表面成形装置及び成形方法
【課題】表面処理工程が突然中断した場合でも、処理表面に少なくとも許容し得る程度の部分的矯正が行われる、レーザ切除法によるコンタクトレンズの表面成形方法及び成形装置を得る。
【解決手段】シーケンスジェネレータ（１０）が、個々のブロックを所定の順序に整列し、各順序ブロックについて処理表面（４）の完全な部分的矯正が確実に行われるように、シーケンスジェネレータ（１０）により伝送される特定の順序ブロックが、レーザビーム偏向ユニット（３）及び成形ユニット（２）に作用する。
【解決手段】シーケンスジェネレータ（１０）が、個々のブロックを所定の順序に整列し、各順序ブロックについて処理表面（４）の完全な部分的矯正が確実に行われるように、シーケンスジェネレータ（１０）により伝送される特定の順序ブロックが、レーザビーム偏向ユニット（３）及び成形ユニット（２）に作用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面をレーザーによって切除することによって、コンタクトレンズの表面を眼科学的に正確に成形するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、屈折性角膜切除（ＰＲＫ）に応用が可能なものであり、既知の技術水準を非正視の矯正について説明する。
【０００３】
１９８０年代半ば以降使用されている、切除法による非正視の矯正はすべて、Munnerlinが最初に報告した、角膜に必要とされる扁平化ないし急峻化の計算式に基づくものである。この計算式によって、近視を矯正する場合は角膜組織の中央部を周辺部より多く切除し、遠視を矯正する場合は周辺部を中央部より多く切除する。このようにして得られる角膜表面の屈折率の増加又は減少は、効果としてはコンタクトレンズのそれに匹敵する。
【０００４】
適切な量の角膜を切除することは、本発明に関連する公知の方法ではすべて、常に変化する領野の中の連続する領域ごとに行われる。理論的に最も単純な球面近視の矯正においては、これらの領野は直径が常に増大又は減少する円の連続で表される。最良の治療結果を得るためには、１系列をなすすべての層を完全に除去することが必要である。
【０００５】
今日知られている方法の特徴は、これらの系列を常に最初から最後まで定常的に増加又は減少する順序で処理することである。この方法では、非意図的な治療の中断があったときは、角膜表面の形状が不規則となり、通常は著しい視力低下を来たす。このようなして引き起こされた視力障害は不幸にして、眼鏡やコンタクトレンズなどの通常の方法では矯正が不可能あるいは不十分であり、解決方法としては中断した点から治療を再開することしかない。もし中断時点が正確に見出されない、あるいは患者にそのような治療を行う気持ちがない場合は、恒久的な視力障害が残ることになる。
【０００６】
既知の技術の包括的な説明はEP 90 308 709.6（対応DE 690 24 558 T2）に見られる。
【０００７】
【特許文献１】EP 90 308 709.6
【０００８】
US-PS 5,520,679には、スポットスキャニングレーザーを用いた眼科手術の方法が記述されている。この方法は１個のレーザースポットを当てることによって角膜を切除するもので、上に述べたのと同様な切除に加えて、時間的に連続するレーザースポットに一定の重なり関係を持たせることにより、平面的にできるだけ均一な切除を行うことが試みられている。しかしこの方法では、特にエルビウムレーザーを使用した場合、個々の平面領野に対する熱負荷が大きくなる。
【０００９】
【特許文献２】US-PS 5,520,679
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、コンタクトレンズの表面を、パルスレーザービームを用いて成形することにより、意図的であるか否かに拘わらず表面処理が突然中断された場合でも、処理表面に少なくとも許容し得る程度の部分的矯正を保証し、矯正結果を改善することである。
【００１１】
更に他の目的は、処理表面の熱負荷、特にエルビウムレーザー使用時のそれを可能な限り減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は請求項１に示した装置又は請求項８に示した方法により達成される。更に望ましい実施態様はそれぞれの下位の請求項に示されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による方法及びそれを実施するための装置によれば、処理表面の各層は予め定めた順序で除去することにより、水晶体の表面を成形する場合に置き換えて表すれば、予想外の施術中断による視力低下の危険を最小限にすることができる。ある方法では、光学的に完全な球状の角膜表面は最後になって所定の矯正を伴って実現するのに対して、ここに提案する方法を提案する装置で実行した場合には、可能な限り多くの部分的矯正がなされ、許容し得る程度の中間結果が得られる。したがって処理が突然中断した場合にも、処理面があまりに不規則な状態になることはなく、目的とする矯正が完全には実現しないにせよ、残る視力障害は眼鏡又はコンタクトレンズで容易に矯正することができる。更に後日ＰＲＫを再度実施する際にも、他の方法による器具を用いても容易に実施することができる。
【００１４】
本発明による方法は、水晶体の表面を成形する場合に置き換えて表すれば、現在使用されているすべてのＰＲＫ法、たとえば領野切除、スリットスキャニング、及びスモールスポットスキャニングに適用でき、切除においても角膜表面のほか、ＬＡＳＩＫ法あるいはピコセカンドレーザーと組み合わせて基質内部の組織切除にも適用できる。本発明による方法と、領野切除の原理による装置で時に行われるマルチパス法との差異は、前者が意図的に極めて多数の、できる限り小さい部分的矯正を行う点にある。マルチパス法での部分的矯正は典型的には２〜３個に分割されるにすぎない。またマルチパス法では、領野切除法に典型的な副作用、たとえば強度の乾燥や組織の過熱あるいはセントラルアイランドの出現などを避けることが第一に試みられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を一つの模式的な実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１に本発明による装置の主要構成要素をブロック図として示す。この装置はまず、それ自体としては既知である、レーザースキャニング用のパルスレーザー１を有する。