JP2674716B2 - パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法 - Google Patents
パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 〔発明の分野〕 本発明は加工物のレーザ成形技術に関するものであっ
て、更に詳しく言えば、加工物の露光量を制御するため
のマスクを用いた加工物のレーザ成形技術に関する。
て、更に詳しく言えば、加工物の露光量を制御するため
のマスクを用いた加工物のレーザ成形技術に関する。
現在、近視、遠視および乱視のごとき視覚異常を矯正
するため、紫外線レーザ切除術の使用によって人間の角
膜の形状を修正することに大きな関心が寄せられてい
る。かかるレーザ切除術は、紫外線パルスを照射して角
膜組織の薄層を除去することによって達成される。好適
な紫外線は200ナノメートル未満の波長を有するもので
ある。200mJ/cm2のパルスフルエンスについて述べれ
ば、各パルスによって厚さ約0.1〜0.2ミクロンの角膜組
織層が除去される。角膜表面の形状に所望の変化をもた
らすようにレーザ切除操作を制御するため、各種の方法
が提唱されている。かかる方法の１つは、レーザビーム
の各パルスを制限して角膜表面の小部分のみを照射する
ように形成された中心開口または細隙を有するマスクを
使用し、そして該マスクを角膜に沿って走査しながら所
望の形状が得られるように角膜組織を除去するというも
のである。もう１つの方法は、小径のスポットを角膜に
沿って走査しながら多数のパルスを照射することによ
り、所望の形状が得られるように角膜組織を累積的に除
去するというものである。
するため、紫外線レーザ切除術の使用によって人間の角
膜の形状を修正することに大きな関心が寄せられてい
る。かかるレーザ切除術は、紫外線パルスを照射して角
膜組織の薄層を除去することによって達成される。好適
な紫外線は200ナノメートル未満の波長を有するもので
ある。200mJ/cm2のパルスフルエンスについて述べれ
ば、各パルスによって厚さ約0.1〜0.2ミクロンの角膜組
織層が除去される。角膜表面の形状に所望の変化をもた
らすようにレーザ切除操作を制御するため、各種の方法
が提唱されている。かかる方法の１つは、レーザビーム
の各パルスを制限して角膜表面の小部分のみを照射する
ように形成された中心開口または細隙を有するマスクを
使用し、そして該マスクを角膜に沿って走査しながら所
望の形状が得られるように角膜組織を除去するというも
のである。もう１つの方法は、小径のスポットを角膜に
沿って走査しながら多数のパルスを照射することによ
り、所望の形状が得られるように角膜組織を累積的に除
去するというものである。
これらの方法はいずれも幾つかの欠点を有している。
それらは角膜の局限された領域に対して順次に作用を及
ぼすものである結果、極めて長い時間がかかる。なぜな
ら、角膜の形状修正を達成するためには多数のパルスを
使用しなければならないからである。これらの方法の多
くは、角膜の成形を完了するまでに数分以上の時間を必
要とする。このように長い時間は様々な欠点を伴う。す
なわち、正確な成形を行うためには、全成形時間にわた
って患者の頭部および眼を固定状態に保持しなければな
らない。これは患者および眼科医に緊張を強いることに
なる。また、処置が長くかかるほど経費も高くなる。こ
れらの方法の各々は、所望の形状修正を達成するために
多数のレーザパルスを必要とする。しかるに、照射領域
を規定するための細隙を持ったマスクの使用はレーザエ
ネルギーの使用効率を本質的に低下させる。なぜなら、
レーザエネルギーの大部分がマスクによって遮断される
からである。他方、スポット走査方式の方法において
は、角膜の小領域から所望量の組織を正確に除去するた
めに一層長い時間がかかるのである。
それらは角膜の局限された領域に対して順次に作用を及
ぼすものである結果、極めて長い時間がかかる。なぜな
ら、角膜の形状修正を達成するためには多数のパルスを
使用しなければならないからである。これらの方法の多
くは、角膜の成形を完了するまでに数分以上の時間を必
要とする。このように長い時間は様々な欠点を伴う。す
なわち、正確な成形を行うためには、全成形時間にわた
って患者の頭部および眼を固定状態に保持しなければな
らない。これは患者および眼科医に緊張を強いることに
なる。また、処置が長くかかるほど経費も高くなる。こ
れらの方法の各々は、所望の形状修正を達成するために
多数のレーザパルスを必要とする。しかるに、照射領域
を規定するための細隙を持ったマスクの使用はレーザエ
ネルギーの使用効率を本質的に低下させる。なぜなら、
レーザエネルギーの大部分がマスクによって遮断される
からである。他方、スポット走査方式の方法において
は、角膜の小領域から所望量の組織を正確に除去するた
めに一層長い時間がかかるのである。
上記のごとき方法を用いた場合における角膜表面の成
形精度は、角膜に沿ってマスクおよび（または）レーザ
ビームを走査する際の正確さ、並びに１パルス当りのレ
ーザエネルギーを制御する際の正確さに直接に依存す
る。このようなわけで、僅か数秒の時間で角膜またはレ
ンズを成形し得るレーザ成形方法が要望されていると共
に、成形精度が角膜表面に沿ってレーザビームまたはマ
スク開口を正確に走査することに依存しないようなレー
ザ成形方法が要望されているのである。
形精度は、角膜に沿ってマスクおよび（または）レーザ
ビームを走査する際の正確さ、並びに１パルス当りのレ
ーザエネルギーを制御する際の正確さに直接に依存す
る。このようなわけで、僅か数秒の時間で角膜またはレ
ンズを成形し得るレーザ成形方法が要望されていると共
に、成形精度が角膜表面に沿ってレーザビームまたはマ
スク開口を正確に走査することに依存しないようなレー
ザ成形方法が要望されているのである。
上記のごとき方法はまた、安全性の点でも問題があ
る。すなわち、角膜の成形時に装置の故障が起こると、
必要以上の組織除去をはじめとする角膜の不適正な切除
が生じることがある。特に角膜を直接に成形する場合に
は、このような危険は幾つかの理由から大きな問題とな
る。公知の通り、人間の眼、とりわけそれの角膜は急速
に再生し得ないものである。また、たとえ再生が起こっ
ても、瘢痕の形成によって明澄な視覚が妨げられること
が多い。このように、不必要な組織の除去は不可逆過程
であって、患者の視力を永久的に損なうことがある。そ
の上、人間はただ１対の眼しか有しておらず、しかも情
報に満ち溢れた現代社会においては視覚情報は極めて重
要であるから、誰もが眼を非常に大切にするように警告
を受けているのである。
る。すなわち、角膜の成形時に装置の故障が起こると、
必要以上の組織除去をはじめとする角膜の不適正な切除
が生じることがある。特に角膜を直接に成形する場合に
は、このような危険は幾つかの理由から大きな問題とな
る。公知の通り、人間の眼、とりわけそれの角膜は急速
に再生し得ないものである。また、たとえ再生が起こっ
ても、瘢痕の形成によって明澄な視覚が妨げられること
が多い。このように、不必要な組織の除去は不可逆過程
であって、患者の視力を永久的に損なうことがある。そ
の上、人間はただ１対の眼しか有しておらず、しかも情
報に満ち溢れた現代社会においては視覚情報は極めて重
要であるから、誰もが眼を非常に大切にするように警告
を受けているのである。
最も信頼度の高い電子装置でさえ、時には故障を起こ
すことがある。成形操作中に故障が起これば、眼に永久
的な損傷を及ぼすこともあり得る。
すことがある。成形操作中に故障が起これば、眼に永久
的な損傷を及ぼすこともあり得る。
このようなわけで、人間の角膜を成形する目的で使用
するためには、偶発的な組織の除去を防止し得るような
成形方法が極めて望ましいのである。
するためには、偶発的な組織の除去を防止し得るような
成形方法が極めて望ましいのである。
発明の目的 本発明の主たる目的は、レーザビームまたはマスク開
口の走査に依存しないようなレーザ成形方法を提供する
ことにある。
口の走査に依存しないようなレーザ成形方法を提供する
ことにある。
また、成形すべき領域全体を１つの単位として処理し
得るようなレーザ成形方法を提供することも本発明の目
的の１つである。
得るようなレーザ成形方法を提供することも本発明の目
的の１つである。
更にまた、加工物の成形パターンを予め正確に規定す
ることも本発明の目的の１つである。
ることも本発明の目的の１つである。
更にまた、所望の形状修正をもたらす切除パターンに
対応した領域パターンを有するレーザ成形制御用のマス
クを提供することも本発明の目的の１つである。
対応した領域パターンを有するレーザ成形制御用のマス
クを提供することも本発明の目的の１つである。
本発明のその他の目的は、添付の図面を含めた本明細
書を参照することによって自ら明らかとなろう。
書を参照することによって自ら明らかとなろう。
発明の要約 上記およびその他の目的は、本発明に従えば、各々の
レーザパルスによって加工物を成形する際のパターンを
正確に規定する領域マスクを通して成形用のレーザビー
ムを照射することによって達成される。
レーザパルスによって加工物を成形する際のパターンを
正確に規定する領域マスクを通して成形用のレーザビー
ムを照射することによって達成される。
本発明の実施の一態様に従って述べれば、レーザ成形
操作によって材料を除去する際のパターンを規定するた
めに１組の重み付きマスクが使用される。これらのマス
クは二進法に基づく重みを有することが好ましい。すな
わち、Ｋ個のレーザパルスを用いた照射パターンを規定
