JPH07121268B2 - レーザを使用する表面のエロージョン - Google Patents

レーザを使用する表面のエロージョン

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JPH07121268B2 JP5076058A JP7605893A JPH07121268B2 JP H07121268 B2 JPH07121268 B2 JP H07121268B2 JP 5076058 A JP5076058 A JP 5076058A JP 7605893 A JP7605893 A JP 7605893A JP H07121268 B2 JPH07121268 B2 JP H07121268B2
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    • A61F2009/00882—Planning based on topography

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ、特にパルスレー
ザを使用して例えば表面を付形するような表面にエロー
ジョンを施こすための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】製品の表面にエロージョンを施こすため
にレーザ源を使用する方法は知られている。本発明の１
つの目的はそのような方法および装置を改良し、上記技
術が敏感な表面に適用できるようにすること、特に下側
の層に影響を与えることが望ましくない物体に適用でき
るようにすることである。
【０００３】医学の分野において、ある形式の近視の治
療法として知られた技術は目の下面層であるコラーゲン
の一区分を外科的に除去し、この除去したコラーゲンの
一区分を例えば外科的研削によって再整形し、この再整
形した区分を目の中に戻すということである。目はこの
再整形されたコラーゲン層をおおう外側細胞層の矯正に
よって直る。別の方法としては、角膜の層が皮弁（フラ
ップ）として切開され、人工あるいは提供者の水晶体イ
ンプラントが皮弁の下側に挿入され、この皮弁が再び縫
合されるものである。
【０００４】本発明の他の目的は目の角膜を整形するた
めの改良された、創傷の少ない方法および装置を提供す
ることである。提供者の目の角膜の一区分を患者の目に
移植する角膜の移植を行なうことも知られている。移植
された提供者の角膜は患者の目に縫合されなければなら
ず、偶然ではあるが糸のあるものがかたすぎることがし
ばしばあり、これが手術後の角膜に屈折力の誤差を生じ
させる。現在のところ、これら屈折力の誤差を除去する
方法が２つある。両方とも患者の目が直るまで待つ必要
がある。１つの方法では移植手術が再度行なわれる。他
方の方法では角膜の形状を変えるために弛緩切開が角膜
に行なわれる。
【０００５】本発明の他の目的は角膜の移植手術中に導
入される屈折力の誤差を直すための改良された、創傷の
少ない方法および装置を提供することである。角膜から
潰瘍物質を削り取ることによって角膜潰瘍を処置するこ
とは知られている。しかしながら、これは潰瘍細胞を広
げる傾向がある。その上、削り取ることは滑らかな下側
表面を残さないことになるので、その後矯正する角膜表
面層は完全には透明にならない可能性があり、また再び
潰瘍化する傾向もある。
【０００６】本発明の他の目的は目に潰瘍細胞を広げな
い、かつ潰瘍細胞の除去後に滑らかな表面を残す角膜潰
瘍を除去するための方法および装置を提供することであ
る。切開用手術用具として「レーザメス」と呼ばれてい
るレーザビームを使用することは近年知られている（例
えば、米国特許第３，７６９，９６３号参照）。１９８
０年に、最近開発されたエキシマレーザに露出させるこ
とによって角膜上皮が受ける損傷についての研究が行な
われた（タボアダ等の「レスポンス・オブ・ザ・コーニ
アル・エピセリウム・ツゥー・ＫｒＦエキシマ・レーザ
・パルス」へルス・フィジックス１９８１年第４０巻第