このレーザーとしては、使用目的に適した波長と強度ないしエネルギーを有するパルス出力のレーザー、たとえばエキシマーレーザーなどのＵＶレーザー、Ｅｒ：ＹＡＧレーザー、又はＱスイッチ(gutegeschaltetem)レーザーが適している。このレーザー１に続いて設けられたビーム形成ユニット２は、従来の技術で知られているようにレンズ、鏡、プリズムから構成されている。これに続いて設けられた、レーザーパルスに同期したレーザービーム偏向ユニット３により、レーザービームは正確に処理表面４に向けられる。レーザービーム偏向ユニット３とビーム形成ユニット２は制御ユニット５を介して結合されている。制御ユニット５を制御するために第１の入カユニット６が設けられ、処理表面４の屈折入力値（ｄｐｔ，ｓｐｈ，ｚｙｌなど）を入力する。これらの出力パラメータは差し当たり通常は処理装置と無関係に定められる。更に第２の入力ユニット７が設けられ、主としてレーザーに関係するデータを入力する。このようなデータとしては、レーザービームの直径、レーザービームのエネルギー密度、レーザービーム断面内のエネルギー分布、重なり係数などがあり、個別にも全体としても予め指定することができる。両入カユニット６，７は計算ユニット８に接続され、処理表面４全体に対する必要なレーザー入射点の座標がすべて同計算ユニット内で相互に関係づけられる。すなわち表面４を所定の最終状態に導くために、何個のレーザースポットを処理表面のどの部分に当てるかがレーザーパラメータの関数として定められる。計算ユニット８にはいわゆるブロックジェネレータ９が続き、計算ユニット８から送られたデータにより、予め指定され得る除去すべき表面の層（たとえば図３ａ，ｂに示した、ステップｘで示される任意の領域）に対するレーザー入射点の座標を、時間的に連続するレーザースポットが重ならないように相互に関係づける(ブロック内に集約する)。このような関係付けは確立分布によって実現するのが好適であり、この方法の実行の際に切除部分の熱負荷が小さい利点がある。ブロックジェネレータ９に続いて最後にプロセスジェネレータ１０が設けられ、ブロックジェネレータ９で生成された各ブロックを統合して、本発明の一つにおいて基本的である順序に整列する。この順序は図３に示す処理段階（ステップ１〜６、７〜１２、１３〜１８、１９〜２４、２５〜３０、３１〜３６、３７〜４２、４３〜４８、４９〜５４）に対応するブロック配列を表し、各ステップはそれ自体完結した部分的矯正をなす。以上説明したユニットの協働によりプロセスジェネレータ１０から制御ユニット５へ送られた一定のブロック配列は、一方ではレーザービーム偏向ユニット３の制御に、他方ではビーム形成ユニット２の制御に用いられ、後者では特にビーム形成ユニット２内に設けられた開口度可変の絞２１の制御に用いられる。この絞の機能については更に後述する。以上に加えて中央演算ユニット１１が設けられ、制御ユニット５からの制御データに基づいて、少なくともレーザーユニット１、ビーム形成ユニット２，２１、レーザービーム偏向ユニット３を制御し、その方法は予め指定することができる。
【００１７】
本発明の範囲内において、第１及び第２の入カユニット６，７、計算ユニット８、ブロックジェネレータ９、プロセスジェネレータ１０、制御ユニット５を、中央演算装置１１に接続された第２の計算ユニットに従属させることが可能である。また上記各ユニットを中央演算ユニット１１内に統合することもできる。
【００１８】
以上説明した各ユニットに加えて監視ユニット１２を設け、処理表面４の偶然的な不規則運動を検知し、制御ユニット５を介してそれに対応する補正信号をレーザービーム偏向ユニット３に送るようにすることが望ましい。このような監視ユニットは、たとえばA.Unkrothら、”Corneal surgery by two-dimensionally scanning of a low-nenrgy excimer laser beam”，SPIE Vol．2126，Ophthalmic Technol．IV 1994，p.217ffに記述されている。
【００１９】
本発明をより良く理解するため、まず、図２ａ，ｂに例示した、従来のスモールスポットスキャニング法による近視矯正に必要な処理ステップの系列を説明する。図２において個々の切除層が、スモールスポットスキャニング法による球面近視の矯正に使用されるような系列に配列されている。個々の点は直径１〜２ｍｍの円形断面のレーザービームによる切除の中心を示す。適切な重なり係数と適切なビームのプロフィル（たとえばＧａｕｓｓ分布）を選べば、各層に対するこれら個々のレーザー光入射のすべてによって、目的とする矯正にある程度適合し、領野内での屈折性を可能な限り均一とした切除が行われる。領野切除法ではそのような領野は１個のレーザーパルスに対応する。中央部の切除量がより多い、目的とする矯正は、図２に例示した４４段階のようなステップがすべて完了して始めて達成され、最後のステップに到達する以前に作業が中断すると、前述のような問題点が現れる。
【００２０】
これに対して本発明による方法を、図３ａ，ｂに例示したスモールスポットスキャニング法による近視矯正に応用した場合におけるそれに必要な処理ステップの系列によって説明する。図３ａ，ｂには本方法で使用される個々の切除層の順序が示されている。本発明による層の切除の一連の段階（ステップ１〜６、７〜１２、１３〜１８、１９〜２４、２５〜３０、３１〜３６、３７〜４２、４３〜４８、４９〜５４）の各々により部分矯正が実現される。部分矯正ごとの層の正確な数は領域によって異なるが、球面への理論的近似が可能であるために必要な最小数を下回ってはならず、また処理の中断によって残る表面の不均一性の結果が、妥当な程度に小さい屈折範囲に収まらなければならない。
【００２１】
意味のある値としては、最小数は５層、最大数は約１／２ジオプトリーの矯正に相当する値である。５ｍｍの近視治療においては、典型的な層の厚さ０．３μｍに対して、切除の深さを９μｍ／ｄｐｔとすれば、この最大数は１５層となる。
【００２２】
目的に適した波長と強度ないしエネルギーのパルス出力ビームを発生するレーザー１、たとえばエキシマーレーザー等のＵＶレーザー、Ｅｒ：ＹＡＧレーザー、又はＱスイッチレーザーと、レーザーのパルス列に同期したレーザービーム偏向ユニット３（回転鏡又は類似の方法によって構成することができる）を用いて、要求値と異なる水晶体形状（近視、遠視、乱視、角膜損傷など）に対して下記のステップを実施できるようにレーザースポットを処理箇所に当てることができる。
ａ）与えられた最初の領域内に数個のレーザースポットを、平面的になるべく均一に、かつランダムに分布するように順次当てる。