するためには重み１のマスクが使用され、2K個のレーザ
パルスを用いた照射パターンを規定するためには重み２
のマスクが使用され、4K個のレーザパルスを用いた照射
パターンを規定するためには重み４のマスクが使用さ
れ、以下同様である。なお、所望ならば、二進法に基づ
かない重みを有するマスクを使用することもできる。
操作によって材料を除去する際のパターンを規定するた
めに１組の重み付きマスクが使用される。これらのマス
クは二進法に基づく重みを有することが好ましい。すな
わち、Ｋ個のレーザパルスを用いた照射パターンを規定
するためには重み１のマスクが使用され、2K個のレーザ
パルスを用いた照射パターンを規定するためには重み２
のマスクが使用され、4K個のレーザパルスを用いた照射
パターンを規定するためには重み４のマスクが使用さ
れ、以下同様である。なお、所望ならば、二進法に基づ
かない重みを有するマスクを使用することもできる。
実施の一態様に従えば、二進法に基づくマスクセット
中に含まれる各々のマスクは一定の配列状態の画素から
成っていて、各々の画素は透明または不透明である。そ
の結果、画素が透明または不透明のいずれであるかに応
じ、該画素と整列した部位におけるレーザ成形が実行も
しくは阻止されることになる。
中に含まれる各々のマスクは一定の配列状態の画素から
成っていて、各々の画素は透明または不透明である。そ
の結果、画素が透明または不透明のいずれであるかに応
じ、該画素と整列した部位におけるレーザ成形が実行も
しくは阻止されることになる。
本発明の内容は、前記特許請求の範囲中に詳細に記載
されかつ明確に規定されている。とは言え、本発明の構
成や実施方法並びにそれの目的や利点は、添付の図面を
参照しながら以下の説明を読むことによって最も良く理
解されよう。
されかつ明確に規定されている。とは言え、本発明の構
成や実施方法並びにそれの目的や利点は、添付の図面を
参照しながら以下の説明を読むことによって最も良く理
解されよう。
発明の詳細な説明 本発明に従えば、人間の角膜（または人間の角膜に付
着させるべきレンズ）などのごとき加工物に沿って成形
用のレーザビームを走査することによって該加工物を成
形するのとは異なり、各々のレーザパルスについて加工
物の加工領域全体に対するレーザエネルギーの照射パタ
ーンを規定する領域マスクが使用される。かかるマスク
は、各々のレーザパルスによって加工物のどの部位が切
除されるかを規定するものである。このように本発明
は、レーザビームを走査したり、あるいはレーザビーム
の照射を制御するための開口を走査したりするのとは異
なり、切除パターンをマスクによって規定するという利
点を有している。このようにすれば、予め作製されたマ
スクによって切除パターンが規定されるから、レーザ成
形用として該マスクを使用するのに先立ってそれのパタ
ーンを検査し、それによって該マスク上に実際に存在す
るパターンが所望の成形パターンを生み出すかどうかを
確認することができる。
着させるべきレンズ）などのごとき加工物に沿って成形
用のレーザビームを走査することによって該加工物を成
形するのとは異なり、各々のレーザパルスについて加工
物の加工領域全体に対するレーザエネルギーの照射パタ
ーンを規定する領域マスクが使用される。かかるマスク
は、各々のレーザパルスによって加工物のどの部位が切
除されるかを規定するものである。このように本発明
は、レーザビームを走査したり、あるいはレーザビーム
の照射を制御するための開口を走査したりするのとは異
なり、切除パターンをマスクによって規定するという利
点を有している。このようにすれば、予め作製されたマ
スクによって切除パターンが規定されるから、レーザ成
形用として該マスクを使用するのに先立ってそれのパタ
ーンを検査し、それによって該マスク上に実際に存在す
るパターンが所望の成形パターンを生み出すかどうかを
確認することができる。
本発明の好適な実施の態様に従えば、１組の重み付き
マスクによって切除パターンが規定される。この場合、
各マスクの透過性部分と整列した部位における材料の除
去量は該マスクに割当てられた重みに比例する。特に好
適な実施の態様に基づく重み付きマスクセットは、二進
法に基づく重み（すなわち、１、２、４、８、16、32な
どの重み）を有する１組のマスクから成っている。この
場合、マスクの数および最大重みは材料の除去に際して
所望される分解能に依存する。本明細書では、「重み」
とは、「カテゴリ」、「クラス」、「区分」又は「等
級」を意味する。これらはいずれも整数で表される。
マスクによって切除パターンが規定される。この場合、
各マスクの透過性部分と整列した部位における材料の除
去量は該マスクに割当てられた重みに比例する。特に好
適な実施の態様に基づく重み付きマスクセットは、二進
法に基づく重み（すなわち、１、２、４、８、16、32な
どの重み）を有する１組のマスクから成っている。この
場合、マスクの数および最大重みは材料の除去に際して
所望される分解能に依存する。本明細書では、「重み」
とは、「カテゴリ」、「クラス」、「区分」又は「等
級」を意味する。これらはいずれも整数で表される。
先ず第１図を見ると、特定の画素について所望される
相対切除量と１組の重み付きマスクの各々における該画
素の状態とを関係づける表が示されている。この表の最
も左側の欄には、所望される相対切除量が０から255（2
7−１）にまでわたって示されている。なお、17以降に
おいては表の一部が省略されている。この表の中央の欄
には、一連の二進数が示されている。これらの二進数の
上方に示された見出しの最上列には、右から左に向かう
アルファベットで表わされたマスク符号が示されてい
る。すなわち、右端には最小の重みを有するマスクＡが
示されており、また左端には最大の重みを有するマスク
Ｈが示されている。これらのマスク符号の直下には、そ
れぞれのマスクに対応する重みが示されている。かかる
重みは２の累乗の形で表わされるものであって、右端の
１から左端の128にまでわたっている。この表の最も右
側の欄には、同じ列中に記載された相対切除量を得よう
とする場合、対応する画素が透明であるようなマスクの
符号が列挙されている。この表の上方の部分（すなわ
ち、所望の相対切除量が１ずつ増加している部分）にお
いては、５個のマスクＡ〜Ｅのみが関与している。それ
よりも下方においては、追加のマスクを必要とするよう
な相対切除量が部分的に示されている。なお、この表を
１枚の図面に収めるために中間の部分が省略されてい
る。当業者にとっては自明の通り、省略された相対切除
量はやはりマスク中の画素の状態によって規定されてい
るが、その方法は表の上方に示された値（すなわち、よ
り小さい相対切除量）の場合と同様である。
相対切除量と１組の重み付きマスクの各々における該画
素の状態とを関係づける表が示されている。この表の最
も左側の欄には、所望される相対切除量が０から255（2
7−１）にまでわたって示されている。なお、17以降に
おいては表の一部が省略されている。この表の中央の欄
には、一連の二進数が示されている。これらの二進数の
上方に示された見出しの最上列には、右から左に向かう
アルファベットで表わされたマスク符号が示されてい
る。すなわち、右端には最小の重みを有するマスクＡが
示されており、また左端には最大の重みを有するマスク
Ｈが示されている。これらのマスク符号の直下には、そ
れぞれのマスクに対応する重みが示されている。かかる
重みは２の累乗の形で表わされるものであって、右端の
１から左端の128にまでわたっている。この表の最も右
側の欄には、同じ列中に記載された相対切除量を得よう
とする場合、対応する画素が透明であるようなマスクの
符号が列挙されている。この表の上方の部分（すなわ
ち、所望の相対切除量が１ずつ増加している部分）にお
いては、５個のマスクＡ〜Ｅのみが関与している。それ
よりも下方においては、追加のマスクを必要とするよう
な相対切除量が部分的に示されている。なお、この表を
１枚の図面に収めるために中間の部分が省略されてい
る。当業者にとっては自明の通り、省略された相対切除
量はやはりマスク中の画素の状態によって規定されてい
るが、その方法は表の上方に示された値（すなわち、よ
り小さい相対切除量）の場合と同様である。
次の第２図には、７、８、９および10の相対切除量を
有する４個の画素が左端に示されている。この図の中央
部分には、重み１、２、４および８をそれぞれに有する
マスクＡ、Ｂ、ＣおよびＤ中における４個の画素の状態
が示されている。この図の右端には、加工物の該当部分
を照射するレーザパルスの総数が示されている。第２図
の中央部分に示されたマスク中においては、点を打った
画素はレーザパルスに対して不透明であるのに対し、空
白の画素はレーザパルスに対して透明である。各々のマ
スクを通して照射される等エネルギーパルスの数は該マ
スクの直下に示されている。
有する４個の画素が左端に示されている。この図の中央
部分には、重み１、２、４および８をそれぞれに有する
マスクＡ、Ｂ、ＣおよびＤ中における４個の画素の状態
が示されている。この図の右端には、加工物の該当部分
を照射するレーザパルスの総数が示されている。第２図
の中央部分に示されたマスク中においては、点を打った
画素はレーザパルスに対して不透明であるのに対し、空
白の画素はレーザパルスに対して透明である。各々のマ
スクを通して照射される等エネルギーパルスの数は該マ
スクの直下に示されている。
次の第３図は第２図と同様な構成を有しているが、こ
の場合には、３、６、11および15の相対切除量に関する
４個の画素の状態が示されている。
