JPH0741048B2 - レーザを使用する表面のエロージョン - Google Patents

レーザを使用する表面のエロージョン

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JPH0741048B2
JPH0741048B2 JP61215589A JP21558986A JPH0741048B2 JP H0741048 B2 JPH0741048 B2 JP H0741048B2 JP 61215589 A JP61215589 A JP 61215589A JP 21558986 A JP21558986 A JP 21558986A JP H0741048 B2 JPH0741048 B2 JP H0741048B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はレーザ、特にパルスレーザを使用して例えば表
面を付形するような表面にエロージヨンを施こすための
装置および方法に関する。
＜従来の技術＞ 製品の表面にエロージヨンを施こすためにレーザ源を使
用する方法は知られている。
本発明の１つの目的はそのような方法および装置を改良
し、上記技術が敏感な表面に適用できるようにするこ
と、特に下側の層に影響を与えることが望ましくない物
体に適用できるようにすることである。
医学の分野において、ある形式の近視の治療法として知
られた技術は目の下面層であるコラーゲンの一区分を外
科的に除去し、この除去したコラーゲンの一区分を例え
ば外科的研削によつて再整形し、この再整形した区分を
目の中に戻すということである。目はこの再整形された
コラーゲン層をおおう外側細胞層の矯正によつて直る。
別の方法としては、角膜の層が皮弁（フラツプ）として
切開され、人工あるいは提供者の水晶体インプラントが
皮弁の下側に挿入され、この皮弁が再び縫合されるもの
である。
本発明の他の目的は目の角膜を整形するための改良され
た、創傷の少ない方法および装置を提供することであ
る。
提供者の目の角膜の一区分を患者の目に移植する角膜の
移植を行なうことも知られている。移植された提供者の
角膜は患者の目に縫合されなければならず、偶然ではあ
るが糸のあるものがかたすぎることがしばしばあり、こ
れが手術後の角膜に屈折力の誤差を生じさせる。現在の
ところ、これら屈折力の誤差を除去する方法が２つあ
る。両方とも患者の目が直るまで待つ必要がある。１つ
の方法では移植手術が再度行なわれる。他方の方法では
角膜の形状を変えるために弛緩切開が角膜に行なわれ
る。
本発明の他の目的は角膜の移植手術中に導入される屈折
力の誤差を直すための改良された、創傷の少ない方法お
よび装置を提供することである。
角膜から潰瘍物質を削り取ることによつて角膜潰瘍を処
置することは知られている。しかしながら、これは潰瘍
細胞を広げる傾向がある。その上、削り取ることは滑ら
かな下側表面を残さないことになるので、その後矯正す
る角膜表面層は完全には透明にならない可能性があり、
また再び潰瘍化する傾向もある。
本発明の他の目的は目に潰瘍細胞を広げない、かつ潰瘍
細胞の除去後に滑らかな表面を残す角膜潰瘍を除去する
ための方法および装置を提供することである。
切開用手術用具として「レーザメス」と呼ばれているレ
ーザビームを使用することは近年知られている（例え
ば、米国特許第3,769,963号参照）。1980年に、最近開
発されたエキシマレーザに露出させることによつて角膜
上皮が受ける損傷についての研究が行なわれた（タボア
ダ等の「レスポンス・オブ・ザ・コーニアル・エピセリ
ウム・ツウー・KrFエキシマ・レーザ・パルス」ヘルス
・フイジツクス1981年第40巻第677〜683頁参照）。その
期間においては、角膜の外科手術は通常、ダイヤモンド
またはスチールのナイフまたはかみそりを使用して行な
われており、その上、このような技術は依然として研究
されていた（例えば、バインダー等の「リフラクテイブ
・ケラトプラステイ」アーキテクチユアル・オフサルモ
ロジイ1982年５月第100巻第802頁参照）。角膜の手術に
おいて物理的切開用具を使用すること、および皮弁の下
側へインプラントを挿入することは広く実行され続けて
おり、技術がさらに今日まで開発され続けている（例え
ば、「リフラクテイブ・ケラトプラステイ・インプルー
ブス・ウイズ・ポリサルホン，ポケツト・インシジヨ
ン」オフサルモロジイ・タイムス,1986年７月１日参
照）。
エキシマレーザからのビームにより角膜上を走査するこ
とによつて角膜の１つまたはそれ以上の領域の光分解切
除を行なうことがエル・エスペランスのヨーロツパ特許
出願第0151869号において提案されている。この特許出
願では走査手段を使用するため、レーザビームを代表的
には0.5mm×0.5mmの寸法の丸みのある正方形のような小
さなスポツトにする必要がある。上記した標準の寸法お
よび形状をつくること以外には、スポツト寸法あるいは
形状を変えるまたは制御するべきであるということにつ
いての示唆はなく、実際に、エル・エスペランスのシス
テムにおいては、スポツトの寸法を変えることは、角膜
に対するレーザビームの効果が走査路を制御することに
よつて制御されることを意図しているので、非常に望ま
しくないものと思われる。
エル・エスペランスは、近視および遠視状態はこの標準
の小さなスポツト寸法を有するエキシマレーザビームに
より引続く走査中走査される領域を変えて繰返し走査
し、角膜のある部分が他の部分よりかなり多く走査され
るようにすることにより角膜の外表面の曲率を変えるこ
とによつて軽減することができるということを示唆して
いる。このように、表面はスポツトによつて走査される
回数に依存する異なる量だけエロージヨンを施こすこと
ができるということが要求される。エル・エスペランス
はまた、角膜移植の受け入れ場所としての凹部を提供す
るために角膜から均一の深さに物質を除去することを示
唆している。また、エル・エスペランスは、ある厳しい
近視および遠視状態は角膜の外表面に所望の曲率の部分
間にフレネル形式のステツプを有する新しい形状を与え
ることにより組織の除去を減少させることによつて処置
できるということを示唆している。
実際には、エロージヨンを施こした表面が滑らかである
という要件を満たす精度でレーザビームを走査するには
複雑な装置が必要である。従つて、走査の引続く掃引が
オーバーラツプする場合には、このオーバーラツプした
領域において過度のエロージヨンが生じ、一方引続く掃
引がぴつたりと合致しない場合には掃引間にうね（隆
起）が残ることになる。エキシマレーザビームを小さな
スポツトに圧縮することはビームエネルギ密度を増大さ
せ、これはこれら問題を悪化させる傾向を有する。エル
・エスペランスは一実施例において磁界によりレーザー
ビームを制御しようとしているので、適当な走査システ
ムを見つけたか否か明らかではない。その上、この走査
方法は、レーザビームが任意の与えられた瞬間に処置さ
れるべき全面積の非常に小さな部分のみをエロージヨン
するだけであるので、非常に手の込んだ技術および装置
によつてでさえ固有に時間がかかる。
さらに、そのような走査システムは角膜組織のような比
較的軟質の物質にリツプル効果を生じさせる傾向があ
る。
それ故、本発明の他の目的はエロージヨンを受ける表面
の領域を走査する必要なしにレーザを使用して表面をエ
ロージヨンするための方法および装置を提供することで
ある。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明の一面によれば、レーザ手段とこのレーザ手段に
関して正確に表面を位置決めするための位置決め手段と
を含む表面をエロージヨンするためのレーザシステムが
提供される。前記レーザ手段は前記位置決め手段によつ
て位置決めされた表面にレーザエネルギのパルスを送給
してこの表面をエロージヨンするように動作し、かつ各
レーザエネルギのパルスが送給される表面の面積の寸法
を制御し、かつ変化させる手段を有する。
本発明の他の面によれば、表面がこの表面にエネルギパ
ルスを送給するように動作するレーザ手段に関して正確
に位置付けされ、エネルギパルスが送給される表面の面
積の寸法が制御された態様で調節でき、従つてレーザの
動作の前に各パルスによつてエロージヨンされる面積の
寸法を選択することができるレーザエネルギによつて表
面をエロージヨンする方法が提供される。
また、パルスが送給される表面の面積の形状も制御で
き、かつ調節できることが好ましい。
本発明の方法および装置は表面の輪郭を変え、従つてそ
の形状を変えるために適用できる。それ故、本発明の方
法はレーザの動作中、各パルスによつてエロージヨンさ
れるべき面積の寸法および好ましくは形状を制御下で変
化させ、エロージヨンによつて表面の形状に所望の変化
（変形、変更）を生じさせる段階を含む。
本発明の他の面によれば、表面をエロージヨンし、それ
によつて表面を整形するためのレーザシステムにおい
て、 （１）エロージヨンされるべき表面を光学軸に関して
（あるいはその逆）正確に位置決めするための手段と、 （２）レーザ光源からのエネルギを前記光学軸に沿つて
表面に供給するためのビーム送給システムと、 （３）前記表面に供給するためのレーザエネルギのパル
スを発生するレーザ光源、電源および関連する制御回路
手段と、 （４）レーザエネルギのパルスが表面に供給される面積
を制御し、それによつて照射される領域の切除を大きく
したり、小さくしたりする制御手段 が提供される。
本発明の他の面によれば、 （１）レーザ光源に関して物体を正確に位置決めする段
階と、 （２）レーザ光源からのエネルギが前記物体の表面に当
るようにレーザ光源をパルス化する段階と、 （３）複数のパルスの放出中エネルギが入射する面積を
変化させるようにレーザの出力を制御し、それによつて
表面の面積を大きくあるいは小さく選択的に露光し、表
面に所望のエロージヨンの形状を得るようにする段階 とからなる物体の表面をエロージヨンする方法が提供さ
れる。
表面が大きい場合には、装置がこの表面に関して好都合
に位置決めされる。表面が比較的小さな物体上にある場
合には、この物体が光学軸に関してより好都合に位置決
めされる。
本発明の好ましい一面によれば、表面がこの表面層の下
側の物質とは異なる物質の層からなりかつ下側層に悪影
響を与えないことが望ましい場合に、表面に入射するレ
ーザエネルギがこの表面層を形成する物質によつて吸収
されるようにレーザ波長が選択され、下側層に浸透して
悪影響を与えるエネルギが殆んどあるいは全く残存しな
いようにしている。
好ましくは、レーザは繰返しパルス化され、そしてアイ