６７７〜６８３頁参照）。その期間においては、角膜の
外科手術は通常、ダイヤモンドまたはスチールのナイフ
またはかみそりを使用して行なわれており、その上、こ
のような技術は依然として研究されていた（例えば、バ
インダー等の「リフラクティブ・ケラトプラスティ」ア
ーキテクチュアル・オフサルモロジィ１９８２年５月第
１００巻第８０２頁参照）。角膜の手術において物理的
切開用具を使用すること、および皮弁の下側へインプラ
ントを挿入することは広く実行され続けており、技術が
さらに今日まで開発され続けている（例えば、「リフラ
クティブ・ケラトプラスティ・インプルーブス・ウィズ
・ポリサルホン，ポケット・インシジョン」オフサルモ
ロジィ・タイムス，１９８６年７月１日参照）。
【０００７】エキシマレーザからのビームにより角膜上
を走査することによって角膜の１つまたはそれ以上の領
域の光分解切除を行なうことがエル・エスペランスのヨ
ーロッパ特許出願第０１５１８６９号において提案され
ている。この特許出願では走査手段を使用するため、レ
ーザビームを代表的には０．５ｍｍ×０．５ｍｍの寸法
の丸みのある正方形のような小さなスポットにする必要
がある。上記した標準の寸法および形状をつくること以
外には、スポットの寸法あるいは形状を変えるまたは制
御するべきであるということについての示唆はなく、実
際に、エル・エスペランスのシステムにおいては、スポ
ットの寸法を変えることは、角膜に対するレーザビーム
の効果が走査路を制御することによって制御されること
を意図しているので、非常に望ましくないものと思われ
る。
【０００８】エル・エスペランスは、近視および遠視状
態はこの標準の小さなスポット寸法を有するエキシマレ
ーザビームにより引続く走査中走査される領域を変えて
繰返し走査し、角膜のある部分が他の部分よりかなり多
く走査されるようにすることにより角膜の外表面の曲率
を変えることによって軽減することができるということ
を示唆している。このように、表面はスポットによって
走査される回数に依存する異なる量だけエロージョンを
施こすことができるということが要求される。エル・エ
スペランスはまた、角膜移植の受け入れ場所としての凹
部を提供するために角膜から均一の深さに物質を除去す
ることを示唆している。また、エル・エスペランスは、
ある厳しい近視および遠視状態は角膜の外表面に所望の
曲率の部分間にフレネル形式のステップを有する新しい
形状を与えることにより組織の除去を減少させることに
よって処置できるということを示唆している。
【０００９】実際には、エロージョンを施こした表面が
滑らかであるという要件を満たす精度でレーザビームを
走査するには複雑な装置が必要である。従って、走査の
引続く掃引がオーバーラップする場合には、このオーバ
ーラップした領域において過度のエロージョンが生じ、
一方引続く掃引がぴったりと合致しない場合には掃引間
にうね（隆起）が残ることになる。エキシマレーザビー
ムを小さなスポットに圧縮することはビームエネルギ密
度を増大させ、これはこれら問題を悪化させる傾向を有
する。エル・エスペランスは一実施例において磁界によ
りレーザビームを制御しようとしているので、適当な走
査システムを見つけたか否か明らかではない。その上、
この走査方法は、レーザビームが任意の与えられた瞬間
に処置されるべき全面積の非常に小さな部分のみをエロ
ージョンするだけであるので、非常に手の込んだ技術お
よび装置によってでさえ固有に時間がかかる。
【００１０】さらに、そのような走査システムは角膜組
織のような比較的軟質の物質にリップル効果を生じさせ
る傾向がある。それ故、本発明の他の目的はエロージョ
ンを受ける表面の領域を走査する必要なしにレーザを使
用して表面をエロージョンするための方法および装置を
提供することである。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】本発明の一面によれ
ば、レーザ手段とこのレーザ手段に関して正確に表面を
