気機械的システムが、該走査システムを操作してビーム位置を動かし、また同期してフォーカスシステム23(即ち対物レンズ)を動かす。斯くして、該フォーカスシステムは物理的に走査されるが、走査システム21の上流の全ての構成要素が静的なままである。

0074

図1のシステムにおいて用いられ得るレーザの一例は、1000Hzの最大反復周波数を持ち、典型的な処置方式は、200μmの病変ピッチを用い、200mm/sの典型的な最大走査速度に帰着する。これら走査速度を手で適用した場合には制御を失うため、当該走査速度はいずれの手動走査のみの選択肢を排除する。

0075

更に、いずれの開始−停止型の走査システムも、短距離の加速で当該走査速度に到達することは困難となるため、機械的な振動及びレーザの容量の不十分な使用に導く。より容易に制御される低速な走査速度は、大きな表面積に対する処置時間をかなり増大させる。

0076

この問題を克服するため、好適には回転運動に基づいた、連続的な動き走査が用いられても良く、このことはこれらの走査速度を容易に実現しながら、強い振動及びレーザ能力の不十分な使用の問題を生じない。この目的のため、走査システム21において、回転プリズム設定が用いられても良い。

0077

第1のとり得るプリズム設計は、菱形を有する。2つの対向する平行な端面が、内部全反射面として機能する(例えば図1において側面図で示された菱形を持つ)。これら面は、入射光の方向に対して45度をなす。プリズムにおける2つの内部反射が、入射ビームの横方向のシフトをもたらし、それにより、出射ビームは、入射ビームに対し平行であるが横方向にシフトされている。横方向のシフト方向に垂直な、それ故入射ビームの方向に平行な軸のまわりにプリズムを回転させることにより、円形の経路が出射ビームによって掃引される。該回転は、入射ビームの軸のまわりのものである。円形の掃引の半径は、菱形の長さである。菱形のプリズムは、必要に応じて、表面に反射防止コーティングを備えて製造されても良い。

0078

第2のとり得るプリズム設計は、ダブ(dove)プリズムである。2つの端面が屈折界面として機能し、底面が内部全反射面として機能する。これら端面は、入射光に対して45度であるが、菱形プリズムの場合のように互いに平行ではなく、互いに90度をなす(それ故図1に模式的に示されたものとは異なる側面図を呈する)。該プリズムにおける2回の屈折及び1回の内部全反射が、ここでもまた入射ビームの横方向のシフトをもたらし、それにより出射ビームが、入射ビームとは平行であるが横方向にシフトされる。横方向のシフト方向に垂直な、それ故入射ビームの方向に平行な軸のまわりにプリズムを回転させることにより、円形の経路が出射ビームによって掃引される。該回転は、入射ビームの軸のまわりのものである。ビームの平行移動の量は、該ダブプリズムの入射面に対する入射ビームの位置、及び該プリズムのサイズに依存する。該プリズムは、主入射光線のまわりに回転させられる。ここでもまた、反射による損失を低減させるため、角度のついた面に反射防止コーティングが追加されても良い。

0079

回転プリズムは、振動を回避するよう機械的にバランスをとられる。プリズムの載置部は、転がり軸受上に懸架され、モータ回転子に直接に接続し、それにより、合焦させられた光の有効な開口数に対する収差補正設定の影響を最小化させる。

0080

図3は、フォーカスシステム23の設計を示す。該システムは、フォーカスレンズ30の組み合わせを有し、該レンズを通って、光が皮膚及び前フォーカスレンズ32に入る前に該装置を出る。