リス絞り、ミラー、ビーム分割器および他の同様の装置
を使用してパルスエネルギは全部があるいは一部分が表
面におよび、あるいは表面の選択された１つまたは複数
の領域に指向され、ある時間の間、表面の異なる領域が
レーザ光源からの異なる量のエネルギにさらされて表面
に差のあるエロージヨンを行なうようにする。
必要な変更が物体の表面の凹部の増大（または凸部の減
少）からなり、かつエネルギが放射され得る面積が前記
変更が行なわれるべきである面積に少なくとも等しくさ
れ得る場合には、この変更されるべき表面はこの表面を
一連の光エネルギのパルスにさらすことによつて前記変
更を行なうようにエロージヨンされてもよく、その間各
パルスによつて生じる照射面積を連続的に減少させるよ
うにこの面積を制御する。
このように面積の中心領域は周辺領域よりも多くのエネ
ルギにさらされ、その結果より多くのエロージヨンが周
辺領域よりも中心領域において生じ、それによつて凹部
表面のくぼみを増大させ、また平らな表面の凹状のエロ
ージヨンまたは凸状表面の凸部の減少を生じさせる。
逆に、凸部の増大（または凹部の減少）が要求される場
合には、反対の手法が使用され、周辺領域が中心領域よ
りも多くさらされてレーザエネルギが供給される領域の
中央に丘状部を残す。
レンズ、ミラー、あるいは他の光学素子の整形に特に適
用できる本発明の特に好ましい一構成においては、屈折
力または表面曲率のような光学素子の表面形状の関数で
あるパラメータを測定するための装置内に測定装置が含
まれており、パラメータに対する所望の値を定める入力
を受信するためのキーボードおよびランダム・アクセス
・メモリ・デバイスのような手段が設けられており、こ
の所望の値とパラメータの測定値とを比較するための比
較手段が含まれており、そして前記比較から得られたフ
イードバツク信号からレーザに対する制御信号を発生す
るための制御信号発生回路が設けられている。この制御
信号は、特に、レーザパルスが有効である面積を決定す
るように働き、それによつて光学素子のパラメータの所
望の値を得る。
代表的には、比較手段および制御信号発生回路はランダ
ム・アクセス・メモリを組み込んだコンピユータシステ
ムによつて提供される。入力はパラメータの所望の値を
特定するか、あるいはこのパラメータの所望の値が引き
出される他の関連した第２のパラメータの所望の値を特
定することによつて前記パラメータの所望の値を定めて
もよい。
好ましい方法においては、レーザ光源は実質的に一定の
エネルギ密度を有する光パルスを発生するようにパルス
化され、その結果表面物質の既知の深さが各パルスごと
にエロージヨンされることになる。比較的低出力を使用
することによつて、各パルスに応答して極く薄い物質の
層を除去することができる。連続的な監視およびフイー
ドバツクによつて、表面の非常に正確な整形（付形）が
行なえる。
本発明は目の角膜の表面の整形に特に適用できる。ここ
で、物体の表面というときにはときどき露出される表面
をいう。かくして、角膜を整形する際には、角膜の基質
の層が除去される場合には形状の永続する変化が得られ
るだけである。この目的のため、角膜の上側の上皮は整
形する前に除去されねばならず、例えばレーザの初期の
パルスによつて除去され、その後でレーザは角膜の露出
された表面をエロージヨンし、形状の永久変化を生じさ
せる。上側の上皮はエロージヨンの後、自然の治ゆ過程
によつて再形成される。
従つて、本発明の他の面によれば、 （１）レーザ源に関して目を固定する段階と、 （２）レーザ源からの光が目の角膜の表面に当るように
レーザ源をパルス化する段階と、 （３）複数のパルスの放出中光が入射する面積を変化さ
せるようにレーザからの光を制御し、それによつて表面
の面積を大きくあるいは小さく選択的に露光し、表面に
所望のエロージヨンの形状を得るようにする段階 とからなる目の角膜の表面を整形する方法が提供され
る。
本発明のさらに他の面によれば、目が角膜の表面にレー
ザエネルギのパルスを送給するように動作するレーザ手
段に関して固定され、これらパルスが送給される角膜の
表面の面積の寸法および好ましくは形状が制御下で調節
され、それによつて各パルスによつてエロージヨンされ
る面積の寸法および好ましくは形状を選択し、その後レ
ーザが作動されるように構成された目の角膜の表面の面
積をエロージヨンする方法が提供される。
本発明の好ましい一面によれば、角膜の表面に入射する
レーザエネルギが角膜を形成する物質によつて吸収され
るようにレーザ波長の下側層は選択され、目の下側物質
に浸透し、悪影響を与えるエネルギが殆んどあるいは全
く残存しないようにしている。
かくして、本発明は目の屈折力の誤差（近視、遠視およ
び乱視等のような）を補正するために角膜の表面を整形
するための方法および装置を提供し、この方法および装
置はパルス化レーザ源と角膜の表面のレーザビームの寸
法および形状を変化させることができるビーム送給シス
テムとを使用する。
その上、本発明の整形方法および装置は角膜移植手術の
後で目の屈折力の誤差を補正するのに使用できる。かく
して、移植手術が屈折力の誤差を導入した場合に（例え
ば、１本またはそれ以上の縫目の糸の偶然の締めすぎに
よつてのように）、この屈折力の誤差は移植手術を再び
行なうあるいは弛緩切開を行なう代りに角膜の表面を整
形することによつて除去できる。
さらに、角膜の表面をエロージヨンするための本発明の
方法および装置は角膜の潰瘍を除去するのにも使用でき
る。任意の１つのパルスによつてエロージヨンされる面
積の寸法および好ましくは形状を制御することによつ
て、エロージヨンされる物質を実質的に完全に除去され
るべき潰瘍物質の各領域に制限することができる。目を
横切る潰瘍物質の物理的こすり取りを行なわないから、
潰瘍細胞はこの過程により広がらない。また、あるレー
ザ波長（例えば193nm）により切除後に残る表面は滑ら
かであるので治ゆ後の角膜の光学的欠陥は最低となり、
潰瘍の再発生の可能性を減少させる。
目の形状または光学的特性を測定するための測定装置か
らの出力がレーザエネルギのパルスの送給を制御するの
に使用される自動フイードバツク制御システムを設けて
もよい。あるいは、漸近法技術によるエロージヨンによ
り所望の表面形状を得ることができる。この技術におい
ては、表面の形状をどの程度変えるべきかを決定するた
めに測定装置が使用される。レーザエネルギパルスは表
面に送給され、所望の変更よりも僅かに少なく変更を行
なう。測定装置は所望の形状に達するのに今必要な補正
を決定するために再び使用され、従つてレーザエネルギ
のパルスがさらに供給されて合計の計算された補正より
僅かに少ない補正を行なう。エロージヨンされる表面が
適切な精度の所望の形状になるまで、このプロセスは繰
返される。
通常、角膜計と呼ばれている適当な測定装置は知られて
おり、商業的に入手可能である。そのような装置の例と
して京都のサン・コンタクト・レンズ・カンパニーによ
つて製造された「写真角膜鏡（ホトケラトスコープ）」
あるいは米国オクラホマ州のインターナシヨナル・ダイ
アグノステイツク・インスツルメンツ・ミリテツドによ
つて製造された「コーニアスコープ」がある。
レーザ手段に関して目を位置決めするために、通常の吸
引リングまたはカツプが使用できる。これらは通常は目
の白色領域（強膜）に適用され、目にカツプをクランプ
するのに十分であるが角膜が歪むほど大きくない低い吸
引圧力源に接続される。カツプは目に関して正確に位置
決めされる別の装置（この場合には、これはレーザの光
学システムである）に固定してもよい。目に関してマイ
クロケラトーム・ブレード（角膜切開刀）を位置決めす
るそのようなカツプを使用することは1986年７月１日の
オフサルモロジイ・タイムスの第39頁に示されている。
使用できるレーザの例はエキシマレーザ、HFレーザ、お
よびパルスCO2レーザである。角膜の削摩には現在のと
ころArFエキシマレーザが好ましい。角膜の削摩のよう
な医学上の用途においては、米国マサチユーセツツ州の
サミツト・テクノロジイ・インクによつて製造された
「EXCIMED」システムのような医学用に設計されたエキ
シマレーザを使用することが好ましい。
そのようなレーザが角膜を照射するために使用される
と、角膜の表面の照射された領域から薄い層が除去され
る。
レーザに対するパルス繰返し率は各特定の用途の必要性
に合致するように選択できる。通常、このパルス繰返し
率は毎秒１〜500パルスであるが、好ましいのは毎秒１
〜100パルスの間である。ビーム寸法を変えることが望
まれるときには、レーザパルスは停止される。あるいは
パルスが継続する間にビーム寸法が変化できる。エロー
ジヨンの進行を監視し、レーザシステムを自動的に制御
するために測定装置が使用される場合には、パルスを中
断することなしに制御された率でビームの寸法が連続的
に変化できる。
適当な照射強度はレーザの波長および照射される物体の
性質に依存して変化する。任意の物質に供給されるレー
ザエネルギの任意の波長に対して、代表的にはそれ以下
では重要なエロージヨンが生じないエネルギ密度のスレ
ツシヨルド値がある。このスレツシヨルド値より上の密
度では、飽和値に達するまでエネルギ密度が増大すると
エロージヨンの深さが増大するというエネルギ密度の範
囲がある。飽和値以上にエネルギ密度が増大した場合に
は、エロージヨンの重大な増大は生じない。
スレツシヨルド値および飽和値はレーザエネルギの波長
によつて、またエロージヨンされるべき表面の物質によ
つて、容易には予知できない態様で変化する。しかしな
がら、任意特定のレーザおよび任意特定の物質に対して
これら値は実験によつて容易に見出すことができる。例
えば、波長、193nm（ArFエキシマレーザから得られる波
長）のエネルギによる角膜基質（コラーゲンのサブ層）
をエロージヨンする場合には、スレツシヨルド値は約50
mJ/cm2/パルスであり、飽和値は約250mJ/cm2/パルスで
ある。飽和値を小さな係数以上越えた場合には殆んど利
点がないようであり、角膜表面における適当なエネルギ
密度は50mJ/cm2/パルス乃至1J/cm2/パルス（193nmの波
長に対しては）である。
スレツシヨルド値は波長によつて非常に急速に変化する
可能性があり、F2レーザから得られる波長である157nm
においてはスレツシヨルド値は約5mJ/cm2/パルスであ
る。この波長において、角膜表面での適当なエネルギ密
度は5mJ/cm2/パルス乃至1J/cm2/パルスである。
このレーザシステムはエロージヨン（侵食、削摩、研
削、切除等を意味する）されるべき表面に飽和値より僅
かに小さいエネルギ密度を提供するように使用されるの