位置決めするための位置決め手段とを含む表面をエロー
ジョンするためのレーザシステムが提供される。前記レ
ーザ手段は前記位置決め手段によって位置決めされた表
面にレーザエネルギのパルスを送給してこの表面をエロ
ージョンするように動作し、かつ各レーザエネルギのパ
ルスが送給される表面の面積の寸法を制御し、かつ変化
させる手段を有する。
【００１２】本発明の他の面によれば、表面がこの表面
にエネルギパルスを送給するように動作するレーザ手段
に関して正確に位置付けされ、エネルギパルスが送給さ
れる表面の面積の寸法が制御された態様で調節でき、従
ってレーザの動作の前に各パルスによってエロージョン
される面積の寸法を選択することができるレーザエネル
ギによって表面をエロージョンする方法が提供される。
また、パルスが送給される表面の面積の形状も制御で
き、かつ調節できることが好ましい。本発明の方法およ
び装置は表面の輪郭を変え、従ってその形状を変えるた
めに適用できる。それ故、本発明の方法はレーザの動作
中、各パルスによってエロージョンされるべき面積の寸
法および好ましくは形状を制御下で変化させ、エロージ
ョンによって表面の形状に所望の変化（変形、変更）を
生じさせる段階を含む。
【００１３】本発明の他の面によれば、表面をエロージ
ョンし、それによって表面を整形するためのレーザシス
テムにおいて、 （１）エロージョンされるべき表面を光学軸に関して
（あるいはその逆）正確に位置決めするための手段と、 （２）レーザ光源からのエネルギを前記光学軸に沿つて
表面に供給するためのビーム送給システムと、 （３）前記表面に供給するためのレーザエネルギのパル
スを発生するレーザ光源、電源および関連する制御回路
手段と、 （４）レーザエネルギのパルスが表面に供給される面積
を制御し、それによって照射される領域の切除を大きく
したり、小さくしたりする制御手段が提供される。 本発明の他の面によれば、 （１）レーザ光源に関して物体を正確に位置決めする段
階と、 （２）レーザ光源からのエネルギが前記物体の表面に当
るようにレーザ光源をパルス化する段階と、 （３）複数のパルスの放出中エネルギが入射する面積を
変化させるようにレーザの出力を制御し、それによって
表面の面積を大きくあるいは小さく選択的に露光し、表
面に所望のエロージョンの形状を得るようにする段階と
からなる物体の表面をエロージョンする方法が提供され
る。
【００１４】表面が大きい場合には、装置がこの表面に
関して好都合に位置決めされる。表面が比較的小さな物
体上にある場合には、この物体が光学軸に関してより好
都合に位置決めされる。本発明の好ましい一面によれ
ば、表面がこの表面層の下側の物質とは異なる物質の層
からなりかつ下側層に悪影響を与えないことが望ましい
場合に、表面に入射するレーザエネルギがこの表面層を
形成する物質によって吸収されるようにレーザ波長が選
択され、下側層に浸透して悪影響を与えるエネルギが殆
んどあるいは全く残存しないようにしている。
【００１５】好ましくは、レーザは繰返しパルス化さ
れ、そしてアイリス絞り、ミラー、ビーム分割器および
他の同様の装置を使用してパルスエネルギは全部がある
いは一部分が表面におよび、あるいは表面の選択された
１つまたは複数の領域に指向され、ある時間の間、表面
の異なる領域がレーザ光源からの異なる量のエネルギに
さらされて表面に差のあるエロージョンを行なうように
する。必要な変更が物体の表面の凹部の増大（または凸
部の減少）からなり、かつエネルギが放射され得る面積
が前記変更が行なわれるべきである面積に少なくとも等
しくされ得る場合には、この変更されるべき表面はこの
表面を一連の光エネルギのパルスにさらすことによって
前記変更を行なうようにエロージョンされてもよく、そ
の間各パルスによって生じる照射面積を連続的に減少さ
せるようにこの面積を制御する。
【００１６】このように面積の中心領域は周辺領域より
も多くのエネルギにさらされ、その結果より多くのエロ
ージョンが周辺領域よりも中心領域において生じ、それ
