DE69522007T2

DE69522007T2 - System zur laserumformung der augenhornhaut

Info

Publication number: DE69522007T2
Application number: DE69522007T
Authority: DE
Inventors: H. Burkhalter; W. Frey; P. Gray
Original assignee: Autonomous Technologies Corp
Current assignee: Autonomous Technologies Corp
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: DE69535218D1; US5849006A; IL113355A0; PT790807E; AU2383195A; EP1512379B1; ATE203660T1; DK0790807T3; CA2188039A1; IL113355A; EP0790807A4; EP0790807B1; DE69522007D1; ES2273154T3; EP0790807A1; EP1060710A2; WO1995028890A1; GR3036992T3; EP1512379A1; ES2161880T3

Description

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Augenlaserchirurgie und spezieller auf ein System zur Anordnung eines Musters von Laserschüssen, um ein geformtes Volumen von Hornhautgewebe in Übereinstimmung mit der Behandlung eines spezifischen Zustands des Auges abzutragen bzw. zu erodieren.

Hintergrund der Erfindung

Photorefraktive Keratektomy (PRK) ist ein Verfahren zur Laserkorrektur von Fokussierfehlern des Auges durch Modifikation der Hornhautkrümmung. PRK ist unterschiedlich von der Verwendung von auf Laser basierenden Vorrichtungen für traditionellere Augenchirurgiezwecke, wie Gewebeschneiden oder thermische Koagulation. PRK wird allgemein durch Verwendung eines 193 nm Excimerlaserstrahls durchgeführt, welcher Hornhautgewebe in einem Photozersetzungsverfahren abträgt. Die meiste klinische Arbeit in dieser Richtung wurde mit einem Laser, der bei einem Fluenzniveau bzw. Teilchenflußniveau von 120-195 mJ/cm² und einer Pulswiederholungsrate von etwa 5-10 Hz arbeitet, durchgeführt. Das Verfahren wurde als "Hornhautformen bzw. -reliefbearbeiten" bezeichnet.
Bevor eine Relief- bzw. Oberflächenbearbeitung der Hornhaut stattfindet, wird das Epithel oder die Außenschicht der Hornhaut mechanisch entfernt, um Bowman's Membran auf der vorderen Oberfläche des Stroma freizulegen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Laserablation bzw. -abtragung bei der Bowman's Membran beginnen. Ein Excimerlaserstrahl wird für dieses Verfahren bzw. diesen Vorgang bevorzugt. Der Strahl kann während des Abtragens bzw. Abschmelzens variabel maskiert sein, um Hornhautgewebe bis zu verschiedenen Tiefen, sofern erforderlich, für ein Rekonturieren des vorderen Stromas zu entfernen. Nachher wächst das Epithel rasch wieder und bildet neue Oberflächen der konturbehandelten Fläche bzw. des Bereichs, was in einer optisch korrekten (oder einer annähernd korrekten) Hornhaut resultiert.
Damit die Abtragung bzw. Abschmelzung eintritt, muß die Energiedichte des Laserstrahls über einem bestimmten Schwellwert liegen, für welche gegenwärtig akzeptiert ist, daß er etwa 60 mJ/cm² beträgt. Derartige Energiedichten können durch eine große Vielzahl von kommerziell erhältlichen Lasern hergestellt werden. Beispielsweise könnte ein Laser ver wendet werden, welcher fähig ist, einen Laserstrahl eines ausreichend großen Durchmessers zur Verfügung zu stellen, um die abzutragende bzw. abzuschmelzende Oberfläche zu überdecken, d. h. in der Größenordnung von 4,5-7,0 mm im Durchmesser. Jedoch sind derartige Laserstrahlen typischerweise nicht regelmäßig in ihrer Intensität, woraus eine grobe Oberflächenabtragung resultiert. Weiters sind Laser, die fähig sind, derartige Laserstrahlen zu produzieren, typischerweise groß, teuer und fehleranfällig.