が非常に好ましい。従つて、193nmの波長で角膜をエロ
ージヨンするときには（この条件のもとでは飽和値は25
0mJ/cm2/パルスである）、100乃至150mJ/cm2/パルスの
エネルギ密度のパルスを角膜に提供することが好まし
い。
代表的には、単一のパルスは角膜から0.1乃至１μｍの
範囲の深さにコラーゲンをエロージヨンする。
削摩される領域の形状は可調節の寸法および形状の開口
を通じて物体（例こば角膜）を照射することによつて、
および、あるいは同じく寸法および形状が調節可能な光
学絞りを使用することによつて、定めることができる。
目の角膜のような物体の屈折力のある形状を変化させる
ために、この物体は時間とともに変化する光のパターン
によつて照射され、その結果この物体の異なる領域が異
なる数のパルスを受け入れ、従つて異なる度合にエロー
ジヨンされる。
円形のアイリスが目の角膜のような物体に向けられたビ
ーム中に置かれ、このアイリスが伸長され（すなわち、
開放され）、その間パルスが供給され続けている場合に
は、物体の中心領域が、所定の時間期間の後、これを取
囲む環形の露出領域よりも多くのパルスを受ける（従つ
て大きな割合でエロージヨンされる）。
開口の各設定に対して放出されるパルスの数を制御し、
かつ開口の寸法を制御することによつて、物体のエロー
ジヨンされる表面の実際の形状が非常に厳密に制御でき
る。
実際には、アイリス絞りは寸法が変化したときに開口の
形状を必ずしも一定には保持せず、その上アイリス絞り
で利用できる形状の範囲には限界がある。現在好ましい
他のシステムはレーザエネルギの平行化されたビームを
光学システムに通し、この光学システムによつて再び平
行化する前に、ビームが発散の領域、集束の領域、ある
い両方を持つようにさせることができる。ビーム付形用
絞りがビーム軸線に沿つて集束あるいは発散の領域中を
移動するように配置される。この絞りはビーム付形用開
口または窓を有し、可変寸法の付形されたビームを提供
する。あるいはこの絞りはビームが可変寸法の減少した
照射領域または照射ゼロの領域を有するようになる付形
された絞り部分を有してもよい。
より複雑なビーム形状が必要なときには、開口と絞り部
分の組合せを使用すればよい。
便宜上、以下の領域は開口を有する絞りに関してである
が、他の形式の絞りが同様の態様で機能することは勿論
である。
このような絞りがビームの軸線に沿つて移動されると、
絞りの位置でのビーム径は変化する。従つて、絞りがそ
の移動範囲の一端にあると（ビーム径が最小である場
合）、ビームの全部（または比較的大きな部分）が開口
を通り、他方絞りが移動範囲の他端にあると（最大ビー
ム径）、ビームの比較的小部分のみが開口を通る。開口
を通るビームの部分だけが再び平行化され、従つてビー
ムの軸線方向に絞りを移動させると、平行な出力ビーム
の寸法が変わる。平行な出力ビームの形状は絞りの開口
の形状によつて調節される。開口を通るレーザビームの
部分は開口によつて影響を受けないから、絞りはビーム
のエネルギ密度に影響を与えず、単にその寸法に影響を
与えるだけである。
入力ビームは平行にされなくてもよく、この場合にはシ
ステムの光学素子は出力ビームが平行にされることを確
実にするために僅かに異なる出力を有する。
開口から外へ伝播するビームの縁部にまたは絞り部分の
縁部に発生する傾向のあるフレネル回折フリンジングま
たはリンギングに鑑み、望遠鏡のような別の光学システ
ムを使用して絞りの像がエロージヨンされるべき表面に
集束するようにすることが好ましい。この態様において
は、表面におけるビームに対しておよびビーム内の照射
でさえ、はつきりとした縁部が提供できる。
表面に供給されるビームの形状は絞りの開口の形状に対
応するから、広範囲のビーム形状が利用できる。
表面の曲率を増大させることが望まれる場合には、反対
の（すなわち、凸面形状のエロージヨン）形状を使用し
なければならない。この目的のため、凹面円錐レンズ、
または他のビーム分割装置が、中心領域がゼロまたは最
小限の照射を受ける環形の照射領域を形成するために利
用できる。
凹面円錐レンズと組合せて相補の凸面円錐レンズを使用
することにより、照射される環形の径は凸面円錐レンズ
と凹面円錐レンズとの間の軸線方向の距離を変えること
により調節できる。
代りにミラーが使用できる。楕円形開口を有するミラー
をレーザ照射軸線に対して45度の角度に位置付けし、照
射されるべきである表面に関してこのミラーの中心の穴
の像が露出されるべきである表面の領域の中心と一致す
るように位置付けする。照射される環形の寸法はミラー
を変えることによつて変更できる。可変幅の照射されな
いストリツプを提供するのにはミラーが特に有用であ
る。照射されないストリツプを生じさせるギヤツプによ
つて分離された２つのミラー部分を用意してもよい。こ
れらミラー部分を互いに接近するまたは離れる方向に移
動させることによつてストリツプの幅が変化できる。
ビームの軸線に沿つて移動可能な絞りを使用する上記し
たシステムはまた、中心に照射されないストリツプまた
はスポツトを有するビームを提供するのにも使用でき
る。これは付形された中心絞り部分を単独であるいはよ
り大きな絞りの開口中に設けることによつて達成され
る。
角膜の正常な表面は凸面であるから、凹面形状を形成す
ることにより角膜の表面は事実上僅かに平らになる。角
膜の表面を平らにすることは目の屈折力を減少させるよ
うに作用する。逆に角膜の曲率を増大させると（凸面形
状のエロージヨンを行なつて）、目の屈折力は増大す
る。
エロージヨンが点のまわりではなくて線に平行に行なわ
れるべきである場合には、円筒形レンズまたは平面ミラ
ーまたはスリツトが可変幅の長方形領域の照射を生じさ
せるのに使用できる。かかる技法は乱視等を補正するた
めに角膜に使用できる。
本発明の好ましい特徴によれば、エロージヨンプロセス
中表面にガス流を導入してレーザビームと表面との相互
作用から生じる残渣を除去することによつて均一にエロ
ージヨンされた表面が得られる。
エロージヨンされる表面が目の角膜である場合には、ガ
スは窒素であると好都合である。
本発明が角膜の整形、付形に使用されるべきである場合
には、外科用顕微鏡がレーザを正しく指向することを外
科医に可能にするために使用できる。
＜実施例＞ 第１図においてレーザ10は所定の波長を有する比較的大
きな直径の単色光ビーム14を発生するビーム形成用光学
システム12に光出力を提供する。このビーム14は整形さ
れるべきである物体16に送られる。この物体16は図示す
るように例えば目の角膜よりなる。ビーム形成用光学シ
ステム12と物体16の表面との間に開口18または他のビー
ム寸法制御手段が位置付けされている。開口18の寸法は
照明される物体の面積を決定する。
レーザ10は電源ユニツト20および制御回路22によつて付
勢される。制御回路22はレーザ10から所定周波数の光パ
ルスを発生させるように調節可能である。電力はパルス
のエネルギを制御するように調節可能であることが好ま
しい。開口18は固定であつても可変であつてもよい。
固定開口18の場合には、物体16の表面に到達する一連の
パルスのエネルギの結果が第２図に示されている。最初
の表面は第２図（ａ）に示されており、第２図（ｂ）お
よび（ｃ）に１つのパルスおよび２つのパルスを受け入
れた後の表面が示されている。
多数のパルスが同じ面積に到達した後、比較的深い凹部
24が表面に形成される。この凹部24の形状は代表的には
円形である開口18の形状によつて決定される。この場合
には、凹部24は表面中のおおむね円形の穴の形式にあ
る。
第２図に例示した形式のエロージヨンは例えば角膜移植
手術に対する角膜ベツドの準備に使用できる。第２図に
おいて使用させるビームが円筒形、あるいは照明領域が
照明の減ぜられた（または照明ゼロの）領域を取囲むあ
る他の形状であつた場合には、第２図に例示された形式
のエロージヨンは角膜移植手術用のインプラント（「ド
ナー・ボタン」として知られている）を準備するのに使
用できる。この場合に、レーザエロージヨンはレーザが
提供された角膜を完全に切断するまで続けられ、この移
植手術用のボタンは照明の減ぜられた（または照明ゼロ
の）領域によつて残された部分により提供されることに
なる。
現在は、通例のようにドナー・ボタンが冠状のこぎりを
使用して除去される場合には、角膜の移植は、冠状のこ
ぎりが円形の区分を切断することしかできないので、円
形でなければならない。しかしながら、レーザエロージ
ヨンが使用される場合には、ドナー・ボタンの形状は変
化し得る。これは、ドナー・ボタンが患者の角膜の用意
されたベツド中に嵌合する配向状態（向き）を決定する
のにドナー・ボタンの形状を使用することができるの
で、有益である。
第３図はパルスが表面に連続的に供給される時間の間開
口を変化させることによつて表面の整形がどのように行
なわれるかを例示する。開口18が大きいと、少量の物質
が表面の比較的広い面積から除去される。他のパルスが
到達する前に開口を減少させると、その後のパルスによ
つて生じる削摩は狭い面積となり、形状は第３図（ｃ）
のように変化する。
開口18がさらに小さくされると、次のパルスは第３図
（ｄ）に示すようにさらに狭い面積上を除去する。その
結果表面は第３図（ａ）の最初の形状にくらべておおむ
ね平らな形状になる。
開口18を小さくすることによつて一連のパルスが表面を
照射する態様を第４図に示す。レーザによつて照射され
た面積は斜線26、28、30および32によつて示されてい
る。各場合に、開口はその寸法が前のパルスの送給時と
くらべてかなり減少されている。
第５図に示すように、開口の代りに絞り（ストツプ）が
使用され、この絞りの影が表面に現われるようにされ、
一連のパルス中照射される面積（同じく斜線で示されて
いる）が最も左側の狭い環形から最も右側のほぼ円形の
面積にまで増大されるようにしてもよい。
非対称の開口または絞り（スリツトあるいは線形絞りの
ような）が使用される場合には、第６図および第７図に
示すように表面の円筒の曲率が変更できる。これら図面
においても第４図および第５図の場合と同様にレーザに
よつて照射される面積は斜線で示されている。
第６図においては可変幅のスリツトを使用し、照射幅が
狭くなるようにこのスリツトの幅を連続的に減少させる
ことによつて曲率が変更される。第７図においては不透
明の絞りを使用し、表面がだんだんと広く照射されるよ
うにこの絞りの幅を変えることによつて曲率が変更され
る。
第１図乃至第７図に示した物体は目の角膜であつてもよ
いということを理解すべきである。
第１図乃至第７図はレーザビームの形状および寸法を制
