JP2002502062A - 回折性の光学的ビーム積分によるレーザー伝送システムおよび方法 - Google Patents
回折性の光学的ビーム積分によるレーザー伝送システムおよび方法Info
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Abstract
(57)【要約】
レーザー伝達システムおよび方法は、回折性の光学的ビーム積分器を組み入れる。エキシマレーザービーム（１０）の空間的強度分布を空間的積分ビームを発生させるために改変するための回折性の光学的開口は、回折性の光学的ディフューザー（１２）および収束レンズ（２２）を含む。回折性の光学的ディフューザー（１２）は、エキシマレーザービームの強度プロファイルを空間的積分平面でほぼ円形の実質的に均一な空間的強度分布に変更するために、透明媒体にエッチングされた回折格子パターンを含む。空間的積分平面の周りに位置する種々の開口は、選択的に空間的積分分布を結像レンズに通過させる。結像レンズは、切除される組織の表面の周りで通過されるビームの像を形成する。コンピューター制御での走査要素は、表面周りの結像されたビームを走査する。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は概して、ビームの空間的強度分布を変更するための光ビームシステム
に関し、より詳細には、エキシマレーザービームの空間的および／または時間的
強度分布を変更し、それにより組織の切除に対して実質的に均一な強度のビーム
を生成する、光ビームシステムに関する。
に関し、より詳細には、エキシマレーザービームの空間的および／または時間的
強度分布を変更し、それにより組織の切除に対して実質的に均一な強度のビーム
を生成する、光ビームシステムに関する。
【０００２】 （発明の背景） エキシマレーザーは、例えば角膜切除および他の外科的処置のような組織切除
を含む、様々な用途に使用されてきた。典型的なエキシマレーザービームの強度
プロファイルの断面は、典型的に空間的均一性がない。一般に、ビームは、ほぼ
矩形の断面を有する。その矩形のビーム長軸に沿う強度は、ビームの中心部分に
渡って実質的に一定である。ビームの短軸に沿う強度は、実質的にガウス分布で
ある。従って、エキシマレーザービームの発散は、２つの軸に沿って異なる。そ
の結果、ビームは、放射されたときの形状を変化させ、エキシマレーザーから離
れて進行する。
を含む、様々な用途に使用されてきた。典型的なエキシマレーザービームの強度
プロファイルの断面は、典型的に空間的均一性がない。一般に、ビームは、ほぼ
矩形の断面を有する。その矩形のビーム長軸に沿う強度は、ビームの中心部分に
渡って実質的に一定である。ビームの短軸に沿う強度は、実質的にガウス分布で
ある。従って、エキシマレーザービームの発散は、２つの軸に沿って異なる。そ
の結果、ビームは、放射されたときの形状を変化させ、エキシマレーザーから離
れて進行する。
【０００３】 実質的に均一な強度の、レーザービームを生成することは、組織切除のような
多くの外科的処置において、特に屈折率補正または治療目的のための角膜切除に
おいて、重要である。さらに、レーザービームは、切除処置中に切除アルゴリズ
ムによって必要とされる形状を維持するべきである。
多くの外科的処置において、特に屈折率補正または治療目的のための角膜切除に
おいて、重要である。さらに、レーザービームは、切除処置中に切除アルゴリズ
ムによって必要とされる形状を維持するべきである。
【０００４】 様々な方法が、レーザービームの空間的照射あるいは強度分布を修正するため
に、使用されてきた。切除を行う平面で、ビームの断面に渡ってより均一な強度
のビームを生成するために、研究者らは、ビームの均一性を増し、ビームの発散
を減少させるためにレーザー発射容量および共振器オプティクスを変更した。マ
スクの開口は、ビームの残りの部分を切り捨てることによって、ビームのほぼ均
一な部分を選択する。開口は、角膜面のような切除面で結像される。あるいは、
ビーム発散が十分弱い場合、開口によって選択されたビームは、角膜面に対して
直接投射され得る。
に、使用されてきた。切除を行う平面で、ビームの断面に渡ってより均一な強度
のビームを生成するために、研究者らは、ビームの均一性を増し、ビームの発散
を減少させるためにレーザー発射容量および共振器オプティクスを変更した。マ
スクの開口は、ビームの残りの部分を切り捨てることによって、ビームのほぼ均
一な部分を選択する。開口は、角膜面のような切除面で結像される。あるいは、
ビーム発散が十分弱い場合、開口によって選択されたビームは、角膜面に対して
直接投射され得る。
【０００５】 ビーム強度を改善する別の方法は、ビームを一連のビームレット（ｂｅａｍｌ
ｅｔ）に分解するために複雑な光学システム（例えば、ミラー、プリズム、また
はレンズのセット）を用いる。ビームレットは、マスクの開口によって均一な強
度を生成する様式で、重ね合わされる。その開口は角膜面上に結像される。
ｅｔ）に分解するために複雑な光学システム（例えば、ミラー、プリズム、また
はレンズのセット）を用いる。ビームレットは、マスクの開口によって均一な強
度を生成する様式で、重ね合わされる。その開口は角膜面上に結像される。
【０００６】 さらに別の方法は、幾何学的な螺旋形状を有する１つ以上の開口で形成される
回転可能なマスクを用い、それによりビームの空間的強度分布を変更する。それ
は、Ｋｌｏｐｏｔｅｋに対して発行された、米国特許第５，６５１，７８４号に
、「ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＡＰＥＲＴＵＲＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ Ｍ
ＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＰＨＯＴＯＡＢＬＡＴＩＯＮ ＯＦ
ＳＵＲＦＡＣＥ」と題して開示される。回転ダブプリズムまたはｋ−ミラーの
ような時間的ビーム積分器は、レーザービームを修正するために使用され、ある
時間間隔におけるいくつかのレーザーパルスの平均的な不均一性を改善する。
回転可能なマスクを用い、それによりビームの空間的強度分布を変更する。それ
は、Ｋｌｏｐｏｔｅｋに対して発行された、米国特許第５，６５１，７８４号に
、「ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＡＰＥＲＴＵＲＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ Ｍ
ＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＰＨＯＴＯＡＢＬＡＴＩＯＮ ＯＦ
ＳＵＲＦＡＣＥ」と題して開示される。回転ダブプリズムまたはｋ−ミラーの
ような時間的ビーム積分器は、レーザービームを修正するために使用され、ある
時間間隔におけるいくつかのレーザーパルスの平均的な不均一性を改善する。
【０００７】 Ｇｌｏｃｋｌｅｒによる、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ Ｆ
ＯＲ ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＡＮＤ ＳＰＡＴＩＡＬ ＢＥＡＭ ＩＮＴＥＧＲＡ
ＴＩＯＮ」と題する、米国特許第５，６４６，７９１号は、本明細書中全体にわ
たって参考として援用され、空間的ビーム積分器を用いて、レーザビーム強度の
プロファイルの空間的均一性を改善し、さらに別個の回転時間的ビーム積分器を
用いて、レーザーパルス時間間隔のレーザービーム強度の均一性を維持する。空
間的ビーム積分器は、ホロー中心の周りに分布した複数のプリズムを含む。各プ
リズムの射出面は、空間的ビーム積分器の本体軸に関して、正確に角度をなして
おり、それにより中心方向へビームを反射する。空間的ビーム積分器は、空間的
ビーム積分器に関して、定常のビームを生成するように定常状態であり得るか、
あるいは回転ビームを生成するように回転され得る。時間的ビーム積分器は、両
方のレンズの焦点距離の合計とほぼ等しい距離だけ、ビーム軸に沿って間隔を空
けられた、一対の回転円柱状レンズを含む。
ＯＲ ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＡＮＤ ＳＰＡＴＩＡＬ ＢＥＡＭ ＩＮＴＥＧＲＡ
ＴＩＯＮ」と題する、米国特許第５，６４６，７９１号は、本明細書中全体にわ
たって参考として援用され、空間的ビーム積分器を用いて、レーザビーム強度の
プロファイルの空間的均一性を改善し、さらに別個の回転時間的ビーム積分器を
用いて、レーザーパルス時間間隔のレーザービーム強度の均一性を維持する。空
間的ビーム積分器は、ホロー中心の周りに分布した複数のプリズムを含む。各プ
リズムの射出面は、空間的ビーム積分器の本体軸に関して、正確に角度をなして
おり、それにより中心方向へビームを反射する。空間的ビーム積分器は、空間的
ビーム積分器に関して、定常のビームを生成するように定常状態であり得るか、
あるいは回転ビームを生成するように回転され得る。時間的ビーム積分器は、両
方のレンズの焦点距離の合計とほぼ等しい距離だけ、ビーム軸に沿って間隔を空
けられた、一対の回転円柱状レンズを含む。
【０００８】 「ＢＥＡＭ−ＨＯＭＯＧＥＮＩＺＥＲ」と題する、Ｆｅｌｄｍａｎの米国特許
第５，６１０，７３３号、および「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ ＭＥＴＨＯＤ Ｆ
ＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＤＥＳＩＲＥＤ ＷＡＶＥＦＲＯＮＴ ＴＲＡＮＳ
ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ」と題する、Ｃａｓｅの米国特許第４，５４７，０３７号は
、本明細書全体にわたって参考として援用され、レーザービームのエネルギー分
布を変化させるために回折性のオプティクスを用いている。回折光学素子は、第
１平面のレーザービーム路に配置される。第１平面で、複数の格子パターンを適
切に構成することにより、望ましい出力エネルギーが第２平面で生成される。
第５，６１０，７３３号、および「ＨＯＬＯＧＲＡＰＨＩＣ ＭＥＴＨＯＤ Ｆ
ＯＲ ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ ＤＥＳＩＲＥＤ ＷＡＶＥＦＲＯＮＴ ＴＲＡＮＳ
ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ」と題する、Ｃａｓｅの米国特許第４，５４７，０３７号は
、本明細書全体にわたって参考として援用され、レーザービームのエネルギー分
布を変化させるために回折性のオプティクスを用いている。回折光学素子は、第
１平面のレーザービーム路に配置される。第１平面で、複数の格子パターンを適
切に構成することにより、望ましい出力エネルギーが第２平面で生成される。
【０００９】 （発明の要旨） 組織を切除する従来の方法は、複雑で高価な装置を使用して、レーザービーム
の均一性を改善する。パルスレーザーから放出された不均一な強度のビームを、
ビームの断面の大部分にわたって実質的に均一な強度のレーザービームへ変換す
ることができる、単純かつ安価な装置が求められる。さらに、本発明の実施形態
は、レーザーパルス間でビーム変換装置を移動するための手段を提供することに
より、レーザービームの時間的積分を提供する。
の均一性を改善する。パルスレーザーから放出された不均一な強度のビームを、
ビームの断面の大部分にわたって実質的に均一な強度のレーザービームへ変換す
ることができる、単純かつ安価な装置が求められる。さらに、本発明の実施形態
は、レーザーパルス間でビーム変換装置を移動するための手段を提供することに