Alternativ könnte ein Laser verwendet werden, welcher einen Laserstrahl mit bedeutend kleinerem Durchmesser produziert, d. h. in der Größenordnung von 0,5 - 1,0 mm im Durchmesser. Hier werden zahlreiche Vorteile durch den Laserstrahl mit kleinerem Durchmesser zur Verfügung gestellt. Sie können erzeugt werden, um das oben festgehaltene Schwellwerterfordernis mit einem niedrigeren Energiepuls zu erfüllen als jenem des Strahls mit größerem Durchmesser. Weiters können Laserstrahlen mit einem derartigen kleineren Durchmesser mit einer regelmäßigen Intensität hergestellt werden, während die Varianz bzw. Abweichung in den Puls-zu- Puls-Energieniveaus minimiert wird. Schließlich sind Laser, die Laserstrahlen mit kleineren Durchmessern produzieren, physikalisch kleiner, weniger teuer und häufig zuverlässiger. Jedoch erfordert dies, daß die Position der kleinen Pulse präzise gesteuert bzw. geregelt wird, so daß die resultierende, abgetragene bzw. abgeschmolzene Oberfläche glatter als jene ist, die durch den größeren Laserstrahl produziert wird.
EP-A 151 869, auf welcher die zweiteilige Form der Ansprüche 1 und 2 basiert, offenbart ein Mikroprozessor-gesteuertes bzw. -geregeltes Abtastlaser- Hornhauterosionssystem.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein System zur Laserformung zur Verfügung zu stellen, welches für das Rekonturieren von Hornhautgewebe geeignet ist.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Anordnung eines Musters aus Laserpulsen oder -schüssen mit kleinem Durchmesser und regelmäßiger Intensität zur Verfügung zu stellen, um einen geformten Bereich bzw. ein geformtes Volumen von Hornhautgewebe in Übereinstimmung mit der Behandlung eines spezifischen Zustands des Auges zu erodieren oder abzutragen bzw. abzuschmelzen.
Noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Laserumformen zur Verfügung zu stellen, welches so ausgebildet ist, um kleine, billige Laser zu verwenden.
Andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in der Beschreibung und den Zeichnungen noch deutlicher.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, welche in den Ansprüchen 1 und 2 nachfolgend definiert ist, wird ein System zum Erodieren bzw. Abtragen oder Abschmelzen eines geformten Volumens eines Augenhornhautgewebes in Übereinstimmung mit der Behandlung eines spezifizierten Zustands des Auges zur Verfügung gestellt. Eine Mehrzahl von Laserstrahlschüssen gleichmäßiger bzw. einheitlicher Intensität wird ausgewählt, um ein gleichmäßiges Schußmuster oder gleichmäßige Schußdichte auszubilden. Wenn die Laserstrahlschüsse in Übereinstimmung mit dem regelmäßigen Schußmuster der gleichmäßigen Schußdichte aufgebracht bzw. angewandt werden, würden sie fähig sein, ein Volumen des Hornhautgewebes mit gleichmäßiger Höhe zu erodieren bzw. abzutragen. Das Volumen gleichmäßiger Höhe ist etwa gleich jenem des geformten Volumens. Die Laserstrahlschüsse werden gegenwärtig bzw. tatsächlich auf das Hornhautgewebe in einem räumlich verteilten Muster aufgebracht bzw. angewandt, das über eine Fläche etwa gleich dem Oberflächenbereich des zu erodierenden, geformten Volumens verteilt ist bzw. sich ausbreitet. Das räumlich verteilte Muster wird durch Verzerren des gleichmäßigen Schußmusters in einer feststehenden Weise von einer Bezugsposition auf dem geformten Volumen, das repräsentativ für die Symmetrieachse des geformten Volumens ist, erhalten. Die Schußdichte für die Laserstrahlschüsse ändert sich in Übereinstimmung mit dem Abstand von der Bezugsposition. Die spezielle räumliche Verteilung und die Änderung in der Schußdichte werden eingestellt, um die Zustände des Auges von Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit und Astigmatismus zu behandeln.
Diese Patentanmeldung ist gleichzeitig anhängig mit entsprechenden Patentanmeldungen mit dem Titel "Laser Beam Delivery and Eye Tracking System", welche am gleichen Tag eingereicht wurden und im Besitz eines gemeinsamen Assignees wie der vorliegenden Patentanmeldung sind. Siehe WO-A 9528989.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine diagrammartige bzw. schematische Ansicht eines Auges, das eine Meniskusform des Hornhautgewebes im Zusammenhang mit dem Zustand von Kurzsichtigkeit zeigt, welche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung volumetrisch abgetragen werden soll;
