JPH09508306A - 角膜成形の装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 開示されたものは角膜成形の装置であり、・円形の分布モードをもつレーザー光線を放射するレーザーと；・光線形成装置と、前記レーザー光線を前記角膜に向ける光線案内装置と；を備える。本発明は前記光線の横断面全体に亘るエネルギー密度を均質化するもので前記光線形成装置に次の素子，すなわち・前記レーザー光線を集束する集束レンズと；・前記集束レンズの焦点面から短い距離に配置した回折素子で、その回折上限が分布のモードの下限と干渉する回折素子と；・前記角膜に対し光学的に共役の部位に配置する像視野絞りと；を配設することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 角膜成形の装置 技術分野 本発明は請求の範囲の請求項１の上位概念部分による角膜成形の装置に関する ものである。 背景技術 レーザーとしてエキシマ−レーザーを用いる市場で入手できる角膜成形装置は 数多い。エキシマ−レーザーはＵＶ範囲にある光線を放射し、そして、眼科学に おいては、波長が１９３ｎｍの光線を放射するエキシマ−レーザーをしばしば用 いる。 このような短い波長の光線だけが角膜レーザー治療に必要な光線形成と光線案 内で若干の問題はあるが形成と案内ができる：例えばレンズの表面に付着した小 粒子のダストがこれらのレンズの表面に“焼付斑点（burnt-in spots）”をつく る原因となる。 そのうえ、前述の波長の光線が発癌乃至突然変異誘発の可能性があるとする空 論的出版物も出た。 この理由で、しばらく前、光源と別々に、エキシマ−レーザーの代りに、約３ μｍの波長の赤外スペクトル範囲の光線を放射するレーザーを、このスペクトル 範囲の水に強い吸収帯をもっているとの理由で、それぞれの用途に用いることが 提案された。このスペクトル範囲で放射するレーザーの大部分がイットリウム− アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）レーザーであってそのレーザー光線が円形 の分布モードを備える。前記円形の分布モードを“円形”角膜の切除として像を 造らせないため、前記請求項１の上位概念部分に基づく角膜の成形装置において 、エネルギー密度を前記光線の横断面全体に均質化することが必要である。 横断面が長方形の光ファイバーを用いる円形分布モードをもたないエキシマ− レーザーの相対的に複雑な光線形成装置はドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−４ ０ ０４ ４２３号で公知である。 発明の開示 本発明の目的は請求の範囲における請求項１の上位概念部分による角膜成形の 装置を、円形の分布モードのレーザーを使用してでも単純な手段で均質レーザー 光線を自由に配置するような方法で提供することである。 本発明の素子はエネルギー密度を光線の横断面全体に亘って均質化する光形成 装置に： ・拡散レーザー光線を集束させる集束レンズと； ・前記集束レンズの焦点面から短い距離に配置され、また回折上限が分布モー ドの下限と干渉する回折素子と； ・角膜に光学的に共役する部位に配置された像視野絞り； を配設することである。 回折素子を光路に、その回折上限がモード構造の下限と前記像視野絞りの部位 で干渉するような方法でそれぞれ配置される。この方法で、エネルギー密度は光 線横断面全体に亘り単純な手段を用いて均質化できる。そのうえ、光線形成装置 は前記モード構造の放射状分布に、回折素子を視軸の方向に移動させることでレ ーザー対レーザーと異なり容易に配置できる。 像視野の範囲を定めるために施される絞りを光線均質化面に配置し、レンズ（ 更なる）を介して角膜に映す。換言すれば、像視野絞りは角膜に対して光学的に 共役である。（光学的共役値とは現行の定義によれば組にして配置される値をい い、それは物体と別々に物体空間に関する一方の値で、像と別々に像空間に関す る他方の値のことである）。 