より、レーザービームの時間的積分を提供する。
【００１０】 本発明の一局面に従って、組織切除のためのエキシマレーザーシステムは、フ
ッ化アルゴンエキシマレーザーを備え、パルス化されたレーザーエネルギーの不
均一なビームを光路に沿って生成する。その不均一なビームは、不均一な空間的
強度分布を有する。回折性の光学的ディフューザーは、レーザーから間隔が空い
ており、ビームの光路に沿って配置された透明なエッチングされたパターンを含
み、それにより不均一なビームを、実質的に均一な空間的強度分布を有する空間
的積分ビーム（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｂｅａｍ）に変換する
。正のレンズは、回折性の光学的ディフューザーの周りに配置され、空間的積分
ビームの焦点を、空間的積分平面（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
ｐｌａｎｅ）で望ましい空間的強度分布に合わせる。
ッ化アルゴンエキシマレーザーを備え、パルス化されたレーザーエネルギーの不
均一なビームを光路に沿って生成する。その不均一なビームは、不均一な空間的
強度分布を有する。回折性の光学的ディフューザーは、レーザーから間隔が空い
ており、ビームの光路に沿って配置された透明なエッチングされたパターンを含
み、それにより不均一なビームを、実質的に均一な空間的強度分布を有する空間
的積分ビーム（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｂｅａｍ）に変換する
。正のレンズは、回折性の光学的ディフューザーの周りに配置され、空間的積分
ビームの焦点を、空間的積分平面（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
ｐｌａｎｅ）で望ましい空間的強度分布に合わせる。
【００１１】 本発明は、回折格子の技術を用いて、エキシマレーザービームの空間的強度分
布を変更する。従来の回折格子は、開口あるいは障壁を備え、回折要素の繰り返
し配列を含む。その回折要素は、位相、振幅、あるいはレーザービームのような
突発的な波の両方において周期的な交互変化を生成する効果を有する。一つの単
純な配列は、互いに一様な間隔を置かれた一連のスリットを備える障壁である。
より一般的な回折格子装置は、透明なガラスプレートであり、整然としたあるい
は無作為的な平行な切り目が、平らなガラスプレートの表面に引っ掻かれあるい
は引かれている。切り目はそれぞれ散乱光源として働き、組み合わさって平行ラ
イン光源の規則的な配列を形成する。格子が、無視できる振幅変調に関して全体
として透明である場合、格子を横切る光学的厚さの規則的変化は、位相の変調を
生じる。この場合、回折格子装置は伝達位相格子として働く。本発明において、
透明な媒体にエッチングされた回折格子パターンは、エキシマレーザービームを
ほぼ均一な空間的強度分布を有する出力ビームに変換する。
布を変更する。従来の回折格子は、開口あるいは障壁を備え、回折要素の繰り返
し配列を含む。その回折要素は、位相、振幅、あるいはレーザービームのような
突発的な波の両方において周期的な交互変化を生成する効果を有する。一つの単
純な配列は、互いに一様な間隔を置かれた一連のスリットを備える障壁である。
より一般的な回折格子装置は、透明なガラスプレートであり、整然としたあるい
は無作為的な平行な切り目が、平らなガラスプレートの表面に引っ掻かれあるい
は引かれている。切り目はそれぞれ散乱光源として働き、組み合わさって平行ラ
イン光源の規則的な配列を形成する。格子が、無視できる振幅変調に関して全体
として透明である場合、格子を横切る光学的厚さの規則的変化は、位相の変調を
生じる。この場合、回折格子装置は伝達位相格子として働く。本発明において、
透明な媒体にエッチングされた回折格子パターンは、エキシマレーザービームを
ほぼ均一な空間的強度分布を有する出力ビームに変換する。
【００１２】 本発明の別の局面は、ビーム軸に沿って投射されパルス化されたレーザーエネ
ルギーの不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームを空間的に積分するた
めの装置であり、組織切除のための光学的切除の実施が可能である。装置は、ビ
ーム軸に対して整列された不均一なエキシマビームの光路に配置された手段を備
え、不均一なエキシマビームを回折的に発散させ、空間的に積分されたビームを
発生する。空間的に積分されたビームは、ビームの断面全体にわたって、実質的
に均一な強度分布を有する。収束レンズは、発散手段の周りに位置し、ビーム軸
に対して整列された発散手段から出るレーザービームの光路に配置される。収束
レンズは、空間的に積分されたビームの焦点を、空間的積分平面で望ましい大き
さおよび空間的強度分布に合わせる。
ルギーの不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームを空間的に積分するた
めの装置であり、組織切除のための光学的切除の実施が可能である。装置は、ビ
ーム軸に対して整列された不均一なエキシマビームの光路に配置された手段を備
え、不均一なエキシマビームを回折的に発散させ、空間的に積分されたビームを
発生する。空間的に積分されたビームは、ビームの断面全体にわたって、実質的
に均一な強度分布を有する。収束レンズは、発散手段の周りに位置し、ビーム軸
に対して整列された発散手段から出るレーザービームの光路に配置される。収束
レンズは、空間的に積分されたビームの焦点を、空間的積分平面で望ましい大き
さおよび空間的強度分布に合わせる。
【００１３】 本発明の別の局面は、組織を切除するために光学的切除の実施が可能な不均一
なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を空間的に
積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折的に発散し、実質的に
均一な空間的強度分布を有する発散ビームを得る工程を含む。分散されたビーム
は、空間的積分平面上で収束する。収束されたビームは、空間的積分平面から組
織の周りの平面に対して結像する。
なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を空間的に
積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折的に発散し、実質的に
均一な空間的強度分布を有する発散ビームを得る工程を含む。分散されたビーム
は、空間的積分平面上で収束する。収束されたビームは、空間的積分平面から組
織の周りの平面に対して結像する。
【００１４】 本発明の更なる局面は、組織を切除するために光学的切除の実施が可能な、不
均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を空間
的に積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折的に発散し、それ
により実質的に均一な空間的強度分布を有する発散されたビームを得る工程を含
む。発散されたビームは、空間的積分平面上で収束される。空間的積分平面の周
りに配置された可変開口は、選択的にビームを通過させる。通過したビームは、
空間的積分平面から組織の周りの平面に対して結像する。
均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を空間
的に積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折的に発散し、それ
により実質的に均一な空間的強度分布を有する発散されたビームを得る工程を含
む。発散されたビームは、空間的積分平面上で収束される。空間的積分平面の周
りに配置された可変開口は、選択的にビームを通過させる。通過したビームは、
空間的積分平面から組織の周りの平面に対して結像する。
【００１５】 本発明のさらなる局面は、組織を切除するために光学的切除の実施が可能な、
不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を、
空間的および時間的に積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折
的に発散し、それによりほぼ均一な空間的強度分布を有する発散ビームを得る工
程を含む。発散されたビームは、空間的積分平面上で収束される。空間的積分平
面の周りに配置された可変開口は、選択的にビームを通過させる。通過したビー
ムは、空間的積分平面から組織の周りの平面まで結像される。レーザーパルスの
間で、移動工程は、回折要素を移動させ、後のレーザーパルスの時間的積分を提
供する。
不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な空間的強度分布を、
空間的および時間的に積分する方法である。この方法は、不均一なビームを回折
的に発散し、それによりほぼ均一な空間的強度分布を有する発散ビームを得る工
程を含む。発散されたビームは、空間的積分平面上で収束される。空間的積分平
面の周りに配置された可変開口は、選択的にビームを通過させる。通過したビー
ムは、空間的積分平面から組織の周りの平面まで結像される。レーザーパルスの
間で、移動工程は、回折要素を移動させ、後のレーザーパルスの時間的積分を提
供する。
【００１６】 本発明の別の局面に従って、不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービーム
を使用する、手術面での組織切除の方法は、不均一ビームを回折し、それにより
、実質的に最上層の空間的強度分布を均一部分とともに有する空間的に積分され
たビームを得る工程を含む。空間的に積分されたビームは、空間的に積分された
ビームの光路に配置された、空間的に積分された平面上に焦点が合わせられる。
空間的に積分されたビームの均一部分の大きさおよび形状は、空間的積分平面の
周りに位置する開口によって調節される。空間的に積分されたビームの、調節さ
れた均一部分は、手術面の周りの平面上で結像する。
を使用する、手術面での組織切除の方法は、不均一ビームを回折し、それにより
、実質的に最上層の空間的強度分布を均一部分とともに有する空間的に積分され
たビームを得る工程を含む。空間的に積分されたビームは、空間的に積分された
ビームの光路に配置された、空間的に積分された平面上に焦点が合わせられる。
空間的に積分されたビームの均一部分の大きさおよび形状は、空間的積分平面の
周りに位置する開口によって調節される。空間的に積分されたビームの、調節さ
れた均一部分は、手術面の周りの平面上で結像する。
【００１７】 本発明のさらなる別の局面は、組織を切除するための光学的切除の実施が可能
な、不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な強度分布を空間
的に積分する方法である。その方法は、不均一なビームを回折的に発散させ、そ
れにより、実質的に上部が丸い空間的強度分布を有する発散されたビームを得る
工程を含む。発散されたビームは、空間的積分平面上に収束される。その収束さ
れたビームは、空間的積分平面から組織の周りの平面に対して結像する。
な、不均一なフッ化アルゴンエキシマレーザービームの不均一な強度分布を空間
的に積分する方法である。その方法は、不均一なビームを回折的に発散させ、そ
れにより、実質的に上部が丸い空間的強度分布を有する発散されたビームを得る
工程を含む。発散されたビームは、空間的積分平面上に収束される。その収束さ
れたビームは、空間的積分平面から組織の周りの平面に対して結像する。
【００１８】 （好ましい実施態様の説明） 図１および２を参照すると、ほぼ矩形のエキシマレーザービーム１０がビーム