Fig. 1B ist eine vergrößerte, isolierte Ansicht des Meniskus von Fig. 1A;
Fig. 2 ist eine isolierte Ansicht des Meniskus von Fig. 1A, der im Vergleich zu einem Querschnitt eines gleichmäßigen Zylinders gezeigt ist, der so dimensioniert ist, daß er dasselbe Volumen wie jenes des Meniskus in Übereinstimmung mit der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 3 ist eine diagrammartige Ansicht eines Auges, das eine Form des Hornhautgewebes im Zusammenhang mit dem Zustand von Weitsichtigkeit zeigt, welche volumetrisch in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung entlang eines Querschnitts eines gleichmäßigen Zylinders, der derart dimensioniert ist, daß er dasselbe Volumen wie das durch die Form dargestellte Volumen aufweist, abgetragen werden soll;
Fig. 4 ist eine diagrammartige, perspektivische Ansicht der Behandlungszone eines Auges, das eine Form des Hornhautgewebes im Zusammenhang mit dem Zustand von Astigmatismus zeigt, die volumetrisch in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung entlang eines gleichmäßigen, rechteckigen Prismas abgetragen bzw. abgeschmolzen werden soll, welches derart dimensioniert ist, daß es dasselbe Volumen wie das Volumen aufweist, das durch die Form dargestellt ist;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Laserumformsystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt diagrammartig eine Anordnung für die Projektionsoptiken der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 zeigt diagrammartig eine optische Anordnung von Spiegeln, die verwendet werden, um translatorische Verschiebungen eines Lichtstrahls entlang einer Verschiebungsachse auszubilden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Indem nun auf die Zeichnungen und genauer auf Fig. 1A Bezug genommen wird, ist eine diagrammartige bzw. schematische Ansicht eines Auges, das allgemein durch Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, gezeigt. Das Auge 10 hat einen Meniskus aus Oberflächenmaterial, d. h. Hornhautgewebe, wie dies durch den schraffierten Bereich 11 angezeigt ist, welcher durch einen Laserstrahl mit geringem Durchmesser (z. B. in der Größenordnung von 0,5-1 mm Durchmesser) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung abzutragen bzw. abzuschmelzen ist. In beispielhafter Weise stellt der Meniskus 11 ein geformtes Volumen von Hornhautgewebe dar, das um die Sehachse 12 symmetrisch ist, welches zu erodieren ist, um den Zustand der Kurzsichtigkeit zu korrigieren. Dementsprechend ist die Dicke T(r) des Meniskus 11 an der Sehachse 12 des Auges 10 maximal, d. h. r = 0, und sinkt an der Außenseitenkante, d. h. r = rA, des Meniskus 11 gegen 0 ab. Es ist jedoch zu verstehen, daß das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung auch für andere Zustände des Auges, wie Weitsichtigkeit und Astigmatismus, wie dies weiter unten erklärt werden wird, anwendbar ist.
Wie dies in der Technik bekannt ist, können entweder direkte oder indirekte Messungen durchgeführt werden, um den Krümmungsradius Ri der Außenoberfläche 11i des Meniskus 11 zu bestimmen (d. h. die Hornhautoberfläche des Auges 10 vor der Laserbehandlung). Der Krümmungsradius RD der Innenoberfläche 11D des Meniskus 11 (d. h. die Hornhautoberfläche des Auges 10 nach der Laserbehandlung) basiert bekannterweise auf der gewünschten Brechungskorrektur. Der Pupillenradius bzw. Öffnungsradius rA des Meniskus 11 (d. h. die Behandlungs- oder optische Zone) wird durch den Arzt bestimmt bzw. definiert. Wenn diese Werte gegeben sind, ist es möglich, das Volumen des Meniskus 11 für jeden Pupillen- bzw. Öffnungsradius r wie folgt zu bestimmen, 0 ≤ r ≤ rA.
Das Meniskusvolumen bis zu einem Radius r ist die algebraische Summe des Volumens des Zylinders 110 mit Radius r und Dicke T(r) plus dem Volumen der sphärischen bzw. kugelförmigen Kappe 112 mit der Zentrumsdicke tci minus dem Volumen der sphärischen bzw. kugelförmigen Kappe 114 mit der Zentrumsdicke tcD (welche in dem Zylinder 110 enthalten ist). Dies wird am besten in Fig. 1 B gesehen, worin der Meniskus 11 vergrößert und gesondert bzw. isoliert gezeigt ist. Die Volumina Vci und VcD der Kappen 112 und 114 sind jeweils:
