DE4337842A1

DE4337842A1 - Ablationsvorrichtung zum Abtragen der Hornhaut mittels eines Laserstrahls

Info

Publication number: DE4337842A1
Application number: DE4337842A
Authority: DE
Inventors: Takua Nakamura; Toshifumi Sumiya
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1992-11-07
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1994-05-11
Also published as: JP3197375B2; JPH06189999A; US5445633A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen bzw. Abschmelzen eines Objektes mittels eines Laserstrahles. Insbesondere betrifft die vorliegende Er findung eine Ablationsvorrichtung zum kontrollierten Ab tragen bzw. Abschmelzen der Oberfläche einer Hornhaut mit tels eines Laserstrahles, um die Krümmung der Hornhaut zu korrigieren und/oder um verletzte, regional begrenzte Teile von ihr zu entfernen.

Kürzlich sind einige Verfahren vorgeschlagen worden, um die Brechung eines Auges durch Abtragung der Oberfläche der Hornhaut mittels eines Laserstrahles zu korrigieren (wobei im allgemeinen ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm eingesetzt wird; weiterhin sind Versuche mit einem YAG-Laser oder ähnlichem unternommen worden), und zwar um die Krümmung der Hornhaut zu ändern. In diesem Verfahren ist es notwendig, die Tiefe des Ablationsbereiches zu kon trollieren, so daß er einheitlich bleibt. Dies ist dadurch erreicht worden, daß die Intensitätverteilung des Laserstrahles, der für die Ablation verwendet worden ist, derart geregelt worden ist, daß sie konstant blieb.

Beispielsweise wird in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/812,819, eingereicht am 24. Dezember 1991, und basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 2- 416767 ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem die Tiefe der Ablation kontrolliert wird, indem ein Excimer-Laserstrahl eingesetzt wird, der in einer Richtung eine einheitliche Strahlintensität und in der vertikalen Richtung eine nicht einheitliche Strahlintensität mit Gauss′scher Verteilung aufweist, wobei der Laserstrahl in Richtung der Gauss′scher Verteilung unter Verwendung optischer Elemente abtastend ge führt wird.

Bei einem Ablationsmechanismus dieses Typs wird die Brechung bzw. die Fehlfunktion der Hornhaut, wie beispielsweise Kurz sichtigkeit oder Astigmatismus, dadurch korrigiert, daß der Bestrahlungsbereich begrenzt wird, indem eine variable, kreisförmige Blende oder eine variable Schlitzblende oder ähnliches eingesetzt wird, oder indem ein spezieller Filter eingesetzt wird, um den Charakter des Strahl-Transmissions faktors zu ändern.

Das Operationsverfahren zum partiellen Entfernen eines regionalen, verletzten Bereiches der Hornhaut ist bekannt. Dieser Vorgang weist einen speziellen Charakter im Hinblick auf das Beschränkungsverfahren des bestrahlten Bereiches oder im Hinblick auf die Positionierung zwischen der opti schen Achse und dem Auge des Untersuchten auf.

Bei der zuvor erwähnten Ablation kann die Korrektur der Bre chung der Hornhaut bzw. das Entfernen eines regionalen, ver letzten Teiles von ihr effektiv durchgeführt werden. Indes sen taucht die Grenze zwischen dem Ablationsbereich und einem nicht-Ablationsbereich unter der Voraussetzung auf, daß man einen klaren Höhenunterschied macht. Daher tritt nicht nur ein Problem im Hinblick auf die Deutlichkeit auf, sondern es treten auch Gefahren auf, die in der Undurchsichtigkeit der Hornhaut oder in ähnlichem begründet sind, wodurch die Regeneration des Epithels nicht weich von statten gehen kann.

Wenn eine Ablation stattfindet, die das Hornhautepithel über Bereiche außerhalb der optischen Zone hinaus entfernt, dann wird nach der Operation die Regeneration des Epithels von der Außenseite der optischen Zone her beginnend in Richtung ihres Inneren stattfinden. Wenn aber extreme Änderungen der Krümmung an dem Grenzbereich zwischen dem Ablationsbereich und dem nicht-Ablationsbereich auftreten, wird die Regenera tion des Epithels hier nachteilig beeinflußt.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erläuterten Probleme zu überwinden und für eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen bzw. Abschmelzen einer Hornhaut mittels eines Laserstrahles zu sorgen, um eine weich gekrümmte Oberfläche der Grenze zwischen dem Ablationsbereich und dem nicht-Ablationsbereich zu erhalten, und um gleichzeitig eine glatte bzw. sanfte Regeneration bzw. Verheilung des Hornhautepithels sicherzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Ablationsvor richtung gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. durch eine Ablationsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 14 gelöst.