軸１１に沿って回折要素１２の方へ投射される。ビーム１０の長軸（ｘ−軸）に
沿った強度は、ほぼ均一である。一方、短軸（ｙ−軸）に沿った強度は、実質的
にガウス分布である。回折要素１２は、ほぼ平面の本体１６を有し、これはレー
ザービーム１０を受容し、そして回折的に変換する透明部分１８を備える。回折
要素１２から出る回折したビーム２０は、ビーム軸１１沿いに正または収束レン
ズ２２（これは回折したビーム２０を収束する）を通って進行する。収束したビ
ーム３０は光軸１１沿いに進行し、そして空間的積分面３２でパターンを形成す
る。
軸１１に沿って回折要素１２の方へ投射される。ビーム１０の長軸（ｘ−軸）に
沿った強度は、ほぼ均一である。一方、短軸（ｙ−軸）に沿った強度は、実質的
にガウス分布である。回折要素１２は、ほぼ平面の本体１６を有し、これはレー
ザービーム１０を受容し、そして回折的に変換する透明部分１８を備える。回折
要素１２から出る回折したビーム２０は、ビーム軸１１沿いに正または収束レン
ズ２２（これは回折したビーム２０を収束する）を通って進行する。収束したビ
ーム３０は光軸１１沿いに進行し、そして空間的積分面３２でパターンを形成す
る。
【００１９】 （回折光学的装置） 図１を参照すると、透明部分１８は、全体の矩形ビーム１０を受容するような
大きさにされたほぼ矩形の形状を有する。しかし、矩形ではないビームに関して
は、透明部分１８は円形、四角形またはビーム１０に適合する他の適切な形状で
あることが望ましくあり得る。回折要素１２の透明部分１８は、透明媒体にエッ
チングされた回折パターンを有する。この透明媒体はガラス様シリカ物質であり
得る。この透明媒体は、エキシマレーザービーム１０に対して実質的に非吸収性
および非反射性であることが望ましい。例えば、透明媒体には石英ガラス、水晶
、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウムまたはサファイアが
挙げられ得る。
大きさにされたほぼ矩形の形状を有する。しかし、矩形ではないビームに関して
は、透明部分１８は円形、四角形またはビーム１０に適合する他の適切な形状で
あることが望ましくあり得る。回折要素１２の透明部分１８は、透明媒体にエッ
チングされた回折パターンを有する。この透明媒体はガラス様シリカ物質であり
得る。この透明媒体は、エキシマレーザービーム１０に対して実質的に非吸収性
および非反射性であることが望ましい。例えば、透明媒体には石英ガラス、水晶
、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウムまたはサファイアが
挙げられ得る。
【００２０】 透明媒体上の回折パターンは回折格子を形成し、これは不均一のエキシマレー
ザービーム１０を空間的な強度分布（これはビームの断面に渡って実質的に均一
である）を有する空間的に積分したエキシマビーム２０に変換するように構成さ
れる。収束したビーム３０の断面形状は、円形または矩形であり得る。眼科手術
（例えば、角膜切除）に関して、空間的な強度分布は有利には、円形の中心領域
を有するシルクハット（ｔｏｐ−ｈａｔ）形状を有し、これは実質的に均一であ
り、そして収束したビーム３０の断面の大部分をカバーする（図１の空間的積分
面３２において示された空間的な強度分布を参照のこと）。他の空間的な強度分
布は、異なる回折格子使用することで可能である。
ザービーム１０を空間的な強度分布（これはビームの断面に渡って実質的に均一
である）を有する空間的に積分したエキシマビーム２０に変換するように構成さ
れる。収束したビーム３０の断面形状は、円形または矩形であり得る。眼科手術
（例えば、角膜切除）に関して、空間的な強度分布は有利には、円形の中心領域
を有するシルクハット（ｔｏｐ−ｈａｔ）形状を有し、これは実質的に均一であ
り、そして収束したビーム３０の断面の大部分をカバーする（図１の空間的積分
面３２において示された空間的な強度分布を参照のこと）。他の空間的な強度分
布は、異なる回折格子使用することで可能である。
【００２１】 回折パターンの構成は、所望の収束したビーム３０の形状および空間的な強度
分布に大きく依存する。そしてまた、入射ビーム１０の特性（例えば、その波長
および空間的な強度分布）にも依存する。回折パターンは、複数の適切に間隔を
空けてエッチングされた領域（例えば、線、スポットなど）を含み得る。約１９
３ナノメートル（ｎｍ）付近に短波長を有するエキシマレーザーに関して、回折
パターン中のエッチングされた領域の間隔は有利には、小さくかつ正確である。
公知のエッチング技術（例えば、ドライエッチング）が、透明部分１８上で回折
パターンをエッチングするために使用され得る。
分布に大きく依存する。そしてまた、入射ビーム１０の特性（例えば、その波長
および空間的な強度分布）にも依存する。回折パターンは、複数の適切に間隔を
空けてエッチングされた領域（例えば、線、スポットなど）を含み得る。約１９
３ナノメートル（ｎｍ）付近に短波長を有するエキシマレーザーに関して、回折
パターン中のエッチングされた領域の間隔は有利には、小さくかつ正確である。
公知のエッチング技術（例えば、ドライエッチング）が、透明部分１８上で回折
パターンをエッチングするために使用され得る。
【００２２】 図１および図２に示したように、収束レンズ２２は、収束したビーム３０とし
て回折したビーム２０を空間的積分面３２へ収束または集光する。空間積分面３
２での収束したビーム３０の断面は実質的に円形であり、そしてシルクハットプ
ロファイルを有する空間的な強度分布を有する。強度分布の均一な中心領域３６
は、ビーム３０の断面の少なくとも約７０％をカバーするのが望ましく、より望
ましくは、ほぼ８５％をカバーする。空間的積分面３２でのビーム３０の断面の
サイズは有利には、単一のレーザーパルスで除去された最大領域に相当する様な
大きさにされる。例えば、空間的積分面３２でのビーム３０の断面に渡る寸法は
、典型的には３〜１２ｍｍの範囲であり得る。図１および図２は、平坦な凸レン
ズを示すが、他のタイプの収束レンズ２２が、収差を最小化する焦点距離に基づ
いて選択され得る。抗−反射性コーティングが、収束レンズ２２からのビーム２
０の反射を防止または最小化するために適用され得る。
て回折したビーム２０を空間的積分面３２へ収束または集光する。空間積分面３
２での収束したビーム３０の断面は実質的に円形であり、そしてシルクハットプ
ロファイルを有する空間的な強度分布を有する。強度分布の均一な中心領域３６
は、ビーム３０の断面の少なくとも約７０％をカバーするのが望ましく、より望
ましくは、ほぼ８５％をカバーする。空間的積分面３２でのビーム３０の断面の
サイズは有利には、単一のレーザーパルスで除去された最大領域に相当する様な
大きさにされる。例えば、空間的積分面３２でのビーム３０の断面に渡る寸法は
、典型的には３〜１２ｍｍの範囲であり得る。図１および図２は、平坦な凸レン
ズを示すが、他のタイプの収束レンズ２２が、収差を最小化する焦点距離に基づ
いて選択され得る。抗−反射性コーティングが、収束レンズ２２からのビーム２
０の反射を防止または最小化するために適用され得る。
【００２３】 操作時に、レーザービーム１０は、ビーム軸１１に沿いに回折要素１２の透明
部分１８（これはレーザービーム１０と整列される）を通って、全体のレーザー
ビーム１０を受容するように指向される。透明部分１８のエッチングされた回折
パターンは、レーザービーム１０の空間的な強度分布を変更するための回折制御
角度ディフューザーとして役立つ。透明部分１８は、ほぼ矩形のガウスのビーム
１０を、実質的に均一な強度分布を有するほぼ円形のビーム２０へ変換する。収
束レンズ２２はビーム軸１１と整列し、そして空間的に積分したビーム２０を所
望の大きさに収束する。空間的積分面３２での収束したビーム３０の断面は、実
質的に円形であり、そして空間的な強度の点で均一であり、これは手術手順（例
えば、角膜切除）に望ましい。
部分１８（これはレーザービーム１０と整列される）を通って、全体のレーザー
ビーム１０を受容するように指向される。透明部分１８のエッチングされた回折
パターンは、レーザービーム１０の空間的な強度分布を変更するための回折制御
角度ディフューザーとして役立つ。透明部分１８は、ほぼ矩形のガウスのビーム
１０を、実質的に均一な強度分布を有するほぼ円形のビーム２０へ変換する。収
束レンズ２２はビーム軸１１と整列し、そして空間的に積分したビーム２０を所
望の大きさに収束する。空間的積分面３２での収束したビーム３０の断面は、実
質的に円形であり、そして空間的な強度の点で均一であり、これは手術手順（例
えば、角膜切除）に望ましい。
【００２４】 回折要素１２および収束レンズ２２は矩形ビーム１０を空間的に積分し、空間
的積分面で実質的に均一な強度プロファイルを有するビーム３０を形成する。ビ
ーム３０の断面は円形または矩形であっても良く、あるいは他の形状であっても
良い。角膜切除に関して、ビーム３０は、均一強度中心領域３６を有するのが望
ましく、これはビーム３０の断面の領域の少なくとも約８５％をカバーする。均
一強度中心領域３６は、矩形ビーム１０の総エネルギーの顕著な部分を含む。な
ぜなら、回折光学的装置を通る顕著なエネルギーの損失は無いからである。これ
は装置に高い効率を与える。
的積分面で実質的に均一な強度プロファイルを有するビーム３０を形成する。ビ
ーム３０の断面は円形または矩形であっても良く、あるいは他の形状であっても
良い。角膜切除に関して、ビーム３０は、均一強度中心領域３６を有するのが望
ましく、これはビーム３０の断面の領域の少なくとも約８５％をカバーする。均
一強度中心領域３６は、矩形ビーム１０の総エネルギーの顕著な部分を含む。な
ぜなら、回折光学的装置を通る顕著なエネルギーの損失は無いからである。これ
は装置に高い効率を与える。
【００２５】 １９３ｎｍのエキシマレーザーを使用する良好な結果とともに、実施態様が実
験的に試験された。２５０ｍｍの焦点距離の収束レンズ２２から約１５ｍｍのと
ころに配置された二値（ｂｉｎａｒｙ）回折性のオプティクス１２が、空間的積
分面３２で約１２ｍｍの均一な円形ビームを生成する。使用される二値オプティ
クスは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈ
ａｒｌｏｔｔｅ（Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）によって設計された。回折性
のオプティクス設計の業界の他の会社は、同様の格子を製造することが可能であ
る。空間的積分面で空間的に積分したビームの大きさは、レンズ２２の焦点距離
を変えることで変更され得る。
験的に試験された。２５０ｍｍの焦点距離の収束レンズ２２から約１５ｍｍのと
ころに配置された二値（ｂｉｎａｒｙ）回折性のオプティクス１２が、空間的積
分面３２で約１２ｍｍの均一な円形ビームを生成する。使用される二値オプティ
クスは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈ
ａｒｌｏｔｔｅ（Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）によって設計された。回折性
のオプティクス設計の業界の他の会社は、同様の格子を製造することが可能であ
る。空間的積分面で空間的に積分したビームの大きさは、レンズ２２の焦点距離
を変えることで変更され得る。
【００２６】 レンズ２２の使用を必要としない回折要素１２の代替の実施態様が用いられ得
る。例えば、回折レンズは、回折要素１２の回折格子上に重ね合わせられ得る。
このような回折要素は、空間的積分面３２で、空間的に積分した変換したビーム
を生成する。あるいは、収束レンズ２２は図８に示すように、回折要素１２の１
つの表面上で研削され得る。例示の実施態様において、回折要素１２はパルス間
で回転されて、ビームの時間的積分を提供し得る。
る。例えば、回折レンズは、回折要素１２の回折格子上に重ね合わせられ得る。