御し、変化させることによつて表面がエロージヨンさ
れ、整形される態様を概略形式で示すものである。異な
る整形領域が開口および絞りによつて検討されたけれ
ど、ビーム寸法制御手段として使用できる多種類のビー
ム整形光学システムが存在する。可能であるビーム寸法
制御手段の特定の構成について次に説明する。
第８図および第９図の装置は屈折作用によつて第５図の
照射パターンを形成するように使用できる。ここでは平
凹円錐素子34が相補の平凸円錐素子36から距離ｄだけ離
間されている。これら２つの素子34および36は接触させ
た場合にはぴつたりと一体化する。
素子34の平らな表面に入射する平行な光ビーム38は円錐
表面において発散する環形の光40に変換され、素子36に
よつて円筒形の環形42に集束される。照射されない中心
領域の直径Ｄは素子34と36間の間隔ｄによつて決定され
る。
第９図は第８図の素子を斜視図で示し、かつ物体（図示
せず）の表面に形成される照射環形44を示す。第８図と
同じ参照番号が第９図においてもシステムの構成部品を
指示するのに使用されている。
第10図においては、調節可能な幅のスリツトを構成する
部品が示されており、開口を有するプレート46とこのプ
レートの前面に配置された２枚の可動プレート48および
50からなる。プレート46の開口は参照番号52によつて指
示されている。プレート46に関するプレート48、50の移
動は、明らかなように、スリツトの幅に変化を生じさせ
る。
第11図は第８図および第９図の円錐素子の屈折原理を取
り出してこれを一対の照射領域を生じさせるために採用
した（１つの単一寸法ではあるが）ものであり、この一
対の照射領域間の距離は単に一方の素子を他方の素子に
近づけるまたは離間させることだけで変化できる。凹面
プリズム56の平らな表面に入射する平行な光ビーム54は
２つの発散するビーム58および60を形成する。凹面プリ
ズム56の傾斜面と互いに合致する傾斜面と平らな下側面
64とを有する相補の凸面プリズム62が凹面プリズム56の
下流に配置されている。２つの平行な離間されたビーム
66および68が第８図の素子36の平面から光のリングが放
射されるのと同じ態様で平らな下側面64から放射され
る。
凹面プリズム56を凸面プリズム62に接近させることによ
つて２つの照射領域70および72は接近し、また遠ざける
ことによつて離れる。
第８、９および11図のシステムは球形レンズではなくて
真直ぐな側面の凹面および真直ぐな側面の凸面素子（す
なわち、円錐素子）とＵ形プリズムではなくてＶ形プリ
ズム（すなわち、円筒形レンズ）を使用するということ
を注意すべきである。第11図の屈折システムはビーム寸
法を変化させるが、しかし寸法の変化によつてはビーム
エネルギ密度は実質的に変化しない。一般に、屈折シス
テムはビームに可変寸法の照射されないギヤツプを形成
するのには全く適しているけれど、可変寸法の照射スポ
ツトを生じさせるのにはあまり適していない。これはビ
ームエネルギ密度を一定に保持したまゝ、スポツトの寸
法を変えることが屈折作用によつては困難なためであ
る。
第12図は楕円形の穴78（ビームを横切る平面に投射され
たときには円形）を有するミラー76に入射する円形ビー
ムが表面82に環形の照射を生じさせる円筒形ビーム80を
発生する反射装置を示す。楕円形の穴78に入射する光は
84で示すようにこの穴78を通る。ミラー76の代りに異な
る寸法の楕円形の穴を有する別のミラーを使用すること
により表面82の照射されない領域の寸法が変化できる。
ミラー76を２つの長方形ミラーと置き変え、これら長方
形ミラーを接近または遠ざけて可変幅のスリツトを形成
し、２つのミラーの相対位置に依存して表面82上に接近
したあるいは離れた２つの平行な照射領域を生じさせる
一次元のシステムもつくれる。２つのミラー間のギヤツ
プに入射する光は中心に開口を有するミラーの場合と同
様にこのギャップを通過する。第12図はまた、２つのミ
ラー部分76を２つの長方形ミラーと取れば上記構成を例
示するものとみなすことができる。
第12図に示すようなミラーを含むシステムは穴78を介し
て表面を照射するのに別の光源が使用できるという点で
特に有益である。照射された領域はビーム74の光学路内
に位置決めされた半反射性ミラーを使用して見ることが
できる。このようにして操作者はミラーおよび光学シス
テムの位置および、あるいは表面82の位置を調節してビ
ームの所望とする整列および位置付けを行ない、レーザ
エネルギのパルスによる表面の所望のエロージヨンを行
なうことができる。
既に述べたように、たとえビームの横断面積が上記した
ように変化しても、単位面積当りのエネルギが一定のレ
ーザビームで整形することが好ましい。これを達成する
ための構成が第13図に概略的に示されており、これはズ
ームレンズ90、絞り92、およびズームレンズ94からなる
複合ズームシステムであり、２つのズームレンズ90、94
は同時に調節できるように96で結合されている。ズーム
レンズは無限焦点であることが好ましい。
２つのズームレンズ90、94は同時調節のために結合され
ているので、ズームレンズシステムの調節は第２のズー
ムレンズ94からのレーザビーム出力のエネルギ密度に悪
影響を与えない。しかしながら、300mの第２のレンズ94
の位置が変化すると、出力ビーム中の絞りの拡大率が変
わる。第１のズームレンズ90の調節は出力ビームの寸法
に影響を与えないが、ビームのエネルギ密度を一定に保
持する必要がある。
ビーム寸法制御手段の特に好ましい実施例が第14図に示
されている。この構成において、平凸レンズ120および
平凹レンズ122のような２つのビーム付形素子は平行に
された第１の直径の平行レーザビームを入力として受光
し、そして平行にされた第２の直行の平行ビームを出力
し、これら入力および出力ビーム間に集束する（または
発散する）ビーム部分124を有する光学システムを形成
する。
ビーム付形用窓または開口（あるいはビーム付形用絞り
部分）を有する絞り126は集束するビーム部分124にわた
つてビーム軸線に沿つて移動し得る。出力レーザビーム
の寸法を変えるために、開口（または絞り126の絞り部
分）は一定のまゝであるが、絞り126は２つのレンズ間
をビームの軸線方向に移動する。この構成の動作態様に
ついての以下の説明はビームの外周囲を定める開口を有
する絞り126に関してである。しかしながら、ビームに
減少した（またはゼロの）照射の可変寸法の領域を定め
る絞り部分を有する絞り126が同等の態様で機能するで
あろう。
絞り126が平凹レンズ122に隣接していると、絞り126の
面は集束するビーム部分124と最も小さな直径部分で交
差する。かくして、ビームの全部（あるいはかなり多く
の部分）が絞り126の開口を通る。この場合のレーザビ
ームの縁部は絞り126がこの位置にあるように第14図に
連続する線で示されている。
しかしながら、絞り126が平凸レンズ120に隣接するよう
に移動されると、第14図に破線で示すように、絞り126
の平面は集束するビーム部分126と最も大きな直径の部
分において交差する。この位置においては、レーザビー
ムの比較的少ない部分のみが絞り126の開口を通過し、
ビームの残りの部分は絞り126に当り、吸収または偏向
される。従つて、この場合には、絞り126の下流のビー
ムの直径は第14図に破線で示すように小さくされる。
すべての場合に絞り126の開口を通るビームの中心位置
は絞り126の位置または存在によつて影響を受けないこ
とは明らかである。従つて、絞り126は最終のビームの
エネルギ密度に影響を与えないということが理解でき
る。
従つて、出力レーザビームの寸法は単に絞り126をビー
ム路に沿つて軸線方向に移動させるだけで変化できる。
絞り126は開口を通るビーム（またはその一部分）のエ
ネルギ密度に影響を与えないから、出力ビームのエネル
ギ密度は、その寸法は変化するけれど、一定に保持され
る。出力ビームの形状は勿論、絞り126の開口の形状に
よつて決定される。
第14図においてはビームは２つのレンズ素子120、122間
で集束するように図示されているけれど、平凹レンズ素
子が平凸レンズ素子の上流にあり、ビームがこれら２つ
の素子間で発散する場合にもこの構成は全く同等に機能
するということは極めて明らかであろう。
第14図の構成はレーザビームのエネルギ密度および最大
幅を一定に全体的に変更する。ある環境においてはこの
変更が望ましいかも知れず、あるいは図示の構成の上流
のビーム形成用光学装置において補償されるかも知れな
い。しかしながら、ビームエネルギ密度および最大寸法
に全く影響を与えないビーム寸法制御手段を提供するこ
とは好都合であるかも知れない。この場合には、第15図
に示すような構成が使用できる。この構成においては、
平行にされた平行ビームが初めに発散させられ、その後
集束させられる。可動開口126は発散ビーム部分128中
か、あるいは集束ビーム部分130中に置くことができ
る。
第16図は絞り126の開口および絞り部分のある可能な形
状を示す。開口は絞り126の物質の一部を表わす影の部
分によつて取囲まれた透明部分として図示されている。
第16図（ｄ）に見られるように、絞り126は開口および
この開口内に絞り部分を有していてもよい。
第16図（ａ）および（ｂ）に示す形状は角膜移植用のベ
ツドを用意するために使用できる。第16図（ａ）に示す
形状はまた、角膜の曲率を減ずるように角膜を整形する
際にも使用できる。第16図（ｃ）に示す形状は乱視を矯
正するように角膜を整形する際に使用できる。第16図
（ｄ）および（ｅ）に示す形状は角膜移植のためにドナ
ー・ボタンを切断するのに使用でき、また角膜の曲率を
増大させるように角膜を整形する際にも使用できる。
絞り126の開口は光学的開口でよく、必ずしも物理的開
口でなくてもよい。すなわち、開口は高度に透明な物質
によつて形成できる。かくして、絞り126は所望の形状
を有する不透明層を透明物体上に配置することによつて
形成できる。かかる構成は明るい部分が中心の暗い部分
を完全に取囲む第16図（ｄ）および（ｅ）に示されてい
るような開口形状および絞り部分を提供することを比較
的容易にする。
理論上は、第13図および第14図に示す構成は、多くの場
合に、可変寸法のアイリス絞りと置き換えることができ
る。しかしながら、アイリス絞りによつて定められる形
状の範囲は制限され、さらに、アイリス絞りによつて定
められる開口の形状は通常は、絞りが閉じるまたは開く
ときに正確に一定にとどまらない。従つて、固定絞りの
開口の見掛けの寸法の変化が第13図および第14図の場合
のように使用される構成が、正確な作業のためには好ま