様々な素子を回折素子として利用できる。口径絞りの使用が格子の使用に比較 して費用に対し最も利点をもつ２つの可能性を請求項２に述べている。 本発明の好ましい実施例では、レーザー光線を拡幅させる拡大レンズを集束レ ンズの前に設ける。この方法でレーザー光線の直径を、すべての“光線操作”が “正確に必要とされる光線の横断面”で、あるいはより大きい光線の横断面とよ り大きい精度をもって実施できるような方法で角膜の成形に必要とされる（ほぼ ）直径値もしくはより大きい値に拡幅できる。 これが請求項４に述べられた本発明の改良点で特に有利である。すなわちこの 請求項によれば、凹面と凸面が互いに向き合う平凹ならびに平凸レンズから構成 される放射部形成素子を配設し、所望の角膜収差によるレーザー光線の組のエネ ルギーの放射状分布を設定する。 請求項６によれば、両レンズの屈折率は同じで、これら２つの素子の吸収性は レーザー光線波長により変化する場合が好ましい。例として、近視の矯正によれ ば、凹レンズはより大きい吸収性をもち、それと別々により高い吸収係数をもつ 材料で構成される必要がある。 放射部形成素子を構成しているレンズは眼用レンズ製造に共通しているような 装置で費用をかけないで生産できる。 請求項５と（任意に）請求項６を特徴とする本発明の更なる改良は周知の解決 法と比較して、所望の角膜切除によるエネルギー分布に影響を及ぼす特に単純な 解決策で、個々の視覚欠陥のそれぞれの矯正に必要な切除面に費用をかけないで 適用できる。 詳述すれば、放射状分布の設定に要するこの発明の解決策は非回転対称光線分 布で例として非点収差の補正に必要なものと同様に設定できる利点を有する。 前記放射部形成素子、詳述すれば本発明により設計された素子は、請求項７に より拡大レンズの間もしくは請求項８による光線案内装置にある像視野絞りの後 に配置できる。 しかしながら、請求項９による放射部形成素子を像視野絞りの部位もしくはそ れに対し光学的に共役の部位に配置することが、放射光線エネルギーが前記像視 野絞りの部位で均質かつ定常であるから特に有利である。 これに反して、像視野絞りの部位においては、光線の直径は拡大された直径の 光線を用いて作業をしない限り、切除される角膜の領域の直径に相当するわずか ５乃至７ｍｍに過ぎない。放射部形成が単に吸収によるだけで起こる場合、強い 曲率をもつレンズ素子を用いる必要がある。 この理由で、光線形成がレンズ素子の吸収だけでなく、そのうえ散乱によって も起こる場合特に有利である。散乱粒子例えば例として酸化チタンは放射エネル ギーの低下を混合物の濃度を介して強めることができる。それは散乱が長さの単 位当りの散乱入射に相当する深さと指数関数的に増加するためである。そのうえ 、 散乱特性は散乱粒子の大きさにより影響を受け得る。この散乱特性は強い前方散 乱から等方性散乱に変えることができる。 散乱は低吸収特性を有し、散乱粒子が添加され、室に密閉される媒質により発 生させ得る。前記室は、例として石英材料で構成される。低吸収特性を有する媒 質として、例えば液体珪素で、それに散乱粒子を加えて用いることができる。最 後に前記媒質を重合させる。もちろん、レーザー波長により切除されない他の重 合体を珪素の代りに用いることができる。しかしながら、珪素は石英と同様の屈 折率をもっているのでそれを使用することが好ましい。 散乱微子の使用はモード構造により起こされるエネルギー分布の不規則性を前 記散乱工程により更に均質化できる。これは公知の乳白ガラス効果に匹敵する。 前記散乱室も前記像視野絞りの部位に可能な限り接近させて配置する必要があ る。角膜切除に要する所望のレーザーエネルギーを作像レンズの口径の選択と、 粒子の散乱形状大きさの選択ならびにその濃度の選択によっても設定できる。 円形モードの分布をもつレーザーであればどれも、それが角膜を対応する角膜 切除による成形に適したスペクトル範囲でだけ光を放射する限り処理レーザーと して用いることができる。これらは換言すれば、すべてはほぼ２．７μｍ乃至３ ．