このような回折要素は、空間的積分面３２で、空間的に積分した変換したビーム
を生成する。あるいは、収束レンズ２２は図８に示すように、回折要素１２の１
つの表面上で研削され得る。例示の実施態様において、回折要素１２はパルス間
で回転されて、ビームの時間的積分を提供し得る。
【００２７】 （眼科レーザー手術における適用） 図３は、眼科レーザー手術光学システム１００に対する本発明の適用、および
システム１００における構成要素の相対的な指向を示す。以下に記載される特定
の構成要素および構成は、単に例示の目的に過ぎない。上記のように、回折性の
オプティクス装置は、種々の異なるエキシマレーザーシステムとともに使用され
得る。
システム１００における構成要素の相対的な指向を示す。以下に記載される特定
の構成要素および構成は、単に例示の目的に過ぎない。上記のように、回折性の
オプティクス装置は、種々の異なるエキシマレーザーシステムとともに使用され
得る。
【００２８】 図３に見られるように、ビーム１０２は適切なレーザー源１０４（例えば、約
１９３ｎｍの波長を有する遠紫外線領域におけるレーザービームを発生するため
のフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザービーム源）から発生する。この波
長は典型的には、約１９２．５〜約１９４ｎｍの範囲である。レーザービーム１
０２は、ビームスプリッター１０６へ指向される。ビーム１０２の一部が、エネ
ルギー検出器１０８上へと反射される。一方、残りの部分は、ビームスプリッタ
ー１０６を通って進行し、鏡１１０によって回転式時間的ビーム積分器（ｒｏｔ
ａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｂｅａｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）１１２上へ
反射される。別のタイプの時間的ビーム積分器が使用され得る。時間的積分器１
１２から出る回転したビームは、回折性のオプティクス装置へと指向される。好
ましい実施態様において、回折要素１２はビーム１０２とともに回転される。例
示の実施態様において、回折要素１２はビーム１０２と実質的に同じ速度で回転
される。ビームは回折要素１２および収束レンズ２２を通過し、そして収束した
ビーム３０として出射する。収束したビーム３０は空間的積分面３２へと進行し
、ここには種々の開口１１６が配置される。空間的積分面３２は、正レンズ２２
の焦点付近に配置される。種々の開口１１６から、開口ビーム１２０が出射する
。種々の開口１１６は、種々の直径のアイリスであることが望ましく、これは種
々の幅のスリット（示されず）と組み合わせられ、このスリットは特定の眼科手
術手順（例えば、光学的角膜屈折矯正手術（ＰＲＫ）および光学的角膜治療手術
（ＰＴＫ））に対してビーム３０の大きさおよびプロファイルを合わせるために
使用される。
１９３ｎｍの波長を有する遠紫外線領域におけるレーザービームを発生するため
のフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザービーム源）から発生する。この波
長は典型的には、約１９２．５〜約１９４ｎｍの範囲である。レーザービーム１
０２は、ビームスプリッター１０６へ指向される。ビーム１０２の一部が、エネ
ルギー検出器１０８上へと反射される。一方、残りの部分は、ビームスプリッタ
ー１０６を通って進行し、鏡１１０によって回転式時間的ビーム積分器（ｒｏｔ
ａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｂｅａｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）１１２上へ
反射される。別のタイプの時間的ビーム積分器が使用され得る。時間的積分器１
１２から出る回転したビームは、回折性のオプティクス装置へと指向される。好
ましい実施態様において、回折要素１２はビーム１０２とともに回転される。例
示の実施態様において、回折要素１２はビーム１０２と実質的に同じ速度で回転
される。ビームは回折要素１２および収束レンズ２２を通過し、そして収束した
ビーム３０として出射する。収束したビーム３０は空間的積分面３２へと進行し
、ここには種々の開口１１６が配置される。空間的積分面３２は、正レンズ２２
の焦点付近に配置される。種々の開口１１６から、開口ビーム１２０が出射する
。種々の開口１１６は、種々の直径のアイリスであることが望ましく、これは種
々の幅のスリット（示されず）と組み合わせられ、このスリットは特定の眼科手
術手順（例えば、光学的角膜屈折矯正手術（ＰＲＫ）および光学的角膜治療手術
（ＰＴＫ））に対してビーム３０の大きさおよびプロファイルを合わせるために
使用される。
【００２９】 開口ビーム１２０は、結像レンズ１２２上へと指向され、これは、約１２５ｍ
ｍの焦点距離を有する両凸単一レンズであり得る。結像レンズ１２２から出る結
像したビーム１２６は、鏡／ビームスプリッター１３０によって、手術面１３２
上へと反射される。患者の角膜の頂部は、典型的には手術面１３２に位置付けら
れる。結像レンズ１２２は、手術面１３２の周辺で結像したビームを走査するた
めに、結像したビームをオフセットするビームへ横方向に移動され得る。処置エ
ネルギー検出器１３６は、鏡／ビームスプリッター１３０においてビームエネル
ギーの透過した部分を感知する。ビームスプリッター１３８および顕微鏡対物レ
ンズ１４０は、観測オプティクスの一部を形成する。所望であれば、ビームスプ
リッターは、顕微鏡対物レンズから出るビーム１３４の光路中に組み込まれ得る
。ビームスプリッターは必要に応じてビデオカメラに連結され、手術手順の観察
または記録を補助する。同様に、ヘッド−アップ（ｈｅａｄｓ−ｕｐ）ディスプ
レイがまた、顕微鏡対物レンズ１４０の光路中に組み込まれ得、さらなる観察性
能を提供する。レーザー光学システム１００の他の付属の構成要素（これは、本
発明の理解には必ずしも必要ではなく、例えば、非点収差モータおよび非点収差
角モータによって駆動される移動可能な機械的構成要素である）は、簡潔のため
に省略される。
ｍの焦点距離を有する両凸単一レンズであり得る。結像レンズ１２２から出る結
像したビーム１２６は、鏡／ビームスプリッター１３０によって、手術面１３２
上へと反射される。患者の角膜の頂部は、典型的には手術面１３２に位置付けら
れる。結像レンズ１２２は、手術面１３２の周辺で結像したビームを走査するた
めに、結像したビームをオフセットするビームへ横方向に移動され得る。処置エ
ネルギー検出器１３６は、鏡／ビームスプリッター１３０においてビームエネル
ギーの透過した部分を感知する。ビームスプリッター１３８および顕微鏡対物レ
ンズ１４０は、観測オプティクスの一部を形成する。所望であれば、ビームスプ
リッターは、顕微鏡対物レンズから出るビーム１３４の光路中に組み込まれ得る
。ビームスプリッターは必要に応じてビデオカメラに連結され、手術手順の観察
または記録を補助する。同様に、ヘッド−アップ（ｈｅａｄｓ−ｕｐ）ディスプ
レイがまた、顕微鏡対物レンズ１４０の光路中に組み込まれ得、さらなる観察性
能を提供する。レーザー光学システム１００の他の付属の構成要素（これは、本
発明の理解には必ずしも必要ではなく、例えば、非点収差モータおよび非点収差
角モータによって駆動される移動可能な機械的構成要素である）は、簡潔のため
に省略される。
【００３０】 回折要素１２および正レンズ２２を備える回折光学的装置は、種々のレーザー
システムのために使用され得、これには走査型レーザー切除システムおよび広域
レーザー切除システムが挙げられる。例として、「ＶＩＳＸ ＳＴＡＲ Ｅｘｃ
ｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」があり、これは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒ
ａ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＶＩＳＸ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販さ
れている。このシステムは、１９３．０ｎｍの出力を発生し、６．０Ｈｚの周波
数で作動し、直径６．０ｍｍの切除領域で１６０．０ミリジュール／ｃｍ2の均 一な流量を伝送するように調節される。他のレーザーシステムには、Ｔ−ＰＲＫ R 走査型および追跡型レーザー（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ ｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）、ＳＶＳ Ａｐｅｘレーザー（Ｓｕｍｍｉｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．製）、Ｋｅｒａｃｏｒ”１１７走査型レ
ーザーシステム（Ｃｈｉｒｏｎ Ｖｉｓｉｏｎ製）などが挙げられる。
システムのために使用され得、これには走査型レーザー切除システムおよび広域
レーザー切除システムが挙げられる。例として、「ＶＩＳＸ ＳＴＡＲ Ｅｘｃ
ｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」があり、これは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒ
ａ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＶＩＳＸ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販さ
れている。このシステムは、１９３．０ｎｍの出力を発生し、６．０Ｈｚの周波
数で作動し、直径６．０ｍｍの切除領域で１６０．０ミリジュール／ｃｍ2の均 一な流量を伝送するように調節される。他のレーザーシステムには、Ｔ−ＰＲＫ R 走査型および追跡型レーザー（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ ｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）、ＳＶＳ Ａｐｅｘレーザー（Ｓｕｍｍｉｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．製）、Ｋｅｒａｃｏｒ”１１７走査型レ
ーザーシステム（Ｃｈｉｒｏｎ Ｖｉｓｉｏｎ製）などが挙げられる。
【００３１】 代替の実施態様において、収束ビーム３０は、図７に示されるように、空間
的積分面３２で先の丸い空間的強度分布３７を有する中央領域を生成し得る。こ
の先端が丸い分布３７は、収束レンズ２２、回析要素１２、および空間的積分面
３２の間の分離を変化させることによって、作製され得る。あるいは、回析要素
１２での異なる回析パターンが使用され得る。
的積分面３２で先の丸い空間的強度分布３７を有する中央領域を生成し得る。こ
の先端が丸い分布３７は、収束レンズ２２、回析要素１２、および空間的積分面
３２の間の分離を変化させることによって、作製され得る。あるいは、回析要素
１２での異なる回析パターンが使用され得る。
【００３２】 空間的積分ビーム３０は、望ましくは、例外的に、ビーム３０のレーザーパル
ス時間間隔の間、ビーム３０の断面積のほぼ８５％に渡って均一であり得る。こ
のような空間的積分ビーム３０に関して、時間的ビーム積分器１１２は、ビーム
３０の特徴およびレーザーシステム１００の操作における逆効果なしに、排除さ
れ得る。その場合において、回析要素１２および正のレンズ２２を備える回析光
学的装置は、空間的ビーム積分器として役立ち、そして時間的ビーム積分器を必
要としない。図４は、図３の回転時間的ビーム積分器１１２なしの、レーザー光