Im einzelnen wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen der Oberfläche einer Hornhaut mittels eines Laserstrahles gelöst, die eine Laser quelle zum Emittieren eines Laserstrahles umfaßt, sowie ein optisches Ablationssystem, zum Abtragen der Oberfläche einer Hornhaut mittels des Laserstrahles, der von der Laserquelle emittiert worden ist, eine Ablationsbereichs-Änderungsvor richtung, zum Ändern des Ablationsbereiches auf der Horn haut, eine Vorrichtung zum Ausbilden der Form der Hornhaut, um eine gewünschte Form der optischen Zone der Hornhaut aus zubilden, in dem die durch das optische Ablationssystem hin durchgetretene Strahlung überlagert wird, einer Eingabevor richtung zur Eingabe von Daten, um einen Übergangsbereich zu bestimmen, um die optische Zone mit einem nicht-Ablationsbe reich weich zu verbinden, und einer Steuereinrichtung, um die Bewegung der Ablationsbereichs-Änderungsvorrichtung zu steuern, indem die Form der Übergangszone basierend auf den mittels der Eingabevorrichtung eingegebenen Daten bestimmt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung umfaßt eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen der Ober fläche einer Hornhaut mittels eines Laserstrahles eine La serquelle zum Emittieren eines Laserstrahles, sowie ein op tisches Ablationssystem, mittels dem der von der Laserquelle emittierte Laserstrahl auf eine Hornhaut abgestrahlt wird, eine Vorrichtung zum Begrenzen des Ablationsbereiches, um einen Ablationsbereich auf der Hornhaut zu begrenzen, wobei die Begrenzungsvorrichtung in dem optischen Ablationssystem angeordnet ist, eine Ablationsbereichs-Änderungsvorrichtung, um den Ablationsbereich auf der Hornhaut zu ändern, der durch die Vorrichtung zum Begrenzen des Ablationsbereiches begrenzt wird, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Form einer Übergangszone, um die Schnittform der Übergangszone zu be stimmen, die zwischen dem Ablationsbereich und einem nicht- Ablationsbereich gebildet wird, und eine Ablationsbereichs- Steuervorrichtung, um den Ablationsbereich, der durch die Ablationsbereichs-Änderungsvorrichtung geändert worden ist, auf der Hornhaut zu kontrollieren, um einen weichen bzw. glatten Übergangsbereich zu erhalten, der die optische Zone mit dem nicht-Ablationsbereich verbindet.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Zusätzliche Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich oder ergeben sich nahe liegenderweise aus ihr, oder sie können durch die Durchfüh rung der Erfindung erhalten werden. Die Vorteile der vorlie genden Erfindung können insbesondere mit Hilfe von Elementen bzw. ihren Kombinationen realisiert werden, die in den bei gefügten Ansprüchen aufgeführt sind.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen unter Bezug nahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm der optischen Komponenten gemäß einer ersten Ausführungs form, mit der die vorliegende Erfindung er läutert wird;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines horizonta len (X-Achse) Strahlintensitätsprofiles und eines vertikalen (Y-Achse) Strahlintensi tätsprofiles eines Laserstrahles, der von einem Excimer-Laser stammt, wie er in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3a-d Diagramme, in denen das Laserstrahl-Intensi tätsprofil in einer vertikalen (Y-Achse) Richtung auf einer Blende dargestellt ist;

Fig. 4a-d Diagramme, in denen das Laserstrahl-Intensi tätsprofil in der vertikalen (Y-Achse) Rich tung auf der Hornhaut eines Auges darge stellt ist;

Fig. 5a-e Diagramme, um den Vorgang der Abtragung aus Fig. 4 zu erläutern;

Fig. 6a, b Zeitdiagramme, um die Bewegungssteuerung des in Fig. 1 gezeigten ebenen Spiegels 12 be züglich der Laserpulse zu erläutern;

Fig. 7 ein Diagramm, um das erste Verfahren zur Herstellung der Übergangszone zwischen dem Ablationsbereich der Hornhaut und ihrem nicht-Ablationsbereich zu erläutern, wobei der erste Fall dargestellt ist, in dem die Tiefe der Ablation vergleichsweise gering ist, und zwar im Vergleich zu der Breite der Übergangszone;

Fig. 8 ein Diagramm, um das zweite Verfahren zur Ausbildung der Übergangszone zwischen dem Ablationsbereich der Hornhaut und ihrem nicht-Ablationsbereiches zu erläutern, wobei der zweite Fall dargestellt ist, in dem das Verhältnis zwischen der Tiefe der Ablation und der Breite des Übergangsbereiches eine mittlere Position einnimmt;

Fig. 9 ein Diagramm, um das dritte Verfahren zur Ausbildung der Übergangszone zwischen dem Ablationsbereich der Hornhaut und ihrem nicht-Ablationsbereich zu erläutern, wobei der dritte Fall dargestellt ist, in dem die Tiefe der Ablation im Vergleich zu der Breite der Übergangszone vergleichsweise grob ist;

Fig. 10 ein Diagramm, um das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der kreisförmigen Blende (oder der Breite einer Schlitzblende) und der An zahl der Schritte zu erläutern;

Fig. 11 ein Diagramm, um die geeignete Form der Übergangszone zu erläutern, die um die opti sche Zone in dem Fall der Korrektur einer Kurzsichtigkeit gebildet wird;

Fig. 12 ein Diagramm, um die graphische Lösung zu erläutern, die die Grundlage der Berechnung der Tiefe der Ablation der Übergangszone ist;

Fig. 13 eine schematische Darstellung der Anordnung der optischen Komponenten gemäß einer zwei ten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 14 ein Diagramm, in dem der Verlauf des Strah les in der zweiten Ausführungsform aus Fig. 13 dargestellt ist; und

Fig. 15 ein Diagramm, in dem der Verlauf des Strah les dargestellt ist, wenn die Linse 14b um die Entfernung X in Richtung der Linse 14a bewegt worden ist.

Eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungs formen einer Ablationsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung realisiert ist, wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung gegeben.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält ein optisches System der Ablationsvorrichtung eine Laserquelle 10 (welche vorzugs weise ein Excimer-Laser ist), ebene Spiegel 11, 12, 15, um den Laserstrahl L_B abzulenken, der von der Laserquelle 10 ausgeht, eine Blende 13 mit einem variablen Durchmesser, die in dem optischen Pfad zwischen den Spiegeln 12 und 15 ange ordnet ist, sowie eine Projektionslinse 14, um den Laser strahl L_B, der durch die Blende 13 hindurchgetreten ist, über den Spiegel 15 auf eine Hornhaut 16 zu projizieren.

Der von der Laserquelle 10 ausgehende Laserstrahl L_B wird mittels des ebenen Spiegels 11 um 90° abgelenkt, sowie von dem Spiegel 12 um weitere 90°, während er in der gleichen Ebene verbleibt. Nachdem der Laserstrahl durch die Blende 13 hindurchgetreten ist, wird der Laserstrahl L_B um weitere 90° mittels dem ebenen Spiegel 15 innerhalb der gleichen Ebene umgelenkt, um schließlich auf die Oberfläche der Hornhaut 16 projiziert zu werden.