しい。
第１図に示すビーム形成用光学システム12は、レーザ出
力ビームが接続使用できる場合には、必ずしも必要では
ない。しかしながら、大部分のレーザの場合には、代表
的にはビームの形状を変えるためにある初期のビーム形
成操作を行なうことが通常は望ましい。従つて、ある形
式のレーザは代表的には長方形（方形）あるいは楕円形
断面のビームを発生し（例えばエキシマレーザは代表的
には長方形断面のビームを発生する）、そしてビーム寸
法制御手段は方形または円形断面を有するビームを提供
することが通常は好ましい。第17図乃至第19図はビーム
形成用光学システムの実施例をそれぞれ示す。
第17図および第18図の構成は円筒形表面のレンズ素子お
よび球形表面のレンズ素子を使用する。これら図面は同
じ素子の断面図であるが、直角の方向に見たものであ
り、従つて第17図は断面の側面図とみなすことができ、
他方第18図は断面の上面図とみなすことができる。
等しくない軸線の横断面を有する平行側面のレーザビー
ムが平面−球形凹面素子132に送給され、この素子132は
ビームを発散させる。ビームは近傍にある平面−円筒形
凸面素子134に当る。この素子134の円筒軸線は短かい方
のビーム横断面軸線の方向にあり、従つてこの平面−円
筒形凸面素子134はビームのこの軸線には集束作用を行
なわず、短かい方の軸線のビームはビームが素子134を
離れるときに増大し続ける。しかしながら、その円筒形
凸面はビームの横断面の長い方の軸線の端部においてビ
ームの縁部を偏向する。
素子134を離れるときに、ビームは一方向に発散し続
け、短かい方の軸線の長さを増大し、これを横切る方向
においては一定にとどまり、その結果ビームの長い方の
軸線は変化しないまゝにある。別の光学素子136が平面
−円筒形凸面素子134からのビームの下流に離間されて
いる。この素子136はその上流側の面が円筒形凹面であ
り、その下流側の面が球形凸面であり、そしてその円筒
軸線が素子134の円筒軸線と平行であるのでビームを短
かい方の軸線の両端部において集束するように作用し、
一方ビームの長い方の軸線の長さには影響を与えない。
第17および18図に示す構成の効果は素子132によつて生
じるビームの発散に続いてビームが素子136に達するま
でビーム横断面の短かい方の軸線は増大し続け、一方ビ
ーム横断面の長い方の軸線は素子134に到達するまで増
大するだけであるということである。このように、短か
い方の軸線は長い方の軸線よりも多量に増大され、素子
136からのビーム出力は等しい横断面軸線を持つ。
一方の軸線が他方の軸線より大きく伸長されるビームの
横断面軸線の不平等な処置は、ビームがその横断面のあ
らゆる点において前に均一のエネルギ密度を有していた
場合には、エネルギ密度を不均一にしないということを
注意すべきである。
第19図は等しくない横断面軸線を有するビームが等しい
横断面軸線を有するビームに変換することができる他の
構成を示す。この構成は平凸面素子140と平凹面素子142
とからなる。これら素子の湾曲表面は両方と球形であ
る。しかしながら、これら素子は両方ともそれらの平ら
な表面がレーザビームの軸線に対して斜めになつた状態
で整列されており、ビームの一方の軸線に対して他方の
軸線に対してよりも大きな影響を与えるようになつてい
る。
レーザビームをエロージヨンされるべき表面に送給する
ための光学システムは単に、第17および18図（または第
19図）のビーム形成用光学装置とこれに続く第13図また
は第14図に示すようなビーム寸法制御手段とから構成し
てもよい。しかしながら、光学素子間の、あるいは光学
素子とエロージヨンされるべき表面との間の比較的長い
距離をビームを移動しなければならない場合には、第20
図に示すような中継望遠鏡が設けられていることが好ま
しい。かかる望遠鏡は非常に簡易であり、２つの集束レ
ンズ144、146だけでつくることができる。これら望遠鏡
は上流の光学素子の出力を下流の光学素子の入力または
エロージヨンされるべき表面に映像するように構成され
る場合に特に有用である。
ビーム寸法制御手段とエロージヨンされるべき表面との
間に、ビームの形状を定める開口の像をエロージヨンさ
れるべき表面に集束する中継望遠鏡を設けることは特に
有益である。これは放射される面積に均一な照射を行な
うことを促進し、放射される面積にはつきりした縁部を
提供する。開口の像を形成しない場合には、理論的に得
られたビーム形状は、ビームが開口から離れて行くとき
にパツチの縁部に発生する傾向があるフレネル回折フリ
ンジングまたはリンギングの影響によつてエロージヨン
されるべき表面において劣化する。開口の像を集束する
ことによつて、開口の単一スポツトから伝播するすべて
の光は像の単一スポツトに集束され、それによつて回折
フリンジングまたはリンギングを除去できる。
それ故、目の角膜をエロージヨンするためレーザから発
生するエネルギに対する好ましい光学的送給システムを
第21図に示す。この図において、レーザ148からの光は
ビーム形成用光学システム154を通り、連結アーム150に
入る。このアーム150は光学システムの残部を収容し、
かつ所望の形状および寸法のビームを目152の角膜に送
給する。
ビーム形成用光学システム154は第１図の概略構成の光
学システム12と同等のものである。代表的には第17図お
よび第18図に示す、あるいは第19図に示すような構成か
らなる。
ビーム形成用光学システム154からビームは第１の中継
望遠鏡156に入る。これはビームをビーム寸法制御手段1
58に送る。図示するように、この制御手段158は第14図
に示すようなシステムである。しかしながら、第８図乃
至第13図を参照して記載したような種々の他の構成が図
示のシステムの代りに使用できる。ビーム寸法制御手段
158からのビームを第２の中継望遠鏡160が目152の角膜
表面162に送る。
開口を有する絞り126は角膜表面162の照射面積の寸法を
変化させるためにビームに沿つて軸線方向に移動される
から、第２の中継望遠鏡160は、この望遠鏡160が固定の
焦点長さを有する場合には、絞り126の開口の正確に集
束された像を必ずしも提供しない。従つて、第15図に示
すような構成がビーム寸法制御手段158として使用され
るときには、第２の中継望遠鏡160と開口のある絞り126
の素子間に歯車接続164を提供することが望ましい。こ
れは絞り126の移動が第２の中継望遠鏡160の素子の適当
な対応する移動を生じさせ、角膜表面162に集束した像
を保持することを確実にする。これに対し、第２の中継
望遠鏡160が平凹面レンズ122を介して絞り126の像を受
像する場合には、第２の中継望遠鏡160に対する絞り126
の見掛けの位置（すなわち、レンズ素子122によつてつ
くられる虚像の位置）は絞り126の実際の軸線方向の移
動よりも軸線方向に非常に少ししか移動しないことにな
る。その結果、絞り126の移動にともなう第２の中継望
遠鏡160の自動調節を可能にすることは必要でないかも
知れない。
上記したように、光学システムを収容するアーム150は
連結されている。
本発明は目の角膜の表面を整形するのに特に適用できる
ように記載したけれど、本発明はレーザビームによつて
除去することができる任意の物体の表面の付形（整形）
に等しく適用できるということは理解されよう。かくし
て、本発明はレンズまたはミラーの表面を整形するため
に使用でき、あるいは湾曲したまたは平らな物体上の表
面被膜に正確に付形された窓を形成するのにも使用でき
る。
第22図は人間の目の角膜を整形する、あるいは潰瘍を角
膜からエロージヨンする本発明の方法を実行する装置を
示す。レーザおよび関連する制御回路はハウジング170
内に含まれている。所望の標準形状および寸法のビーム
をビーム整形用光学装置に入る前に提供するビーム形成
用光学装置もまた、レーザ電源および制御回路と一緒に
ハウジング170内に含まれている。
ビーム横断面にわたり実質的に均一な強さのビームを提
供することが重要である。エキシマレーザの出力は第１
の横断面軸線にわたつては実質的に均一であるけれど、
この第１の軸線を横切る第２の横断面軸線にわたつては
ビームの縁部において僅かに強さが低下する。それ故、
開口がレーザ出力に配置され、ビームの不均等な縁部を
マスクし、このマスク形成用光学装置に送られたビーム
は実質的に均一な横断面を有する。
レーザビームはハウジング170から垂直方向に放射さ
れ、連結アームに対する支持体172に入る。アームの第
１のセクション174は１つの自由度を有するだけのジヨ
イントを介して支持体172に関して枢動する。アームの
第２のセクシヨンは２つの自由度を有するジヨイント18
0によつて結合された第１のセクシヨン174に対し直角な
方向に延在する。ジヨイント176は支持体172内からの光
を第１のセクシヨン174に沿つて反射するための単一の
平面ミラー（図示せず）を含む。
第22図中の拡大図は上部から見たジヨイント180の部分
を示す。２つのアームセクシヨン174および178はカツプ
リング182によつて結合されている。カツプリング182は
各アームセクシヨンに関してその軸線のまわりに回転す
るように構成されている。２つの固定の平面ミラー18
4、186がカツプリング182内で第１のアームセクシヨン1
74の軸線に平行な光を、アームセクシヨンに関するカツ
プリング182の角度位置に関係なく、第２のアームセク
シヨン178の軸線に沿うように反射するように配置され
ている。この機能のために、各アームの回転軸線がそれ
ぞれのミラーの中心領域を通り、ミラー184、186が、そ
れぞれのアームセクシヨンの軸線に沿つて一方に入射す
る光を他方のミラーに反射してアームセクシヨンの軸線
に沿つて反射されるように互いに位置付けることが重要
である。同様に、３つの自由度を有するナツクルジヨイ
ント188は３つの平面ミラーを有し、アームセクシヨン1
78からナツクルジヨイントを介して接眼レンズ190に光
が通ることを可能にする。
第１のアームセクシヨン174は第21図の第１の中継望遠
鏡156を含む。第２のアームセクシヨン178は第21図のビ
ーム寸法制御手段158および第２の中継望遠鏡160を含
む。
ビーム寸法制御手段158はぎざ付きリング194を有するア
ーム192の幅広部分に収容されている。このリング194の
回転によりビーム寸法制御手段158はビーム寸法を変化
させるように作動される。ぎざ付きリング194はモータ1
96によつて駆動され、従つて遠隔で、および、あるいは
自動的に作動できる。
アームおよび終端ナツクルの連結ジヨイントは接眼レン
ズ190が正しい位置に容易に操作され、頭が198で示され