学システム１００の実施態様を例示する。
ス時間間隔の間、ビーム３０の断面積のほぼ８５％に渡って均一であり得る。こ
のような空間的積分ビーム３０に関して、時間的ビーム積分器１１２は、ビーム
３０の特徴およびレーザーシステム１００の操作における逆効果なしに、排除さ
れ得る。その場合において、回析要素１２および正のレンズ２２を備える回析光
学的装置は、空間的ビーム積分器として役立ち、そして時間的ビーム積分器を必
要としない。図４は、図３の回転時間的ビーム積分器１１２なしの、レーザー光
学システム１００の実施態様を例示する。
【００３３】 回析光学的装置は単純かつ安価であり、そしてモータのような機器による回転
を必要としない。回析要素１２および正のレンズ２２は、ビーム軸１１で容易に
整列され得る。単純な回析光学的装置は、使用および維持が容易である。しかし
、例示的実施態様において、回析光学的装置は、回転され、空間的および時間的
ビーム積分器の両方を提供し得る。回析光学的装置は、異なるエキシマレーザー
システムに対して適合され得る。
を必要としない。回析要素１２および正のレンズ２２は、ビーム軸１１で容易に
整列され得る。単純な回析光学的装置は、使用および維持が容易である。しかし
、例示的実施態様において、回析光学的装置は、回転され、空間的および時間的
ビーム積分器の両方を提供し得る。回析光学的装置は、異なるエキシマレーザー
システムに対して適合され得る。
【００３４】 眼科レーザー手術光学システム１００は、角膜切除手順において紫外線レーザ
ービームを使用し得、光分解において角膜組織を切除し、これは隣接および内在
の組織を熱損傷することがない。照射される表面での分子は、残存する基質を加
熱することなく、より小さな揮発性のフラグメントへと分解され得る；切除の機
構は、光化学（すなわち、分子内結合の直接破壊）である。切除は、間質層を除
去し、種々の目的（例えば、近視、遠視、および乱視の矯正）に対してそのプロ
ファイルを変化させる。このようなシステムおよび方法は、以下の米国特許およ
び特許公開において開示され、その開示内容はすべての目的でその全体として本
明細書中で参照することによって援用される：米国特許第４，６６５，９１３号
（「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＯＰＨＴＨＡＬＭＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＵＲＧＥＲ
Ｙ」で１９８７年５月１９日発行）；米国特許第４，６６９，４６６号（「ＭＥ
ＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＡＮＤ
ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＡＢＮＯＲＭＡＬ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ ＥＲ
ＲＯＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＥＹＥ」で１９８７年６月２日発行）；米国特許第４
，７３２，１４８号（「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ ＯＰＨ
ＴＨＡＬＭＩＣ ＬＡＳＥＲ ＳＵＲＧＥＲＹ」で１９８８年３月２２日発行）
；米国特許第４，７７０，１７２号（「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＬＡＳＥＲ−ＳＣ
ＵＬＰＴＵＲＥ ＯＦ ＴＨＥ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＵＳＥＤ ＰＯＲＴＩＯ
Ｎ ＯＦ ＴＨＥ ＣＯＲＮＥＡ」で１９８８年９月１３日発行）；米国特許第
４，７７３，４１４号（「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＬＡＳＥＲ−ＳＣＵＬＰＴＵＲ
Ｅ ＯＦ ＴＨＥ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＵＳＥＤ ＰＯＲＴＩＯＮ ＯＦ Ｔ
ＨＥ ＣＯＲＮＥＡ」で１９８８年９月２７日発行）；米国特許出願番号第１０
９，８１２号（「ＬＡＳＥＲ ＳＵＲＧＥＲＹ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰ
ＡＲＡＴＵＳ」で１９８７年１０月１６日出願）；米国特許第５，１６３，９３
４号（「ＰＨＯＴＯＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ ＫＥＲＡＴＥＣＴＯＭＹ」で１９９
２年１１月１７日発行）；米国特許第５，５５６，３９５号（「ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＲＥ
ＦＲＡＣＴＩＶＥ ＥＲＲＯＲ ＵＳＩＮＧ ＡＮ ＯＦＦＳＥＴ ＩＭＡＧＥ
ＯＦ Ａ ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＭＡＳＫ」で１９９６年９月１７日発行）；
米国特許出願番号第０８／３６８，７９９号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰ
ＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＡＮＤ ＳＰＡＴＩＡＬ ＢＥＡＭ
ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ」で１９９５年１月４日出願）；米国特許出願番号第
０８／１３８，５５２号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯ
Ｒ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＣＹＬＩＮＤＲＩＣＡＬ ＡＮＤ ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ
ＥＹＥ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮＳ」で１９９３年１０月１５日出願）；および
米国特許出願番号第０８／０５８，５９９号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳ
ＴＥＭ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶ
Ｅ ＥＲＲＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＯＦＦＳＥＴ ＩＭＡＧＩＮＧ」で１９９３年
５月７日出願）。
ービームを使用し得、光分解において角膜組織を切除し、これは隣接および内在
の組織を熱損傷することがない。照射される表面での分子は、残存する基質を加
熱することなく、より小さな揮発性のフラグメントへと分解され得る；切除の機
構は、光化学（すなわち、分子内結合の直接破壊）である。切除は、間質層を除
去し、種々の目的（例えば、近視、遠視、および乱視の矯正）に対してそのプロ
ファイルを変化させる。このようなシステムおよび方法は、以下の米国特許およ
び特許公開において開示され、その開示内容はすべての目的でその全体として本
明細書中で参照することによって援用される：米国特許第４，６６５，９１３号
（「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＯＰＨＴＨＡＬＭＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＵＲＧＥＲ
Ｙ」で１９８７年５月１９日発行）；米国特許第４，６６９，４６６号（「ＭＥ
ＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＡＮＤ
ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＡＢＮＯＲＭＡＬ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ ＥＲ
ＲＯＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＥＹＥ」で１９８７年６月２日発行）；米国特許第４
，７３２，１４８号（「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ ＯＰＨ
ＴＨＡＬＭＩＣ ＬＡＳＥＲ ＳＵＲＧＥＲＹ」で１９８８年３月２２日発行）
；米国特許第４，７７０，１７２号（「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＬＡＳＥＲ−ＳＣ
ＵＬＰＴＵＲＥ ＯＦ ＴＨＥ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＵＳＥＤ ＰＯＲＴＩＯ
Ｎ ＯＦ ＴＨＥ ＣＯＲＮＥＡ」で１９８８年９月１３日発行）；米国特許第
４，７７３，４１４号（「ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＬＡＳＥＲ−ＳＣＵＬＰＴＵＲ
Ｅ ＯＦ ＴＨＥ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＵＳＥＤ ＰＯＲＴＩＯＮ ＯＦ Ｔ
ＨＥ ＣＯＲＮＥＡ」で１９８８年９月２７日発行）；米国特許出願番号第１０
９，８１２号（「ＬＡＳＥＲ ＳＵＲＧＥＲＹ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰ
ＡＲＡＴＵＳ」で１９８７年１０月１６日出願）；米国特許第５，１６３，９３
４号（「ＰＨＯＴＯＲＥＦＲＡＣＴＩＶＥ ＫＥＲＡＴＥＣＴＯＭＹ」で１９９
２年１１月１７日発行）；米国特許第５，５５６，３９５号（「ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＲＥ
ＦＲＡＣＴＩＶＥ ＥＲＲＯＲ ＵＳＩＮＧ ＡＮ ＯＦＦＳＥＴ ＩＭＡＧＥ
ＯＦ Ａ ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ ＭＡＳＫ」で１９９６年９月１７日発行）；
米国特許出願番号第０８／３６８，７９９号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰ
ＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＡＮＤ ＳＰＡＴＩＡＬ ＢＥＡＭ
ＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮ」で１９９５年１月４日出願）；米国特許出願番号第
０８／１３８，５５２号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯ
Ｒ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＣＹＬＩＮＤＲＩＣＡＬ ＡＮＤ ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ
ＥＹＥ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮＳ」で１９９３年１０月１５日出願）；および
米国特許出願番号第０８／０５８，５９９号（「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳ
ＴＥＭ ＦＯＲ ＬＡＳＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＯＦ ＲＥＦＲＡＣＴＩＶ
Ｅ ＥＲＲＯＲＳ ＵＳＩＮＧ ＯＦＦＳＥＴ ＩＭＡＧＩＮＧ」で１９９３年
５月７日出願）。