Die Projektionslinse 14 ist im Hinblick auf die Blende 13 und die Hornhaut 16 konjugiert angeordnet und der Laser strahl, der durch die mittels der Blende 13 auf einen be grenzten Raum begrenzte Apertur hindurchtritt, wird auf die Oberfläche der Hornhaut 16 derartig projiziert, daß ein be schränkter Ablationsbereich auf der Hornhaut entsteht.

Die Hornhaut wird bei einer Position angeordnet, die in einem vorherbestimmten Positionsverhältnis zu der Vorrich tung steht.

Das Strahl-Querschnittsprofil des Laserstrahles, der von der Laserquelle 10 aus Fig. 1 emittiert wird, weist eine nahezu einheitliche Intensitätsverteilung F(W) in der horizontalen Richtung (Richtung der X-Achse) des Laserstrahles auf, aber die Strahl-Intensitätsverteilung in der vertikalen Richtung (Richtung der Y-Achse) nimmt die Form einer Gauss-förmigen Verteilung F(H) an, wie man der Fig. 2 entnehmen kann.

Der ebene Spiegel 12 aus Fig. 1 ist mittels eines Treibermo tors 17 parallel zu der Z-Achse beweglich angeordnet, und die Position des Spiegels 12 (nämlich der Betrag seiner Be wegung) wird mittels eines Positionsdetektors 18 festge stellt. Der Positionsdetektor 18 kann beispielsweise aus einem Drehkodierer bestehen, der an der Antriebsachse des den Spiegel treibenden Notors 17 befestigt ist.

Der Positionsdetektor 18 und die Laserquelle 10 sind mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden und die Laserpulse werden basierend auf ein Ausgangssignal des Positionsdetek tors 18 emittiert. Der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird mittels eines Mikrocomputers in der Steuereinrichtung 19 gesteuert.

Dies bedeutet, daß eine Eingabeeinrichtung 20 mit der Steuereinrichtung 19 verbunden wird und Daten werden über die Eingabeeinrichtung 20 eingegeben, die den Krümmungsra dius der Hornhaut vor der Ablation betreffen, sowie die Kor rekturleistung eines Auges, die Größe der optischen Zone und die der Übergangszone, die den Grenzbereich zwischen dem Ab lationsbereich (exakt der optischen Zone) und dem nicht- Ablationsbereich darstellt, die Breite der Übergangszone und die Tiefe der stattzufindenden Ablation, sowie weitere Größen.

Weiterhin wird eine Blenden-Treibereinrichtung 21 zum Ändern des Durchmessers der Blende 13 mit der Steuereinrichtung 19 verbunden, wobei der Durchmesser der Blende 13 basierend auf dem Ausgangssignal der Steuereinrichtung 19 geändert wird. In Fig. 1 stellt das Bezugszeichen 22 einen Motortreiber dar, der mit dem Motor 17 verbunden wird, wobei der Mo tortreiber 22 den Motor 17 basierend auf ein Ausgangssignal aus der Steuereinrichtung 19 treibt.

Wie zuvor beschrieben, bewegt sich der Spiegel 12 parallel zu der Z-Achse in Fig. 1, wodurch der Laserstrahl parallel zu der Richtung der Gauss-förmigen Verteilung bewegt wird. Der ebene Spiegel 12 bewegt sich synchron zu den Laser pulsen, die von der Laserquelle 10 ausgegeben werden und nachdem einer oder mehrere Laserpulse bei einer bestimmten Position des ebenen Spiegels 12 ausgegeben worden sind, be wegt sich der Spiegel 12 zu einer nächsten Position, wobei erneut bei dieser Position des Spiegels 12 ein Laserpuls bzw. mehrere Laserpulse ausgegeben werden, bevor der Spiegel 12 sich zu einer nächsten Position bewegt. Dieser Bewegungs vorgang wird beginnend bei einem Ende der Blende 13 bis hin zum anderen Ende wiederholt. Dies bedeutet, daß die Bestrah lung durch den Laserstrahl auf dem Ablationsbereich der Hornhaut 16 bei einem vorherbestimmten Abstand wiederholt wird (durch einen oder durch mehrere Laserpulse), so daß die Pulse kombiniert werden und eine einheitliche Tiefe der Ab tragung erreicht wird.

Der Betrag, um den der ebene Spiegel 12 bewegt wird, be stimmt sich durch eine Korrelation aus verschiedenen Kompo nenten, beispielsweise aus der Tiefe der Ablation, aus dem Ausmaß der erforderlichen Einheitlichkeit, oder der Inten sität und der Intensitätsverteilung des Laserstrahles, sowie aus ähnlichen Größen. Die Justage der Intensität des Laser strahles oder die Ablationstiefe pro Puls kann erhalten werden, indem man die Ausgangsleistung der Laserquelle in nerhalb eines bestimmten Bereiches justiert.

Um die Erklärung zu erleichtern, kann angenommen werden, daß der ebene Spiegel 12 sich bei jedem Puls bewegt, obgleich ein derartiges 1 : 1 Verhältnis grundsätzlich für die vorlie gende Erfindung nicht benötigt wird. Die Fig. 3(a) bis 3(d) zeigen die Änderung der Intensitätsverteilung des La serstrahles in Richtung der Y-Achse auf der Blende 13. Die Fig. 4(a) bis 4(d) zeigen die Änderung der Intensitäts verteilung in Richtung der Y-Achse auf der Hornhaut 16. Die Fig. 5(a) bis 5(e) zeigen den fortlaufenden Abtragungs vorgang auf der Hornhaut.