ｂ）最初の領域より大きい、又は小さい第２の領域に、最初の領域と同様に上記ａ）と同様の基準で、最初の領域のレーザースポットと重ならないように、同数又は異なる数のレーザースポットを当てる。
ｃ）ｎ個（ｎは５以上）の領域に対してそれぞれａ）ｂ）の基準により、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、順次レーザースポットを当てる。
ｄ１）この段階で必要があれば切除を一旦中断することもできる。これによって少なくとも部分的な矯正は達成することができる。あるいは、
ｄ２）処理領域の表面全体が目的とする要求値に達するまで上記ａ）〜ｃ）の作業を繰り返し、処理表面４の屈折的切除、特に球面的切除が達成される。
【００２３】
図３ａ，ｂからわかるように、最初の段階（ステップ１）では、ａ）の基準に従い、時間的に連続する４個のレーザースポットが当てられる。すなわち、１つのレーザースポットを当てた後、次のスポットはそれからなるべく離れた場所に当てるのが望ましく、これによって狭い領野の中に数個のスポットが当たることによって起こる局部的過熱が有効に防止される。それに続く切除層（ステップ２，．．．，ｎ）の各々においては、制御ユニット５により、その前の切除領域との部分的な重なりを許すことが望ましい。ステップ１に続く第２の処理段階（ステップ２）では、数個のレーザースポットがやや広い領域に当てられ、ステップ１に対応して中心部に当てられる４個のスポットはステップ２ではステップ１とは異なった位置に当てられる。同様にステップ１以後に中心部に当てられるレーザースポットに着目すると(ステップ３〜６)、レーザースポットの数と座標が更に変化していることがわかる。同じことは中心部を囲む他の領域についても言える。このように実施された切除の第１の系列（ステップ１〜６）は既に第１の部分的矯正となっており、基準ｄ１）によって、仮に必要に応じて成形を中断しても悪影響を残さない。図３ａ，ｂに例示した方法を１つのブロック系列の最後の段階まで検討すれば、レーザースポットの数と座標を常に変化させ、かつ中央部分には各ステップにおいてレーザースポットを当てることにより、中央部分の切除量の多い、かつ形状の均一な切除が実現できることが理解される。このようにしてこの例においては正確に球状の水晶体矯正が実施される。
【００２４】
更に本発明の範囲内において、レーザー１及び／又はビーム形成ユニット２の然るべき制御により、成形処理中にレーザースポットの直径、レーザービームのエネルギー密度、及び／又はレーザースポットのプロフィルをａ）〜ｃ）に従いつつ変化させ、まず第１のパラメータで処理を少なくとも１回実施した後パラメータを変化させてａ）〜ｃ）の作業を、基準ｄ１）による部分的矯正又は基準ｄ２）による全面的矯正が達成されるまで繰り返し続行することができる。
【００２５】
本発明の範囲内において特に、直径の異なるレーザースポットを用いることができる。少なくとも１回の作業サイクルａ）〜ｃ）を大直径のレーザースポットを用いて行い、その後の作業を小直径のスポットを用いて行うことが望ましい。異なる直径のレーザースポットを用いた作業サイクルの組み合わせにより、所定のパラメータによる成形切除を達成できると同時に、作業時間を短縮することができる。たとえば精密切除の場合に直径１ｍｍのレーザースポットを使用するならば、その前に少なくともより大きな切除を必要とする領域において少なくとも１回、ａ）〜ｃ）の基準に従い、より大きな、たとえば直径２ｍｍのレーザースポットによる成形切除を行うことができる。
【００２６】
更に別の実施態様においては、レーザー１と処理表面４との間に、レーザービームのエネルギー密度に影響を与える要素を置くことにより、所定の切除を確実に実施すると同時に作業時間を短縮することができる。このような要素としては、たとえば機械的又は可変光学的減衰器が使用できる。また１回の作業サイクルａ）〜ｃ）を高いエネルギー密度で行い、その後の作業を低いエネルギー密度で行うことが本発明の範囲内で可能である。
【００２７】
本発明は以上述べた実施例に限定されるものではない。たとえばビーム形成ユニット２，２１及び／又はレーザービーム偏向ユニット３を用いて閉じた環状部分あるいはギャップのある切除ゾーンを形成することも、本発明の範囲内で可能である。このように本発明により、球状と異なる任意の要求値の水晶体矯正を実施することができる。
【００２８】
本発明において用いられるレーザーはＰＲＫ用又はＬＡＳＩＫ法用として提唱されているレーザーで、望ましくは波長１９３ｎｍのエキシマーレーザー、あるいは波長２９４０ｎｍのＥｒ：ＹＡＧレーザーである。エキシマーレーザーを用いるときは、本発明の方法によって処理表面に注入されるエネルギーは１００〜３００ｍＪ／ｃｍ２とすることが望ましい。処理表面４上のレーザースポットはほぼ円形であり、少なくとも１つの切除層に対して直径は３ｍｍである。その他の層は直径１ｍｍのスポットによって切除することができる。レーザービームのプロフィルは特にＧａｕｓｓ分布であるが、矩形分布も可能である。特に広い領域の切除をＧａｕｓｓ分布のビームで行い、直径の小さいビームの分布を矩形とすることが本発明の範囲内で可能である。このような組み合わせにより、特に未処理領域に連続的移行部分を形成し、あるいは角膜の不規則性、たとえば傷痕を治療することができる。
【００２９】
以上説明した方法を、眼科学的に正確なコンタクトレンズの成形に応用することにより本発明の実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置の主要構成要素及びそれらの機能をブロック図として示したものである。
【図２ａ】現在の技術水準によるスモールスポットスキャニング法を用いた近視の矯正に必要な作業手順を例示したものである。
【図２ｂ】図２ａの続きを示したものである。
【図３ａ】本発明の方法をスモールスポットスキャニング法を用いた近視の矯正に応用した場合におけるそれに必要な作業手順の可能性を示したものである。
【図３ｂ】図３ａの続きを示したものである。
【符号の説明】
【００３１】
１ レーザーユニット
２ ビーム形成ユニット
３ レーザービーム偏向ユニット
４ 処理表面
５ 制御ユニット
６ 第１の入力ユニット
７ 第２の入力ユニット
８ 計算ユニット
９ ブロックジェネレータ
１０ プロセスジェネレータ
１１ 中央演算ユニット
１２ 監視ユニット
２１ 絞