の場合には、３、６、11および15の相対切除量に関する
４個の画素の状態が示されている。
切除量がレーザパルスのエネルギー密度に比例する場
合には、マスクの重みが１段階ずつ増加するのに伴って
等エネルギーパルスの数を２倍にする代りに、１パルス
当りのエネルギーを２倍にすることもできる。すなわ
ち、切除量が累積エネルギーに対して直線性を示す場合
には、マスクによって決定される累積エネルギーが重要
なのである。材料の切除量がパルスエネルギーに対して
直線性を示さない場合には、マスクの重みに伴って増加
する適当な数の等エネルギーパルスを使用することが好
ましい。とは言え、所望ならば、パルスエネルギーとパ
ルス数とを適当に組合わせて使用することもできる。
合には、マスクの重みが１段階ずつ増加するのに伴って
等エネルギーパルスの数を２倍にする代りに、１パルス
当りのエネルギーを２倍にすることもできる。すなわ
ち、切除量が累積エネルギーに対して直線性を示す場合
には、マスクによって決定される累積エネルギーが重要
なのである。材料の切除量がパルスエネルギーに対して
直線性を示さない場合には、マスクの重みに伴って増加
する適当な数の等エネルギーパルスを使用することが好
ましい。とは言え、所望ならば、パルスエネルギーとパ
ルス数とを適当に組合わせて使用することもできる。
次の第４図には、二進法に基づく重みを有する８個の
マスクが示されている。これらのマスクをそれぞれの重
みに従って使用することにより、平坦な加工物から材料
を除去した場合、加工物の照射面上には凸状の球面の一
部分が形成される。マスクＡは最小の重みを有してい
て、それを通してただ１つのパルスが照射される。マス
クＢは２の重みを有していて、それを通して２つのパル
スが照射される。マスクＣは４の重みを有していて、そ
れを通して４つのパルスが照射される。同様にして、マ
スクＤは８の重みを有し、マスクＥは16の重みを有し、
マスクＦは32の重みを有し、マスクＧは64の重みを有
し、またマスクＨは128の重みを有する。これらのマス
クが有するパターンの幾何学的中心はいずれも不透明で
ある結果、加工物の中心部からは材料が全く除去されな
いことが認められよう。マスクＡが有する細密パターン
の外側においては、全てのマスクが透明であるから、こ
のマスクセットを用いたレーザ成形操作によって一定量
の材料が除去されることになる。かかる除去量は、全て
のマスクが有する重みの和と、各パルスによって除去さ
れる材料の厚さとの積に等しい。図示の場合において
は、単一のパルスによって除去される厚さの255倍に等
しい厚さの材料が加工物の周辺部分から除去されること
になる。
マスクが示されている。これらのマスクをそれぞれの重
みに従って使用することにより、平坦な加工物から材料
を除去した場合、加工物の照射面上には凸状の球面の一
部分が形成される。マスクＡは最小の重みを有してい
て、それを通してただ１つのパルスが照射される。マス
クＢは２の重みを有していて、それを通して２つのパル
スが照射される。マスクＣは４の重みを有していて、そ
れを通して４つのパルスが照射される。同様にして、マ
スクＤは８の重みを有し、マスクＥは16の重みを有し、
マスクＦは32の重みを有し、マスクＧは64の重みを有
し、またマスクＨは128の重みを有する。これらのマス
クが有するパターンの幾何学的中心はいずれも不透明で
ある結果、加工物の中心部からは材料が全く除去されな
いことが認められよう。マスクＡが有する細密パターン
の外側においては、全てのマスクが透明であるから、こ
のマスクセットを用いたレーザ成形操作によって一定量
の材料が除去されることになる。かかる除去量は、全て
のマスクが有する重みの和と、各パルスによって除去さ
れる材料の厚さとの積に等しい。図示の場合において
は、単一のパルスによって除去される厚さの255倍に等
しい厚さの材料が加工物の周辺部分から除去されること
になる。
球面の一部分を成すドームの外側に位置する加工物の
周辺部分から一層多くの材料を除去することにより、加
工物の基部から上方に伸びた円柱の頂上に該ドームを形
成することが所望される場合には、マスクＡが有する細
密パターンの領域内においては不透明であるかつそれの
外側においては透明であるようなマスクＩを追加し、そ
して所望の除去量に対応した重みを使用しながらこのマ
スクを通して照射を行えばよい。あるいはまた、８個の
マスクの各々を通して照射されるパルスの数を２倍に
し、それによって加工領域内の各々の部位における材料
の除去量を２倍にすれば、材料表面の平滑性は低下する
ものの、加工物の周辺部分から２倍の材料を除去するこ
とができる。しかしながら、このようにして得られる表
面は球面の一部分ではなく非球面の一部分となる。
周辺部分から一層多くの材料を除去することにより、加
工物の基部から上方に伸びた円柱の頂上に該ドームを形
成することが所望される場合には、マスクＡが有する細
密パターンの領域内においては不透明であるかつそれの
外側においては透明であるようなマスクＩを追加し、そ
して所望の除去量に対応した重みを使用しながらこのマ
スクを通して照射を行えばよい。あるいはまた、８個の
マスクの各々を通して照射されるパルスの数を２倍に
し、それによって加工領域内の各々の部位における材料
の除去量を２倍にすれば、材料表面の平滑性は低下する
ものの、加工物の周辺部分から２倍の材料を除去するこ
とができる。しかしながら、このようにして得られる表
面は球面の一部分ではなく非球面の一部分となる。
マスクＡ〜Ｈの各々は、それぞれのマスクパターンの
中心が規準点に対して既知の位置に存在するようにして
単一のマスク基板上に配置されることが好ましい。な
お、上記の規準点はマスクまたはマスクパターンの内部
（たとえば、それの中心部）に存在していてもよいし、
あるいはマスクパターンの外側に存在していてもよい。
中心が規準点に対して既知の位置に存在するようにして
単一のマスク基板上に配置されることが好ましい。な
お、上記の規準点はマスクまたはマスクパターンの内部
（たとえば、それの中心部）に存在していてもよいし、
あるいはマスクパターンの外側に存在していてもよい。
平坦な加工物の成形によって球面を形成するために役
立つ第４図のマスクセットにおいて認められる特徴の１
つは、それぞれのマスクパターンの精細度が重みの増加
に伴って減少していることである。このような特徴は、
平滑な対称的境界面を持った構造を得るように設計され
た多くのマスクセットに共通するものである。
立つ第４図のマスクセットにおいて認められる特徴の１
つは、それぞれのマスクパターンの精細度が重みの増加
に伴って減少していることである。このような特徴は、
平滑な対称的境界面を持った構造を得るように設計され
た多くのマスクセットに共通するものである。
次の第５図は、第４図のマスクセットを使用しながら
成形することによって平坦な上面から球面の一部を形成
した加工物の部分切欠き斜視図である。
成形することによって平坦な上面から球面の一部を形成
した加工物の部分切欠き斜視図である。
次の第６図には、双曲放物面を形成するために役立つ
８個のマスクセットが示されている。次の第７図には、
それを用いて形成された表面が示されているが、この表
面はマスクセットに対して90゜だけ回転した状態にあ
る。すなわち、第７図に示された表面の左方および右方
の部分は、第６図に示されたマスクパターンの上方およ
び下方の部分によって形成されたものである。
８個のマスクセットが示されている。次の第７図には、
それを用いて形成された表面が示されているが、この表
面はマスクセットに対して90゜だけ回転した状態にあ
る。すなわち、第７図に示された表面の左方および右方
の部分は、第６図に示されたマスクパターンの上方およ
び下方の部分によって形成されたものである。
レンズの表面あるいは人間や動物の角膜の表面のごと
き光学面を成形する際に重要な因子は、本発明に従って
作製されたような二進法に基づくマスクセットを用いた
レーザ成形操作によって得られる最終表面の平滑度であ
る。かかる平滑度を評価するためには様々な規準を使用
することができるが、本発明者等は所定数のマスクによ
って得られる分解能を画素の大きさの関数として比較す
るために役立つ１つの規準を採用した。平坦な加工物を
成形して凸状の球面を形成する場合について本発明者等
が採用した基準は、レーザ成形操作によって実際に除去
される材料の量と、加工物の内部またはそれの上面に位
置する最大の球面から成る完全な球面を形成するために
除去すべき材料の量との比である。かかる基準は第８図
のグラフに図示されている。この場合、第８図の上部に
断面図として示されているごとく、球面の一部分を成す
ように成形される領域の直径が5000ミクロンであり、ま
た該領域の中心部はそれの縁端部よりも25ミクロンだけ
高くなっているものとする。100％の平滑度を有する表
面とは、全ての部分において完全な球面に合致するよう
な表面を意味する。図からわかる通り、使用するマスク
の数には関係なく、画素の数が小さければ平滑度は低く
なる。なぜなら、画素の数が小さい場合には平坦な上面
を持った大きな区画が形成されるが、垂直寸法（厚さ）
の制御の精細度にかかわりなく、かかる区画はその大部
分において理想球面から逸脱しているからである。平滑
度はマスクセット中のマスクの数（従って材料除去の段
階数、すなわち垂直分解能の精細度）と共に増大し、ま
た画素の数（従って水平分解能の精細度）と共に増大す
ることが認められよう。また、各々のレーザパルスによ
って除去される材料層が薄くなるほど、一定数のパルス
によって除去し得る材料の最大量は減少するものの、得