Wenn ein erster Puls des Laserstrahles, der die in Fig. 3(a) gezeigte Intensitätsverteilung aufweist, auf die Blende 13 trifft und mittels der Projektionslinse 14 auf die Hornhaut 16 abgestrahlt wird, dann nimmt die Intensitätsverteilung auf der Hornhaut 16 die in Fig. 4(a) gezeigte Form an. Gleichzeitig wird die Hornhaut 16 durch die Strahlung des Laserstrahles abgetragen bzw. abgeschmolzen, wie durch die schrägen Linien in Fig. 5(a) dargestellt. Wenn ein zweiter Puls des Laserstrahles abgestrahlt wird, dann hat sich der ebene Spiegel 12 in Richtung der Z-Achse bewegt und die In tensitätsverteilung auf der Blende 13 nimmt die Form an, die in Fig. 3(b) dargestellt ist. Demgemäß nimmt die auf die Hornhaut 16 mittels der Projektionslinse 14 projizierte In tensitätverteilung die in Fig. 4(b) gezeigte Form an und die Hornhaut 16 wird weiter abgetragen, wie durch die schrägen Linien in Fig. 5(b) dargestellt. Der dritte Puls des Laser strahles erzeugt eine Intensitätsverteilung auf der Blende 13, die in Fig. 3(c) dargestellt ist und die Intensitätsver teilung auf der Hornhaut 16 nimmt die in Fig. 4(c) gezeigte Form an, wodurch der Bereich auf der Hornhaut abgetragen wird, der mit schrägen Linie in Fig. 5(c) dargestellt ist. Auf eine ähnliche Art und Weise bedingen der vierte und die nachfolgenden Laserpulse des Laserstrahles eine Intensitäts verteilung auf der Blende 13, und zwar bis hin zum letzten Puls, der in Fig. 3(d) dargestellt ist. Die Fig. 4(d) zeigt die Intensitätsverteilung auf der Hornhaut 16, wobei der mit schrägen Linien in Fig. 5(d) dargestellte Bereich abgetragen wird.

Indem der ebene Spiegel 12 parallel in die Richtung der Z- Achse synchron mit dem Laserpuls bewegt wird, und indem der Laserstrahl abgestrahlt wird, während man ihn in Richtung seiner nicht-einheitlichen Intensitätsverteilung abtastend führt, wird die Hornhaut 16 mit einer nahezu einheitlicher Tiefe abgetragen, wie man der Fig. 5(e) entnehmen kann.

Wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 4-286999 (der Titel der Erfindung lautet: Ablation Apparatus By Laser- Beam), gleichfalls vom Anmelder der vorliegenden Erfindung, bereits vorgeschlagen worden ist, kann dem Problem der Dis persion der Intensitätsverteilung aufgrund eines Justage mangels eines Laserresonators begegnet werden, in dem man einen Bilddreher (image rotater) in dem optischen Pfad an ordnet und indem man eine Strahlrichtung dreht.

Die Fig. 6(a) und 6(b) sind Zeitdiagramme, um das Zeit verhalten eines Steuermechanismusses zu erläutern, mit dem der ebene Spiegel 12 synchron im Hinblick auf die Laserpulse bewegt wird. In der Fig. 6(a) sind die Ausgangspulse der Laserquelle dargestellt und in Fig. 6(b) sind die Ausgangssignale des Detektors 18 dargestellt, der die Position des ebenen Spiegels 12 detektiert.

Der Betrag der Bewegung des ebenen Spiegels 12 zur Erzielung einer einheitlichen Ablationstiefe basiert auf einem m- Pulsausgangssignal aus dem Positionsdetektor 18.

Wenn das Ausgangssignal des Positionsdetektors 18, der die Position des ebenen Spiegels 12 zu dem Zeitpunkt des ersten Laserstrahlpulses detektiert, der erste Detektionspuls ist, dann wird der ebene Spiegel 12 derart bewegt, daß das (m+1)- te Ausgangssignal zu dem Zeitpunkt des zweiten Laserpulses ausgegeben wird, und das (2m+1)-te Ausgangssignal wird zum Zeitpunkt des dritten Laserpulses ausgegeben, so daß der La serpuls zu jedem m-ten Puls des Ausgangssignales des Positi onsdetektors 18 emittiert wird. Indem man derartige Laser strahlpulse wiederholte wird eine einheitliche Abtragung mittels der Laserstrahlbestrahlung erreicht.

Die obige Beschreibung der Ausführungsform beschreibt ein bestimmtes Verhältnis der Richtung der Energieverteilung des Laserstrahles, aber andere Richtungen können auch eingesetzt werden.

Wenn man das oben beschriebene Vorrichtung einsetzt, dann kann das Verfahren zur Ausbildung der Übergangszone, um eine glatte bzw. sanfte Oberfläche ohne Höhenunterschied um den Abtragungsbereich herum zu erhalten, wie folgt beschrieben werden.

Das erste Verfahren eignet sich zugleich für das Entfernen eines regionalen, verletzten Bereiches des Auges. In dem Fall der Entfernung einer Verletzung ist es dahingehend an paßbar, als das die kreisförmige Blende durch eine variable Schlitzblende ersetzt wird.

In diesem Verfahren wird die Form der Übergangszone erhal ten, in dem man drei Fälle unterscheidet, und zwar unter Be rücksichtigung einer gründlichen Entfernung der Verletzung.

Der erste Fall ist der, daß die Tiefe der Abtragung relativ kleiner ist als die Breite der Übergangszone, wie durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird:

W: Breite des Übergangsbereichs
d: Tiefe der Abtragung

Die Daten (W, d) werden zuvor in die Vorrichtung über die Eingabeeinheit 20 eingegeben.