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面をレーザーによって切除することによって、コンタクトレンズの表面を眼科学的に正確に成形するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、屈折性角膜切除（ＰＲＫ）に応用が可能なものであり、既知の技術水準を非正視の矯正について説明する。
【０００３】
１９８０年代半ば以降使用されている、切除法による非正視の矯正はすべて、Munnerlinが最初に報告した、角膜に必要とされる扁平化ないし急峻化の計算式に基づくものである。この計算式によって、近視を矯正する場合は角膜組織の中央部を周辺部より多く切除し、遠視を矯正する場合は周辺部を中央部より多く切除する。このようにして得られる角膜表面の屈折率の増加又は減少は、効果としてはコンタクトレンズのそれに匹敵する。
【０００４】
適切な量の角膜を切除することは、本発明に関連する公知の方法ではすべて、常に変化する領野の中の連続する領域ごとに行われる。理論的に最も単純な球面近視の矯正においては、これらの領野は直径が常に増大又は減少する円の連続で表される。最良の治療結果を得るためには、１系列をなすすべての層を完全に除去することが必要である。
【０００５】
今日知られている方法の特徴は、これらの系列を常に最初から最後まで定常的に増加又は減少する順序で処理することである。この方法では、非意図的な治療の中断があったときは、角膜表面の形状が不規則となり、通常は著しい視力低下を来たす。このようなして引き起こされた視力障害は不幸にして、眼鏡やコンタクトレンズなどの通常の方法では矯正が不可能あるいは不十分であり、解決方法としては中断した点から治療を再開することしかない。もし中断時点が正確に見出されない、あるいは患者にそのような治療を行う気持ちがない場合は、恒久的な視力障害が残ることになる。
【０００６】
既知の技術の包括的な説明はEP 90 308 709.6（対応DE 690 24 558 T2）に見られる。
【０００７】
【特許文献１】EP 90 308 709.6
【０００８】
US-PS 5,520,679には、スポットスキャニングレーザーを用いた眼科手術の方法が記述されている。この方法は１個のレーザースポットを当てることによって角膜を切除するもので、上に述べたのと同様な切除に加えて、時間的に連続するレーザースポットに一定の重なり関係を持たせることにより、平面的にできるだけ均一な切除を行うことが試みられている。しかしこの方法では、特にエルビウムレーザーを使用した場合、個々の平面領野に対する熱負荷が大きくなる。
【０００９】
【特許文献２】US-PS 5,520,679
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、コンタクトレンズの表面を、パルスレーザービームを用いて成形することにより、意図的であるか否かに拘わらず表面処理が突然中断された場合でも、処理表面に少なくとも許容し得る程度の部分的矯正を保証し、矯正結果を改善することである。
【００１１】
更に他の目的は、処理表面の熱負荷、特にエルビウムレーザー使用時のそれを可能な限り減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は請求項１に示した装置又は請求項８に示した方法により達成される。更に望ましい実施態様はそれぞれの下位の請求項に示されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による方法及びそれを実施するための装置によれば、処理表面の各層は予め定めた順序で除去することにより、水晶体の表面を成形する場合に置き換えて表すれば、予想外の施術中断による視力低下の危険を最小限にすることができる。ある方法では、光学的に完全な球状の角膜表面は最後になって所定の矯正を伴って実現するのに対して、ここに提案する方法を提案する装置で実行した場合には、可能な限り多くの部分的矯正がなされ、許容し得る程度の中間結果が得られる。したがって処理が突然中断した場合にも、処理面があまりに不規則な状態になることはなく、目的とする矯正が完全には実現しないにせよ、残る視力障害は眼鏡又はコンタクトレンズで容易に矯正することができる。更に後日ＰＲＫを再度実施する際にも、他の方法による器具を用いても容易に実施することができる。
【００１４】
本発明による方法は、水晶体の表面を成形する場合に置き換えて表すれば、現在使用されているすべてのＰＲＫ法、たとえば領野切除、スリットスキャニング、及びスモールスポットスキャニングに適用でき、切除においても角膜表面のほか、ＬＡＳＩＫ法あるいはピコセカンドレーザーと組み合わせて基質内部の組織切除にも適用できる。本発明による方法と、領野切除の原理による装置で時に行われるマルチパス法との差異は、前者が意図的に極めて多数の、できる限り小さい部分的矯正を行う点にある。マルチパス法での部分的矯正は典型的には２〜３個に分割されるにすぎない。またマルチパス法では、領野切除法に典型的な副作用、たとえば強度の乾燥や組織の過熱あるいはセントラルアイランドの出現などを避けることが第一に試みられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を一つの模式的な実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１に本発明による装置の主要構成要素をブロック図として示す。この装置はまず、それ自体としては既知である、レーザースキャニング用のパルスレーザー１を有する。このレーザーとしては、使用目的に適した波長と強度ないしエネルギーを有するパルス出力のレーザー、たとえばエキシマーレーザーなどのＵＶレーザー、Ｅｒ：ＹＡＧレーザー、又はＱスイッチ(gutegeschaltetem)レーザーが適している。このレーザー１に続いて設けられたビーム形成ユニット２は、従来の技術で知られているようにレンズ、鏡、プリズムから構成されている。これに続いて設けられた、レーザーパルスに同期したレーザービーム偏向ユニット３により、レーザービームは正確に処理表面４に向けられる。レーザービーム偏向ユニット３とビーム形成ユニット２は制御ユニット５を介して結合されている。制御ユニット５を制御するために第１の入カユニット６が設けられ、処理表面４の屈折入力値（ｄｐｔ，ｓｐｈ，ｚｙｌなど）を入力する。これらの出力パラメータは差し当たり通常は処理装置と無関係に定められる。更に第２の入力ユニット７が設けられ、主としてレーザーに関係するデータを入力する。