ている患者の目に関して配向されることを可能にする。
第22図に示すように、患者は顔を上側にして手術テーブ
ル200上に横たわつている。手術テーブル200は患者の頭
を垂直方向に移動しないように支持する。所望ならば、
側部支持体202、204を頭の横方向への移動を抑制するた
めに用意してもよい。
連結されたアームセクシヨン174、178は米国ミシガン州
のブルームフイールド・ヒルのレーザ・メカニズムから
入手できる標準のレーザアームを好便に変形したもので
ある。このアームはビーム寸法制御手段および中継望遠
鏡を組み込むために変形されねばならず、また、アーム
のジヨイントに設けられたミラーのあるものを取替える
必要があるかも知れない。しかしなが、元のミラーある
いは元のミラーの取付具に取付けられた別のミラーを使
用することによつて、アームのジヨイントにおける反射
が第21図に示した素子によつて提供されるビーム光学装
置を変更しないことを確実にすることができる。
使用時に、この装置は患者の目に供給されるべき窒素ガ
ス源および患者の目の上に接眼レンズをクランプするよ
うに吸引を行なうための吸引手段とともに使用される。
これらは両方ともハウジング170内に位置付けされてい
る。窒素はまた、ArFレーザの場合にレーザ波長に不透
明なガスのアームを追い払うためにも使用できる。この
アームはまた、目に窒素を送給するためにも使用でき
る。
接眼レンズは第23図では拡大されて示されており、弾性
的に変形可能な、ゴムあるいはプラスチツクのような可
撓性物質よりなるカツプ206を含み、眼球の上に配置さ
れたときに排気されてクランプする。
接眼レンズ190は半反射性ミラー208を有する窓を含み、
この窓を介して目は外科用顕微鏡210を使用して観察で
きる。この顕微鏡210は任意の好便な手段によりミラー
の上に支持されている。外科用顕微鏡210は接眼レンズ1
90に接続してもよいが、しかしより一般的には接眼レン
ズから分離され、天井からのアーム（図示せず）によつ
て、あるいはカンチレバー（図示せず）によつて支持さ
れる。
恐らくナツクルジヨイント188内の別のミラー（図示せ
ず）がプロヒロメータ（側面計）または角膜計のような
自動測定装置212の同時の接続を可能にする。測定装置2
12の出力はライン214を介してコンピユータ（図示せ
ず）に接続される。コンピユータはレーザの動作を制御
して所望の角膜の形状を得るように調節される。
かくして、所望の角膜の形状は最初にコンピユータに入
力され、動作中にコンピユータに提供された角膜の形状
の測定値が所望の最終形状への進行を指示するのに使用
され、コンピユータはレーザシステムに制御信号を出力
する。コンピユータはマイクロプロセツサに基づいたも
のであり、かつハウジング170内に少なくとも一部分が
位置付けできることが好ましい。
整形用レーザ放射線の波長は重要であり、代表的には19
3nmの程度である。勿論、157nm（フツ素レーザに対し
て）まで下側のより短かい波長あるいは15μｍまでのよ
り長い波長も使用できる。主として問題の波長に関し
て、十分なレーザエネルギが角膜の下側に浸透して細胞
組織を損傷させないようにすることが重要である。従つ
て、300nm乃至1400nmの範囲は目の下側の細胞組織がこ
れら波長によつて簡単に損傷を受けるので、さけるべき
である。
再び第23図を参照すると、吸引カツプ206は目216の強膜
上に嵌合し、角膜表面218を邪魔しない状態にしてい
る。可撓管220がカツプ206を真空吸引し、カツプを適所
に保持するのに十分な力で、しかし角膜の形状を歪ませ
ない力で目にカツプをクランプするようにしている。
第23図に示すように、ミラー208はレーザの光学システ
ムが患者から横方向に延在することを可能にし、ナツク
ルジヨイント188は接眼レンズのハウジングの端面222に
固定される。
別の方法として、ミラー208を除去し、光学システムを
患者から前方へ真直ぐに延在させてもよい。さらに別の
方法として、第23図に示したのと同様のミラーユニツト
（図示せず）が使用できるが、しかし角膜表面218と整
列される２つの光学システムが接続できるようにする半
反射性または波長選択性ミラーを有する。この構成は操
作者が使用する顕微鏡または他の観察装置、あるいは自
動角膜計の他にレーザからの光学システムが接続される
ことを可能にする。
第22図および第23図の装置を使用する第１の方法におい
ては自動フイードバツク制御は存在せず、ライン214は
必要とされない。この方法における測定装置212は「写
真角膜鏡」あるいは「コーニアスコープ」のような商業
的に入手できる角膜計である。これら装置は角膜表面に
パターン、通常は同心のリング、の像を形成するように
働く。この方法で使用される角膜計は角膜の中心部分に
映像される線の数を増大させるように僅かに変更される
ことが好ましく、従つて中心部分の曲率に関する入手情
報の量を増大させることが好ましい。
この方法では、角膜計212は図示するようにナツクルジ
ヨイント188に接続しても、あるいは必要なときに外科
用顕微鏡210に対して図示した位置を占有するように移
動可能であつてもよく、操作者が必要な場合に角膜計21
2または顕微鏡210をその位置に移動できるようにしても
よい。
吸引カツプ206は通常、初めに患者の目216に取付けら
れ、その後接眼レンズのハウジング190に取付けられ
る。次に、窒素供給源が作動される。角膜計212は吸引
カツプが角膜の形状に影響を与えないことをチエツクす
るために使用される。目の可視検査が顕微鏡を用いて行
なわれることか好ましい。次に、ビーム寸法制御手段が
ぎざ付きリング194を介して作動され、ビームによる角
膜への照射の所望の面積を選択する。レーザがオンとな
り、好ましくは、5Hzのような比較的遅いパルス速度で
動作するように設定される。
所定の時間、通常は30秒またはこれより短かい時間の経
過後、レーザはオフとなり、ビーム寸法制御手段158は
放射のための異なる面積を定めるように調節され、レー
ザが再びオンになる。このプロセスは角膜の所定の面積
の一連の露光が所定のパルス数となるように繰返され
る。明らかなように、面積の寸法および形状とパルスの
数の選択は角膜に実行される整形の性質を決定する。
パラメータは角膜の整形に対する所望の最終補正の75％
を行なうように選択される。角膜は角膜計212を使用し
て再び測定され、なされるべき残りの正確な補正が決定
される。レーザ装置が今記載したのと同じ態様で再び作
動され、パラメータはなされるべき残りの補正の75％を
行なうように選択される。このプロセスはなされるべき
残りの補正が許容限界内にあるとみなされるまで繰返さ
れる。
この連続する近似プロセスは比較的ゆつくりであり、操
作者に不満を与えるが、レーザを制御するのにフイード
バツク制御回路を必要としないという利点がある。
一定周波数のパルス速度が使用される場合には、露光当
りのパルスの数は時間に比例し、所定数のパルスが角膜
によつて受光されたことを確実にするのに単に各露光の
継続時間を測定するだけで十分であるということは理解
されよう。
この方法の変形例では、ビーム寸法制御手段158のぎざ
付きリング194はモータ駆動され、モータ196およびレー
ザの両方がハウジング170内に位置付けされたマイクロ
プロセツサの制御下にある。この場合に、マイクロプロ
セツサはレーザをオン、オフする手続きおよびビーム寸
法制御手段158を調節する手続きを実行する。より好ま
しくは、レーザは連続的にパルス化され、一方マイクロ
プロセツサはビーム寸法制御手段158を所定の時間−ビ
ーム寸法曲線に従うように調節する。これはレーザがパ
ルス化されている間、ビーム寸法が連続的に調節される
周期を含んでもよい。放射される領域と放射されない領
域との境界が角膜の表面上を比較的滑らかに移動するビ
ーム寸法制御手段の連続する調節は表面を比較的滑らか
に整形する。
時間−ビーム寸法曲線は上記したように所望の最終補正
の75％を行なうようにレーザのパルス速度、ビーム波長
および強さに関して選択される。
レーザの厳密な制御が必要である。この目的のため、第
１図に示すようにレーザエネルギのパルスを受けている
表面の光学的または他の検査からの情報を受信するフイ
ードバツク装置86が用意されている。フイードバツク路
88はレーザ10を制御するための制御回路22と連通してい
る。従つて、例えば、レーザによつて供給されるパルス
の実際の継続時間および振幅は各パルスによつて所望の
度合の表面のエロージヨンが生じるように調整できる。
過度のエロージヨンの場合には、引続くパルスは相当に
減ぜられるかまたは禁止される。好都合にも、警報装置
（図示せず）がフイードバツク装置86とともに用意され
ており、整形の予期しないエロージヨンが生じる場合に
はこの装置86のそれ以上の動作を禁止し、そして誤り状
態を指示する。
第24図はフイードバツク制御動作中の制御回路22の動作
のフローチヤートである。制御回路22はマイクロプロセ
ツサまたはマイクロコンピユータによつて少なくとも一
部分は提供されることが好ましい。
第22図および第23図の装置を使用する第２の方法におい
ては、レーザのフイードバツク制御およびその光学シス
テムが用意されている。角膜計212は第22図に示すよう
に接続されており、ライン214は角膜計212の出力をハウ
ジング170内のコンピユータに供給するように接続さ
れ、かつ使用される。再び、角膜計212は角膜の中心領
域における曲率に関する情報を最も通常の角膜計によつ
て提供されるよりも多く提供するように構成されてい
る。角膜に関する角膜計出力はライン214を介してコン
ピユータに出力される前に機械読取り可能な形式に変換
される。
この方法で使用される装置においては、ビーム寸法制御
手段158のぎざ付きリング194はモータ駆動され、駆動モ
ータ196はコンピユータによつて制御される。
吸引カツプ206および接眼レンズは第１の方法のように
取付けられ、窒素ガス流が流れ始める。
ライン214からの入力はコンピユータに角膜の現在の形
状を計算させる。操作者はキーボード（図示せず）によ
り所望の最終形状を入力し、これはコンピユータのメモ
リ装置（RAM）に記憶される。コンピユータは現在の形
状と所望の最終形状との差を計算し、かつ角膜上の一連
の点のそれぞれにおいて必要なエロージヨンの深さを計
算する。得られるエロージヨンの深さは供給されるレー
ザパルスの数に直接関係するから、コンピユータは各点
に供給されるべきであるパルスの数を計算する。しかし
ながら、コンピユータプログラムはコンピユータによつ
て計算されたパルスの数が、使用するレーザビームの強