Die Fig. 7 zeigt die Schnittform der Übergangszone im Fall der Gleichung (1). Wie man der Fig. 7 entnehmen kann, stoßen die zwei Kreise mit einem Radium RT zwischen einem Ablationsbereich und einem nicht-Ablationsbereich aufeinander, und die Inklination einer senkrechten Linie, die durch einen Tangentialpunkt läuft, liegt unter von 45°. Die Schnittform der Übergangszone wird entlang der Kurve eines jeden Kreises ausgebildet, so daß die Oberflächenform der Übergangszone so weich wie möglich wird. In dem Über gangsbereich nimmt die Schnittform nach der Abtragung die Form an, die in Fig. 7 mit der dicken Linie dargestellt ist, und sie ist derartig ausgebildet, daß sie bezüglich einer zentralen Position W/2 punktsymmetrisch ist.

In Fig. 7 wird R_T gemäß der folgenden Gleichung (2) erhal ten:

Der zweite Fall ist der, bei dem die Tiefe der Ablation re lativ nahe an der Breite der Übergangszone liegt, wie durch die folgende Formel (3) ausgedrückt:

Die Schnittform der Übergangszone, wie sie in Fig. 8 darge stellt ist, besteht aus zwei Kurven, die entlang den zwei Kreisen mit einem Radius R_T ausgebildet sind, die in einer kleinen Entfernung zueinander angeordnet sind, und aus einer geraden Linie, die man erhält, wenn man tangentiale Punkte auf den Kreisen verbindet, wobei die Inklination der geraden Linie 45° beträgt. In diesem Fall wird R_T gemäß der folgen den Gleichung (4) erhalten:

Wenn d=W wird, dann beträgt der Radius R_T für jeden Kreis d/2.

Der dritte Fall ist der, bei dem die Tiefe der Abtragung re lativ gesehen größer ist als die Breite der Übergangszone, wie im folgenden durch die Gleichung (5) ausgedrückt wird:

(5) W d

Die Schnittform der Übergangszone ist in Fig. 9 dargestellt, d. h. sie wird durch eine gerade Linie ausgedrückt. In dem Fall der Ausbildung der oben erwähnten Übergangszone wird das Verhältnis des Durchmessers der kreisförmigen Blende (oder der Breite der Schlitzblende) und die Anzahl der Schritte als Beispielsfall der obigen Gleichung (1) im folgenden erläutert.

Im Fall der Gleichung (1) nimmt, wie in Fig. 10 dargestellt, sofern jede Größe sich wie folgt definiert:

W : die Breite der Übergangszone
R_T : der Krümmungsradius
d : die Gesamttiefe der Ablation
d_x : die Tiefe einer einzelnen Abtastablation
A_x : die Passungsposition (die Entfernung von dem Basispunkt zum Ende der Apertur in Richtung der Weite),

die Passungsposition A_x die folgenden Werte an, wenn die Tiefe der Ablation X ist:

Im Fall x d/2

Im Fall x < d/2

Die Oberfläche der Hornhaut wird von einem Strahl abge tragen, der von der Laserquelle 10 emittiert worden ist und der mit dem Spiegel 12 geführt wird, welcher in Richtung der z-Achse abtastend parallel geführt wird, man der Fig. 1 ent nehmen kann. Die Abtastung der Oberfläche der Hornhaut wird für eine Abtastung beendet, dies bedeutet, daß die Tiefe d_x abgetragen ist. In dem man den Durchmesser der Blende eng macht, schreitet die Abtragung graduell und tief fort, wobei die zu erwartende Abtragung die Form der Krümmung aufweist, die zuvor in dem ersten Fall erhalten worden ist.

Das zweite Verfahren bildet eine Übergangszone, die geeignet ist, um die Kurzsichtigkeit zu korrigieren.

In diesem Fall wird gleichfalls der Krümmungsradiums der Hornhaut vor der Abtragung, die Korrekturleistung des Auges, der Bereich der optischen Zone und der Bereich der Über gangszone in den Computer über die Eingabeeinrichtung 20 eingegeben.

Das zweite Verfahren ist ausgelegt, um die optische Zone des Abtragungsbereiches und den nicht-Ablationsbereich sanft bzw. glatt zu verbinden, indem eine Übergangszone mit ge krümmter Oberfläche gebildet wird, die in beiden gekrümmten Oberflächen der Voroperation und der Nachoperation einbe schrieben ist.

In Fig. 11 wird, wenn die Vorablationskurve der Hornhaut und ihre Nachablationskurve festgelegt worden sind, die Kurve der Übergangszone bestimmt, in dem man einen Kreis erzeugt, der in beiden gekrümmten Formen der Vor- und Nachoperation einbeschrieben ist, und die Tiefe der Ablation ΔY(x) in Richtung einer jeden Richtung des Durchmessers wird als Da tum erhalten.

Das Datum ΔY(x) wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben. Die bekannten Parameter sind zwei Kreise, die die Krümmung der Vorablation-(Radius R₁) und der Nachab lation-(Radius R₂) aufweisen, wobei der Radius der optischen Zone S ist, und der äußere Durchmesser der Übergangszone ist S_T. Die Endkoordinate (terminal coordinate) der optischen Zone ist mit (x, y) = (S, 0) dargestellt und das Koordiantensystem ist derartig gesetzt, daß das Zentrum der Kreise der Voroperation und der Nachoperation auf der Y- Achse positioniert ist.

Die Gleichung des Kreises, der die Krümmung einer Nachoperation aufweist, ergibt sich gemäß der folgenden For mel (8).