このようなデータとしては、レーザービームの直径、レーザービームのエネルギー密度、レーザービーム断面内のエネルギー分布、重なり係数などがあり、個別にも全体としても予め指定することができる。両入カユニット６，７は計算ユニット８に接続され、処理表面４全体に対する必要なレーザー入射点の座標がすべて同計算ユニット内で相互に関係づけられる。すなわち表面４を所定の最終状態に導くために、何個のレーザースポットを処理表面のどの部分に当てるかがレーザーパラメータの関数として定められる。計算ユニット８にはいわゆるブロックジェネレータ９が続き、計算ユニット８から送られたデータにより、予め指定され得る除去すべき表面の層（たとえば図３ａ，ｂに示した、ステップｘで示される任意の領域）に対するレーザー入射点の座標を、時間的に連続するレーザースポットが重ならないように相互に関係づける(ブロック内に集約する)。このような関係付けは確立分布によって実現するのが好適であり、この方法の実行の際に切除部分の熱負荷が小さい利点がある。ブロックジェネレータ９に続いて最後にプロセスジェネレータ１０が設けられ、ブロックジェネレータ９で生成された各ブロックを統合して、本発明の一つにおいて基本的である順序に整列する。この順序は図３に示す処理段階（ステップ１〜６、７〜１２、１３〜１８、１９〜２４、２５〜３０、３１〜３６、３７〜４２、４３〜４８、４９〜５４）に対応するブロック配列を表し、各ステップはそれ自体完結した部分的矯正をなす。以上説明したユニットの協働によりプロセスジェネレータ１０から制御ユニット５へ送られた一定のブロック配列は、一方ではレーザービーム偏向ユニット３の制御に、他方ではビーム形成ユニット２の制御に用いられ、後者では特にビーム形成ユニット２内に設けられた開口度可変の絞２１の制御に用いられる。この絞の機能については更に後述する。以上に加えて中央演算ユニット１１が設けられ、制御ユニット５からの制御データに基づいて、少なくともレーザーユニット１、ビーム形成ユニット２，２１、レーザービーム偏向ユニット３を制御し、その方法は予め指定することができる。
【００１７】
本発明の範囲内において、第１及び第２の入カユニット６，７、計算ユニット８、ブロックジェネレータ９、プロセスジェネレータ１０、制御ユニット５を、中央演算装置１１に接続された第２の計算ユニットに従属させることが可能である。また上記各ユニットを中央演算ユニット１１内に統合することもできる。
【００１８】
以上説明した各ユニットに加えて監視ユニット１２を設け、処理表面４の偶然的な不規則運動を検知し、制御ユニット５を介してそれに対応する補正信号をレーザービーム偏向ユニット３に送るようにすることが望ましい。このような監視ユニットは、たとえばA.Unkrothら、”Corneal surgery by two-dimensionally scanning of a low-nenrgy excimer laser beam”，SPIE Vol．2126，Ophthalmic Technol．IV 1994，p.217ffに記述されている。
【００１９】
本発明をより良く理解するため、まず、図２ａ，ｂに例示した、従来のスモールスポットスキャニング法による近視矯正に必要な処理ステップの系列を説明する。図２において個々の切除層が、スモールスポットスキャニング法による球面近視の矯正に使用されるような系列に配列されている。個々の点は直径１〜２ｍｍの円形断面のレーザービームによる切除の中心を示す。適切な重なり係数と適切なビームのプロフィル（たとえばＧａｕｓｓ分布）を選べば、各層に対するこれら個々のレーザー光入射のすべてによって、目的とする矯正にある程度適合し、領野内での屈折性を可能な限り均一とした切除が行われる。領野切除法ではそのような領野は１個のレーザーパルスに対応する。中央部の切除量がより多い、目的とする矯正は、図２に例示した４４段階のようなステップがすべて完了して始めて達成され、最後のステップに到達する以前に作業が中断すると、前述のような問題点が現れる。
【００２０】
これに対して本発明による方法を、図３ａ，ｂに例示したスモールスポットスキャニング法による近視矯正に応用した場合におけるそれに必要な処理ステップの系列によって説明する。図３ａ，ｂには本方法で使用される個々の切除層の順序が示されている。本発明による層の切除の一連の段階（ステップ１〜６、７〜１２、１３〜１８、１９〜２４、２５〜３０、３１〜３６、３７〜４２、４３〜４８、４９〜５４）の各々により部分矯正が実現される。部分矯正ごとの層の正確な数は領域によって異なるが、球面への理論的近似が可能であるために必要な最小数を下回ってはならず、また処理の中断によって残る表面の不均一性の結果が、妥当な程度に小さい屈折範囲に収まらなければならない。
【００２１】
意味のある値としては、最小数は５層、最大数は約１／２ジオプトリーの矯正に相当する値である。５ｍｍの近視治療においては、典型的な層の厚さ０．３μｍに対して、切除の深さを９μｍ／ｄｐｔとすれば、この最大数は１５層となる。
【００２２】
目的に適した波長と強度ないしエネルギーのパルス出力ビームを発生するレーザー１、たとえばエキシマーレーザー等のＵＶレーザー、Ｅｒ：ＹＡＧレーザー、又はＱスイッチレーザーと、レーザーのパルス列に同期したレーザービーム偏向ユニット３（回転鏡又は類似の方法によって構成することができる）を用いて、要求値と異なる水晶体形状（近視、遠視、乱視、角膜損傷など）に対して下記のステップを実施できるようにレーザースポットを処理箇所に当てることができる。
ａ）与えられた最初の領域内に数個のレーザースポットを、平面的になるべく均一に、かつランダムに分布するように順次当てる。
ｂ）最初の領域より大きい、又は小さい第２の領域に、最初の領域と同様に上記ａ）と同様の基準で、最初の領域のレーザースポットと重ならないように、同数又は異なる数のレーザースポットを当てる。
ｃ）ｎ個（ｎは５以上）の領域に対してそれぞれａ）ｂ）の基準により、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、順次レーザースポットを当てる。
ｄ１）この段階で必要があれば切除を一旦中断することもできる。これによって少なくとも部分的な矯正は達成することができる。あるいは、
ｄ２）処理領域の表面全体が目的とする要求値に達するまで上記ａ）〜ｃ）の作業を繰り返し、処理表面４の屈折的切除、特に球面的切除が達成される。
【００２３】