und
und die Dicke T(r) des Zylinders 110 ist
T(r) = (hi - Bi) - (hD - BD) (3)
worin
hi = (Ri² - r²) (4)
hD = (RD² - r²) (5)
Bi = (RD² - rA²) (6)
und
BD = (RD² - rA²) (7)
Indem die Gleichungen (4) - (7) durch Gleichung (3) ersetzt werden, wird T(r) eine Funktion von r, rA, Ri und RD. Das Volumen Vcl des Zylinders 110 ist daher
Vcl = π * r² * T(r, rA, Ri, RD) (8)
und das Volumen des Meniskus 11 an einem Radius r ist
Vr = Vcl + Vci - VcD (9)
Da das Volumen an Material, das durch jeden Laserstrahlschuß abgetragen wird, im voraus bekannt ist, wird die Anzahl der Laserstrahlschüsse N, die erforderlich sind, um den Meniskus 11 abzutragen, leicht unter Verwendung des Volumens des Meniskus 11 berechnet. Weiters kann die lokale Schußdichte an der Sehachse 12, worin r = 0, um die Dicke T(0) zu erhalten, leicht berechnet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beginnt durch Auswählen eines gleichmäßigen bzw. einheitlichen Musters derart, daß, wenn N Laserstrahlschüsse mit einer gleichmäßigen Schußdichte über das gleichförmige Muster angewandt bzw. aufgebracht werden, ein Zylinder der Höhe T(0) abgetragen würde. Das Volumen eines derartigen Zylinders würde gleich dem Volumen des Meniskus 11 sein und sein Radius würde rD sein, wobei rD < rA ist. Dies ist in Fig. 2 gezeichnet, wo ein Querschnitt des Zylinders 20 mit dem Radius rD und Höhe T(0) im Vergleich mit dem Meniskus 11 gezeigt ist.
Um das gewünschte Abtragen des Meniskus 11 zu erzielen, müssen die N Laserstrahlschüsse räumlich verteilt werden, um glatte Übergänge zwischen den resultierenden Oberflächenabtragungen zu erhalten. Begrifflich fixiert die vorliegende Erfindung zuerst die lokale Flächendichte der Laserstrahlschüsse an der Symmetrieachse des Meniskus 11, d. h. der Sehachse 12, so daß sie gleich jener der gleichmäßigen Schußdichte ist, die durch den Zylinder 20 dargestellt ist. Die durch den Zylinder 20 dargestellte Schußdichte wird dann gestreckt oder radial von der Sehachse 12 über den Oberflächenbereich, der durch die Oberfläche 11i nach außen bis rA gebildet ist, ausgedehnt, während gleichmäßig bzw. stetig die Laserdichte abgesenkt wird. Die Winkel zwischen jeder Schußposition in dem gleichmäßigen Muster des Zylinders 20 und dem aktuellen Muster, das auf das Auge 10 auftrifft, bleiben dieselben. Mit anderen Worten tritt die Ausdehnung der Schußposition nur in der radialen Richtung auf.
Die Dicke des Meniskus 11 an jedem beliebigen Radius r oder T(r) ist proportional zu ihrer lokalen Flächendichte der Laserstrahlschüsse. Der Zentrumswert von T(r) bei r = 0 ist gleich der Höhe des Zylinders 20. Da die Positionen des Schußmusters am Zylinder 20 radial ausgedehnt werden, bleibt die Zentrumshöhe oder Schußdichte unverändert und die lokale Flächendichte an anderen Punkten muß bestimmt werden. Das Verhältnis bzw. der Zusammenhang zwischen jedem Radius r des Meniskus 11 und rD ist
V(u)du = T(0) * π * rD²(10)
worin du das Differentialvolumen des Meniskus als eine Funktion von r ist, welches die Integrationsvariable ist. Dieses Verhältnis kann zur Vereinfachung der Bearbeitung wie folgt digitalisiert werden.
Es ist eine Serie von Werten rj, j = 1, 2, ... jmax zu nehmen, worin rj = rA und dr = (rj+1 - rj) ist. Weiters sollen die korrespondierenden Werte von rD als rDj bezeichnet werden. Dann
Wenn r über n gleiche Schritte ausgedehnt wird, worin n gewählt wird, daß es so groß wie möglich ist, um den Fehler zu minimieren, dann ist dr = rA/n und ri = j * dr. Dann
π * T(0) * rDk² = V(k * dr) = V(k * rA/n) (12)
worin k = 0, 1, 2, ..., n.