によって凹部表面のくぼみを増大させ、また平らな表面
の凹状のエロージョンまたは凸状表面の凸部の減少を生
じさせる。逆に、凸部の増大（または凹部の減少）が要
求される場合には、反対の手法が使用され、周辺領域が
中心領域よりも多くさらされてレーザエネルギが供給さ
れる領域の中央に丘状部を残す。
【００１７】レンズ、ミラー、あるいは他の光学素子の
整形に特に適用できる本発明の特に好ましい一構成にお
いては、屈折力または表面曲率のような光学素子の表面
形状の関数であるパラメータを測定するための装置内に
測定装置が含まれており、パラメータに対する所望の値
を定める入力を受信するためのキーボードおよびランダ
ム・アクセス・メモリ・デバイスのような手段が設けら
れており、この所望の値とパラメータの測定値とを比較
するための比較手段が含まれており、そして前記比較か
ら得られたフィードバック信号からレーザに対する制御
信号を発生するための制御信号発生回路が設けられてい
る。この制御信号は、特に、レーザパルスが有効である
面積を決定するように働き、それによって光学素子のパ
ラメータの所望の値を得る。
【００１８】代表的には、比較手段および制御信号発生
回路はランダム・アクセス・メモリを組み込んだコンピ
ュータシステムによって提供される。入力はパラメータ
の所望の値を特定するか、あるいはこのパラメータの所
望の値が引き出される他の関連した第２のパラメータの
所望の値を特定することによって前記パラメータの所望
の値を定めてもよい。好ましい方法においては、レーザ
光源は実質的に一定のエネルギ密度を有する光パルスを
発生するようにパルス化され、その結果表面物質の既知
の深さが各パルスごとにエロージョンされることにな
る。比較的低出力を使用することによって、各パルスに
応答して極く薄い物質の層を除去することができる。連
続的な監視およびフィードバックによって、表面の非常
に正確な整形（付形）が行なえる。
【００１９】本発明は目の角膜の表面の整形に特に適用
できる。ここで、物体の表面というときにはときどき露
出される表面をいう。かくして、角膜を整形する際に
は、角膜の基質の層が除去される場合には形状の永続す
る変化が得られるだけである。この目的のため、角膜の
上側の上皮は整形する前に除去されねばならず、例えば
レーザの初期のパルスによって除去され、その後でレー
ザは角膜の露出された表面をエロージョンし、形状の永
久変化を生じさせる。上側の上皮はエロージョンの後、
自然の治ゆ過程によって再形成される。
【００２０】従って、本発明の他の面によれば、 （１）レーザ源に関して目を固定する段階と、 （２） レーザ源からの光が目の角膜の表面に当るよう
にレーザ源をパルス化する段階と、 （３） 複数のパルスの放出中光が入射する面積を変化
させるようにレーザからの光を制御し、それによって表
面の面積を大きくあるいは小さく選択的に露光し、表面
に所望のエロージョンの形状を得るようにする段階とか
らなる目の角膜の表面を整形する方法が提供される。
【００２１】本発明のさらに他の面によれば、目が角膜
の表面にレーザエネルギのパルスを送給するように動作
するレーザ手段に関して固定され、これらパルスが送給
される角膜の表面の面積の寸法および好ましくは形状が
制御下で調節され、それによって各パルスによってエロ
ージョンされる面積の寸法および好ましくは形状を選択
し、その後レーザが作動されるように構成された目の角
膜の表面の面積をエロージョンする方法が提供される。
本発明の好ましい一面によれば、角膜の表面に入射する
レーザエネルギが角膿を形成する物質によって吸収され
るようにレーザ波長の下側層は選択され、目の下側物質
に浸透し、悪影響を与えるエネルギが殆んどあるいは全
く残存しないようにしている。
【００２２】かくして、本発明は目の屈折力の誤差（近
視、遠視および乱視等のような）を補正するために角膜
の表面を整形するための方法および装置を提供し、この
方法および装置はパルス化レーザ源と角膜の表面のレー