図３ａ，ｂからわかるように、最初の段階（ステップ１）では、ａ）の基準に従い、時間的に連続する４個のレーザースポットが当てられる。すなわち、１つのレーザースポットを当てた後、次のスポットはそれからなるべく離れた場所に当てるのが望ましく、これによって狭い領野の中に数個のスポットが当たることによって起こる局部的過熱が有効に防止される。それに続く切除層（ステップ２，．．．，ｎ）の各々においては、制御ユニット５により、その前の切除領域との部分的な重なりを許すことが望ましい。ステップ１に続く第２の処理段階（ステップ２）では、数個のレーザースポットがやや広い領域に当てられ、ステップ１に対応して中心部に当てられる４個のスポットはステップ２ではステップ１とは異なった位置に当てられる。同様にステップ１以後に中心部に当てられるレーザースポットに着目すると(ステップ３〜６)、レーザースポットの数と座標が更に変化していることがわかる。同じことは中心部を囲む他の領域についても言える。このように実施された切除の第１の系列（ステップ１〜６）は既に第１の部分的矯正となっており、基準ｄ１）によって、仮に必要に応じて成形を中断しても悪影響を残さない。図３ａ，ｂに例示した方法を１つのブロック系列の最後の段階まで検討すれば、レーザースポットの数と座標を常に変化させ、かつ中央部分には各ステップにおいてレーザースポットを当てることにより、中央部分の切除量の多い、かつ形状の均一な切除が実現できることが理解される。このようにしてこの例においては正確に球状の水晶体矯正が実施される。
【００２４】
更に本発明の範囲内において、レーザー１及び／又はビーム形成ユニット２の然るべき制御により、成形処理中にレーザースポットの直径、レーザービームのエネルギー密度、及び／又はレーザースポットのプロフィルをａ）〜ｃ）に従いつつ変化させ、まず第１のパラメータで処理を少なくとも１回実施した後パラメータを変化させてａ）〜ｃ）の作業を、基準ｄ１）による部分的矯正又は基準ｄ２）による全面的矯正が達成されるまで繰り返し続行することができる。
【００２５】
本発明の範囲内において特に、直径の異なるレーザースポットを用いることができる。少なくとも１回の作業サイクルａ）〜ｃ）を大直径のレーザースポットを用いて行い、その後の作業を小直径のスポットを用いて行うことが望ましい。異なる直径のレーザースポットを用いた作業サイクルの組み合わせにより、所定のパラメータによる成形切除を達成できると同時に、作業時間を短縮することができる。たとえば精密切除の場合に直径１ｍｍのレーザースポットを使用するならば、その前に少なくともより大きな切除を必要とする領域において少なくとも１回、ａ）〜ｃ）の基準に従い、より大きな、たとえば直径２ｍｍのレーザースポットによる成形切除を行うことができる。
【００２６】
更に別の実施態様においては、レーザー１と処理表面４との間に、レーザービームのエネルギー密度に影響を与える要素を置くことにより、所定の切除を確実に実施すると同時に作業時間を短縮することができる。このような要素としては、たとえば機械的又は可変光学的減衰器が使用できる。また１回の作業サイクルａ）〜ｃ）を高いエネルギー密度で行い、その後の作業を低いエネルギー密度で行うことが本発明の範囲内で可能である。
【００２７】
本発明は以上述べた実施例に限定されるものではない。たとえばビーム形成ユニット２，２１及び／又はレーザービーム偏向ユニット３を用いて閉じた環状部分あるいはギャップのある切除ゾーンを形成することも、本発明の範囲内で可能である。このように本発明により、球状と異なる任意の要求値の水晶体矯正を実施することができる。
【００２８】
本発明において用いられるレーザーはＰＲＫ用又はＬＡＳＩＫ法用として提唱されているレーザーで、望ましくは波長１９３ｎｍのエキシマーレーザー、あるいは波長２９４０ｎｍのＥｒ：ＹＡＧレーザーである。エキシマーレーザーを用いるときは、本発明の方法によって処理表面に注入されるエネルギーは１００〜３００ｍＪ／ｃｍ２とすることが望ましい。処理表面４上のレーザースポットはほぼ円形であり、少なくとも１つの切除層に対して直径は３ｍｍである。その他の層は直径１ｍｍのスポットによって切除することができる。レーザービームのプロフィルは特にＧａｕｓｓ分布であるが、矩形分布も可能である。特に広い領域の切除をＧａｕｓｓ分布のビームで行い、直径の小さいビームの分布を矩形とすることが本発明の範囲内で可能である。このような組み合わせにより、特に未処理領域に連続的移行部分を形成し、あるいは角膜の不規則性、たとえば傷痕を治療することができる。
【００２９】
以上説明した方法を、眼科学的に正確なコンタクトレンズの成形に応用することにより本発明の実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置の主要構成要素及びそれらの機能をブロック図として示したものである。
【図２ａ】現在の技術水準によるスモールスポットスキャニング法を用いた近視の矯正に必要な作業手順を例示したものである。
【図２ｂ】図２ａの続きを示したものである。
【図３ａ】本発明の方法をスモールスポットスキャニング法を用いた近視の矯正に応用した場合におけるそれに必要な作業手順の可能性を示したものである。
【図３ｂ】図３ａの続きを示したものである。
【符号の説明】
【００３１】
１ レーザーユニット
２ ビーム形成ユニット
３ レーザービーム偏向ユニット
４ 処理表面
５ 制御ユニット
６ 第１の入力ユニット
７ 第２の入力ユニット
８ 計算ユニット
９ ブロックジェネレータ
１０ プロセスジェネレータ
１１ 中央演算ユニット
１２ 監視ユニット
２１ 絞
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常のレーザースキャニング法に用いられる、適切な波長とエネルギーのパルスレーザー（１）、ビーム形成ユニット（２）、及びレーザービームを処理表面（４）上で偏向させるための、レーザーパルスと同期したレーザービーム偏向ユニット（３）から成る、レーザー切除法によりコンタクトレンズの表面を成形する装置であって、
制御装置（５）により、
−処理表面のすべての出力パラメータを含む第１の入力ユニット（６）、
−レーザービームの直径、エネルギー密度、エネルギー分布、個々のレーザースポットに許容される重なり係数などのレーザーに関連するデータを主として入力することのできる第２の入力ユニット（７）、
−第１及び第２の入力ユニット（６，７）からのデータを受けて、処理表面（４）全体との関連においてすべての必要なレーザー入射点の座標を順次割り当てる計算ユニット（８）、
−計算ユニット（８）で得られたデータを受けて、予め任意に定めることのできる切除すべき個々の表面層を切除するための個々のレーザー光入射点の座標の順序を定めるブロックジェネレータ（９）、及び、