さおよび波長が与えられている場合に、所望の形状を達
成するのに実際に必要とするパルスの数の75％だけであ
るように設計されている。
各点で必要なパルスの数から、コンピユータはどの一連
の放射面積が各面積に対して必要な放射のパルス数とと
もに必要であるかを計算する。これは角膜の隣接する点
に対して必要なパルスの数の差に基づいて計算される。
かくして、１つの面積が他の面積より多い100のパルス
を必要とする場合には、コンピユータによつて取り出さ
れた一連の放射面積は第１の点をカバーするが第２の点
をカバーしない、かつ100のパルスを放射される面積を
含む筈である。
コンピユータが放射シーケンスを決定すると、コンピユ
ータは測定された現在の角膜の形状、必要とする計算さ
れた補正、および計算された放射シーケンスをプリンタ
またはデイスプレイを介して出力する。これらは手術を
監督する外科医によつて検討され、確認される。
コンピユータ出力が確認された後、操作者は放射シーケ
ンスを開始する信号をコンピユータに入力する。コンピ
ユータはモータ196を駆動して放射の面積をシーケンス
の最初の面積に設定する。レーザが作動される。コンピ
ユータコントロールは代表的には50Hzであるより早いレ
ーザパルス速度が使用されるようにする。
コンピユータは放射軸線のシーケンスから連続する時間
−ビーム寸法曲線を計算し、第１の方法に関して記載し
たように、それによつてモータ196を駆動することが好
ましい。放射シーケンスの終りに、コンピユータは角膜
計212からの入力を使用して新しい角膜の形状および今
必要な補正を計算する。すべてが計画に従つて行なわれ
ている場合には、前に計算した補正の75％が行なわれ
る。コンピユータは、必要な計算された補正が所定の許
容限界内に入るまで上記したプロセス（その計算を出力
し、操作者からの確認を待つことを含む）を繰返す。
角膜計はコンピユータにより連続的に監視されることが
好ましく、その結果任意の時間に過度のエロージヨンが
生じた場合には、これは検出され、レーザは自動的にオ
フとなる。
角膜計入力が連続的に監視される場合には、コンピユー
タは放射シーケンスを計算して単一の放射シーケンスに
おいてなされるべき完全な補正を実行し、それによつて
レーザおよびビーム寸法を制御し、角膜計入力は放射シ
ーケンスを進行している間に再び計算し、補正する。こ
の場合に、コンピユータは初めに投影される時間−ビー
ム寸法曲線を計算する。しかしながら、エロージヨン中
の角膜計入力が、任意の点におけるエロージヨンの深さ
が予期される量より多いまたは少ないということを示す
場合には、時間−ビーム寸法曲線が適当な面積に供給さ
れるパルスの数を減少または増加するように再び計算さ
れ、予期された量のエロージヨンからのずれを補正す
る。
角膜潰瘍を除去する場合には、この装置の動作方法は同
じであるけれど、エロージヨンの物体は最小限の整形に
より潰瘍細胞を除去するべきである。従つて、レーザエ
ネルギのパルスの寸法、形状および数がその目的で制御
され、ビームの寸法および形状はすべてのパルスに対し
て一定にとどまる。
本発明の原理は種々の実験によつてテストされた。
１つの実験においては、６乃至10の豚または提供者の目
のバツチが変化する面積の放射でエロージヨンされ、角
膜の整形（付形）を行なつた。かかる実験において、目
は第22図に示す装置の接眼レンズ190の出口開口に置か
れた（吸引カツプあるいは測定装置212なしに）。ビー
ム寸法制御手段は大きな放射面積および5Hzのパルス化
レーザビームを30秒の間提供するように設定された。そ
の後ビーム寸法制御手段は僅かに減少した放射面積を提
供するように調節され、レーザは5Hzでさらに30秒の間
パルス化された。放射面積が再び減少され、この手順は
増大する深さのエロージヨンの同心のリングを提供する
ように繰返された。
目は電子顕微鏡検査を行なうために化学的に固定され
た。電子顕微鏡による検査の結果、角膜基質の表面に一
連の段部があることが分つた。別のケースでは、異なる
パルスエネルギ密度を使用したので、段部の高さが変化
した。段部の高さは25乃至1000nmの範囲であつた。
驚いたことに、パルス当りエロージヨンされた角膜基質
の深さは上側の上皮層がレーザによつて除去されたか、
またはレーザを使用する前に他の手段によつて除去され
たかに依存して変化するということが見出された。上皮
を除去するのにレーザが使用された場合には、角膜基質
のエロージヨンされた深さは大きかつた。この理由は明
らかではないが、しかし涙の膜の作用を包含するものと
思われる。
第22図の接眼レンズもまた、それに接続されたかつ目に
取付けられた吸引カツプ206と一緒にテストされた。こ
れらテストはうさぎおよび提供者の目について、ならび
にゼラチンからつくつた見せかけの目について行なわれ
た。これらテストにおいては低い放射強度のみが使用さ
れ、実験的削摩を含まなかつた。
提案した方法が医学上の用途に適しているということを
保証するために、目の治ゆをテストする実験が猿につい
て行なわれた。これら実験において、放射面積は一定に
保持され、3mmの直径の円筒形凹部が生きている猿の目
に種々の深さに研削された。６ケ月後、２匹の猿が臨床
技術を用いて検査された。４つの凹部のうち３つは透明
であつた。第４の凹部（最も深い70〜100μｍの深さの
もの）は不透明ではなくて僅かに輝きがあつた。
電子顕微鏡検査は、透明な目は角膜基質の乱れが最小限
でありかつ凹部の面積をおおう上皮が良好に再成長して
いるので治ゆしているということを示した。上皮は良好
に固着しかつしつかりと配向された基部膜を有してい
た。この場合の基部膜は再成長上皮の細胞によつて下側
に置かれており、この細胞はまた、レーザによつて角膜
表面に形成された擬似膜を破壊していた。その上、基質
の新しい表面はボーマン（Bowman）の膜のような構造体
を形成するように再構成されていた。
これら実験を繰返すのに有用な背景情報はマーシヤル等
の「ホト−アプレイテイブ・リプロフアイリング・オブ
・ザ・コーニア・ユーシング・エキシマ・レーザ：ホト
リフラクテイブ・ケラテクトミイ」レーザ・イン・オフ
サルモロジイ,1986年第１巻第21頁〜第48頁に見出すこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による凸状湾曲物体の表面を整形する方
法を実施するための装置の概略構成図、第２図は一連の
パルスにより表面の削摩がどのようにして生じるかを示
す概略図、第３図はパルスを供給する面積の寸法を変え
ることによつて異なる形状が得られることを示す概略
図、第４図は表面の曲率を減少させるのに必要な一連の
段階を示す概略図、第５図は表面の曲率を増大させるた
めに一連の段階においてパルスにさらされなければなら
ない面積を示す概略図、第６図は表面の円筒形曲率を減
少させる照射面積を段階的に示す概略図、第７図は表面
の円筒形曲率を増大させる照射面積を段階的に示す概略
図、第８図は環形の照射が得られる構成を示す概略図、
第９図は第８図に示す素子の斜視図、第10図は調節可能
な幅のスリツトを生じさせる構成を示す概略図、第11図
は第９図に示す装置の変形例を示す斜視図、第12図は第
10図のスリツトとは反対のスリツトを生じさせるのに使
用できる45度のミラー構成を示す概略図、第13図は一定
エネルギ密度の可変寸法スポツトを生じさせる構成を示
す概略図、第14図は一定エネルギ密度の可変寸法のスポ
ツトを生じさせる他の構成を示す概略図、第15図は第14
図の構成を組み込んだ他の構成を示す概略図、第16図は
第14図の構成に使用する４つの開口の形状を示す概略
図、第17図はビーム形成用光学システムの断面図、第18
図は第17図の光学システムを別の方向から見た断面図、
第19図は他のビーム形成用光学システムの断面図、第20
図は中継望遠鏡の断面図、第21図はレーザから目の角膜
への光学システムを示す概略図、第22図は測定および整
形用のレーザ装置を示す構成図、第23図は吸引カツプと
光学システムの下流の端部の構成図、第24図はフイード
バツク制御回路の動作を説明するフローチヤートであ
る。 10:レーザ 12:ビーム形成用光学システム 16:物体 18:開口 20:電源ユニツト 22:制御回路 86:フイードバツク装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アントニ・ラベル・レイブン イギリス国ハートフオードシヤー、ロイス トン、メルボルン、チヤペル・レイン、 ジ・オールド・オーチヤード（番地なし) (72)発明者 ウオルタ・テイー・ウエルフオード イギリス国ロンドン、チスウイツク・ロー ド、８ (72)発明者 カレン・マーガレツト・モントゴメリー・ ネス イギリス国ハートフオードシヤー、ロイス トン、メルバーン、ルセツトウエイ ３ (56)参考文献 特開 昭62−57549（ＪＰ，Ａ)

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表面でパルスが吸収されて光学的切除をな
    しうるエネルギーレベルのレーザ光の前記パルスを、ビ
    ーム路に沿って生成するレーザ手段と、 前記表面を前記レーザ手段に対して位置せしめるための
    支持手段と、 各パルス期間中に単位面積当たりのエネルギーを実質的
    に一定に保持しながら、パルスレーザのエネルギーが送
    給される表面の照射面積の大きさを光学的に変化させる
    ための光学的手段を含むことにより、照射面積の大きさ
    にかかわらず各パルスごとのエロージョンされる表面材
    料の深度が分かっているため非常に正確な表面の外形が
    達成できる、前記レーザビーム路に沿って配置されたビ
    ーム面積制御手段と、 を備えたことを特徴とする表面をエロージョン（erosio
    n:削摩）するためのレーザシステム。
  2. 【請求項２】前記パルスが送給される表面の領域の形状
    を変化させるための光学的なビーム賦形手段をさらに備
    えた特許請求の範囲第１項記載のレーザシステム。
  3. 【請求項３】前記レーザ手段が毎秒当り１個から実質的
    に500個までのパルスを生成する特許請求の範囲第１項
    記載のレーザシステム。
  4. 【請求項４】前記ビーム面積制御手段が、さらに、前記
    レーザ手段によって提供されるレーザビームを受け入
    れ、開口（aperture）を通して通過せしめることによっ
    てビームを賦形するビーム賦形手段であって、レーザビ
    ームのほぼ光学軸に配置され、前記光学軸に沿って移動