ザビームの寸法および形状を変化させることができるビ
ーム送給システムとを使用する。その上、本発明の整形
方法および装置は角膜移植手術の後で目の屈折力の誤差
を補正するのに使用できる。かくして、移植手術が屈折
力の誤差を導入した場合に（例えば、１本またはそれ以
上の縫目の糸の偶然の締めすぎによってのように）、こ
の屈折力の誤差は移植手術を再び行なうあるいは弛緩切
開を行なう代りに角膜の表面を整形することによって除
去できる。
【００２３】さらに、角膜の表面をエロージョンするた
めの本発明の方法および装置は角膜の潰瘍を除去するの
にも使用できる。任意の１つのパルスによってエロージ
ョンされる面積の寸法および好ましくは形状を制御する
ことによって、エロージョンされる物質を実質的に完全
に除去されるべき潰瘍物質の各領域に制限することがで
きる。目を横切る潰瘍物質の物理的こすり取りを行なわ
ないから、潰瘍細胞はこの過程により広がらない。ま
た、あるレーザ波長（例えば１９３ｎｍ）により切除後
に残る表面は滑らかであるので治ゆ後の角膜の光学的欠
陥は最低となり、潰瘍の再発生の可能性を減少させる。
【００２４】目の形状または光学的特性を測定するため
の測定装置からの出力がレーザエネルギのパルスの送給
を制御するのに使用される自動フィードバック制御シス
テムを設けてもよい。あるいは、漸近法技術によるエロ
ージョンにより所望の表面形状を得ることができる。こ
の技術においては、表面の形状をどの程度変えるべきか
を決定するために測定装置が使用される。レーザエネル
ギパルスは表面に送給され、所望の変更よりも僅かに少
なく変更を行なう。測定装置は所望の形状に達するのに
今必要な補正を決定するために再び使用され、従ってレ
ーザエネルギのパルスがさらに供給されて合計の計算さ
れた補正より僅かに少ない補正を行なう。エロージョン
される表面が適切な精度の所望の形状になるまで、この
プロセスは繰返される。
【００２５】通常、角膜計と呼ばれている適当な測定装
置は知られており、商業的に入手可能である。そのよう
な装置の例として京都のサン・コンタクト・レンズ・カ
ンパニーによって製造された「写真角膜鏡（ホトケラト
スコープ）」あるいは米国オクラホマ州のインターナシ
ョナル・ダイアグノスティック・インスツルメンツ・リ
ミテッドによって製造された「コーニアスコープ」があ
る。
【００２６】レーザ手段に関して目を位置決めするため
に、通常の吸引リングまたはカップが使用できる。これ
らは通常は目の白色領域（強膜）に適用され、目にカッ
プをクランプするのに十分であるが角膜が歪むほど大き
くない低い吸引圧力源に接続される。カップは目に関し
て正確に位置決めされる別の装置（この場合には、これ
はレーザの光学システムである）に固定してもよい。目
に関してマイクロケラトーム・ブレード（角膜切開刀）
を位置決めするそのようなカップを使用することは１９
８６年７月１日のオフサルモロジィ・タイムスの第３９
頁に示されている。
【００２７】使用できるレーザの例はエキシマレーザ、
ＨＦレーザ、およびパルスＣＯ２レーザである。角膜の
削摩には現在のところＡｒＦエキシマレーザが好まし
い。角膜の削摩のような医学上の用途においては、米国
マサチューセッツ州のサミット・テクノロジィ・インク
によって製造された「ＥＸＣＩＭＥＤ」システムのよう
な医学用に設計されたエキシマレーザを使用することが
好ましい。そのようなレーザが角膜を照射するために使
用されると、角膜の表面の昭射された領域から薄い層が
除去される。
【００２８】レーザに対するパルス繰返し率は各特定の
用途の必要性に合致するように選択できる。通常、この
パルス繰返し率は毎秒１〜５００パルスであるが、好ま
しいのは毎秒１〜１００パルスの間である。ビーム寸法
を変えることが望まれるときには、レーザパルスは停止
される。あるいはパルスが継続する間にビーム寸法が変
化できる。エロージョンの進行を監視し、レーザシステ
ムを自動的に制御するために測定装置が使用される場合
には、パルスを中断することなしに制御された率でビー