Die Gleichung des Kreises der Voroperation wird durch die folgende Formel (9 ausgedrückt, sofern die Zentralkoordi nate den Wert (0, -Y₁) einnimmt:

(9) x² + (y + Y₁)² = R₁ ²

Gemäß der Formel (8) nimmt die Gleichung des Kreises der Übergangszone die Form an, die in der folgenden Formel (10) dargestellt ist, da der Kreis der Übergangszone in dem Kreis einbeschrieben ist, der mit der Formel (8) ausgedrückt wor den ist:

In Formel (10) deutet R_T den Radius des Kreises der Über gangszone an und er wird gemäß der folgenden Gleichung (11) erhalten:

Die Koordinaten des Tangentialpunktes, der einer zwischen dem Kreis der Voroperation und dem Kreis der Übergangszone ist, ergibt sich zu (P_x, -P) x=(S_T, -P_y) Gemäß der Formel (9) ergibt sich Y₁ gemäß der folgenden Formel (12):

Demgemäß ergibt sich die Entfernung ΔY(X) zwischen dem Kreis der Voroperation und dem Kreis der Übergangszone gemäß der folgenden Formel (13):

Daher ist ΔY bei der Position der gekrümmten Fläche der Übergangszone in Richtung der X-Achse der Koordinaten und der Durchmesser der Aperture wird erhalten. Dieser Vorgang wird in dem arithmetischen Schaltkreis der Steuereinrichtung 19 durchgeführt. Wenn ΔY einen bestimmten Referenzwert überschreitet, wird eine Fehlermeldung oder etwas ähnliches ausgegeben und es wird angezeigt, die Voreinstellungen zu ändern.

Die Eingabe der Daten wird mittels der Eingabeeinrichtung 20 durchgeführt, die eine Tastatur oder ähnliches sein kann, aber es ist gleichfalls möglich, sie mit der Meßeinrichtung für die Form der Hornhaut zu verbinden. Alternativ ist es gleichfalls möglich, den Durchmesser der Krümmung der Über gangszone einzugeben, und zwar alternativ zu der Eingabe des äußeren Durchmessers der Übergangszone, so wie es im obigen Verfahren erläutert worden ist.

Der obigen Beschreibung liegt eine Korrektur der Kurzsichtigkeit zugrunde. Indessen ist es gleichfalls mög lich, den Kurzsichtigkeits-Astigmatismus zu korrigieren, in dem man auf ähnliche Weise die Form der Übergangszone in Richtung der Hauptmeridianrichtung erhält. Die Korrektur des Kurzsichtigkeits-Astigmatismus wird auf ähnliche Weise er zielt, und zwar nicht nur dadurch, daß man die Breite und die Länge der Schlitzblende kontrolliert, sondern indem man gleichfalls den Inklinationswinkel der kreisförmige Blende kontrolliert.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 13 dargestellt. In der Vorrichtung gemäß dieser Aus führungsform, die der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform ähnlich ist, besteht die Projektionslinse 14 aus einer Linse 14a, die eine Brennweite von fa aufweist, sowie aus einer Linse 14b, die eine Brennweite von fb aufweist, und die wei terhin in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist, und zwar mittels eines Pulsmotors 23, der mit einem Motortreiber 24 verbunden ist.

Wie man der Fig. 14 entnehmen kann, wird die Linse 14a bei einer Position vorgesehen, die von der Blende 13 um die Brennweite fa entfernt ist, so daß die Blende 13 im Brenn punkt der Linse 14a angeordnet ist, und die Linse 14b wird bei einer Position vorgesehen, die von der Hornhaut 16 um die Brennweite fb entfernt ist, so daß die Oberfläche der Hornhaut 16 sich in ihrem Brennpunkt befindet, wodurch das Strahlbündel, das durch einen Punkt der Blende 13 hindurch tritt, durch die Linse 14a zu einem parallelen Strahlbündel wird, und durch die Linse 14b auf die Oberfläche der Horn haut 16 konvergiert wird. In der obigen Anordnung weist die Projektionslinse eine der Projektionsvergrößerung von β auf, die sich zu fa/fb ergibt.

Wenn man einen realen Laserstrahl betrachtet, dann wird der aus einem parallelen Strahlenbündel bestehende Laserstrahl zu einem Strahlbündel, das die gleiche Form aufweist, wie die Blende 13, und zwar indem er durch die Blende 13 hindurchtritt, und er wird weiterhin vor die Hornhaut 16 kondensiert, indem er durch die Linsen 14a und 14b hindurch tritt, so daß ein Bild der Blende 13 auf der Oberfläche der Hornhaut 16 gebildet wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Größe des Bildes, das auf der Oberfläche der Hornhaut 16 gebildet worden ist, bestimmt, indem man den Durchmesser (D) der Blende 13 sowie die Projektionsvergrößerung der Projektionslinse 14 errechnet; dies bedeutet, daß die Größe des gebildeten Bildes gemäß der Formel D × β erhalten wird.

Daher wird der Durchmesser des Laserstrahles auf der Horn haut 16 einstellbar, indem man den Durchmesser der Blende 13 kontrolliert, wodurch eine optische Zone der Hornhaut 16 ab getragen wird, um einen Krümmungsradius r zu korrigieren, der eine fehlerhafte Brechkraft aufweist, so daß er zu einem Krümmungsradius r′ wird.

Das Verfahren zur Ausbildung der Übergangszone, so daß sie eine optische Zone und einen nicht-Ablationsbereich weich verbindet, wird im folgenden beschrieben. Gemäß dieser Aus führungsform wird die Übergangszone gebildet, in dem man eine Ablationsrate kontrolliert.

Wenn man die Linse 14b in Richtung der Linse 14a bewegt, und zwar um eine Länge x, dann wird die Entfernung zwischen der Linse 14b und der Hornhaut zu fb+x, wodurch die Größe eines Laserstrahles auf der Hornhaut 16 sich vergrößert. Indessen kann die Bewegung der Bildoberfläche der Blende 13 durch die Projektionslinse 14 zu einem Punkt vor der Hornhaut 16 dazu führen, daß die äußere Kontur des Strahles auf der Hornhaut 16 zunehmend unscharf wird.