Da der Volumsmeniskus 11 an jedem Radius r unter Verwendung von Gleichung (9) bestimmt werden kann, kann Gleichung (12) für rDk gelöst werden und der Radius des Zylinders 20 wird auf rk ausgedehnt. So ist das Verhältnis rk/rDk der gewünschte Streck- bzw. Ausbreitungsfaktor. Der Effekt des "Ausbreitens" bzw. "Streckens" ist es, die Dichte der Laserstrahlschüsse zu verringern, wenn der radiale Abstand vom Zentrum des Auges ansteigt. Die sich stufenweise bzw. zunehmend ändernde Laserstrahlschußdichte, kombiniert mit einem kleineren Abtragungsvolumen, das durch Verwendung eines Lasers mit kleinem Durchmesser zutage gebracht wird, stellt einen glatten Übergang von dem dicken Bereich des Meniskus 11 zu dem dünnen Bereich bzw. Teil des Meniskus 11 sicher. Bei einer Wellenlänge von 193 nm und einer Fluenz von 160 mJ/cm² trägt jeder Puls die Hornhautoberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 0,25 um ab. Durch Verteilen der Laserstrahlschußdichte in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren ist die resultierende, abgetragene Hornhautoberfläche sehr glatt.
Für den als Weitsichtigkeit bekannten Augenzustand bestimmt die vorliegende Erfindung das erforderliche Laserstrahlschußmuster und bringt dieses in einer sehr ähnlichen Weise zu dem eben für die Kurzsichtigkeit beschriebenen Fall auf. In dem Fall von Weitsichtigkeit ist die Oberfläche der Augenhornhaut zu flach und muß steiler gemacht werden, d. h. der Hornhautkrümmungsradius muß abgesenkt bzw. verringert werden. Bezugnehmend auf Fig. 3 ist eine diagrammartige Ansicht einer schraffierten Form 31 gezeigt, welche für eine volumetrisch symmetrische Form um die Sichtachse 12 repräsentativ ist. Das durch die Form 31 dargestellte Volumen muß von dem Auge 10 abgetragen werden (welches in gepunkteter Linie gezeigt ist, um die Form 31 deutlicher zu machen), um den Zustand der Weitsichtigkeit zu korrigieren. Das Gesamtvolumen der Form 31 und die Anzahl der erforderlichen Laserstrahlschüsse N, um dieselbe abzutragen, wird zuerst bestimmt. Dann wird ein gleichmäßiges Schußmuster mit gleichmäßiger Schußdichte derart ausgewählt, daß ein Zylinder 40 (der im Querschnitt gezeigt ist) mit gleichmäßiger Höhe und einem Radius gleich jenem der Form 31 ausgebildet würde, wenn das gleichmäßige Schußmuster auf das Hornhautgewebe aufgebracht würde.
Um die gewünschte Abtragung der Form 31 zu erreichen, müssen die N Laserstrahlschüsse räumlich verteilt sein, um glatte Übergänge zwischen den resultierenden Oberflächenabtragungen zu erhalten. Dies wird durch Wiederverteilung der gleichmäßigen Schußdichte, die durch den Zylinder 40 dargestellt ist erreicht. Die lokale Flächendichte der Laserstrahlschüsse an der Symmetrieachse, d. h. der Sehachse 12, wird auf 0 abgesenkt, während die Schußdichte stetig nach außen in einer radialen Weise mit feststehendem Winkel bis zu dem Umfang der Form 31 angehoben wird. So wird das endgültige Schußdichteprofil nahezu demjenigen der Form 31 entsprechen, welche abzutragen ist. In Abhängigkeit von der Größe der erforderlichen Korrektur kann es auch notwendig sein, zusätzliche Laserstrahlschüsse auf das Auge 10 direkt über die Behandlungszone hinaus, die durch die Form 31 dargestellt ist, aufzubringen, um einen glatten Übergang zwischen den behandelten und unbehandelten Bereichen des Auges 10 zur Verfügung zu stellen.