0081

レンズ30は、分散を最小化するため、好適には50乃至85の範囲内のアッベ数を持つ、光学的なガラスのような光学的材料から製造される。最も好適には、当該レンズの屈折率は、皮膚の屈折率である1.4に近いか又は1.4より大きい。このことは、皮膚における光の高いNAを確実にする。可能な限りの整合は、フォーカスシステムの出射面と皮膚表面との間の反射を低減させ(これらの間に透明なシートが塗布されていてもいなくても)、これにより両方のシステム及び皮膚の表面の反射により引き起こされる損傷を低減させる。好適には、該屈折率は、1.4と1.8との間、1.4と1.6との間、1.4と1.55との間、又は1.4と1.5との間である。該光学的材料は好適には、皮膚におけるLIOB生成のために用いられる高いレーザ光ビーム強度に耐えるよう選択される。プラスチック材料よりも、無機材料が好適である。以上の考慮に入れると、例えばホウケイ酸クラウン(BK)ガラス、及び特にBK7タイプが用いられても良い。これらのガラスは、1.4よりも大きいが1.4に近い、1.5の屈折率を持ち、優れた物質安定性を提供し、低減された反射を伴うLIOB生成のためのアッベ数を提供する。代替としては、1.46の屈折率を持つ溶融石英が用いられても良い。最も好適には、フォーカスレンズは、BK7光学ガラス又は溶融石英から製造される。約1.8の高い屈折率が必要とされる場合には、サファイアが用いられても良い。当業者は、先行技術及びリストから、所望の屈折率を持つ更なるレンズ材料を見つけ出すことが可能であろう。

0082

レンズ30は両凸レンズを有し、例えば本例においては溶融石英の両凸レンズを有する。該レンズは、1064nmの高パワーレーザに適した反射防止コーティング31を少なくとも出射面の側に持つが、当該層は常に必須であるというわけではない。該レンズのそれぞれの側における凸面は、同じ曲率及び設計を持つが、このことも成り立つ必要はない。

0083

レンズ30は、第1の面即ち入射面と、第2の面即ち出射面と、を持つ。該第1の面は球面であり、皮膚における特定の焦点に対する合焦を生成する。第2の面も球面であり、皮膚又は皮膚カバー透明基板直接接触するためのものである。球面の表面は、収差の導入を回避し、皮膚における光の高いNAを可能とする。第2の面は、光線の合焦角度を損なわず、合焦角度を単に増大させるか、レンズが接触する皮膚に屈折率が合致している場合には略影響を与えない。レンズ30は好適には、高い損傷閾値を持つ。レンズの開口数は、皮膚の屈折率に対応するファクタだけ増大させられる。屈折率が合致している場合、開口数は焦点の深さに対して不変となる。

0084

レンズ30の高い開口数は、対物レンズのサイズの非常にかなりの部分に亘る、走査システムからの焦点を走査することが実用的に実現可能ではないことを意味する。一例として、固定された高い開口数の対物レンズ上のビーム偏向により走査されることができる典型的な領域は、レンズ自体の半径の約10%である。この領域は例えば、数百マイクロメートルに限定される。開口数が高いほど更に困難となり、走査領域が更に数十マイクロメートルに限定され、該サイズは単一の処置領域のサイズ内である。それ故、走査は、全体として対物レンズの動きを包含する。このことは特に、レンズ30の凸状の光入射面の導入の結果である。

0085

レンズ32は、レーザ強度を維持することが可能な市販されている非球面レンズを有する。レンズ32の目的は、近収束光図1参照)を所望の収束角度に変換することである。レンズ32は、第1の非球面34を持つ。本例においては、レンズ32は、例えば0.7以上の、(空気中での)高い開口数を持つ。

0086

フォーカスシステムの第1のレンズ表面34を通過した後の光線は、図3において収束するものとして示されている。このことは、レンズ30の凸状の入射面と併せて、当該面における屈折が小さくなるか、又はなくなりさえすることを引き起こす(光線が垂直に当たる)。それ故、レンズ32により生成される高いNAは、入射面が平坦である状況に比べて、当該面により悪影響を及ぼされない。

0087

適切な非球面レンズは、レーザダイオード光ダイオード、及びファイバ結合システムにおける使用について、及び光データ記録の分野において、知られている。例として、適切なレンズは、LightPath Technologies Inc.社により製造される。