Da der durch die Linse übertragene Laserstrahl unabhängig von einer Bewegung der Linse 14b die gleiche Energie haben muß, wird der Fluß (die Energiedichte) des Laserstrahles auf der Hornhaut 16 abnehmen, und zwar in Abhängigkeit der Größe des Laserstrahles nach einer Bewegung der Linse 14b auf ihr, und als ein Ergebnis hiervon wird die Ablationsrate zur Ab tragung der Oberfläche der Hornhaut geringer werden. Daher wird die Ablationsrate in Abhängigkeit der Größe der Ausdeh nung des Laserstrahles bestimmt.

Unter Berücksichtigung eines Ausdehnungsausmaßes des Laser strahles wird eine Übergangszone gebildet, um eine optische Zone und eine nicht-Ablationszone glatt bzw. weich zu ver binden, indem man den Durchmesser der Blende 13 ändert und die Größe des auf die Hornhaut 16 projizierten Laserstrahles kontrolliert.

In diesem Fall muß die Übergangszone nur eine optische Zone und eine nicht-Ablationszone verbinden, um die Krümmung nicht extrem zu ändern, und zwar ohne einen präzise errech neten Kreis zu ziehen, wie zuvor in Zusammenhang mit der er sten Ausführungsform erläutert.

Die Kurve der Übergangszone wird in die Vorrichtung (dem Computer) als eine Tabelle eingegeben, die mit dem Radius der Krümmung vor und nach der Korrektur der Hornhaut in Be ziehung steht. Gemäß diesen Daten wird der Durchmesser der Blende 13 kontrolliert, um ihre Größe zu ändern.

Indem man das oben erwähnte Verfahren einsetzt wird es mög lich, eine Übergangszone zu bilden, ohne die Tiefe der Abla tion exzessiv zu erhöhen. Gleichfalls kann eine Änderung der Entfernungsbewegung der Linse 14b verwendet werden, um den gleichen Effekt zu erzielen, und zwar anstelle einer Än derung des Durchmessers der Blende 13.

Wenn man das oben erwähnte Verfahren einsetzt, ergibt sich eine Kontur des Laserstrahles auf der Hornhaut, die nicht sehr klar ist, aber eine kleine Unschärfe des auf der Horn haut auftauchenden Laserstrahles ist akzeptabel, da es nicht exakt nötig ist, einen Kreis mit einem genauen Durchmesser in der Übergangszone abzutragen, die von der Bildung einer optischen Zone verschieden ist. In Experimenten (Tests) des Erfinders ist bestätigt worden, daß ein Durchmesser des La serstrahles auf der Hornhaut vergrößert werden kann, indem man die Linse bewegt, und zwar innerhalb der Kontur eines zu unscharfen Laserstrahles.

Weiterhin kann, obgleich das Verfahren des Ausbleichens des Laserstrahles als ein einfaches und effektives Verfahren eingesetzt worden ist, um eine Ablationsrate in der zuvor erwähnten Ausführungsform zu vermindern, der gleiche Effekt erhalten werden, indem man ein Verfahren einsetzt, gemäß dem die Projektionsvergrößerung der Linse geändert wird, und zwar indem eine Zoomlinse eingesetzt wird, oder indem man den Durchmesser des Laserstrahles vergrößert, indem man die Blende oder die Projektionslinse bewegt.

Gleichfalls ist es möglich, die Ablationsrate durch Vermin derung der Energie des von der Laserquelle emittierten La serstrahles zu vermindern, und zwar bei einem Anfangs- oder bei einem mittleren Punkt des optischen Pfades, wobei man beispielsweise einen Filter in dem optischen Pfad anordnet.

Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß eine Ab lationsvorrichtung zum Abtragen der Oberfläche der Hornhaut mittels eines Laserstrahles eine Laserquelle zum Emittieren eines Laserstrahles umfaßt, sowie ein optisches Ablations system zum Abtragen der Oberfläche einer Hornhaut mittels dem von der Laserquelle emittierten Laserstrahl, eine Blende mit einem variablen Durchmesser, um den Ablationsbereich auf der Hornhaut zu ändern, eine Einrichtung zum Ausbilden der Form der Hornhaut, um eine gewünschte Form der optischen Zone der Hornhaut auszubilden, indem man die Strahlung durch das optische Ablationssystem hindurch überlagert, eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Daten, um eine Übergangs zone zu bestimmen, mittels der die optische Zone mit einem nicht-Ablationsbereich glatt bzw. sanft verbunden wird, und eine Steuereinrichtung, um den Durchmesser der Blende zu kontrollieren, in dem die Form der Übergangszone basierend auf den mittels der Eingabeeinrichtung eingegebenen Daten bestimmt wird.

Die vorliegende Erfindung kann in weiteren spezifischen Aus führungsformen ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die vorliegenden Ausführungsformen dienen daher nur der Illustration und sind nicht beschrän kend zu verstehen, so daß der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche zu bestimmen ist, und es ist beabsichtigt, daß alle Änderungen, die in dem Äquivalenzbe reich der Ansprüche fallen, von ihnen mitumfaßt sein sollen.