３μｍの光を放射するレーザーである。特に適したレーザーは請求項１７で述 べたエルビウム−ヤグレーザーである。本発明はもちろん、上述の波長範囲に限 定されるものではない。 先の項で本発明と、別々にその発明された更なる改良の実施に必要な必須の素 子を述べてきたが、それに対し、必要とあらば独立した保護を加えることができ る。詳述すれば、これは請求項１０乃至１６で請求された散乱粒子を用いる光線 形成素子に適用する。 この発明の装置に次の他の素子を配設できることはもちろんである。すなわち 、 例えば、請求項１８によれば、光線案内装置に、レーザー光線を治療しようと する眼に当てる更なるレンズを配設できる。この追加のレンズはなるべくなら集 束レンズ（請求項１９）として同一焦点距離をもつことが好ましい。 図面の簡単な説明 本発明は、その範囲と精神を限定する意図なしに好ましい実施例を図面により この明細書で更に詳しく説明しなかったすべての細部を明瞭に開示する次の実施 例で一層明白になる。 図１は本発明の装置の縦断面図である。 好ましい実施例の記述 この発明の装置に、人の眼の角膜（図示せず）の切除に適した波長のレーザー 光線２を放射するレーザー１を配設する。前記レーザー光線の波長は、詳述すれ ば３μｍの範囲である。適したレーザーは例として、波長がほぼ３μｍのエルビ ウム：ヤグ（ＹＡＧ）レーザーである。 この波長範囲の光線を放射するレーザーは通常円形モードの分布をもっている 。これは先に述べたエルビウム：ヤグレーザーのようなヤグ（ＹＡＧ）レーザー の場合である。 レーザー光線２を通常４乃至６ｍｍの直径からほぼ２５乃至４０ｍｍ（参照番 号２１）に拡げる拡大レンズ３をレーザー１の光路に配設する。このために、前 記拡大レンズ３に負の屈折倍率を有する素子３１と、正の屈折倍率を有する素子 ３２を配設するが、図示しているように必ずしも単一レンズである必要はない。 所望の角膜切除により設定されるレーザー光線３のエネルギーの放射状分布の 設定に用いられる放射部形成素子４を前記拡大レンズのあとに光路２１に配設す る。示された好ましい実施例で、素子４を平凹と平凸面レンズそれぞれ４１と４ ２で構成する。前記凹面と凸面は互いに向い合う。前記２つのレンズ４１と４２ はほぼ同一の屈折率を有するが、レーザー光線２の波長に対する吸収性を異にし て所望のエネルギー分布を、示された好ましい実施例での平行する光線２１の横 断面全部に亘って、“光線の方向”に影響を及ぼさない（事実上）達成できるよ うにする。 レンズ４１と４２の材料の適切な組合わせは（例として）石英／石英−インフ ラジル（ｉｎｆｒａｓｉｌ）、ＩＲＧ３／ＬａＳＦ９、ＩＲＧ９／ＦＫ５２ある いは好ましくはＩＲＧ／ＬＦ８である。前記商品名はドイツ連邦共和国．マイン ツのショット（Ｓｃｈｏｔｔ）社により用いられているものである。他の材料の 組合わせももちろん可能である。 そのうえ、光線形成がレンズ４１、４２の吸収ばかりでなく、散乱により起こ る。散乱粒子、例えば酸化チタンが放射エネルギーの低下を、長さの単位当りの 散乱入射に相当する深さに指数関数的に増加するので、混合物の濃度を介して増 大させ得る。そのうえ、散乱特性が強い前方散乱から等方性散乱に変えることが できるので、散乱粒子の大きさにより影響を受け易い。散乱粒子を利用すると、 モード構造により起こされるエネルギー分布の不規則性が散乱工程により更に均 質化され得る。これは公知の乳白ガラス効果に匹敵する。 いずれにしても、レンズの厚さと材料特性ならびに前記２つのレンズの互いに 向き合う面の曲率の適切な選択により、拡幅された光線２１がレーザー光線の所 望の放射部依存性かつ方位角依存性エネルギー分布を生成する分布を与えること ができる。この方法で、眼の球面だけでなく非点視野の誤差も補正できる。レン ズ４１と４２で非球面を用いることも可能で、それにより非球面切除が行われる 。 示された好ましい実施例では、拡幅されたレーザー光線２１を焦点６に集束す る集束レンズ５を光路にある放射部形成素子４の後に配設する。