【００３５】 図５のブロックダイアグラムは、第１のバス接続２０８によってレーザー手術
システム２００のシングルボードコンピュータ２０４に連結されるパーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）ワークステーション２０２を包含する本発明を組み込むため
の、眼科手術システム２００を例示する。ＰＣワークステーション２０２および
レーザー手術ユニット２００のサブコンポーネントは、公知の構成要素であり、
そしてＶＩＳＸ ＴＷＥＮＴＹ／ＴＷＥＮＴＹ ＥＸＣＩＭＥＲ ＬＡＳＥＲ
ＳＹＳＴＥＭまたはＶＩＳＸ ＳＴＡＲエキシマレーザーシステムの要素を含み
得、これらは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＶｉｓｘ，Ｉ
ｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能である。レーザー手術システム２００は、
一般に参照番号２１０で設計される複数のセンサを備え、このセンサは、図３ま
たは図４の眼科レーザー手術光学システム１００における移動可能機構および光
学構成要素からのフィードバックシグナルを生成する。この移動可能機構および
光学構成要素は、例えば、虹彩モータ２１６、イメージローテータ２１８、およ
び乱視幅モータ２２０、ならびに乱視角モータ２２２によって駆動される要素を
含む。走査処置（ここで、個々のレーザーパルスからの切除が処置中央から可変
的にオフセットされる）のために、走査モータ１（２１２）および走査モータ２
（２１４）が提供される。移動レンズ１２２のビーム１２０への横断（ｔｒａｎ
ｓｖｅｒｓｅ）は、このような可変的オフセットを提供する。センサ２１０から
のフィードバックシグナルは、適切なシグナルコンダクタを介してシングルボー
ドコンピュータ２０４に提供され、このシングルボードコンピュータ２０４は、
望ましくは、８０３１タイプのマイクロプロセッサを用いるＳＴＤバス適合可能
なシングルボードコンピュータである。シングルボードコンピュータ２０４は、
要素２１６、２１８、２２０および２２２を操作するための参照番号２２６で一
般に設計されるモータ駆動の操作を制御する。さらに、シングルボードコンピュ
ータ２０４は、エキシマレーザー１０４の操作を制御し、このエキシマレーザー
１０４は、望ましくは、図３または図４の伝送システムオプティクス１００を介
して患者の眼２３０の角膜で１６０ミリジュール／ｃｍ2のフィードバック安定 化流量（ｆｌｕｅｎｃｅ）を提供するように設計される、１９３ナノメータ波長
の出力を備えるＡｒＦレーザーである。レーザー手術システム２００の他の付属
構成要素（これは、本発明を理解するのに必要ではない）（例えば、高解像度顕
微鏡、顕微鏡用のビデオモニタ、患者の眼を保持するシステム、および切除廃液
吸引器／フィルタ、ならびにガス伝送システム）は、冗長を避けるために省略さ
れている。同様に、キーボード、ディスプレイ、および従来のＰＣサブシステム
構成要素（例えば、可撓性で硬いディスクドライブ、メモリボードなど）は、Ｐ
Ｃワークステーション２０２の描写から省略されている。
システム２００のシングルボードコンピュータ２０４に連結されるパーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）ワークステーション２０２を包含する本発明を組み込むため
の、眼科手術システム２００を例示する。ＰＣワークステーション２０２および
レーザー手術ユニット２００のサブコンポーネントは、公知の構成要素であり、
そしてＶＩＳＸ ＴＷＥＮＴＹ／ＴＷＥＮＴＹ ＥＸＣＩＭＥＲ ＬＡＳＥＲ
ＳＹＳＴＥＭまたはＶＩＳＸ ＳＴＡＲエキシマレーザーシステムの要素を含み
得、これらは、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＶｉｓｘ，Ｉ
ｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能である。レーザー手術システム２００は、
一般に参照番号２１０で設計される複数のセンサを備え、このセンサは、図３ま
たは図４の眼科レーザー手術光学システム１００における移動可能機構および光
学構成要素からのフィードバックシグナルを生成する。この移動可能機構および
光学構成要素は、例えば、虹彩モータ２１６、イメージローテータ２１８、およ
び乱視幅モータ２２０、ならびに乱視角モータ２２２によって駆動される要素を
含む。走査処置（ここで、個々のレーザーパルスからの切除が処置中央から可変
的にオフセットされる）のために、走査モータ１（２１２）および走査モータ２
（２１４）が提供される。移動レンズ１２２のビーム１２０への横断（ｔｒａｎ
ｓｖｅｒｓｅ）は、このような可変的オフセットを提供する。センサ２１０から
のフィードバックシグナルは、適切なシグナルコンダクタを介してシングルボー
ドコンピュータ２０４に提供され、このシングルボードコンピュータ２０４は、
望ましくは、８０３１タイプのマイクロプロセッサを用いるＳＴＤバス適合可能
なシングルボードコンピュータである。シングルボードコンピュータ２０４は、
要素２１６、２１８、２２０および２２２を操作するための参照番号２２６で一
般に設計されるモータ駆動の操作を制御する。さらに、シングルボードコンピュ
ータ２０４は、エキシマレーザー１０４の操作を制御し、このエキシマレーザー
１０４は、望ましくは、図３または図４の伝送システムオプティクス１００を介
して患者の眼２３０の角膜で１６０ミリジュール／ｃｍ2のフィードバック安定 化流量（ｆｌｕｅｎｃｅ）を提供するように設計される、１９３ナノメータ波長
の出力を備えるＡｒＦレーザーである。レーザー手術システム２００の他の付属
構成要素（これは、本発明を理解するのに必要ではない）（例えば、高解像度顕
微鏡、顕微鏡用のビデオモニタ、患者の眼を保持するシステム、および切除廃液
吸引器／フィルタ、ならびにガス伝送システム）は、冗長を避けるために省略さ
れている。同様に、キーボード、ディスプレイ、および従来のＰＣサブシステム
構成要素（例えば、可撓性で硬いディスクドライブ、メモリボードなど）は、Ｐ
Ｃワークステーション２０２の描写から省略されている。
【００３６】 レーザー手術システム２００は、光学的角膜屈折矯正手術（ＰＲＫ）およびビ
ーム療法角膜切除術（ＰＴＫ）のような手順のために使用され得る。ＰＣワーク
ステーション２０２を用いて、操作者は、少なくとも１つの患者の処置パラメー
タ（例えば、患者の屈折の所望の変化）を入力する。上記の処置パラメータは、
改良された変化の角膜形状に対応する。次いで、ＰＣワークステーション２０２
は、レーザー処置の間のレーザー要素の位置付けを含む処置テーブル２６０を計
算し得る。典型的に処置の間、変えられる、レーザー要素は、可変開口１１６お
よびレンズ１１２の位置を含む。ＰＲＫにおいて、例えば、レーザー手術システ
ム２００は、上皮の除去後、角膜の組織を切除するために使用される。近視の矯
正のために、環状レーザービーム３０は、調整可能開口１１６を用いて角膜の処
置領域で記録（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）される環状スポットに調節される。この環状
スポットは、典型的に、０．５〜６ｍｍの環である。近視の矯正によって、角膜
の半径の湾曲を減少させる。これは、末梢処置領域へ向かう角膜の中央のより多
い組織（ｍｏｒｅ ｔｉｓｓｕｅ）およびより少ない組織（ｌｅｓｓ ｔｉｓｓ
ｕｅ）の除去を必要とする。開口を通過したビーム１２０の第１パルスは、全体
的処置領域から組織を切除して取り除き得るが、連続パルスは、可変開口１１６
によって直径を減少され、これによって、パルスは連続的により小さくなる。別
の実施態様において、連続パルスは、処置領域を覆う直径を小さなものから大き
なものへと、徐々に増大され得る。これは、中央領域からより組織を除去し、そ
して角膜を減少された湾曲を有する所望のプロファイルにする。光学的角膜屈折
矯正手術手順後、上皮は、成形領域からすばやく再成長し、角膜の新規の前部表
面を生成する。あるいは、上皮は除去されないが、部分的に切断され、そして手
術のために側に移動され、そしてＰＲＫ後にその元の位置に戻される。
ーム療法角膜切除術（ＰＴＫ）のような手順のために使用され得る。ＰＣワーク
ステーション２０２を用いて、操作者は、少なくとも１つの患者の処置パラメー
タ（例えば、患者の屈折の所望の変化）を入力する。上記の処置パラメータは、
改良された変化の角膜形状に対応する。次いで、ＰＣワークステーション２０２
は、レーザー処置の間のレーザー要素の位置付けを含む処置テーブル２６０を計
算し得る。典型的に処置の間、変えられる、レーザー要素は、可変開口１１６お
よびレンズ１１２の位置を含む。ＰＲＫにおいて、例えば、レーザー手術システ
ム２００は、上皮の除去後、角膜の組織を切除するために使用される。近視の矯
正のために、環状レーザービーム３０は、調整可能開口１１６を用いて角膜の処
置領域で記録（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）される環状スポットに調節される。この環状
スポットは、典型的に、０．５〜６ｍｍの環である。近視の矯正によって、角膜
の半径の湾曲を減少させる。これは、末梢処置領域へ向かう角膜の中央のより多
い組織（ｍｏｒｅ ｔｉｓｓｕｅ）およびより少ない組織（ｌｅｓｓ ｔｉｓｓ
ｕｅ）の除去を必要とする。開口を通過したビーム１２０の第１パルスは、全体
的処置領域から組織を切除して取り除き得るが、連続パルスは、可変開口１１６
によって直径を減少され、これによって、パルスは連続的により小さくなる。別
の実施態様において、連続パルスは、処置領域を覆う直径を小さなものから大き
なものへと、徐々に増大され得る。これは、中央領域からより組織を除去し、そ
して角膜を減少された湾曲を有する所望のプロファイルにする。光学的角膜屈折
矯正手術手順後、上皮は、成形領域からすばやく再成長し、角膜の新規の前部表
面を生成する。あるいは、上皮は除去されないが、部分的に切断され、そして手
術のために側に移動され、そしてＰＲＫ後にその元の位置に戻される。
【００３７】 図６に示される代替の実施態様において、角膜の処置領域３００は、オフセッ
トイメージ開口ビーム（ｏｆｆｓｅｔ ｉｍａｇｅｄ ａｐｅｒｔｕｒｅｄ ｂ
ｅａｍ）１２６のような、個々のレーザーパルスで切除される複数のより小さな
領域を含む。より小さな切除領域の位置およびサイズは、処置テーブル２６０で
計算される値に対応する。湾曲の減少は、角膜について走査ビーム１２６によっ
て達成される。図６に示されるように、レンズ１２２のオフセット位置３１２は
、中央位置３１０について変えられる。この走査は、外部位置３０８でオフセッ
トイメージ開口ビーム１２６を生成する。望ましくは、ビーム１２６は、走査処
置の位置付けの間、処置領域３００の中央３０２を覆う。必要に応じて、可変開
口１１６の寸法は、走査の間、変えられ、ビーム１２６のサイズを変化させ得る
。好ましい実施態様において、回析オプティクス１２は、パルスの間で回転する
ように移動される。例示的実施態様において、ビームローテータ１１２および回
析オプティクス１２は、パルスの間で回転される。走査ビームの連続パルスは、
処置テーブル２６０に従って所望の減少される湾曲に輪郭付けされる。
トイメージ開口ビーム（ｏｆｆｓｅｔ ｉｍａｇｅｄ ａｐｅｒｔｕｒｅｄ ｂ
ｅａｍ）１２６のような、個々のレーザーパルスで切除される複数のより小さな
領域を含む。より小さな切除領域の位置およびサイズは、処置テーブル２６０で
計算される値に対応する。湾曲の減少は、角膜について走査ビーム１２６によっ
て達成される。図６に示されるように、レンズ１２２のオフセット位置３１２は
、中央位置３１０について変えられる。この走査は、外部位置３０８でオフセッ
トイメージ開口ビーム１２６を生成する。望ましくは、ビーム１２６は、走査処