Claims

1. Eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen der Oberfläche einer Hornhaut mittels eines Laserstrahles, mit:
einer Laserquelle zum Emittieren eines Laserstrahles;
einem optischen Ablationssystem zum Abtragen der Ober fläche der Hornhaut mittels des von der Laserquelle emittierten Laserstrahles;
einer Ablationsbereichs-Änderungsvorrichtung, zum Än dern eines Ablationsbereiches auf der Hornhaut;
einer Vorrichtung zum Ausbilden der Form der Hornhaut, um eine gewünschte Form der optischen Zone der Hornhaut auszubilden, indem die Strahlung durch das optische Ablationssystem überlagert wird;
einer Eingabevorrichtung zur Eingabe von Daten, um eine Übergangszone zu bestimmen, die die optische Zone mit einem Nicht-Ablationsbereich weich verbindet;
einer Steuereinrichtung zur Kontrolle der Bewegung der Ablationsbereichs-Änderungvorrichtung, indem die Form der Übergangszone basierend auf Daten bestimmt wird, die über die Eingabevorrichtung eingegeben worden sind.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Laserquelle aus einem Excimer-Laser besteht.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Form der Übergangszone basierend auf einer Krümmung der Vorope rationshornhaut und einer gewünschten Krümmung der Na choperationshornhaut bestimmt wird.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Form der Übergangszone basierend auf einer Kurvenlinie bestimmt wird, die in beide Schnittkurvenlinien der Voroperation und der gewünschten Nachoperation einbeschrieben ist.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die einbeschrie bene Kurvenlinie basierend auf einer Krümmung der Vor operationshornhaut, einer gewünschten Krümmung der Nachoperationshornhaut, einem Bereich der optischen Zone und einem Bereich der Übergangszone bestimmt wird.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Form der Übergangszone basierend auf einer Entfernung und einer Höhendifferenz zwischen jedem Teil der optischen Zone und dem nicht-Ablationsbereich bestimmt wird.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Form der Übergangszone aus zwei sphärischen Kurven besteht.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des weiteren eine Vorrichtung zum Ändern der Ablationsrate umfaßt, um die Ablationsrate des Laserstrahles bei der Ausbil dung der Übergangszone zu dämpfen.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Laserquelle aus einem Excimer-Laser besteht.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Ablationsbe reichs-Änderungsvorrichtung aus einer Blende besteht, die eine variable Apertur aufweist, und das optische Ablationssystem eine Projektionslinse umfaßt, um die Apertur auf die Hornhaut mittels dem Laserstrahl zu projizieren.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Vorrichtung zum Ändern der Ablationsrate aus einer Vorrichtung zum Ändern der Vergrößerung besteht, um die auf die Horn haut projizierte Vergrößerung der Apertur zu ändern.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 11, worin die Vergröße rungsänderungsvorrichtung aus einer Bewegungsvorrich tung besteht, um die Projektionslinse in Richtung der optischen Achse zu bewegen, so daß die Apertur in einem nicht konjugierten Zustand zu der Hornhaut angeordnet wird.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Form der Übergangszone basierend auf der Krümmung der Voropera tionshornhaut und einer gewünschten Krümmung der Na choperationshornhaut bestimmt wird.

14. Eine Ablationsvorrichtung zum Abtragen der Oberfläche einer Hornhaut mittels eines Laserstrahles, mit:
einer Laserquelle zum Emittieren eines Laserstrahles;
einem optischen Ablationssystem zum Abstrahlen des von der Laserquelle emittierten Laserstrahles auf die Ober fläche der Hornhaut;
einer Vorrichtung zum Begrenzen des Ablationsbereiches, um den Ablationsbereich auf der Hornhaut zu begrenzen, wobei die Begrenzungsvorrichtung in dem optischen Abla tionssystem angeordnet ist;
einer Ablationsbereichs- Änderungsvorrichtung, um den durch die Vorrichtung zum Begrenzen des Ablations bereiches begrenzten Ablationsbereich auf der Hornhaut zu ändern;
einer Vorrichtung zum Bestimmen der Form der Übergangs zone, um die Schnittform einer Übergangszone zu bestim men, die zwischen dem Ablationsbereich und einem nicht- Ablationsbereich gebildet wird;
einer Ablationsbereich-Steuervorrichtung, um den mit tels der Ablationsbereichs-Änderungsvorrichtung geän derten Ablationsbereich auf der Hornhaut derart einzu stellen, daß die Form der Übergangszone zur Verbindung der optischen Zone mit dem nicht-Ablationsbereich weich verläuft.

15. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die Laserquelle aus einem Excimer-Laser besteht, der in einer Richtung eine einheitliche Strahlintensität aufweist, und in ei ner anderen Richtung eine nicht-einheitliche Strahlin tensität mit einer Gauss′schen Verteilung.

16. Die Vorrichtung nach Anspruch 15, worin das optische Ablationssystem ein optisches Element vom Reflexionstyp umfaßt, um den Laserstrahl zu reflektieren, sowie eine Bewegungsvorrichtung, um das optische Element vom Re flexionstyp in die Richtung der nicht-einheitlichen In tensitätsverteilung des Laserstrahles zu bewegen.

17. Die Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die Ablations bereich-Steuervorrichtung einen Bereich des Ablations bereiches auf der Hornhaut zu jedem Zeitpunkt ein stellt, an dem das optische Element vom Reflexionstyp innerhalb des optischen Ablationssystemes um einen Schritt oder um mehr als zwei Schritte mittels der Bewegungsvorrichtung in die Richtung der nicht-einheit lichen Intensitätsverteilung bewegt worden ist.

18. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, welche des weiteren eine Eingabevorrichtung umfaßt, um Daten betreffend die Form der Übergangszone, die optische Zone innerhalb des Ablationsbereiches und den nicht-Ablationsbereich ein zugeben, so daß diese Formen miteinander weich verbun den werden; und die Ablationsbereichs-Steuervorrichtung die Ablations bereichs-Änderungsvorrichtung basierend auf den Daten kontrolliert, die mittels der Eingabevorrichtung durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Form der Übergangs zone eingegeben worden sind.

19. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die Schnittform der Übergangszone, die durch die Vorrichtung zur Be stimmung der Form der Übergangszone bestimmt worden ist, basierend auf einer Krümmung der Voroperations hornhaut und einer gewünschten Krümmung der Nachopera tionshornhaut bestimmt wird.

20. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, worin die Schnittform der Übergangszone, die durch die Vorrichtung zur Be stimmung der Form der Übergangszone bestimmt worden ist, basierend auf der Kurvenlinie bestimmt wird, die in beiden Schnittkurvenlinien der Voroperation und der gewünschten Nachoperation einbeschrieben ist.