前記集束レンズ は通常２０ｍｍの焦点距離をもつ。 回折上限がモード構造の下限と干渉する回折素子７を例として前記焦点６の前 ４乃至５ｍｍの距離に配設する。好ましい実施例では、前記回折素子７は開口直 径が１ｍｍ以下例えば０．８ｍｍの開口絞りである。 そのうえ、通常直径が７ｍｍの像視野絞り８を角膜に対し光学的に共役の部位 に配置する。更なる光学系９、詳述すれば前記集束レンズ９と同じ焦点距離をも つことができる系を前記像視野絞り８の後に配設、その結果、前記像視野絞りに より１対１の像を造ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．・円形の分布モードをもつレーザー光線を放射するレーザー（１）と； ・光線形成装置と前記レーザー光線を前記角膜の上に向ける光線案内装置と； を備えた角膜成形の装置において、エネルギー密度を前記光線の横断面全体に亘 って均質化させるために、前記光線形成装置は、 ・前記レーザー光線を集束する集束レンズ（５）と； ・前記集束レンズ（５）の焦点面（６）から短い距離に配置した回折素子で、 その回折上限が前記分布のモードの下限と干渉する回折素子（７）と； ・光学的に前記角膜と共役する部位に配置された像視野絞り（８）と； を設けたことを特徴とする装置。 ２．前記回折素子（７）が格子もしくは開口部絞りであることを特徴とする請 求項１記載の装置。 ３．前記レーザー光線（２）を拡幅する拡大レンズ（３、３１、３２）を前記 集束レンズ（５）の前に配設することを特徴とする請求項１もしくは２記載の装 置。 ４．所望の切除により設定された前記レーザー光線のエネルギーの放射状分布 の設定に放射部形成素子（４）を配設することを特徴とする請求項１乃至３のい ずれか１項記載の装置。 ５．前記放射部形成素子を凹面ならびに凸面が互いに向い合う平凹面（４１） と平凸面４２で構成することを特徴とする請求項４記載の装置。 ６．前記両レンズ（４１、４２）の屈折率が同一であって、前記レーザー光線 の波長の吸収性が異なることを特徴とする請求項５記載の装置。 ７．前記放射部形成素子（４、４１、４２）を前記拡大レンズの間、もしくは 前記拡大レンズ（３、３１、３２）の後に配置することを特徴とする請求項４乃 至６のいずれか１項の装置。 ８．前記放射部形成素子を前記光線案内装置にある前記像視野絞り（８）の部 位の後に配置することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項記載の装置。 ９．前記放射部形成素子を前記像視野絞りの部位の後もしくはそれに対し光学 的に共役の部位に配置することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項記載 の装置。 10．前記放射部形成素子（４、４１、４２）に散乱粒子を施すことを特徴とす る請求項４乃至９のいずれか１項記載の装置。 11．前記散乱粒子を重合体に密閉することを特徴とする請求項１０記載の装置 。 12．前記重合体を石英室に密閉することを特徴とする請求項１１記載の装置。 13．前記重合体が珪素であることを特徴とする請求項１０もしくは１１記載の 装置。 14．前記散乱粒体を酸化チタン（ＴｉＯ₂）で構成することを特徴とする請求 項１０乃至１３のいずれか１項記載の装置。 15．前記散乱粒子の大きさを所望の散乱特性により選ぶことを特徴とする請求 項１０乃至１４のいずれか１項記載の装置。 16．前記散乱粒子を前記像視野絞りの領域に配置することを特徴とする請求項 １０乃至１５のいずれか１項記載の装置。 17．前記レーザー（１）がエルビウム−ヤグレーザーであることを特徴とする 請求項１乃至１６のいずれか１項記載の装置。 18．前記光線案内装置に更なるレンズ（９）を前記像視野絞り（８）の後に配 設することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の装置。 19．前記更なるレンズ（９）が前記集束レンズ（５）と同一の焦点距離を有す ることを特徴とする請求項１９記載の装置。