られる曲面の平滑度は向上することも認められよう。
き光学面を成形する際に重要な因子は、本発明に従って
作製されたような二進法に基づくマスクセットを用いた
レーザ成形操作によって得られる最終表面の平滑度であ
る。かかる平滑度を評価するためには様々な規準を使用
することができるが、本発明者等は所定数のマスクによ
って得られる分解能を画素の大きさの関数として比較す
るために役立つ１つの規準を採用した。平坦な加工物を
成形して凸状の球面を形成する場合について本発明者等
が採用した基準は、レーザ成形操作によって実際に除去
される材料の量と、加工物の内部またはそれの上面に位
置する最大の球面から成る完全な球面を形成するために
除去すべき材料の量との比である。かかる基準は第８図
のグラフに図示されている。この場合、第８図の上部に
断面図として示されているごとく、球面の一部分を成す
ように成形される領域の直径が5000ミクロンであり、ま
た該領域の中心部はそれの縁端部よりも25ミクロンだけ
高くなっているものとする。100％の平滑度を有する表
面とは、全ての部分において完全な球面に合致するよう
な表面を意味する。図からわかる通り、使用するマスク
の数には関係なく、画素の数が小さければ平滑度は低く
なる。なぜなら、画素の数が小さい場合には平坦な上面
を持った大きな区画が形成されるが、垂直寸法（厚さ）
の制御の精細度にかかわりなく、かかる区画はその大部
分において理想球面から逸脱しているからである。平滑
度はマスクセット中のマスクの数（従って材料除去の段
階数、すなわち垂直分解能の精細度）と共に増大し、ま
た画素の数（従って水平分解能の精細度）と共に増大す
ることが認められよう。また、各々のレーザパルスによ
って除去される材料層が薄くなるほど、一定数のパルス
によって除去し得る材料の最大量は減少するものの、得
られる曲面の平滑度は向上することも認められよう。
第８図には、特定の成形条件に関する平滑度が示され
ている。成形条件が変化すれば、平滑度も変化すること
になる。加工物が光学部品である場合には、所要の平滑
度は個々の光学部品およびそれを使用する光学系に依存
する。
ている。成形条件が変化すれば、平滑度も変化すること
になる。加工物が光学部品である場合には、所要の平滑
度は個々の光学部品およびそれを使用する光学系に依存
する。
一般に、人間の角膜または角膜に付着させたレンズを
成形する場合に直面する課題は、平坦な加工物を成形し
て球面を形成するのではなく、現存する曲面を成形して
（視力の向上をもたらす）別の曲面を形成することであ
る。次の第９図には、成形を施すべき初期曲面10が該曲
面の一直径に沿った断面図によって示されている。次の
第10図には、所望の最終曲面110が示されていると共
に、現存の初期曲面10が破線によって示されている。
成形する場合に直面する課題は、平坦な加工物を成形し
て球面を形成するのではなく、現存する曲面を成形して
（視力の向上をもたらす）別の曲面を形成することであ
る。次の第９図には、成形を施すべき初期曲面10が該曲
面の一直径に沿った断面図によって示されている。次の
第10図には、所望の最終曲面110が示されていると共
に、現存の初期曲面10が破線によって示されている。
次の第11図には、初期曲面10が所望の最終曲面110と
共に示されている。本発明の方法によれば材料の除去の
みが可能であるから、最終曲面110は初期曲面10の内側
に位置している。なお、除去すべき材料120を明確に示
すため、それにはハッチングが施されている。
共に示されている。本発明の方法によれば材料の除去の
みが可能であるから、最終曲面110は初期曲面10の内側
に位置している。なお、除去すべき材料120を明確に示
すため、それにはハッチングが施されている。
次の第12図には、除去すべき材料120の厚さが初期曲
面10の直径に沿った位置の関数として示されている。か
かる厚さは初期曲面10の縁端において０であると共に、
初期曲面10の中心に向かって単調に増加していることが
認められよう。
面10の直径に沿った位置の関数として示されている。か
かる厚さは初期曲面10の縁端において０であると共に、
初期曲面10の中心に向かって単調に増加していることが
認められよう。
次の第13図には、材料120を除去するために役立つ８
個のマスクセットが示されている。
個のマスクセットが示されている。
人間の角膜が完全な球面を成していることは稀であ
る。また、完全な球面を成す角膜表面によって最適の視
力が得られるような人も稀である。人間の角膜は不規則
な形状を成しており、そして人間の眼の光学系は不規則
な形状が最適の視力をもたらすようになっているのが通
例である。その結果、眼科領域における本発明の最適用
途は、不規則な曲面を別の不規則な曲面に変形させるこ
とにある。
る。また、完全な球面を成す角膜表面によって最適の視
力が得られるような人も稀である。人間の角膜は不規則
な形状を成しており、そして人間の眼の光学系は不規則
な形状が最適の視力をもたらすようになっているのが通
例である。その結果、眼科領域における本発明の最適用
途は、不規則な曲面を別の不規則な曲面に変形させるこ
とにある。
次の第14図は、球面の曲率半径を減少させるため（す
なわち、球面の曲率を増大させるため）に役立つ８個の
マスクセットが示されている。このマスクセットは、第
10〜13図に示された場合とは逆の仕方で曲率を変化させ
るものである。
なわち、球面の曲率を増大させるため）に役立つ８個の
マスクセットが示されている。このマスクセットは、第
10〜13図に示された場合とは逆の仕方で曲率を変化させ
るものである。
二進法に基づく重みを有する本発明の領域マスクの利
点の１つは、各々の画素について、単一のパルスによっ
て除去される材料の厚さの０倍から（2N−１）倍までの
範囲内にある量の材料を除去し得ることである。それ
故、各々の画素について除去すべき材料の量を規定する
ことにより、任意の表面を（それの内部に包含される）
別の任意の表面に変形することができる。次の第15図に
は、かかる変形の実例が材料本体を横切る断面図によっ
て示されている。各々の画素の上方に示された数字は、
該画素について除去すべき材料の厚さを表わしている。
点の１つは、各々の画素について、単一のパルスによっ
て除去される材料の厚さの０倍から（2N−１）倍までの
範囲内にある量の材料を除去し得ることである。それ
故、各々の画素について除去すべき材料の量を規定する
ことにより、任意の表面を（それの内部に包含される）
別の任意の表面に変形することができる。次の第15図に
は、かかる変形の実例が材料本体を横切る断面図によっ
て示されている。各々の画素の上方に示された数字は、
該画素について除去すべき材料の厚さを表わしている。
本発明のレーザ成形方法は、角膜、レンズおよびその
他の加工物を成形することによって１つの不規則な表面
を別の不規則な表面に変化させるための従来の方法に比
べて多くの利点を有している。詳しく述べれば、材料の
除去量がマスク作製段階において設定される結果、不規
則な材料除去パターンを生み出すためにレーザビームス
ポットまたはマスク開口の運動を詳細かつ綿密に制御す
る必要がなくなる。その結果、本発明の方法によれば、
従来の方法を使用した場合よりも一層高い信頼度をもっ
て実際の材料除去パターンを制御することができる。更
にまた、本発明のレーザ成形方法はマスクパターン全域
を照射するのに十分な寸法を持ったレーザビームによっ
て実施されるから、所望のパターンを生み出すために必
要なパルスの数は遥かに少なくて済む。詳しく述べれ
ば、単一のパルスによって除去される厚さの255倍に等
しい最大厚さを除去することが所望される場合、小さい
スポットを走査する従来の方法においては上記厚さの材
料の除去が所望される各々の部位について255のレーザ
パルスが必要とされるのに対し、本発明のレーザ成形方
法において必要とされるレーザパルスの数は全部で255
に過ぎないのである。このように、本発明のマスクセッ
トは角膜、レンズまたはその他の加工物を成形するため
に必要とされるレーザパルスの数を劇的に減少させるの
である。このことは多くの利点をもたらす。第一に、本
発明の方法は従来の方法よりも遥かに速い。第二に、眼
に照射されるレーザパルスの数が劇的に減少する結果、
かかるレーザ照射に原因する予期せぬ副作用の危険が最
小限に抑えられることになる。1/255の分解能の下で本
発明のレーザ成形方法を実施する場合、毎秒100パルス
の最大パルス繰返数を有するエキシマレーザを使用すれ
ば、255のレーザパルスを照射するために要する時間は2
1/2秒を僅かに越える程度に過ぎない。上記の分解能を
得るためには８個のマスクが必要であるから、それらの
マスクを切換えかつ角膜またはレンズに対して正しく位
置合せするための時間を上記のレーザ照射時間に加えな
ければならない。とは言え、最新の位置決め装置を用い
れば、各々のマスクの切換えおよび位置合せは１秒未満
で達成されるはずであるから、レーザ成形操作全体は約
10秒で実施することができる。なお、適当な装置を用い
れば1/2秒よりもかなり短いマスク切換え時間が可能と
なる。それ故、レーザ成形操作全体を10秒よりもかなり
短い時間で実施することもできる。その結果、レーザ成
形操作中に患者が眼を固定状態に保つことが非常に容易
になる。なぜなら、患者が眼を10秒間にわたって固定状
態に保つことは数分間にわたって固定状態に保つことよ
りも遥かに容易だからである。更にまた、正確に作製さ
れかつ正しく位置合せされた各々のマスクを通して所望
の数の等エネルギーパルスを照射しさえすれば、正確な
切除パターンを確実に得ることができるのである。