0088

レンズ32は、凸状の第1の面即ち光入射面34と、平坦な光出射面36、又は光入射面の曲率半径よりも大きなレンズ面を備えた凸状の光入射面36と、を持つ。

0089

非球面レンズは、例えば780nmのような設計波長とは僅かに外されて利用されても良く、この場合に製造原料となるECO-550ガラス材料の僅かに小さな屈折率に帰着する。その結果、非球面に入射する光の収束はこの効果に対して補正される必要があり、即ち僅かに収束した入射が必要とされる。

0090

レンズ32は、レンズ30と同じ材料から形成されても良いが、他のレンズに比べてレンズ32においては強度が低いため、より低コストで製造が容易な材料からつくられても良い。従って、レンズ30は、BK7光学ガラス若しくは溶融石英又はその他の材料からつくられても良い。

0091

前フォーカスレンズ32は例えば、1064nm用の反射防止コーティングを備えた、焦点距離f=4.55mm、NA=0.55の、LightPath352230-1064レンズを有する。

0092

レンズ30は例えば、1064nm用の反射防止コーティングを備えた、曲率半径r1,2=3.2248mmのレンズ表面を持つ、直径3.6mmの、光軸に沿ったレンズ30の中心における厚さが2mmの、溶融石英両凸レンズを有する。

0093

2つのレンズ30、32間の間隔は、焦点深さを変化させるよう調節可能である。この調節は手動であっても良いが、好適には電気的であるか又は装置制御可能である。該調節は、処置の間に実行されても良いが、好適には、レーザ光が少なくともレンズ30に入射していないとき、好適にはフォーカスシステムに入射していないときに実行されるように制御される。典型的には、焦点深さ調節は、処置の間にリアルタイムには実行されない。レンズ30の凸状の入射面に入射する収束光ビームは、レンズ間の間隔の変化に応じてビームのNA(及び付随する焦点特性)に対する収差及び変化を最小化させるよう機能することに留意されたい。収差は、レンズが皮膚と屈折率整合されている場合に、更に低減される。本例においては、皮膚と接触することによる使用の間、レンズ30は実際には、入射面が適切な凸状性を持つ場合には、光ビームに対して不可視となり得る。それ故、該間隔の変更によって、効果的な焦点深さ制御が実現される。焦点深さは、フォーカスシステムに対する焦点の距離、即ちレンズ30の光出射面に対する焦点の距離として定義されることに留意されたい。本発明に必要とされる焦点深さは非常に小さく、例えば200マイクロメートルと1000マイクロメートルとの間(該装置の目標とされる皮膚の真皮層の厚さ)であるため、この方法の焦点深さ制御は、深さ調節による大きな焦点品質変化を伴うことなく可能である。

0094

これらレンズは、これらレンズ間の間隔を変化させるよう、互いに対して滑動可能である保持部に配置されても良い。この動きは機械的な設定を用いた手動であっても良いし、又は電動電子部品を用いて制御されても良い。

0095

図1に示されるように、コントローラ25とフォーカスシステム23との間に制御経路がある。調節は図4に示される。

0096

図4Aは、本例においては例えば約750μmの最大焦点深さに対応する、2つのレンズ間の第1のゼロ間隔を示す。図4Bは、例えば約200μmの最小焦点深さに対応する、2つのレンズ間の最大間隔を示す。

0097

例えば皮膚並びに画像センサ及び画像プロセッサから受けた光を用いた、フィードバック制御が利用されても良い。ここで以上に示されたように、斯かる光は、皮膚において生成された可視の二倍周波数のレーザ光であっても良い。画像センサにより捕捉された画像はこのとき、フォーカスシステムと皮膚との間の接触の性質を決定するために利用されても良く、焦点がそれに応じて調節されても良い。該調節は例えば、皮膚の乾燥度を考慮に入れても良い。