    して開口を通して通過するビームの横断面領域を変化さ
    せるビーム賦形手段を備えている、特許請求の範囲第１
    項記載のレーザシステム。
  5. 【請求項５】前記レーザ手段がエキシマレーザである特
    許請求の範囲第４項記載のレーザシステム。
  6. 【請求項６】対象物の表面への光路に沿って光学的切除
    をなすパルスレーザエネルギーのビームを送給するよう
    に動作するレーザ手段に対して、該表面を位置せしめる
    段階と、 前記パルスが送給される該表面上の面積を調節する段階
    と、 前記光路に沿って配置されたビーム面積制御手段を動作
    して光学的に前記ビームを制御して、各パルスに対して
    単位面積当たりのエネルギーを実質的に一定に保持しな
    がら、該表面の面積に対して大きさが可変のパルスレー
    ザのエネルギーを送給することにより、パルスが送給さ
    れる面積の大きさにかかわらず各パルスごとのエロージ
    ョンされる表面材料の深度が分かっているため非常な正
    確な表面の外形が達成できる段階と、 を備えたことを特徴とするレーザエネルギーによる人間
    以外の対象物の表面をエロージョンする方法。
  7. 【請求項７】前記パルスが送給される該表面の領域の形
    状が制御下で調節され、それによってパルスによりエロ
    ージョンされる領域の形状を選択するようにした特許請
    求の範囲第６項記載の表面をエロージョンする方法。
  8. 【請求項８】前記パルスによりエロージョンされるべき
    領域の面積が前記レーザを動作させる段階の間で制御下
    において変化せしめられる特許請求の範囲第６項記載の
    表面をエロージョンする方法。
  9. 【請求項９】前記エロージョンされるべき領域の面積を
    調節する段階に続いて、エロージョンされるべき前記領
    域の面積が前記レーザを動作させる段階の間に実質的に
    一定に保持される特許請求の範囲第６項記載の表面をエ
    ロージョンする方法。
  10. 【請求項１０】表面をエロージョンし、それによって表
    面を形状付け、あるいは再成形するレーザシステムであ
    って、 エロージョンされるべき表面を光学軸に対して位置せし
    める、あるいは逆に、光学軸をエロージョンされるべき
    表面に対して位置せしめる、支持手段と、 レーザ光源からのエネルギーを前記光学軸に沿って表面
    に伝達するためのビーム送給システムと、 表面に適応されるレーザパルスのエネルギーを生成する
    ための、レーザ光源、電源、および関連する制御回路
    と、 各パルスに対して単位面積当たりのエネルギーを実質的
    に一定保持しながら、パルスレーザのエネルギーが適応
    される表面の照射面積の大きさを光学的に制御するため
    の光学的制御手段を備え、それによって、表面の選択さ
    れた範囲の切除を大きく、あるいは小さくすることによ
    って、照射面積の大きさにかかわらず各パルスごとのエ
    ロージョンされる表面材料の深度が分かるため非常に正
    確な表面の外形が達成できる、前記光学軸に沿って配置
    されたビーム面積制御手段と、 を備えたことを特徴とする表面をエロージョンするレー
    ザシステム。
  11. 【請求項１１】光学素子の表面形状の関数であるパラメ
    ータを測定するための測定装置と、 前記パラメータに対する所望の値を定義する入力を定義
    する手段と、 前記パラメータの測定値と前記所望の値とを比較して、
    それによって、フィードバック信号を導きだす比較手段
    と、 制御信号生成回路手段であって、前記比較手段から得ら
    れたフィードバック信号から、レーザ制御信号を生成
    し、前記制御信号から、レーザ制御信号を生成し、前記
    制御信号が前記パルスレーザが適応される表面の領域を
    決定することを可能とし、それによって、光学素子のパ
    ラメータの所望する値を得る、前記制御信号生成回路手
    段と、 をさらに備えた、前記表面が光学素子の表面であるとき
    に使用される特許請求の範囲第10項記載のレーザシステ
    ム。
  12. 【請求項１２】前記表面に適応されるパルスレーザのエ
    ネルギー密度が角膜組織に切除のためのしきい値以上で
    あり、角膜組織の切除の飽和レベルより実質的に高くな
    い特許請求の範囲第10項記載のレーザシステム。
  13. 【請求項１３】前記ビーム送給システムが平凹光学素子
    を備え、それによりビーム部分が広がり、ビーム強度が
    減少した中間領域を残す特許請求の範囲第10項記載のレ
    ーザシステム。
  14. 【請求項１４】前記ビーム面積制御手段が上流および下
    流に第１および第２のズームシステムを備えた光学絞り
    を含み、前記ズームシステムが同時の調節のために結合
    されている特許請求の範囲第10項記載のレーザシステ
    ム。
  15. 【請求項１５】対象物の表面を、パルスレーザのエネル
    ギーを表面へ送給するように動作するレーザ源に対して
    位置せしめる段階と、 レーザ源が光路に沿ってパルス送出し、そのレーザ光が
    対象物の表面に照射される段階と、 前記光路に沿って配置されたビーム面積制御手段によっ
    て、複数のパルスが放射される間にレーザ光が照射領域
    の大きさを光学的に変化させるようにレーザ源からのレ
    ーザ光を制御し、それによって、各パルスに対する単位
    面積当たりのエネルギーを実質的に一定に保持すると同
    時に、表面の領域をより広いあるいはより狭い範囲で選
    択的に露光することによって、光が投射される面積の大
    きさにかかわらず各パルスごとの表面材料の深度が分か
    るため非常に正確な表面の外形が達成でき、そして表面
    の所望するエロージョン成形を達成する段階と、 を備えた人間以外の対象物の表面をエロージョンする方
    法。
  16. 【請求項１６】対象物の表面に照射されるレーザエネル
    ギーが表面を形成する物質によって吸収されて、吸収さ
    れずに残留して表面の下の物質を貫通し影響を及ぼす僅
    かのエネルギーしか存在しないように、あるいはそのよ
    うなエネルギーが全く存在しないように、レーザの波長
    が選択された特許請求の範囲第15項記載の表面をエロー
    ジョンする方法。
  17. 【請求項１７】パルスエネルギーが表面の選択された重
    複する範囲に指向せしめられ、それによって、ある時間
    期間が経過するまで、表面の異なった範囲がレーザ源か
    ら異なったエネルギー量で露光され、表面に差分的なエ
    ロージョンを生成する特許請求の範囲第15項記載の表面
    をエロージョンする方法。
  18. 【請求項１８】表面に放射されるパレスレーザのエネル
    ギー密度が、切除のためのしきい値よりも大きく、対象
    物の物質の切除のための飽和レベルより実質的に大きく
    ない特許請求の範囲第15項記載の表面をエロージョンす
    る方法。
  19. 【請求項１９】エロージョンプロセス中に、ガス流が表
    面に導入されてレーザビームと表面との相互作用から生
    じる残渣を除去する段階をさらに備えた特許請求の範囲
    第15項記載の表面をエロージョンする方法。
  20. 【請求項２０】前記ガスが窒素である特許請求の範囲第
    19項記載の表面をエロージョンする方法。
  21. 【請求項２１】眼の角膜の薄い表面層でパルスが吸収さ
    れて光学的切除をなすエネルギーレベルのレーザ光の前
    記パルスのビームを、光路に沿って生成するレーザ手段
    と、 前記眼を前記レーザ手段に対して位置せしめるための支
    持手段と、 各パルスに対して単位体積当たりのエネルギーを実質的
    に一定に保持しながら、レーザ光が照射領域の大きさを
    光学的に変化させるためのビームを形成する光学的手段
    を含むことによって、光が投射される面積の大きさにか
    かわらず各パルスごとの表面材料の深度が分かるため非
    常に正確な表面の外形が達成できる、前記光路に沿って
    配置されたビーム面積制御手段と、 を備えたことを特徴とする眼の角膜の表面を変形させる
    ための角膜再成形システム。
  22. 【請求項２２】前記レーザ手段が波長193nmの紫外線レ
    ーザ光のパルスを生成するエキシマレーザである特許請
    求の範囲第21項記載の角膜再成形システム。
  23. 【請求項２３】前記レーザ手段が0.1〜1.0ジュール/cm2
    の範囲のエネルギーレベルのレーザ光のパルスを生成す
    る特許請求の範囲第22項記載の角膜再成形システム。
  24. 【請求項２４】前記眼の前記レーザ手段に対して位置せ
    しめるための支持手段が、さらに、前記眼を固定するこ
    とができる真空クランプを備えた特許請求の範囲第21項
    記載の角膜再成形システム。
  25. 【請求項２５】前記ビームを形成する光学的手段が、さ
    らに、複数のズームレンズ配列を備えた特許請求の範囲
    第21項記載の角膜再成形システム。
  26. 【請求項２６】前記ビームを形成する光学的手段が、さ
    らに、相補的な円錐形のレンズを備えた特許請求の範囲
    第21項記載の角膜再成形システム。
  27. 【請求項２７】前記ビームを形成する光学的手段が、さ
    らに、相補的な鏡状の表面を備えた特許請求の範囲第21
    項記載の角膜再成形システム。
  28. 【請求項２８】レーザ光に露光される表面を検査し、前
    記表面の検査に応答してレーザ手段に制御信号を生成す
    るためのフィードバック監視手段をさらに備えた特許請
    求の範囲第21項記載の角膜再成形システム。
  29. 【請求項２９】最初に、所望する最終的な形状が入力さ
    れ、また、処理中に、それまでに達成された再成形の範
    囲に関する測定されたデータが入力され、そして、少な
    くともレーザ手段を制御する制御信号を出力する、マイ
    クロプロセッサをさらに備えた特許請求の範囲第21項記
    載の角膜再成形システム。
  30. 【請求項３０】切除処理中に残渣を除去するために角膜
    表面にガス流を導入する手段をさらに備えた特許請求の
    範囲第21項記載の角膜再成形システム。
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