他の加工物を成形することによって１つの不規則な表面
を別の不規則な表面に変化させるための従来の方法に比
べて多くの利点を有している。詳しく述べれば、材料の
除去量がマスク作製段階において設定される結果、不規
則な材料除去パターンを生み出すためにレーザビームス
ポットまたはマスク開口の運動を詳細かつ綿密に制御す
る必要がなくなる。その結果、本発明の方法によれば、
従来の方法を使用した場合よりも一層高い信頼度をもっ
て実際の材料除去パターンを制御することができる。更
にまた、本発明のレーザ成形方法はマスクパターン全域
を照射するのに十分な寸法を持ったレーザビームによっ
て実施されるから、所望のパターンを生み出すために必
要なパルスの数は遥かに少なくて済む。詳しく述べれ
ば、単一のパルスによって除去される厚さの255倍に等
しい最大厚さを除去することが所望される場合、小さい
スポットを走査する従来の方法においては上記厚さの材
料の除去が所望される各々の部位について255のレーザ
パルスが必要とされるのに対し、本発明のレーザ成形方
法において必要とされるレーザパルスの数は全部で255
に過ぎないのである。このように、本発明のマスクセッ
トは角膜、レンズまたはその他の加工物を成形するため
に必要とされるレーザパルスの数を劇的に減少させるの
である。このことは多くの利点をもたらす。第一に、本
発明の方法は従来の方法よりも遥かに速い。第二に、眼
に照射されるレーザパルスの数が劇的に減少する結果、
かかるレーザ照射に原因する予期せぬ副作用の危険が最
小限に抑えられることになる。1/255の分解能の下で本
発明のレーザ成形方法を実施する場合、毎秒100パルス
の最大パルス繰返数を有するエキシマレーザを使用すれ
ば、255のレーザパルスを照射するために要する時間は2
1/2秒を僅かに越える程度に過ぎない。上記の分解能を
得るためには８個のマスクが必要であるから、それらの
マスクを切換えかつ角膜またはレンズに対して正しく位
置合せするための時間を上記のレーザ照射時間に加えな
ければならない。とは言え、最新の位置決め装置を用い
れば、各々のマスクの切換えおよび位置合せは１秒未満
で達成されるはずであるから、レーザ成形操作全体は約
10秒で実施することができる。なお、適当な装置を用い
れば1/2秒よりもかなり短いマスク切換え時間が可能と
なる。それ故、レーザ成形操作全体を10秒よりもかなり
短い時間で実施することもできる。その結果、レーザ成
形操作中に患者が眼を固定状態に保つことが非常に容易
になる。なぜなら、患者が眼を10秒間にわたって固定状
態に保つことは数分間にわたって固定状態に保つことよ
りも遥かに容易だからである。更にまた、正確に作製さ
れかつ正しく位置合せされた各々のマスクを通して所望
の数の等エネルギーパルスを照射しさえすれば、正確な
切除パターンを確実に得ることができるのである。
本発明に基づくレーザ成形操作を適正に実施すること
によって操作者の過失またはその他の障害が起こる危険
を最小限に抑えるため、所定のレーザ成形操作のために
使用される全てのマスクパターンは位置合せキーを有す
る単一の基板上に配置されたマスキング層中に形成され
ることが好ましい。かかる位置合せキーにより、各々の
マスクは成形装置内に正しく配置されることが保証され
るわけである。かかる位置合せキーは基板の物理的形状
の一部であってもよいし、第６図の右下隅に示されたよ
うな基板上のパターンの一部であってもよいし、あるい
はそれらの組合せであってもよい。マスク基板の隅に設
けられた同様な切込みを位置合せキーとして使用するこ
ともできるし、あるいはその他の位置合せキーを使用す
ることもできる。かかるマスク基板の各々にはまた、対
象となる患者および眼を明確に識別するための符号を付
加することが必要である。かかる符号は、患者の名前お
よび「左眼」または「右眼」のごとき単語から成ってい
てもよいし、あるいは数字やその他の記号から成ってい
てもよい。かかる成形装置はまた、各々のマスクの重み
に従って照射されるレーザパルスの数を制限する連動機
構を具備していることが好ましい。更にまた、マスクを
角膜またはレンズに対して正しく位置合せするため、確
実な位置合せ用の標識をマスク上に設けることも望まし
い。
によって操作者の過失またはその他の障害が起こる危険
を最小限に抑えるため、所定のレーザ成形操作のために
使用される全てのマスクパターンは位置合せキーを有す
る単一の基板上に配置されたマスキング層中に形成され
ることが好ましい。かかる位置合せキーにより、各々の
マスクは成形装置内に正しく配置されることが保証され
るわけである。かかる位置合せキーは基板の物理的形状
の一部であってもよいし、第６図の右下隅に示されたよ
うな基板上のパターンの一部であってもよいし、あるい
はそれらの組合せであってもよい。マスク基板の隅に設
けられた同様な切込みを位置合せキーとして使用するこ
ともできるし、あるいはその他の位置合せキーを使用す
ることもできる。かかるマスク基板の各々にはまた、対
象となる患者および眼を明確に識別するための符号を付
加することが必要である。かかる符号は、患者の名前お
よび「左眼」または「右眼」のごとき単語から成ってい
てもよいし、あるいは数字やその他の記号から成ってい
てもよい。かかる成形装置はまた、各々のマスクの重み
に従って照射されるレーザパルスの数を制限する連動機
構を具備していることが好ましい。更にまた、マスクを
角膜またはレンズに対して正しく位置合せするため、確
実な位置合せ用の標識をマスク上に設けることも望まし
い。
かかる確実な位置合せを達成するための方法の１つ
は、角膜またはレンズの視覚的に有効な部分の外側に４
つの基準点を刻印し、そして各マスクを通して切除用の
レーザパルスを照射する前に該マスク中の位置合せ標識
を上記の基準点と整列させるというものである。かかる
基準点は角膜またはレンズ中に刻印されたマークから成
っていてもよいし、あるいは角膜もしくはレンズに付加
された小さな反射スポット、または位置合せ装置がマス
クを通して監視することのできる基準ビームによって照
明された点から成っていてもよい。
は、角膜またはレンズの視覚的に有効な部分の外側に４
つの基準点を刻印し、そして各マスクを通して切除用の
レーザパルスを照射する前に該マスク中の位置合せ標識
を上記の基準点と整列させるというものである。かかる
基準点は角膜またはレンズ中に刻印されたマークから成
っていてもよいし、あるいは角膜もしくはレンズに付加
された小さな反射スポット、または位置合せ装置がマス
クを通して監視することのできる基準ビームによって照
明された点から成っていてもよい。
以上、二進法に基づく重みを有するマスクに関連して
本発明を説明したが、その他の重みを有するマスクも同
等な原理に従って使用することができる。二進法に基づ
く重みを有するマスクの主たる利点は、所定の分解能を
もって材料を除去するために必要なマスクの数を最小に
することができるという点である。
本発明を説明したが、その他の重みを有するマスクも同
等な原理に従って使用することができる。二進法に基づ
く重みを有するマスクの主たる利点は、所定の分解能を
もって材料を除去するために必要なマスクの数を最小に
することができるという点である。
３〜６ミクロン平方の画素を有するマスクは、走査レ
ーザビームを用いてホトレジストパターンを形成した
り、あるいは走査レーザビームを用いてマスク基板から
マスキング層を直接に切除することによって作製するこ
とができる。
ーザビームを用いてホトレジストパターンを形成した
り、あるいは走査レーザビームを用いてマスク基板から
マスキング層を直接に切除することによって作製するこ
とができる。
別のマスク作製方法としては、300ドット／インチの
密度を有するレーザプリンタを用いてマスクパターンを
形成し、次いでそれを1/4に縮小することにより、1200
ドット／インチの密度または幅20.8ミクロンの画素を有
するパターンを得ることもできる。
密度を有するレーザプリンタを用いてマスクパターンを
形成し、次いでそれを1/4に縮小することにより、1200
ドット／インチの密度または幅20.8ミクロンの画素を有
するパターンを得ることもできる。
これらのマスクは、マスクパターンと加工物パターン
との寸法比が1:1であるような「密着」マスクと同じ
く、レーザ光の平行ビームと共に近接マスクとして使用
することができる。なお、切除時の生成物を除去するた
め、マスクと加工物との間には十分な空隙を残しておか
なければならない。あるいはまた、かかるマスクはマス
クと加工物との間で寸法の縮小を伴うような投影マスク
として使用することもできる。投影マスクとして使用す
る場合には、加工物の表面が微視的には平坦でないこと
に原因するゆがみを回避するため、レーザ光は加工物の
表面において平行光線を成していることが好ましい。
との寸法比が1:1であるような「密着」マスクと同じ
く、レーザ光の平行ビームと共に近接マスクとして使用
することができる。なお、切除時の生成物を除去するた
め、マスクと加工物との間には十分な空隙を残しておか
なければならない。あるいはまた、かかるマスクはマス
クと加工物との間で寸法の縮小を伴うような投影マスク
として使用することもできる。投影マスクとして使用す
る場合には、加工物の表面が微視的には平坦でないこと
に原因するゆがみを回避するため、レーザ光は加工物の
表面において平行光線を成していることが好ましい。
十分に小さな画素を有するある種のレーザ成形操作の
場合には、マスクの透明な区画のへりにおいてレーザビ
ームが示すフリンジ効果が材料の除去パターンに影響を