0098

これら2つのレンズの組み合わせは、ユーザの規定に対する幾つかの制限をもたらす。このことは、非球面レンズ32の制限された自由動作距離に関連し、皮膚接触レンズ30の最小の実現可能な厚さに対する制限とも組み合わせられる。その結果、真皮内の最大の実現可能な処置深さは、約750μmであり、好適な1mmよりは僅かに小さい。

0099

これら2つのレンズ間の距離における相対的なシフトは、何らかの収差補正手段が、補償のために導入される必要があることを意味する。この収差補正をどのように実装するかの例は、以下に議論される。

0100

更に、以上の例における非球面レンズは、設計波長である780nmから僅かに外れて利用され、製造原料となるECO-550ガラス材料の僅かに小さな屈折率に帰着する。その結果、非球面に入射する光の収束はこの効果に対して補正される必要があり、即ち僅かに収束した入射が必要とされる。

0101

本発明は、LIOBベースの皮膚処置装置に関する。フォーカスシステムは、改善された皮膚との接触を提供して均一な光学的な結合を提供し、接触ウィンドウ/出射レンズの損傷及び皮膚の損傷を防止する。また、皮膚処置又は所望の場合にはシェービングのための、シームレスな輪郭追従を可能とする。斯くして、皮膚処置は、毛除去シェービンス処理を有しても良い。使用の間、フォーカスシステム23は、処置されるべき又はシェービングされるべき皮膚表面の上を動かされる。該フォーカスシステムは、入射光ビームが該装置を離れることを可能とする出射ウィンドウを形成する。該フォーカスシステムは、このとき光学的な刃を形成する。

0102

皮膚処置は、通常の加齢過程の結果として人間の皮膚に生じ得るしわを低減させるための皮膚活性化装置を有しても良い。使用の間、フォーカス要素は、処置されるべき皮膚に押し付けられるか、又は該皮膚の近くに保たれる。フォーカスシステムにより形成される出射ウィンドウ(例えばレンズ30)は、皮膚と平行に保持され、入射光ビームが、該出射ウィンドウから出て、皮膚表面に対して略垂直な方向で皮膚に入る。国際特許出願公開WO2013/128380に記載されているように、1つ以上の屈折率整合流体を含む透明なシートが、フォーカスレンズ(又は存在する場合には更なる平坦な出射ウィンドウの出射ウィンドウ)と皮膚との間に備えられても良い。このことは、皮膚上での又は透明なシートの上面上でのフォーカスシステムの横方向の動きを改善し得るため、本発明の好適な設定及び使用方法である。該シートは、同様に国際特許出願公開WO2013/128380に詳細に記載されているように、角質層の粗さの毛細管力によって皮膚を該シートに押し付けることにより、改善された屈折率整合及び皮膚の平坦化のために利用されることができる。斯かるシート又はフォイル(foil)の詳細は、示された参照文献に開示されており、本発明の一部であることを意図されるが、簡単さのためここでは繰り返される必要はない。

0103

斯くして、本発明によるあらゆる用途において、フォーカスシステムと皮膚表面との間に浸漬流体が備えられても良い。好適には、フォーカスシステム23の皮膚接触レンズ及びLIOBが生じるべき皮膚又は毛の屈折率に近い屈折率を持つ、浸漬流体が用いられる。この目的のため、約1.4乃至約1.5の屈折率を持つ流体が適している。また、幾つかの装置及び用途については、1.33という幾分か低い屈折率を持つ水も、適切な浸漬流体となり得る。透明なシートとともに利用するのに適した流体の例は、国際特許出願公開WO2013/128380に示されている。

0104

上述したように、可変のフォーカス能力は、幾分かの収差補正が補償のために導入される必要があることを意味している。

0105

当該収差補正は、例えばビーム成形(ビーム成形システム19による)の前又は後のような、該システムにおける種々の点で実装されても良い。更に、ビーム成形システム19は、単にビーム反射システム17と走査システム21との間に収差補正が提供されるよう、フォーカスシステム23により実装されても良い。