−ブロックジェネレータ（９）で生成された、各切除領域に対応してブロックに統合されたデータを受けて、個々のブロックを予め定めることのできる順序に配列するプロセスジェネレータ（１０）、
の協働を通じて、レーザービーム偏向ユニット（３）とビーム形成ユニット（２）を制御し、
プロセスジェネレータ（１０）からレーザービーム偏向ユニット（３）及びビーム形成ユニット（２）に送られる一定のブロック配列が、各ブロック配列ごとに処理表面の完全な部分的矯正が保証されるように作用すること、及び制御ユニット（５）からの制御データにより少なくともレーザーユニット（１）、ビーム形成ユニット（２，２１）及びレーザービーム偏向ユニット（３）を予め定められる方法で制御する中央演算ユニット（１１）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
ビーム形成ユニット（２）が、処理表面（４）上のレーザースポットの大きさ、エネルギー密度、及び／又はプロフィルを変化させる要素を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項３】
ビーム形成装置（２）内の上記要素が絞（２１）であることを特徴とする、請求項２の装置。
【請求項４】
ビーム形成装置（２）内の上記要素が減衰器であることを特徴とする、請求項２の装置。
【請求項５】
処理表面（４）の偶然的な不規則運動を検知し、制御ユニット（５）を介して適切な補正信号をレーザービーム偏向ユニット（３）に送る監視ユニット（１２）を更に備えることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項６】
第１及び第２の入力装置（６，７）、計算ユニット（８）、ブロックジェネレータ（９）、プロセスジェネレータ（１０）、及び制御ユニット（５）が、中央演算ユニット（１１）に接続された第２の計算ユニットに従属することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項７】
第１及び第２の入力装置（６，７）、計算ユニット（８）、ブロックジェネレータ（９）、プロセスジェネレータ（１０）、及び制御ユニット（５）が、中央演算ユ二ット（１１）に統合されていることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項８】
上記請求項の装置を使用する、レーザ一切除法によりコンタクトレンズの表面を成形する方法であって、
目的とする要求値から外れている処理表面に関係して、
ａ）与えられた最初の領域内に数個のレーザースポットを、平面的になるべく均一に、かつランダムに分布するように順次当て、
ｂ）最初の領域より大きい、又は小さい第２の領域に、最初の領域と同様に上記ａ）と同様の基準で、最初の領域のレーザースポットと重ならないように、同数又は異なる数のレーザースポットを当て、
ｃ）ｎ個（ｎは５以上）の領域に対してそれぞれａ）ｂ）の基準により、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、順次レーザースポットを当て、
ｄ１）この段階で必要があれば切除を一旦中断することにより、少なくとも部分的な矯正を達成し、あるいは、
ｄ２）処理領域の表面全体が目的とする要求値に達するまで上記ａ）〜ｃ）の作業を繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項９】
時間的に連続する個々のレーザースポットが、各レーザースポットによって生ずる切除領域が相互に重ならない程度に離れていることを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１０】
１回の部分的切除サイクルの中で、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、予め定めた部分領域に２回以上レーザースポットを当てることを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１１】
レーザー（１）又はビーム形成ユニット（２）の適切な制御により、処理段階ａ）〜ｃ）の実行中にレーザースポットの直径、レーザービームのエネルギー密度、及び／又はレーザースポットのプロフィルを変化させる成形方法において、第１のパラメータによってまず少なくとも１回の処理を行い、ついで異なるパラメータによって段階ｄ１）又はｄ２）に到達するまで、段階ａ）〜ｃ）を繰り返し実行することを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１２】
少なくともより多くの切除を要する領域において、より大きいレーザースポット直径によって処理段階ａ）〜ｃ）を少なくとも１回実行し、ついでより小さいレーザースポット直径によって、段階ｄ１）又はｄ２）に到達するまで、段階ａ）〜ｃ）を繰り返し実行することを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１３】
ビーム形成ユニット（２，２１）及び／又はレーザービーム偏向ユニット（３）によって、個々の切除領域を閉じた環状部分として形成することを特徴とする、請求項８又は１０の方法。
【請求項１４】
ビーム形成ユニット（２，２１）及び／又はレーザービーム偏向ユニット（３）によって、個々の切除領域をギャップのある切除ゾーンとして形成することを特徴とする、請求項８又は１０の方法。
【請求項１】
通常のレーザースキャニング法に用いられる、適切な波長とエネルギーのパルスレーザー（１）、ビーム形成ユニット（２）、及びレーザービームを処理表面（４）上で偏向させるための、レーザーパルスと同期したレーザービーム偏向ユニット（３）から成る、レーザー切除法によりコンタクトレンズの表面を成形する装置であって、
制御装置（５）により、
−処理表面のすべての出力パラメータを含む第１の入力ユニット（６）、
−レーザービームの直径、エネルギー密度、エネルギー分布、個々のレーザースポットに許容される重なり係数などのレーザーに関連するデータを主として入力することのできる第２の入力ユニット（７）、
−第１及び第２の入力ユニット（６，７）からのデータを受けて、処理表面（４）全体との関連においてすべての必要なレーザー入射点の座標を順次割り当てる計算ユニット（８）、
−計算ユニット（８）で得られたデータを受けて、予め任意に定めることのできる切除すべき個々の表面層を切除するための個々のレーザー光入射点の座標の順序を定めるブロックジェネレータ（９）、及び、