ムの寸法が連続的に変化できる。
【００２９】適当な照射強度はレーザの波長および照射
される物体の性質に依存して変化する。任意の物質に供
給されるレーザエネルギの任意の波長に対して、代表的
にはそれ以下では重要なエロージョンが生じないエネル
ギ密度のスレッショルド値がある。このスレッショルド
値より上の密度では、飽和値に達するまでエネルギ密度
が増大するとエロージョンの深さが増大するというエネ
ルギ密度の範囲がある。飽和値以上にエネルギ密度が増
大した場合には、エロージョンの重大な増大は生じな
い。
【００３０】スレッショルド値および飽和値はレーザエ
ネルギの波長によって、またエロージョンされるべき表
面の物質によって、容易には予知できない態様で変化す
る。しかしながら、任意特定のレーザおよび任意特定の
物質に対してこれら値は実験によって容易に見出すこと
ができる。例えば、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレ
ーザから得られる波長）のエネルギによる角膜基質（コ
ラーゲンのサブ層）をエロージョンする場合には、スレ
ッショルド値は約５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスであり、飽
和値は約２５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスである。飽和値を
小さな係数以上越えた場合には殆んど利点がないようで
あり、角膜表面における適当なエネルギ密度は５０ｍＪ
／ｃｍ２／パルス乃至１Ｊ／ｃｍ２／パルス（１９３ｎ
ｍの波長に対しては）である。スレッショルド値は波長
によって非常に急速に変化する可能性があり、Ｆ２レー
ザから得られる波長である１５７ｎｍにおいてはスレッ
ショルド値は約５ｍＪ／ｃｍ２／パルスである。この波
長において、角膜表面での適当なエネルギ密度は５ｍＪ
／ｃｍ２／パルス乃至１Ｊ／ｃｍ２／パルスである。
【００３１】このレーザシステムはエロージョン（侵
食、削摩、研削、切除等を意味する）されるべき表面に
飽和値より僅かに小さいエネルギ密度を提供するように
使用されるのが非常に好ましい。従って、１９３ｎｍの
波長で角膜をエロージョンするときには（この条件のも
とでは飽和値は２５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスである）、
１００乃至１５０ｍＪ／ｃｍ２／パルスのエネルギ密度
のパルスを角膜に提供することが好ましい。
【００３２】代表的には、単一のパルスは角膜から０．
１乃至１μｍの範囲の深さにコラーゲンをエロージョン
する。削摩される領域の形状は可調節の寸法および形状
の開口を通じて物体（例えば角膜）を照射することによ
って、および、あるいは同じく寸法および形状が調節可
能な光学絞りを使用することによって、定めることがで
きる。目の角膜のような物体の屈折力のある形状を変化
させるために、この物体は時間とともに変化する光のパ
ターンによって照射され、その結果この物体の異なる領
域が異なる数のパルスを受け入れ、従って異なる度合に
エロージョンされる。
【００３３】円形のアイリスが目の角膜のような物体に
向けられたビーム中に置かれ、このアイリスが伸長され
（すなわち、開放され）、その間パルスが供給され続け
ている場台には、物体の中心領域が、所定の時間期間の
後、これを取囲む環形の露出領域よりも多くのパルスを
受ける（従って大きな割合でエロージョンされる）。
【００３４】開口の各設定に対して放出されるパルスの
数を制御し、かつ開口の寸法を制御することによって、
物体のエロージョンされる表面の実際の形状が非常に厳
密に制御できる。実際には、アイリス絞りは寸法が変化
したときに開口の形状を必ずしも一定には保持せず、そ
の上アイリス絞りで利用できる形状の範囲には限界があ
る。現在好ましい他のシステムはレーザエネルギの平行
化されたビームを光学システムに通し、この光学システ
ムによって再び平行化する前に、ビームが発散の領域、