0106

皮膚内の異なる深さにおいて合焦させるときに予測される球面収差を補正するため、走査システム21の走査プリズムに入射するビームの発散が調節可能とされても良い。

0107

最も単純な方法は、ユーザが1つ以上のレンズ位置を操作することによりビームの発散を調節することを可能とすることであり得る。しかしながら、これらレンズの配置は極めて重要であり、システムはレーザ光学の背景知識を持たないユーザによっても操作される必要があるため、選択された焦点深さに依存して、又は例えば観察されたLIOBフラッシュ強度に依存してのように動作中に、レンズの位置又は強度を調節する、何らかの形の自動化された補正を実装することが好適となり得る。

0108

本発明の設計は、例えばレンズ30の入射面における光線の低減された屈折により、より容易な収差補正を実現する。

0109

電動のフォーカスは一般に多くの空間を消費し、機械的に複雑であり、一般に動的な変化に追従するには低速過ぎるため、斯かる収差補正には適合型の光学素子が好適である。

0110

適切な適合型の光学素子の2つの例は、電気的に調整可能な低分散高分子レンズ及び液体フォーカスレンズである。これらは、電気的に調整可能なレンズの2つの例である。

0111

電気的に調整可能な低分散高分子レンズは、ボイスコイルアクチュエータによる柔軟な高分子弾性変形に基づくものである。斯かるレンズは例えば、Optotune社から市販されている。液体フォーカスレンズは、エレクトロウェッティングの原理に基づき、低屈折率水相高屈折率オイル相との間の接触面の曲率が、レンズの載置台の表面の湿潤特性を変化させることにより変化させられる。斯かるレンズは例えば、Varioptic社又はOptilux社から市販されている。斯かるレンズは、例えば米国特許US7616737又はUS7808717及びその参照文献においても記載されている。

0112

低分散高分子レンズは、既製のフォーカスレンズの2.5mmの直径に比べて、例えば10mmの大きな開口直径の点で、利点を持つ。大きなレンズは、整合の困難さを低減させる。高分子レンズの欠点は、温度に対する感受性であり、継続的な高いレーザパワー又はボイスコイルに対する高い電気駆動電流で動作する場合に、誤った焦点深さ及び/又は物理的な損傷に導き得る。流体フォーカスレンズは、非常に少ない電流しか引き込まないという利点を持つ。

0113

これらレンズは好適には、1064nmの高パワーレーザ光に適したコーティングを施される。

0114

図5は、高分子レンズに基づく可変レンズ設計を示す。

0115

図5は、制御ユニット40(ボイスコイル)、高分子レンズ42及び付加的な発散レンズ44を示す。

0116

発散レンズは、収束高分子レンズ焦点長さの全体を補償し、2つのレンズを通過した後も光が依然として略収束光となるようにする。付加的な発散レンズ44は、ビームが、収束と僅かに発散との間の適切な範囲内で調節可能となるようにする。

0117

高分子レンズは、ボイスコイル及び関連する機構を保持する筐体と、外部の影響から感度の高い凸状の高分子表面を保護するための幾つかのウィンドウと、を有する。

0118

調節の目的は、光学系全体により引き起こされる収差を補償することである。フォーカスシステムは実際には、幾つかのレンズ及び皮膚自体を有する。該システムは、以下の幾つかの理由により変化し得る。
(i)ユーザ又は操作者が、皮膚のなかにおける処置深さを変化させるためフォーカスレンズの異なるセットを選択すること。
(ii)例えば動作温度の変化により、入射レーザビームが変化すること。
(iii)異なる水分レベル等による、処置されている皮膚における屈折率プロファイルの変化。

0119

該調節は、対物レンズに入射するビームの発散を僅かに変化させ得(ビームの直径は略変化させないままである)、焦点品質に対する上述した効果の影響を低減させるために利用され得る。更に、光学的なシミュレーションが、これらの種類のツールを用いることにより、より高次の収差(特に3次の球面収差)が効果的に低減させられることができることを示している。