Sowohl die Kurzsichtigkeits- als auch Weitsichtigkeitszustände erfordern, daß ein Volumen von Hornhautgewebe entfernt wird, welches radial symmetrisch um die Sehachse des Auges ist. Der als Astigmatismus bekannte Zustand ist jedoch unterschiedlich dahingehend, daß er eine Symmetrieachse in der Ebene senkrecht zu der Augensehachse besitzt. Weiters nimmt die Korrektur des Astigmatismus an, daß die Oberfläche des Auges flach ist. Dies ist diagrammartig durch die perspektivische Ansicht von Fig. 4 gezeigt, worin die flache Oberfläche des Auges, das zu behandeln ist, d. h. die Behandlungszone, durch die strichlierte Linie 14 dargestellt ist. Die Korrektur erfordert, daß ein Abschnitt 51 eines Zylinders von der Hornhaut entfernt wird. Der Abschnitt 51 hat eine Dicke, die 10 entlang seiner Zentralachse 52 ist und nach außen zu seinem Umfang abnimmt. Wiederum wird zuerst das Volumen des zu entfernenden Hornhautgewebes und die Anzahl von Laserstrahlschüssen N, die erforderlich sind, bestimmt. Dann wird ein gleichmäßiges Schußmuster mit gleichmäßiger Schußdichte derart gewählt, daß ein rechtwinkeliges Prisma 60, das eine Zentrallängsachse 62 besitzt, durch die N Laserstrahlschüsse gebildet würde. Das rechtwinkelige Prisma 60 hat eine gleichmäßige Höhe H, die gleich der Dicke 10 entlang der Zentralachse von Teil 51 ist. Die Länge L des rechtwinkeligen Prismas 60 sollte ausreichend sein, um den Durchmesser der Behandlungszone 14 zu überspannen.
Um die gewünschte Abtragung des Teils bzw. Bereichs 51 zu erreichen, müssen die N Laserstrahlschüsse räumlich verteilt werden, um glatte Übergänge zwischen den resultierenden Oberflächenabtragungen zu erhalten. Im wesentlichen wird dies durch Wiederverteilung der gleichmäßigen Schußdichte, die durch das rechteckige bzw. rechtwinkelige Prisma 60 dargestellt ist, erreicht. Die lokale Flächendichte der Laserstrahlschüsse an der Symmetrieachse, d. h. der Zentralachse 52 von Teil 51, ist eingestellt, um gleich der gleichmäßigen Schußdichte des rechteckigen Prismas 60 zu sein. Die Schußdichte wird dann schrittweise gegen Null abgesenkt, wenn das gleichmäßige Schußmuster, das durch das rechteckige Prisma 60 dargestellt ist, nach außen in gegenüberliegende Richtungen von der zentralen Achse 62 in der sich senkrecht zu der Sehachse 12 erstreckenden Ebene ausgedehnt wird. So wird sich das endgültige Schußdichteprofil im wesentlichen jenem von Teil 51, welcher abzutragen ist, annähern. Es ist festzuhalten, daß nicht alle N Laserstrahlschüsse aufgebracht werden. Insbesondere werden die Laserstrahlschüsse, die dem Bereich 51 zugeordnet sind, der außerhalb der Behandlungszone 14 liegt, weggeschnitten bzw. unterdrückt.
Die vorliegende Erfindung kann weiter auf den Fall von unregelmäßigem Astigmatismus ausgedehnt werden, welcher durch eine verallgemeinerte Hornhautform, die keinerlei Symmetrieachse besitzt, beschrieben ist. In diesem Fall kann das zu erodierende Gesamtvolumen durch eine Vielzahl von lokalsymmetrischen Volumina, die summiert werden, abgeschätzt bzw. angenähert werden. Jedes der symmetrischen Volumina ist derart gewählt, daß eine Abtragung desselben in Übereinstimmung mit einem der oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann.
Um die oben beschriebenen Verfahren zu implementieren, ist ein System 5 in Fig. 5 in Blockdiagrammform dargestellt. Das System 5 umfaßt einen Behandlungslaser 500, der einen Laserstrahl 502 produziert, Projektionsoptiken 510, X-Y-Verschiebungs-Spiegeloptiken 520 und eine Strahlenverschiebungssteuer- bzw. - regeleinrichtung 530. Der Behandlungslaser 500 ist typischerweise ein Laser mit gepulster Ausgabe. Beispielsweise wird angenommen, daß der Behandlungslaser 500 ein gepulster 193 nm Wellenlängen-Excimerlaser ist, der in einem augenoptischen PRK-Verfahren, das an dem Auge 10 ausgeführt wird, verwendet wird. Es ist jedoch zu verstehen, daß das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung auch auf andere Werkstücke als das Auge anzuwenden sind und weiters auf andere Wellenlängen-Oberflächenbehandlungen oder Oberflächen erodierende Laser, wo es wünschenswert ist, ein geformtes Volumen von Oberflächenmaterial zu erodieren bzw. abzutragen.