集束の領域、あるいは両方を持つようにさせることであ
る。ビーム付形用絞りがビーム軸線に沿って集束あるい
は発散の領域中を移動するように配置される。この絞り
はビーム付形用開口または窓を有し、可変寸法の付形さ
れたビームを提供する。あるいはこの絞りはビームが可
変寸法の滅少した照射傾域または照射ゼロの領域を有す
るようになる付形された絞り部分を有してもよい。
【００３５】より複雑なビーム形状が必要なときには、
開口と絞り部分の組合せを使用すればよい。便宜上、以
下の記載は開口を有する絞りに関してであるが、他の形
式の絞りが同様の態様で機能することは勿諭である。こ
のような絞りがビームの軸線に沿って移動されると、絞
りの位置でのビーム径は変化する。従って、絞りがその
移動範囲の一端にあると（ビーム径が最小である場
合）、ビームの全部（または比較的大きな部分）が開口
を通り、他方絞りが移動範囲の他端にあると（最大ビー
ム径）、ビームの比較的小部分のみが開口を通る。開口
を通るビームの部分だけが再び平行化され、従ってビー
ムの軸線方向に絞りを移動させると、平行な出力ビーム
の寸法が変わる。平行な出力ビームの形状は絞りの開口
の形状によって調節される。開口を通るレーザビームの
部分は開口によって影響を受けないから、絞りはビーム
のエネルギ密度に影響を与えず、単にその寸法に影響を
与えるだけである。
【００３６】入力ビームは平行にされなくてもよく、こ
の場合にはシステムの光学素子は出力ビームが平行にさ
れることを確実にするために僅かに異なる出力を有す
る。開口から外へ伝播するビームの縁部にまたは絞り部
分の縁部に発生する傾向のあるフレネル回折フリンジン
グまたはリンギングに鑑み、望遠鏡のような別の光学シ
ステムを使用して絞りの像がエロージョンされるべき表
面に集束するようにすることが好ましい。この態様にお
いては、表面におけるビームに対しておよびビーム内の
照射でさえ、はっきりとした縁部が提供できる。表面に
供給されるビームの形状は絞りの開口の形状に対応する
から、広範囲のビーム形状が利用できる。
【００３７】表面の曲率を増大させることが望まれる場
合には、反対の（すなわち、凸面形状のエロージョン）
形状を使用しなければならない。この目的のため、凹面
円錐レンズ、または他のビーム分割装置が、中心領域が
ゼロまたは最小限の照射を受ける環形の照射領域を形成
するために利用できる。凹面円錐レンズと組合せて相補
の凸面円錐レンズを使用することにより、照射される環
形の径は凸面円錐レンズと凹面円錐レンズとの間の軸線
方向の距離を変えることにより調節できる。
【００３８】代りにミラーが使用できる。楕円形間口を
有するミラーをレーザの照射軸線に対して４５度の角度
に位置付けし、照射されるべきである表面に関してこの
ミラーの中心の穴の像が露出されるべきである表面の領
域の中心と一致するように位置付けする。照射される環
形の寸法はミラーを変えることによって変更できる。可
変幅の照射されないストリップを提供するのにはミラー
が特に有用である。照射されないストリップを生じさせ
るギャップによって分離された２つのミラー部分を用意
してもよい。これらミラー部分を互いに接近するまたは
離れる方向に移動させることによってストリップの幅が
変化できる。
【００３９】ビームの軸線に沿って移動可能な絞りを使
用する上記したシステムはまた、中心らに照射されない
ストリップまたはスポットを有するビームを提供するの
にも使用できる。これは付形された中心絞り部分を単独
であるいはより大きな絞りの開口中に設けることによっ
て達成される。角膜の正常な表面は凸面であるから、凹
面形状を形成することにより角膜の表面は事実上僅かに
平らになる。角膜の表面を平らにすることは目の屈折力
を減少させるように作用する。逆に角膜の曲率を増大さ
せると（凸面形状のエロージョンを行なって）、目の屈
折力は増大する。エロージョンが点のまわりではなくて
線に平行に行なわれるべきである場合には、円筒形レン
ズまたは平面ミラーまたはスリットが可変幅の長方形領