及ぼすことがある。大きい重みを有するマスクについて
かかるフリンジ効果を抑制するためには、各々のレーザ
パルスの照射後または特定数のレーザパルスの照射後に
おいてマスクを僅かだけ移動させればよい。かかる「僅
かな」移動距離は画素の幅よりも小さいことが必要であ
り、また画素の幅の1/2よりも小さいことが好ましい。
場合には、マスクの透明な区画のへりにおいてレーザビ
ームが示すフリンジ効果が材料の除去パターンに影響を
及ぼすことがある。大きい重みを有するマスクについて
かかるフリンジ効果を抑制するためには、各々のレーザ
パルスの照射後または特定数のレーザパルスの照射後に
おいてマスクを僅かだけ移動させればよい。かかる「僅
かな」移動距離は画素の幅よりも小さいことが必要であ
り、また画素の幅の1/2よりも小さいことが好ましい。
一般に、マスク基板が平坦な表面を有する場合にはマ
スクの作製が最も簡単となる。しかしながら、フリンジ
効果の抑制やその他の目的のため、異形面上にマスクを
形成することが望ましい場合もある。かかる異形面の実
例としては、マスキング層を角膜表面からほぼ一定の距
離に配置するために役立つような、角膜類似の曲率を有
する曲面が挙げられる。
スクの作製が最も簡単となる。しかしながら、フリンジ
効果の抑制やその他の目的のため、異形面上にマスクを
形成することが望ましい場合もある。かかる異形面の実
例としては、マスキング層を角膜表面からほぼ一定の距
離に配置するために役立つような、角膜類似の曲率を有
する曲面が挙げられる。
マスキング層は透明なマスク基板の表面上に配置され
るが、かかる表面は加工物に近い側に位置するものであ
ってもよいし、あるいは加工物から遠い側に位置するも
のであってもよい。
るが、かかる表面は加工物に近い側に位置するものであ
ってもよいし、あるいは加工物から遠い側に位置するも
のであってもよい。
この種のマスクの作製方法を簡略化するため、マスク
素材板を保管し、マスク素材板を照射位置に装填し、次
いでその上にマスクパターンを形成するための自動機構
を採用することが好ましい。マスクパターンを形成する
工程としては、マスク素材板上のホトレジスト層に照射
および現像を施し、次いで該ホトレジスト層によって規
定されたパターンに従ってマスク基板の表面から不透明
被膜を除去することが好ましい。このような目的のため
には、半導体ウェーハの取扱いおよび加工のために使用
されている汎用型の装置を使用することができる。ま
た、照射機構としては、レーザプリンタを改造したもの
を使用することができる。
素材板を保管し、マスク素材板を照射位置に装填し、次
いでその上にマスクパターンを形成するための自動機構
を採用することが好ましい。マスクパターンを形成する
工程としては、マスク素材板上のホトレジスト層に照射
および現像を施し、次いで該ホトレジスト層によって規
定されたパターンに従ってマスク基板の表面から不透明
被膜を除去することが好ましい。このような目的のため
には、半導体ウェーハの取扱いおよび加工のために使用
されている汎用型の装置を使用することができる。ま
た、照射機構としては、レーザプリンタを改造したもの
を使用することができる。
上記に記載されたマスクにおいては、マスクパターン
が二元状態にあるという仮定が設けられていた。すなわ
ち、各々の画素は100％または０％の透過率を有してい
たのである。言うまでもないが、99％の透過率を有する
マスク基板を使用しても、所望の成形パターンが顕著に
損なわれることはない。本発明に従えばまた、マスクの
作製はより困難になるにせよ、透過率100％の部分、透
過率50％の部分、および透過率０％の部分から成るパタ
ーンを有するマスクを使用することもできる。かかるマ
スクを作製する際には、50％の透過率を有する第１のマ
スク層およびその上に配置されかつ０％の透過率を有す
る第２のマスク層を具備したマスク素材板が用意され
る。次いで、第１のホトレジスト層にパターン形成を施
すことにより、０％の透過率が所望される部分以外の部
分から透過率０％のマスク層が除去される。その後、第
２のホトレジスト層にパターン形成を施すことにより、
100％の透過率が所望される部分から透過率50％のマス
ク層が除去される。このようにして多量レベルのマスク
を作製すれば、所要のマスク数を減少させることができ
る。所望ならば、０％、25％、50％、75％および100％
の透過率を有する部分から成るマスクを同様にして作製
することもできる。平滑に成形された任意の表面を形成
するために役立つこの種の理想的なマスクとしては、所
望の材料切除量に応じて０〜100％の範囲内の任意の透
過率を有するマスクが考えられる。かかるマスクもま
た、成形領域全体にわたる切除パターンを規定する領域
マスクであり、従って本発明の範囲内に含まれる。
が二元状態にあるという仮定が設けられていた。すなわ
ち、各々の画素は100％または０％の透過率を有してい
たのである。言うまでもないが、99％の透過率を有する
マスク基板を使用しても、所望の成形パターンが顕著に
損なわれることはない。本発明に従えばまた、マスクの
作製はより困難になるにせよ、透過率100％の部分、透
過率50％の部分、および透過率０％の部分から成るパタ
ーンを有するマスクを使用することもできる。かかるマ
スクを作製する際には、50％の透過率を有する第１のマ
スク層およびその上に配置されかつ０％の透過率を有す
る第２のマスク層を具備したマスク素材板が用意され
る。次いで、第１のホトレジスト層にパターン形成を施
すことにより、０％の透過率が所望される部分以外の部
分から透過率０％のマスク層が除去される。その後、第
２のホトレジスト層にパターン形成を施すことにより、
100％の透過率が所望される部分から透過率50％のマス
ク層が除去される。このようにして多量レベルのマスク
を作製すれば、所要のマスク数を減少させることができ
る。所望ならば、０％、25％、50％、75％および100％
の透過率を有する部分から成るマスクを同様にして作製
することもできる。平滑に成形された任意の表面を形成
するために役立つこの種の理想的なマスクとしては、所
望の材料切除量に応じて０〜100％の範囲内の任意の透
過率を有するマスクが考えられる。かかるマスクもま
た、成形領域全体にわたる切除パターンを規定する領域
マスクであり、従って本発明の範囲内に含まれる。
上記のごときアナログ型の領域マスクを作製するため
の方法の１つは、ホログラフィーパターンを用いて一様
な入射レーザパルスを処理することによって得られた光
パターンを使用するというものである。かかる光パター
ンは、各々の部位における所望の切除量に応じて強度が
変化するようなものである。こうして得られたホログラ
フィーマスクは、成形操作を制御するための単一のマス
クとして使用することもできるし、あるいは（より小さ
い分解能が所望される場合には）重み付きのホログラフ
ィーマスクの１つとして使用することもできる。
の方法の１つは、ホログラフィーパターンを用いて一様
な入射レーザパルスを処理することによって得られた光
パターンを使用するというものである。かかる光パター
ンは、各々の部位における所望の切除量に応じて強度が
変化するようなものである。こうして得られたホログラ
フィーマスクは、成形操作を制御するための単一のマス
クとして使用することもできるし、あるいは（より小さ
い分解能が所望される場合には）重み付きのホログラフ
ィーマスクの１つとして使用することもできる。
適正な材料の除去を達成するためには、レーザビーム
はマスクパターン全域を照射すると共に、マスクパター
ン全域にわたって一定のフルエンスを有することが必要
である。とは言え、レーザビームのフルエンスが該ビー
ム中において既知の変動を示す場合には、マスク設計段
階においてそれを補償することができる。すなわち、各
々の画素について除去すべき材料の厚さ、かかる除去を
達成するために必要な全フルエンス、および該画素の位
置におけるレーザビームの局部フルエンスが求められて
いる。次いで、所要の全フルエンスをレーザビームの局
部フルエンスで割ることにより、必要なパルス数が求め
られる。その後、各々のマスクパターン中における該画
素の状態を設定することによって所要のパルス数をマス
ク中に書き込めばよい。
はマスクパターン全域を照射すると共に、マスクパター
ン全域にわたって一定のフルエンスを有することが必要
である。とは言え、レーザビームのフルエンスが該ビー
ム中において既知の変動を示す場合には、マスク設計段
階においてそれを補償することができる。すなわち、各
々の画素について除去すべき材料の厚さ、かかる除去を
達成するために必要な全フルエンス、および該画素の位
置におけるレーザビームの局部フルエンスが求められて
いる。次いで、所要の全フルエンスをレーザビームの局
部フルエンスで割ることにより、必要なパルス数が求め
られる。その後、各々のマスクパターン中における該画
素の状態を設定することによって所要のパルス数をマス
ク中に書き込めばよい。
本発明に関する説明の多くは、角膜およびレンズを成
形するための用途に関連して述べられている。しかしな
がら、本発明はレーザによって成形し得る任意の加工物
（たとえば、プラスチックや金属から成る物体）に対し
ても適用することができる。
形するための用途に関連して述べられている。しかしな
がら、本発明はレーザによって成形し得る任意の加工物
（たとえば、プラスチックや金属から成る物体）に対し
ても適用することができる。
除去すべき材料の最大深さ（Ｄ）、所要のパルス数
（Ｎ）、および１つのパルスによって除去される厚さ
（Ｔ）の間には、次のような関係がある。