0120

可変レンズ設計は、フォーカスシステム23の非球面レンズ32の前に配置される。

0121

フォーカスシステム23の非球面レンズ32に入射するビームの直径に対する可変の発散の影響を制限するため、収差補正要素が可能な限り走査システム21の近くに配置され、機械的な要素及び走査モータの配置に利用可能な空間の量を効果的に制限する。

0122

図6は、収差補正のために用いられるエレクトロウェッティングレンズ50の光線追跡を示す。

0123

該レンズは、非常に小さな量の収束をもたらす。当該レンズのためには、初期曲率の追加的な補償は必要とされない。該レンズは、その代わりに、小さな量の発散をもたらすことが必要とされ得る。入射ビームは収束ビームに近く、必要とされる補正は典型的に小さい。

0124

図7は、フォーカスシステム23の収差補正のための調節可能なレンズシステム60を含むよう変更された、図1のシステムを示す。調整可能なレンズシステム60は、フォーカスシステム23の焦点深さ設定の調節と同期してコントローラ25により制御され、収差補正がフォーカスシステム23の設定に合致するようされる。調整可能なレンズシステム60は、走査システム21の入射部に備えられる。

0125

走査システムは例えば、種々の深さのための対物レンズ23のセットを有する。調節可能なレンズシステムは、これら対物レンズのそれぞれにより共有され、選択された対物レンズが、皮膚上を走査させられる。斯くして、収差補正要素は、該システムの静的な部分のままである。収差補正は、焦点深さ、即ち選択された対物レンズと、光路における他の全ての構成要素によりもたらされる収差と、を考慮に入れる。その目的は、ビーム径を変化させることなく、球面収差を補償することである。球面収差は例えば、前フォーカスレンズ32によりもたらされる。

0126

斯くして、嵩張り重いものとなり得る、滑動電気部品等の必要性のため、及び動きが調整可能なレンズ自体に振動を引き起こし得るため、高速で連続的な動きによる走査を困難とする収差補正システムは、フォーカスシステム23(対物レンズ)によって走査される必要がなくなる。フォーカスシステム23を形成するフォーカスレンズ及び載置部は、数グラムの重さしかない。高分子調整可能レンズは例えば、関連する載置部及び平凸レンズを除いて、数十グラムの重さしかない。

0127

斯くして、収差補正は空間的に静的であるが、空間的に依存する(例えばフラッシュ強度又は可聴のフィードバックに基づく)種々のフィードバック手段に依存して、時間とともに変化させられても良い。

0128

図1及び7のシステムは、レーザとフォーカスシステムとの間に光学要素の1つの特定のセットを持つ。しかしながら、当該構成は、限定することを意図したものではない。本発明のフォーカスシステム及び収差補正システムは、より多い数の又は少ない数の構成要素を持つ異なるシステム構成で用いられ得る。以上に説明から明らかであるように、本発明は特に、皮膚と接触する最終的なフォーカスシステム及び収差補償システムに関する。

0129

収差補正は特に、本発明の第1の態様と関連して説明されたような、電気的に調節可能なフォーカスシステムのために興味深いものである。しかしながら、収差補正はまた、図2に示されたような機械的に調節可能なフォーカスシステムと組み合わせて用いられても良い。

0130

特に、全ての収差が調節の選択可能なセットにおいて制御されなくても良く、微調整が場合毎に又は動的な態様で望ましいものとなり得る。

0131

収差補正システムは、焦点深さに大きく影響を与えるのに十分なパワーを持たず、そのため(図2の)インデクシングシステムが、収差補正システムと組み合わせられても良い。

0132

上述の実施例は本発明を限定するものではなく説明するものであって、当業者は添付する請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することが可能であろうことは留意されるべきである。請求項において、括弧に挟まれたいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する(comprise)」及びその語形変化の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素に先行する詞「1つの(a又はan)」は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実装されても良い。幾つかの手段を列記した装置請求項において、これら手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。

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