Der Laserstrahl 502 fällt über Projektionsoptiken 510 ein. Die Projektionsoptiken 510 stellt den Durchmesser und den Abstand zum Fokus des Strahls 502 in Abhängigkeit von den Erfordernissen des speziellen Verfahrens, das durchzuführen ist, ein. Für das erläuternde Beispiel eines Excimerlasers, der in dem PRK-Verfahren verwendet wird, umfassen die Projektionsoptiken 510 planar-konkave Linsen 512 und Linsen 514 und 516 mit feststehendem Fokus, wie dies in der schematischen Anordnung von Fig. 6 gezeigt ist. Die Linsen 512 und 514 wirken zusammen, um ein A-fokales Teleskop zu bilden, welches den Durchmesser des Strahls 502 ausdehnt. Die Linse 516 mit feststehendem Fokus fokussiert den expandierten bzw. aufgeweiteten Strahl 502 auf dem Werkstück, d. h. dem Auge 10, und stellt eine ausreichende Tiefe, die durch den Pfeil 518 dargestellt ist, in der Ebene des Fokus der Linse 516 sicher. Dies stellt eine Flexibilität in der Anordnung der Projektionsoptiken 510 relativ zu der Oberfläche des Werkstücks zur Verfügung. Eine alternative Implementierung ist es, die Linse 514 zu eliminieren, wenn eine geringere Flexibilität toleriert werden kann.
Nach Verlassen der Projektionsoptiken 510 trifft der Strahl 502 auf die X-Y- Verschiebungs-Spiegeloptiken 520, wo der Strahl 502 unabhängig entlang jeder von zwei orthogonalen Verschiebungsachsen, wie dies von der Strahlverschiebungssteuer- bzw. -regeleinheit 530 bestimmt wird, bewegt oder verschoben wird. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 530 ist typischerweise ein Prozessor, der mit einem vorbestimmten Satz von zweidimensionalen Bewegungen oder Verschiebungen von Strahlen 502 in Abhängigkeit von dem speziellen ophthalmischen Verfahren, das durchzuführen ist, programmiert ist. So ist die Steuer- bzw. Regeleinheit 530 in Übereinstimmung mit einem der oben beschriebenen Schußmuster- Verteilungsverfahren in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Augenzustand programmiert. Die programmierten Verschiebungen des Strahls 502 werden durch die X-Y-Verschiebungs-Spiegeloptiken 520 implementiert.
Jede X- und Y-Achse der Verschiebung ist unabhängig durch einen Verschiebungsspiegel gesteuert bzw. geregelt. Wie dies diagrammartig in Fig. 7 gezeigt ist, ist der Y-Verschiebungsvorgang der X-Y-Verschiebungs-Spiegeloptiken 520 unter Verwendung des Verschiebungsspiegels 522 implementiert. Der Verschiebungs- bzw. Bewegungsspiegel 522 ist zwischen der gezeigten Position und der durch die strichlierten Linie 526 angedeuteten Position bewegbar. Eine Bewegung des Verschiebungsspiegels 522 ist derart, daß der Winkel des Ausgangsstrahls in bezug auf den Eingangsstrahl konstant bleibt. Eine derartige Bewegung wird durch den Motor des Verschiebungsspiegels und die Steuerung bzw. Regelung 525 durch Eingaben durchgeführt, die von der Strahlverschiebungssteuer- bzw. -regeleinrichtung 530 erhalten werden. Beispielsweise können Motor und Steuerung 525 mit einem Motor von Trilogy Systems Corporation (z. B. Modell T050) und einem Steuer- bzw. Regelbord von Delta Tau Systems (z. B. Modell 400-602276 PMAC) realisiert werden.
Mit dem wie gezeigt positionierten Verschiebungsspiegel 522 bewegt sich der Strahl 502 entlang des durch die durchgezogene Linie 528a gezeigten Wegs. Bei entlang der strichlierten Linie 526 angeordnetem Verschiebungsspiegel 522 bewegt sich der Strahl 502 entlang des durch die strichlierte Linie 528b vorgezeichneten Wegs. Ein analoger Verschiebungsspiegel (nicht gezeigt) würde für den X-Verschiebungsvorgang verwendet werden. Der X-Verschiebungsvorgang wird auf dieselbe Weise, jedoch orthogonal bzw. senkrecht auf die Y-Verschiebung durchgeführt. Die X- Verschiebung kann vor oder nach dem Y-Verschiebungsvorgang durchgeführt bzw. implementiert werden.
Obwohl die Erfindung in bezug auf eine spezifische Ausbildung derselben beschrieben wurde, gibt es zahlreiche Abänderungen und Modifikationen, welche leicht dem Fachmann im Lichte der obigen Lehren offensichtlich sein werden. Es ist daher zu verstehen, daß innerhalb des Rahmens der angeschlossenen Patentansprüche die Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