置の位置付けの間、処置領域３００の中央３０２を覆う。必要に応じて、可変開
口１１６の寸法は、走査の間、変えられ、ビーム１２６のサイズを変化させ得る
。好ましい実施態様において、回析オプティクス１２は、パルスの間で回転する
ように移動される。例示的実施態様において、ビームローテータ１１２および回
析オプティクス１２は、パルスの間で回転される。走査ビームの連続パルスは、
処置テーブル２６０に従って所望の減少される湾曲に輪郭付けされる。
【００３８】 遠視の矯正のために、図３または図４の開口ビーム１２０は、角膜の処置領域
を走査する。図６に示されるように、角膜の処置領域３００は、オフセットイメ
ージ開口ビーム１２６のような、個々のレーザーパルスで切除される複数のより
小さな領域を含む。より小さな切除領域の位置およびサイズは、処置テーブル２
６０で計算される値に対応する。より多い組織は、中央からよりも複数の処置領
域から除去されるべきである。これは、角膜のプロファイルの半径を増大させる
。プロファイルの増大は、角膜についてビーム１２６を走査することによって達
成される。図６に示されるように、レンズ１２２のオフセット位置３１２は、中
央位置３１０について変えられる。この走査によって、外部位置３０８でオフセ
ットイメージ開口ビーム１２６が生成される。望ましくは、ビーム１２６は、一
部の走査処置の間、処置領域３００の中央３０２を覆わない。必要に応じて、可
変開口１１６の寸法は、走査の間、変えられ、ビーム１２６のサイズを変え得る
。好ましい実施態様において、回析オプティクス１２は、パルスの間で回転する
ように移動される。例示的実施態様において、ビームローテータ１１２および回
析オプティクス１２は、パルスの間で回転される。走査ビームの連続パルスは、
角膜を、処置テーブル２６０に従って所望の増大される湾曲に輪郭付ける。
を走査する。図６に示されるように、角膜の処置領域３００は、オフセットイメ
ージ開口ビーム１２６のような、個々のレーザーパルスで切除される複数のより
小さな領域を含む。より小さな切除領域の位置およびサイズは、処置テーブル２
６０で計算される値に対応する。より多い組織は、中央からよりも複数の処置領
域から除去されるべきである。これは、角膜のプロファイルの半径を増大させる
。プロファイルの増大は、角膜についてビーム１２６を走査することによって達
成される。図６に示されるように、レンズ１２２のオフセット位置３１２は、中
央位置３１０について変えられる。この走査によって、外部位置３０８でオフセ
ットイメージ開口ビーム１２６が生成される。望ましくは、ビーム１２６は、一
部の走査処置の間、処置領域３００の中央３０２を覆わない。必要に応じて、可
変開口１１６の寸法は、走査の間、変えられ、ビーム１２６のサイズを変え得る
。好ましい実施態様において、回析オプティクス１２は、パルスの間で回転する
ように移動される。例示的実施態様において、ビームローテータ１１２および回
析オプティクス１２は、パルスの間で回転される。走査ビームの連続パルスは、
角膜を、処置テーブル２６０に従って所望の増大される湾曲に輪郭付ける。
【００３９】 角膜の乱視特性の矯正のために、可変幅スリット（示されず）は、一般に長方
形である角膜の処置領域を反対に測る。イメージ開口ビーム１２６の第１パルス
は、角膜組織の一般に長方形の領域を切除し、取り除く。連続パルスは、光学中
心に対して対称的に位置されるイメージ開口ビーム１２６の一般に長方形のスポ
ットの幅を変えることによって方向付けられる。乱視矯正変化は、角膜組織の容
積的除去によって行われる。
形である角膜の処置領域を反対に測る。イメージ開口ビーム１２６の第１パルス
は、角膜組織の一般に長方形の領域を切除し、取り除く。連続パルスは、光学中
心に対して対称的に位置されるイメージ開口ビーム１２６の一般に長方形のスポ
ットの幅を変えることによって方向付けられる。乱視矯正変化は、角膜組織の容
積的除去によって行われる。
【００４０】 上記のことは、本発明の好ましい実施態様の全体および完全な開示を提供する
が、種々の改変、代替の構成、および等価物は、所望である場合に使用され得る
。例えば、可変開口１１６を通過するビームは、好ましい実施態様においてイメ
ージングレンズ１２２の横断運動によってオフセットされるが、回転ミラーおよ
びプリズムのような他の走査要素は、所望ならば使用され得る。さらに、レーザ
ー１０４以外の適切な波長のレーザーは、所望でありそして効果的である場合、
使用され得る。また、電磁スペクトルの赤外部にある波長を有するレーザーのよ
うな熱切除の原理で操作するレーザービームシステムは、本発明を実行するため
に使用され得る。従って、上記記載および例示は、添付の特許請求の範囲によっ
て定義される本発明の限定としてみなされるべきではない。
が、種々の改変、代替の構成、および等価物は、所望である場合に使用され得る
。例えば、可変開口１１６を通過するビームは、好ましい実施態様においてイメ
ージングレンズ１２２の横断運動によってオフセットされるが、回転ミラーおよ
びプリズムのような他の走査要素は、所望ならば使用され得る。さらに、レーザ
ー１０４以外の適切な波長のレーザーは、所望でありそして効果的である場合、
使用され得る。また、電磁スペクトルの赤外部にある波長を有するレーザーのよ
うな熱切除の原理で操作するレーザービームシステムは、本発明を実行するため
に使用され得る。従って、上記記載および例示は、添付の特許請求の範囲によっ
て定義される本発明の限定としてみなされるべきではない。
【図１】 図１は、本発明の実施態様に従う回折光学的装置を概略的に示す斜視図である
。
。
【図２】 図２は、図１の回折光学的装置を概略的に示す正面立面図である。
【図３】 図３は、図１の回折光学的装置を組み込むレーザービーム光学伝送系の実施態
様を概略的に示す斜視図である。
様を概略的に示す斜視図である。
【図４】 図４は、図１の回折光学的装置を組み込むレーザービーム光学伝送系の別の実
施態様を概略的に示す斜視図である。
施態様を概略的に示す斜視図である。
【図５】 図５は、本発明を組み込むための眼科手術システムのブロック図である。
【図６】 図６は、本発明の走査中の実施態様を示す平面図である。
【図７】 図７は、回折光学的装置によって発生したラウンド−トップ空間的強度分布を
有するビームプロファイルの別の実施態様を示す斜視図である。
有するビームプロファイルの別の実施態様を示す斜視図である。
【図８】 図８は、回折要素の１つの表面上で研削したレンズを有する実施態様の平面図
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/225 Ｈ０１Ｓ 3/223 Ｅ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H042 AA05 AA17 AA21 BA01 2H049 AA02 AA12 2H087 KA26 PA01 PA17 PB01 QA02 QA05 QA13 QA33 5F071 AA06 JJ10 5F072 AA06 JJ20 KK07 KK15 RR05 YY01
Claims (67)
- 【請求項１】 組織切除のためのエキシマレーザーシステムであって： 経路に沿ってパルスレーザーエネルギーの不均一なビームを発生させるための
ＡｒＦエキシマレーザーであって、該不均一なビームが不均一な空間的強度分布
を有する、ＡｒＦエキシマレーザー； 回折性の光学的ディフューザーであって、該レーザーから間隔を空けて配置さ
れており、そして該ビームの該経路に沿って配置された透明な回折パターンを有
し、これによって、該不均一なビームを、実質的に均一な空間的強度分布を有す
る空間的に積分したビームに変換する、回折性の光学的ディフューザー；および 収束レンズであって、該回折性の光学的ディフューザーの周りに位置しており
、これによって、該空間的積分ビームを空間的積分平面上に集束する、収束レン
ズ、 を備える、エキシマレーザーシステム。 - 【請求項２】 前記不均一なビームが約１９３ｎｍの波長を有する、請求項
１に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項３】 前記不均一なビームが、一軸に沿って実質的にガウス分布に
従う（ｇａｕｓｓｉａｎ）空間的強度分布を有して、ほぼ矩形である、請求項１
に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項４】 前記空間的積分ビームが、該空間的積分ビームの断面にわた
って、実質的に矩形の均一なパターンを有する、請求項１に記載のエキシマレー
ザーシステム。 - 【請求項５】 前記空間的積分ビームが、該空間的積分ビームの断面にわた
って、実質的に円形の均一なパターンを有する、請求項１に記載のエキシマレー
ザーシステム。 - 【請求項６】 前記円形の均一なパターンが、均一な中心領域を有するシル
クハット型のプロファイルを有する、請求項５に記載のエキシマレーザーシステ
ム。 - 【請求項７】 前記均一な中心領域が、前記空間的積分ビームの断面の約７
０％を覆う、請求項６に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項８】 前記空間的積分中心領域が、レーザーのパルス時間間隔にわ
たって、前記空間的積分ビームの断面のほぼ８５％を覆う、請求項７に記載のエ
キシマレーザーシステム。 - 【請求項９】 前記透明な回折パターンが、複数の間隔を空けられたエッチ
ングされた領域を有する透明な部分を有する、請求項１に記載のエキシマレーザ
ーシステム。 - 【請求項１０】 前記複数の間隔を空けられたエッチングされた領域が、複
数の間隔を空けられたエッチングされた線を含む、請求項９に記載のエキシマレ
ーザーシステム。 - 【請求項１１】 前記透明な部分がほぼ矩形である、請求項９に記載のエキ
シマレーザーシステム。 - 【請求項１２】 前記透明な部分が透明な材料を含む、請求項９に記載のエ
キシマレーザーシステム。 - 【請求項１３】 前記透明な材料が、石英、溶融シリカ、フッ化マグネシウ
ム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、およびサファイアからなる群から選択
される、請求項１２に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項１４】 前記収束レンズが、前記回折性の光学的ディフューザーの
一表面上で研削される、請求項１に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項１５】 前記空間的積分平面が、前記収束レンズの焦点の周りに配
置されている、請求項１に記載のエキシマレーザーシステム。 - 【請求項１６】 ビーム軸に沿って投影された、組織切除のために光切除を
生じさせ得る、パルスレーザーエネルギーの不均一なＡｒＦエキシマレーザービ
ームを空間的に積分するための装置であって、以下： 該ビーム軸に整列した該不均一なエキシマビームの経路内に配置された手段で
あって、該不均一なエキシマビームを回折的に発散させて、該空間的積分エキシ
マビームにわたって実質的に均一な強度分布を有する、空間的積分エキシマビー
ムを生じさせるための、手段；および 収束レンズであって、該発散手段の周りに位置し、該エキシマビームの経路内
に配置されており、そして該ビーム軸と整列しており、前記エキシマビームを空
間的積分平面に集束する、収束レンズ、 を備える、装置。 - 【請求項１７】 前記発散手段が、回折格子パターンを有する回折性の光学
的ディフューザーを備える、請求項１６に記載の装置。 - 【請求項１８】 前記回折格子パターンが、透明な媒体にエッチングされた
複数の間隔を空けた領域を含み、該媒体が、前記不均一なエキシマビームに対し
て実質的に非吸収性かつ非反射性である、請求項１７に記載の装置。 - 【請求項１９】 前記透明な媒体がシリカを含む、請求項１７に記載の装置