（Ｎ）、および１つのパルスによって除去される厚さ
（Ｔ）の間には、次のような関係がある。
D/N＝Ｔ 従って、下記の関係式が得られる。
Ｄ＝NT Ｔ＝D/N Ｎ＝D/T 以下、好適な実施の態様に関連して本発明を詳しく説
明したが、それ以外にも数多くの変更態様が可能である
ことは当業者にとって自明であろう。それ故、本発明の
精神および範囲から逸脱しない限り、かかる変更態様の
全てが前記特許請求の範囲中に包括されるものと解すべ
きである。
明したが、それ以外にも数多くの変更態様が可能である
ことは当業者にとって自明であろう。それ故、本発明の
精神および範囲から逸脱しない限り、かかる変更態様の
全てが前記特許請求の範囲中に包括されるものと解すべ
きである。
第１図は特定の画素について所望される相対切除量と１
組の重み付きマスクの各々における対応した画素の状態
［すなわち、透明（１）または不透明（０）］とを関係
づける図表、第２および３図のそれぞれは所望の相対切
除量を有する４種の画素パターンおよび４個のマスク中
における対応した画素の状態を示す図、第４図は平坦な
加工物上に凸状の球面を形成するために役立つ８個の重
み付きマスクＡ〜Ｈを示す図、第５図は第４図のマスク
セットを用いて成形された加工物の部分切欠き斜視図、
第６図は平坦な加工物上に双曲放物面を形成するために
役立つ８個の重み付きマスクＡ〜Ｈを示す図、第７図は
第６図のマスクセットを用いて形成された双曲放物面の
略図、第８図はレーザ成形操作の分解能を重み付きマス
クの数および画素の寸法の関数として示したグラフ、第
９図は曲率半径R1を有する球面の一部分を示す、該球面
の一直径に沿った断面図、第10図は曲率半径R2（R2＞
R1）を有する第２の球面の一部分を示す、該球面の一直
径に沿った断面図、第11図は第９図の球面を第10図の球
面に変形させるために除去すべき材料を示す、第９図の
球面の一直径に沿った断面図、第12図は第11図の断面中
において除去すべき材料の厚さを位置の関数として示す
略図、第13図は第11または12図に示された材料の除去を
達成するために役立つ８個のマスクセットを示す図、第
14図は球面の曲率半径を減少させるために役立つ８個の
マスクセットを示す図、そして第15図はある任意の表面
を別の任意の表面に変形させる操作を例示する図であ
る。
組の重み付きマスクの各々における対応した画素の状態
［すなわち、透明（１）または不透明（０）］とを関係
づける図表、第２および３図のそれぞれは所望の相対切
除量を有する４種の画素パターンおよび４個のマスク中
における対応した画素の状態を示す図、第４図は平坦な
加工物上に凸状の球面を形成するために役立つ８個の重
み付きマスクＡ〜Ｈを示す図、第５図は第４図のマスク
セットを用いて成形された加工物の部分切欠き斜視図、
第６図は平坦な加工物上に双曲放物面を形成するために
役立つ８個の重み付きマスクＡ〜Ｈを示す図、第７図は
第６図のマスクセットを用いて形成された双曲放物面の
略図、第８図はレーザ成形操作の分解能を重み付きマス
クの数および画素の寸法の関数として示したグラフ、第
９図は曲率半径R1を有する球面の一部分を示す、該球面
の一直径に沿った断面図、第10図は曲率半径R2（R2＞
R1）を有する第２の球面の一部分を示す、該球面の一直
径に沿った断面図、第11図は第９図の球面を第10図の球
面に変形させるために除去すべき材料を示す、第９図の
球面の一直径に沿った断面図、第12図は第11図の断面中
において除去すべき材料の厚さを位置の関数として示す
略図、第13図は第11または12図に示された材料の除去を
達成するために役立つ８個のマスクセットを示す図、第
14図は球面の曲率半径を減少させるために役立つ８個の
マスクセットを示す図、そして第15図はある任意の表面
を別の任意の表面に変形させる操作を例示する図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ロネン・エム・レビンソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ ネクタデイ、リンダ・レーン、１番 (72)発明者 ユン・シェン・リウ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ ネクタデイ、パイン・リッジ・コート、 2201番 (56)参考文献 特開 昭63−121015（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−20404（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (22)
- 【請求項１】加工領域を有する加工物をレーザ成形する
方法であって、 レーザ光透過性の画素とレーザ光不透過性の画素とを含
むパターン化された領域を有する少なくとも１つのマス
クを用意する工程であって、 該マスクの該パターン化された領域は該加工物の該加工
領域全体を覆っており、該レーザ光透過性の画素はレー
ザ成形の間該加工物の形状を変化させることが所望され
る位置に対応しており、該マスクのパターンは該レーザ
成形の間該加工物に対して実質的に静止状態に保たれる
ように形成されている工程と、 該マスクの該パターン化された領域を照射するのに十分
な寸法を持ったビームを供給するレーザ光源を用意する
工程であって、該ビームは該レーザ光源から該加工物へ
の光路を定義する工程と、 該マスクを該光路中に配置する工程と、 該マスクを通して該レーザ光源から該加工物上にレーザ
光を照射することにより、該マスクによって規定される
パターンに従って該加工物の該加工領域を形成する工程
と、 該レーザ光の複数のパルスが通過するマスクについて、
該レーザ光の特定数のパルスが該マスクを通過した後に
該マスクを画素の幅より小さい有限量の距離だけ移動さ
せる工程と を包含する方法。 - 【請求項２】前記レーザ光源が実質的に一定のエネルギ
ーを持ったパルスを供給する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記照射工程が、前記レーザ光源から前記
マスクを通して一定数のパルスを照射することにより、
前記加工物の露光部分に所望の形状変化をもたらす工程
を包含する請求項２記載の方法。 - 【請求項４】前記加工物が眼の角膜に付着させたレンズ
である請求項１記載の方法。 - 【請求項５】前記加工物が眼の角膜に付着させるべきレ
ンズである請求項１記載の方法。 - 【請求項６】前記加工物が角膜である請求項１記載の方
法。 - 【請求項７】少なくとも１つのマスクを用意する前記工
程は、 １組の等級分けされたマスクを用意する工程を包含して
おり、該１組の等級分けされたマスクのそれぞれはレー
ザ光透過性の画素とレーザ光不透過性の画素とを含むパ
ターン化された領域を有しており、該レーザ光透過性の
画素はマスクのパターンの等級に比例した量の材料を除
去することが所望される位置に対応しており、該１組の
マスクは二進法に基づく等級を有し、かつ、等級１を有
する第１のマスクと等級２を有する第２のマスクと等級
４を有する第３のマスクとを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記レーザ光が実質的に等しいエネルギー
を持ったパルスとして供給される場合において、Ｋを一
定の整数として、等級１を有する前記第１のマスクには
Ｋ個のパルスが照射され、等級２を有する前記第２のマ
スクには2K個のパルスが照射され、等級４を有する前記
第３のマスクには4K個のパルスが照射される請求項７記
載の方法。 - 【請求項９】Ｋが１に等しい請求項８記載の方法。
- 【請求項１０】前記加工物が眼の角膜に付着させたレン
ズである請求項７記載の方法。 - 【請求項１１】前記加工物が眼の角膜に付着させるべき
レンズである請求項７記載の方法。 - 【請求項１２】前記加工物が角膜である請求項７記載の
方法。 - 【請求項１３】レーザ切除により所定の三次元パターン
に従って加工物から材料を除去するために使用されるマ
スクセットであって、 該マスクセットは複数のマスクを有しており、該複数の
マスクのそれぞれは二進法に基づく等級を有しており、
該二進法に基づく等級は該マスクを透過すべきレーザエ
ネルギーの合計量を決定し、該レーザエネルギーの該合
計量は透過の強度と期間との関数であり、該複数のマス
クのそれぞれはレーザ光透過性の画素とレーザ光不透過
性の画素とからなるパターン化された領域を有してお
り、該レーザ光透過性の画素は該加工物からある量の材
料を除去することが所望される位置に対応しており、該
マスクのそれぞれを用いて除去される該材料の該量は二
進法に基づく等級に比例している、マスクセット。 - 【請求項１４】前記マスクセットは、等級１を有する第
１のマスク、等級２を有する第２のマスク、および等級
４を有する第３のマスクを包含する請求項13記載のマス
クセット。 - 【請求項１５】前記複数のマスクのそれぞれは、単一の
基板上に存在している請求項13記載のマスクセット。 - 【請求項１６】前記マスクのパターンの中心が前記基板
上の特定の位置を占める請求項15記載のマスクセット。 - 【請求項１７】前記基板が前記マスクのパターンに対し
て特定の位置を占める位置合わせキーを有する請求項16
記載のマスクセット。 - 【請求項１８】前記キーが前記基板の物理的形状の一部
である請求項17記載のマスクセット。 - 【請求項１９】前記キーが前記基板上のパターンの一部
である請求項17記載のマスクセット。 - 【請求項２０】前記キーが前記基板の物理的形状と前記
基板上のパターンとの組合わせである請求項17記載のマ