−ブロックジェネレータ（９）で生成された、各切除領域に対応してブロックに統合されたデータを受けて、個々のブロックを予め定めることのできる順序に配列するプロセスジェネレータ（１０）、
の協働を通じて、レーザービーム偏向ユニット（３）とビーム形成ユニット（２）を制御し、
プロセスジェネレータ（１０）からレーザービーム偏向ユニット（３）及びビーム形成ユニット（２）に送られる一定のブロック配列が、各ブロック配列ごとに処理表面の完全な部分的矯正が保証されるように作用すること、及び制御ユニット（５）からの制御データにより少なくともレーザーユニット（１）、ビーム形成ユニット（２，２１）及びレーザービーム偏向ユニット（３）を予め定められる方法で制御する中央演算ユニット（１１）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
ビーム形成ユニット（２）が、処理表面（４）上のレーザースポットの大きさ、エネルギー密度、及び／又はプロフィルを変化させる要素を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項３】
ビーム形成装置（２）内の上記要素が絞（２１）であることを特徴とする、請求項２の装置。
【請求項４】
ビーム形成装置（２）内の上記要素が減衰器であることを特徴とする、請求項２の装置。
【請求項５】
処理表面（４）の偶然的な不規則運動を検知し、制御ユニット（５）を介して適切な補正信号をレーザービーム偏向ユニット（３）に送る監視ユニット（１２）を更に備えることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項６】
第１及び第２の入力装置（６，７）、計算ユニット（８）、ブロックジェネレータ（９）、プロセスジェネレータ（１０）、及び制御ユニット（５）が、中央演算ユニット（１１）に接続された第２の計算ユニットに従属することを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項７】
第１及び第２の入力装置（６，７）、計算ユニット（８）、ブロックジェネレータ（９）、プロセスジェネレータ（１０）、及び制御ユニット（５）が、中央演算ユ二ット（１１）に統合されていることを特徴とする、請求項１の装置。
【請求項８】
上記請求項の装置を使用する、レーザ一切除法によりコンタクトレンズの表面を成形する方法であって、
目的とする要求値から外れている処理表面に関係して、
ａ）与えられた最初の領域内に数個のレーザースポットを、平面的になるべく均一に、かつランダムに分布するように順次当て、
ｂ）最初の領域より大きい、又は小さい第２の領域に、最初の領域と同様に上記ａ）と同様の基準で、最初の領域のレーザースポットと重ならないように、同数又は異なる数のレーザースポットを当て、
ｃ）ｎ個（ｎは５以上）の領域に対してそれぞれａ）ｂ）の基準により、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、順次レーザースポットを当て、
ｄ１）この段階で必要があれば切除を一旦中断することにより、少なくとも部分的な矯正を達成し、あるいは、
ｄ２）処理領域の表面全体が目的とする要求値に達するまで上記ａ）〜ｃ）の作業を繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項９】
時間的に連続する個々のレーザースポットが、各レーザースポットによって生ずる切除領域が相互に重ならない程度に離れていることを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１０】
１回の部分的切除サイクルの中で、処理すべき領域全体が１回覆われ、なるべく均一な屈折性を持つようになるまで、予め定めた部分領域に２回以上レーザースポットを当てることを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１１】
レーザー（１）又はビーム形成ユニット（２）の適切な制御により、処理段階ａ）〜ｃ）の実行中にレーザースポットの直径、レーザービームのエネルギー密度、及び／又はレーザースポットのプロフィルを変化させる成形方法において、第１のパラメータによってまず少なくとも１回の処理を行い、ついで異なるパラメータによって段階ｄ１）又はｄ２）に到達するまで、段階ａ）〜ｃ）を繰り返し実行することを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１２】
少なくともより多くの切除を要する領域において、より大きいレーザースポット直径によって処理段階ａ）〜ｃ）を少なくとも１回実行し、ついでより小さいレーザースポット直径によって、段階ｄ１）又はｄ２）に到達するまで、段階ａ）〜ｃ）を繰り返し実行することを特徴とする、請求項８の方法。
【請求項１３】
ビーム形成ユニット（２，２１）及び／又はレーザービーム偏向ユニット（３）によって、個々の切除領域を閉じた環状部分として形成することを特徴とする、請求項８又は１０の方法。
【請求項１４】
ビーム形成ユニット（２，２１）及び／又はレーザービーム偏向ユニット（３）によって、個々の切除領域をギャップのある切除ゾーンとして形成することを特徴とする、請求項８又は１０の方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【公開番号】特開２００７−３２８３４９（Ｐ２００７−３２８３４９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５５７９９（Ｐ２００７−１５５７９９）
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【分割の表示】特願平１０−５２００１０の分割
【原出願日】平成９年１０月２２日（１９９７．１０．２２）
【出願人】（５０７１９５０３６）エースクラプ メディテック ゲーエムベーハー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【分割の表示】特願平１０−５２００１０の分割
【原出願日】平成９年１０月２２日（１９９７．１０．２２）
【出願人】（５０７１９５０３６）エースクラプ メディテック ゲーエムベーハー (1)
【Ｆターム（参考）】
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