。 - 【請求項２０】 前記複数の間隔を空けた領域が、接近して間隔を空けた線
を含む、請求項１７に記載の装置。 - 【請求項２１】 前記回折性の光学的ディフューザーが、前記不均一なエキ
シマビームの強度分布を、一軸に沿うガウス強度（ｇａｕｓｓｉａｎ ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ）にを有するほぼ矩形のビームから、前記空間的積分エキシマビーム
の断面に沿って均一な強度を有する実質的に円形のビームに変換する、請求項１
７に記載の装置。 - 【請求項２２】 前記実質的に均一の強度分布が、前記空間的積分エキシマ
ビームの断面の少なくとも約７０％を覆う均一な中心領域を有する、請求項１６
に記載の装置。 - 【請求項２３】 前記均一な中心領域が、レーザーパルス時間間隔にわたっ
て、前記空間的積分エキシマビームの断面のほぼ８５％を覆う、請求項２２に記
載の装置。 - 【請求項２４】 組織を切除するための光切除を生じさせ得る、不均一なＡ
ｒＦエキシマレーザービームの、不均一な空間的強度分布を空間的に積分する方
法であって、以下の工程： 該不均一なビームを回折的に発散する工程であって、これによって、実質的に
均一な空間的強度分布を有する発散したビームを得る、工程； 該発散ビームを、第一平面において、所望の空間的積分に収束する工程；およ
び 該収束されたビームを、該第一平面から、該組織の周りの第二平面へと、結像
する工程、 を包含する、方法。 - 【請求項２５】 前記発散する工程が、前記不均一なビームを、透明な回折
パターンを通して指向する工程を包含する、請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記透明な回折パターンが、実質的に非吸収性の透明な媒
体にエッチングされた、複数の間隔を空けた部分を含む、請求項２５に記載の方
法。 - 【請求項２７】 前記実質的に均一な空間的強度分布が、シルクハット型の
パターンを含み、該パターンが、前記均一なビームの断面の少なくとも約８５％
にわたって均一な中心部を有する、請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記均一な中心部が、前記発散されたビームの断面の約８
５％を覆う、請求項２７に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記収束されたビームを、前記組織の周りに結像された可
変開口に通過させる工程をさらに包含する、請求項２４に記載の方法。 - 【請求項３０】 不均一なＡｒＦエキシマレーザービームを用いて、外科手
術平面における組織切除の方法であって、以下の工程： 該不均一なビームを回折する工程であって、これによって、均一な部分を有す
る実質的にシルクハット型の空間強度分布を有する、空間的積分ビームを得る、
工程； 該空間的積分ビームを、該空間的積分ビームの経路内に配置された第一平面上
に収束する工程； 該空間的積分ビームの均一な部分の寸法を調節する工程；および 該空間的積分ビームの該調節された均一な部分を、該外科手術平面の周りの第
二平面に結像する工程、 を包含する、方法。 - 【請求項３１】 前記回折する工程が回折格子で前記不均一なビームを回折
的に発散する工程を含む、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記回折格子が、透明媒体中にエッチされた複数の線を含
む、請求項３１に記載の方法。 - 【請求項３３】 前記透明媒体が、実質的に無反射で、非吸収性のシリカ材
料を含む、請求項３２に記載の方法。 - 【請求項３４】 前記集束する工程が、前記ビームを収束レンズを通して指
向する工程を含む、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３５】 前記第１の平面が、収束レンズの焦点の周りに配置される
、請求項３４に記載の方法。 - 【請求項３６】 前記調節する工程が、均一な部分を有する空間的積分ビー
ムを、調節可能な開口を通して向ける工程を含み、該開口が、該均一な部分の寸
法とほぼ等しい最大寸法を有する、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３７】 前記調節する工程が、均一な部分を有する空間的積分ビー
ムを、スリットを規定する調節可能な開口を通して指向する工程を含む、請求項
３０に記載の方法。 - 【請求項３８】 前記実質的にシルクハット形状の分布の均一な部分が、空
間的積分ビームの断面の少なくとも約８５％を覆う、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３９】 前記実質的にシルクハット形状の分布の均一な部分が、空
間的積分ビームの断面の約８５％を覆う、請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４０】 眼の角膜を再び形付けるためのレーザーシステムであって
、該システムは、以下： 経路に沿ってパルスレーザーエネルギーの不均一なビームを発生するためのパ
ルスレーザーであって、該不均一なビームが不均一な空間的強度の分布を有する
、パルスレーザー； 該不均一なビームを空間的積分ビームに輪郭付けするために、該ビームの経路
に沿って配置された回折性のオプティクスであって、該積分ビームが、第１平面
において所望の空間的強度を有する、回折性のオプティクス； 輪郭付けしたビームの領域を通過するために、該第１の平面の周りの回折性の
オプティクスから間隔を置かれた開口；および 角膜周りの第２の平面で通過されたビームの像を形成するための開口から間隔
を置かれた収束レンズ、 を備える、レーザーシステム。 - 【請求項４１】 前記不均一なビームが、約１９３ｎｍの波長を有する、請
求項４０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４２】 前記パルスレーザーが、エキシマレーザーである、請求項
４０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４３】 前記不均一ビームが、ほぼ矩型のガウスの空間的強度分布
を有し、そして前記空間的積分ビームが、該空間的積分ビームの断面にわたって
実質的に円形の均一なパターンを有する、請求項４０に記載のレーザーシステム
。 - 【請求項４４】 前期通過されるビームの像を置換するための走査型要素を
さらに備える、請求項４０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４５】 前記走査型要素が、処置テーブルに従って前記像を置換す
る、請求項４４に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４６】 前記回折性のオプティクスが、レーザーパルス間を移動す
る、請求項４５に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４７】 前記回折性のオプティクスの動きが、回転を含む、請求項
４６に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４８】 前記開口の寸法が、レーザーパルスの間で変化する、請求
項４７に記載のレーザーシステム。 - 【請求項４９】 前記パルスレーザーが、エキシマレーザーである、請求項
４８に記載のレーザーシステム。 - 【請求項５０】 前記エキシマレーザーが、約１９３ｎｍの波長を有する、
請求項４９に記載のレーザーシステム。 - 【請求項５１】 眼の角膜を初期の形状から改善された形状に再び形付ける
方法であって、該方法は以下： 該目の改善された形状に関連する少なくとも１つのパラメーターを入力する工
程； 改善された形状に対応する処置テーブルを計算する工程； レーザービームを発生させるために、レーザーをパルス化する工程； 空間的積分ビームを発生させるためにパルスレーザーを回折する工程； 空間的積分平面の周りで回折ビームを開口を通して通過させる工程； 通過されたビームを結像する工程；および 中心位置の周りで結像したビームをオフセットし、処置テーブルに対応する切
除を行う工程、 を包含する、方法。 - 【請求項５２】 前記パルス化する工程が、紫外線を発生する、請求項５１
に記載の方法。 - 【請求項５３】 前記通過させる工程が、さらに開口の寸法を変化させる工
程を包含する、請求項５２に記載の方法。 - 【請求項５４】 手術用顕微鏡対物レンズを通して前記角膜を観察する工程
をさらに包含する、請求項５３に記載の方法。 - 【請求項５５】 前記回折する工程が、時間的積分を提供するために、パル
スレーザービームを回転する工程をさらに包含する、請求項５４に記載の方法。 - 【請求項５６】 前記回折する工程が、実質的にシルクハット形状の空間的
強度分布を有する空間的積分ビームを発生させる工程をさらに包含する、請求項
５１に記載の方法。 - 【請求項５７】 前記回折する工程が、実質的に丸い頂部の空間的強度分布
を有する空間的積分ビームを発生させる工程をさらに包含する、請求項５１に記
載の方法。 - 【請求項５８】 眼の角膜を再び形付けるためのレーザーシステムであって
、該システムは、以下： 経路に沿ってパルスレーザーエネルギーの不均一なビームを発生するためのパ
ルスレーザーであって、該不均一なビームが不均一な空間的強度の分布を有する
、パルスレーザー； 該不均一なビームを空間的積分ビームに輪郭付けするために、該ビームの経路
に沿って配置された回折性のオプティクスであって、該積分ビームが、第１の平
面において実質的に丸い頂部の空間的強度を有する、回折性のオプティクス； 輪郭付けしたビームの領域を通過するために、該第１の平面の周りの回折性の
オプティクスから間隔を置かれた開口；および 角膜周りの第２の平面で通過されたビームの像を形成するための開口から間隔
を置かれた収束レンズ、 を備える、レーザーシステム。 - 【請求項５９】 前記不均一なビームが、約１９３ｎｍの波長を有する、請
求項５８に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６０】 前記パルスレーザーが、エキシマレーザーである、請求項
５９に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６１】 通過されたビームの像を置換するための走査要素をさらに
備える、請求項６０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６２】 前記走査要素が、処置テーブルに従って前記像を置換する
、請求項６１に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６３】 前記回折性のオプティクスが、レーザーパルス間を移動す
る、請求項６０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６４】 前記回折性のオプティクスの動きが、回転を含む、請求項
６３に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６５】 前記開口の寸法が、レーザーパルス間で変化する、請求項
６４に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６６】 前記空間的積分ビームを空間的積分平面で所望の寸法に収
束するために、前記回折性のオプティクスの周りに位置する第２のレンズをさら
に備える、請求項６０に記載のレーザーシステム。 - 【請求項６７】 前記第２のレンズが、前記回折性のオプティクスの１つの
表面上で基盤で研削される、請求項６６に記載のレーザーシステム。
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