スクセット。 - 【請求項２１】レーザ光透過性の画素とレーザ光不透過
性の画素とを含むパターン化された領域を有する少なく
とも１つのマスクを用意する前記工程は、異なる透過率
を有する複数のレーザ光透過性の画素を含むマスクを用
意する工程を包含する請求項１記載の方法。 - 【請求項２２】少なくとも１つのマスクを用意する前記
工程は、多重レベルのマスクを用意する工程を包含する
請求項21記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US40294689A | 1989-09-05 | 1989-09-05 | |
| US402,946 | 1989-09-05 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7256657A Division JPH08192288A (ja) | 1989-09-05 | 1995-10-03 | パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155491A JPH03155491A (ja) | 1991-07-03 |
| JP2674716B2 true JP2674716B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=23593918
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23264090A Expired - Lifetime JP2674716B2 (ja) | 1989-09-05 | 1990-09-04 | パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法 |
| JP7256657A Pending JPH08192288A (ja) | 1989-09-05 | 1995-10-03 | パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7256657A Pending JPH08192288A (ja) | 1989-09-05 | 1995-10-03 | パターン形成用の領域マスクを用いたレーザ成形方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0417952B1 (ja) |
| JP (2) | JP2674716B2 (ja) |
| KR (1) | KR930001313B1 (ja) |
| CN (1) | CN1033001C (ja) |
| CA (1) | CA2021110A1 (ja) |
| DE (1) | DE69014785T2 (ja) |
| NO (1) | NO903698L (ja) |
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| DE4213106A1 (de) * | 1991-04-18 | 1992-11-05 | Laserprodukt Gmbh | Verfahren zur bearbeitung von werkstuecken und zur verwendung in diesem verfahren geeignete vorrichtung |
| AU643328B2 (en) * | 1991-10-15 | 1993-11-11 | Summit Technology, Inc. | Laser reprofiling system employing photodecomposable mask |
| DE4232690C1 (de) * | 1992-09-30 | 1994-04-07 | Aesculap Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Formkorrektur einer Linse |
| US5578512A (en) * | 1993-09-07 | 1996-11-26 | Industrial Technology Research Institute | Power MESFET structure and fabrication process with high breakdown voltage and enhanced source to drain current |
| US6302877B1 (en) | 1994-06-29 | 2001-10-16 | Luis Antonio Ruiz | Apparatus and method for performing presbyopia corrective surgery |
| US5770123A (en) * | 1994-09-22 | 1998-06-23 | Ebara Corporation | Method and apparatus for energy beam machining |
| WO1996022751A1 (en) * | 1995-01-25 | 1996-08-01 | Chiron Technolas Gmbh | Apparatus for uniformly ablating a surface |
| DE69637994D1 (de) * | 1995-04-26 | 2009-09-24 | Minnesota Mining & Mfg | Ablationsverfahren durch laser-darstellung |
| EP1138289A1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | James M. Dr. Nielson | Multifocal corneal sculpturing mask |
| US6464692B1 (en) | 2000-06-21 | 2002-10-15 | Luis Antonio Ruiz | Controllable electro-optical patternable mask, system with said mask and method of using the same |
| US6436093B1 (en) | 2000-06-21 | 2002-08-20 | Luis Antonio Ruiz | Controllable liquid crystal matrix mask particularly suited for performing ophthamological surgery, a laser system with said mask and a method of using the same |
| JP2002162747A (ja) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 多段階露光による三次元構造体製造方法 |
| ES2304824B1 (es) * | 2005-11-10 | 2009-07-06 | Fundacio Privada Catalana D'oftalmologia Grimaldi | Juego de lentillas mascara para sistema laser de tratamiento de la presbicia. |
| GB2438600B (en) * | 2006-05-19 | 2008-07-09 | Exitech Ltd | Method for patterning thin films on moving substrates |
| JP4675385B2 (ja) * | 2008-01-04 | 2011-04-20 | 学校法人立命館 | 紫外線または紫外線より波長の短い光を用いた材料の加工装置および加工方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4620288A (en) * | 1983-10-26 | 1986-10-28 | American Semiconductor Equipment Technologies | Data handling system for a pattern generator |
| US4732148A (en) * | 1983-11-17 | 1988-03-22 | Lri L.P. | Method for performing ophthalmic laser surgery |
| US4842782A (en) * | 1986-10-14 | 1989-06-27 | Allergan, Inc. | Manufacture of ophthalmic lenses by excimer laser |
| US4684436A (en) * | 1986-10-29 | 1987-08-04 | International Business Machines Corp. | Method of simultaneously etching personality and select |
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- 1990-09-03 EP EP90309611A patent/EP0417952B1/en not_active Expired - Lifetime
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