1. Reflektor-Antennensystem zur Verwendung in einem umlaufenden bzw. kreisenden Raumfahrzeug (14), umfassend:

einen schirmartigen Reflektor (12), welcher eine Nabenanordnung (24) aufweist, welche bei einer Aktivierung bzw. Betätigung bewirkt, daß sich der Reflektor (12) zwischen zusammengeklappten bzw. zusammengelegten bzw. gefalteten bzw. kollabierten und geöffneten Konfigurationen bewegt, wobei der Reflektor (12) weiters ein Maschenglied bzw. -element (22) aufweist;

einen Entfaltungsausleger (16), um den Reflektor (12) zwischen einer gefalteten und verstauten Konfiguration benachbart dem Raumfahrzeug (14) innerhalb einer Frachtraumverkleidung (15) und einer eingesetzten bzw. entfalteten Konfiguration entfernt von dem Raumfahrzeug (14) zu bewegen;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Reflektor (12) eine Hauptrippe (18) einer Drehmoment-Kastenkonstruktion und eine Vielzahl von sekundären Rippen (20) einer planaren bzw. ebenen Gerippe- bzw. Fachwerkkonstruktion aufweist, wobei die Hauptrippe und die sekundären Rippen mit der Nabenanordnung (24) und dem Draht- bzw. Maschenglied (22) verbunden sind, welches an der Hauptrippe (18) und den sekundären Rippen (20) festgelegt ist; der Entfaltungsausleger (16) die Hauptrippe (18) des Reflektors mit dem Raumfahrzeug (14) verbindet, wobei der Entfaltungsausleger mit der Hauptrippe (18) und dem Raumfahrzeug (14) betätigbar ist, um die Bewegung des Reflektors (12) zu bewirken; und

das Reflektor-Antennensystem weiters eine Zufuhranordnung bzw. -einheit (26) umfaßt, welche mit dem Raumfahrzeug verbunden ist, wobei die Zufuhranordnung (26) von dem Maschenglied (22) des Reflektors (12) versetzt und mit diesem betätigbar ist, wenn sich der Reflektor (12) in der entfalteten bzw. eingesetzten Konfiguration befindet, um Radiofrequenzenergie zu empfangen und/oder davon zu senden.

2. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 1, worin die Gesamtanzahl der Rippen (20) eine ungerade Anzahl ist, so daß der Ausleger (16) wenigstens teilweise zwischen einem Paar von sekundären Rippen (20a, 20b) positioniert werden kann, welche gegenüberliegend von der Hauptrippe (18) angeordnet sind, wenn sich der Reflektor (12) in der gefalteten und verstauten Konfiguration befindet.

3. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 1, weiters umfassend zwei gegenüberliegende Gelenkstreifen bzw. -bänder (78, 80), welche jede der Rippen (18, 20) mit der Nabenanordnung (24) verbinden.

4. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 1, worin der Entfaltungsausleger (16) geknickt bzw. abgewinkelt (38) ist, um ein Verstauen des Reflektors (12) mit niedrigem bzw. geringem Profil in der gefalteten und verstauten Konfiguration zu erlauben.

5. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 1, worin die Hauptrippe (20) aus einer inneren Hauptrippe (90) und einer äußeren Hauptrippe (92) besteht, welche mit der inneren Hauptrippe (90) verbunden bzw. verspleißt ist.

6. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 1, weiters umfassend ein Netzwerk von vorgespannten, radialen und in Umfangsrichtung verlaufenden bzw. umfängliche Haltegurten bzw. Korde (84, 86), welche dem Maschenglied (22) zugeordnet sind, um der natürlichen Kissentendenz des Maschenglieds (22) zu widerstehen bzw. entgegenzuwirken.

7. Reflektor-Antennensystem nach Anspruch 6, worin der Umfangsabstand der Rippen (18, 20) von Rippe zu Rippe variiert, um Maschenfacettenfehler zu minimieren.

8. Verfahren zur Ausbildung der Oberfläche eines Maschenreflektors (12), welcher eine Nabenanordnung (24) und eine Vielzahl von Rippen (18, 20) beinhaltet, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Installieren eines Maschen-bzw. Drahtglieds (22) über den Rippen (18, 20);

Installieren eines Netzwerks von Spanngurten (84, 86) an dem Maschenglied (22); und

Festlegen des Maschenglieds (22) an den Rippen (18, 20) entlang radialer Festlegungspunkte (88) an den Rippen (18, 20);

dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Rippen (18, 20) eine Hauptrippe (18) einer Drehmoment-Kastenkonstruktion und eine Vielzahl von sekundären Rippen einer planaren Gerippe- bzw. Fachwerkkonstruktion umfaßt und einen inneren (90, 110) und einen äußeren Abschnitt bzw. Bereich (92, 112) aufweist, optisches Ausrichten der äußeren Abschnitte von jeder der Vielzahl von Rippen (18, 20);

optisches Ausrichten der Nabenanordnung und von inneren Abschnitten (90, 110) von jeder der Vielzahl von Rippen (18, 20); und

Verbinden bzw. Verspleißen der äußeren Abschnitte (92, 112) von jeder der Vielzahl der Rippen (18, 20) mit dem entsprechenden inneren Abschnitt (90, 110).

9. Verfahren nach Anspruch 8, weiters umfassend den Schritt eines optischen Messens der Oberfläche des Maschenreflektors.

10. Verfahren nach Anspruch 8, weiters umfassend ein Einstellen des Maschenglieds, bis die Oberfläche des Maschenreflektors zufriedenstellend ist.