域の照射を生じさせるのに使用できる。かかる技法は乱
視等を補正するために角膜に使用できる。
【００４０】本発明の好ましい特徴によれば、エロージ
ョンプロセス中表面にガス流を導入してレーザビームと
表面との相互作用から生じる残渣を除去することによっ
て均一にエロージョンされた表面が得られる。エロージ
ョンされる表面が目の角膜である場合には、ガスは窒素
であると好都合である。本発明が角膜の整形、付形に使
用されるべきである場合には、外科用顕微鏡がレーザを
正しく指向することを外科医に可能にするために使用で
きる。
【００４１】
【実施例】第１図においてレーザ１０は所定の波長を有
する比較的大きな直径の単色光ビーム１４を発生するビ
ーム形成用光学システム１２に光出力を提供する。この
ビーム１４は整形されるべきである物体１６に送られ
る。この物体１６は図示するように例えば目の角膜より
なる。ビーム形成用光学システム１２と物体１６の表面
との間に開口１８または他のビーム寸法制御手段が位置
付けされている。開口１８の寸法は照明される物体の面
積を決定する。
【００４２】レーザ１０は電源ユニット２０および制御
回路２２によって付勢される。制御回路２２はレーザ１
０から所定周波数の光パルスを発生させるように調節可
能である。電力はパルスのエネルギを制御するように調
節可能であることが好ましい。開口１８は固定であって
も可変であってもよい。固定開口１８の場合には、物体
１６の表面に到達する一連のパルスのエネルギの結果が
第２図に示されている。最初の表面は第２図（ａ）に示
されており、第２図（ｂ）および（ｃ）に１つのパルス
および２つのパルスを受け入れた後の表面が示されてい
る。
【００４３】多数のパルスが同じ面積に到達した後、比
較的深い凹部２４が表面に形成される。この凹部２４の
形状は代表的には円形である開口１８の形状によって決
定される。この場合には、凹部２４は表面中のおおむね
円形の穴の形式にある。第２図に例示した形式のエロー
ジョンは例えば角膜移植手術に対する角膜ベッドの準備
に使用できる。第２図において使用されるビームが円筒
形、あるいは照明領域が照明の減ぜられた（または照明
ゼロの）領域を取囲むある他の形状であった場合には、
第２図に例示された形式のエロージョンは角膜移植手術
用のインプラント（「ドナー・ボタン」として知られて
いる）を準備するのに使用できる。この場合に、レーザ
エロージョンはレーザが提供された角膜を完全に切断す
るまで続けられ、この移植手術用のボタンは照明の減ぜ
られた（または照明ゼロの）領域によって残された部分
により提供されることになる。
【００４４】現在は、通例のようにドナー・ボタンが冠
状のこぎりを使用して除去される場合には、角膜の移植
は、冠状のこぎりが円形の区分を切断することしかでき
ないので、円形でなければならない。しかしながら、レ
ーザエロージョンが使用される場合には、ドナー・ボタ
ンの形状は変化し得る。これは、ドナー・ボタンが患者
の角膜の用意されたベッド中に嵌合する配向状態（向
き）を決定するのにドナー・ボタンの形状を使用するこ
とができるので、有益である。第３図はパルスが表面に
連続的に供給される時間の間開口を変化させることによ
って表面の整形がどのように行なわれるかを例示する。
開口１８が大きいと、少量の物質が表面の比較的広い面
積から除去される。他のパルスが到達する前に開口を減
少させると、その後のパルスによって生じる削摩は狭い
面積となり、形状は第３図（ｃ）のように変化する。
【００４５】開口１８がさらに小さくされると、次のパ
ルスは第３図（ｄ）に示すようにさらに狭い面積上を除
去する。その結果表面は第３図（ａ）の最初の形状にく
らべておおむね平らな形状になる。開口１８を小さくす
ることによって一連のパルスが表面を昭射する態様を第
４図に示す。レーザによって照射された面積は斜線２
６，２８，３０および３２によって示されている。各場
合に、開口はその寸法が前のパルスの送給時とくらべて
かなり減少されている。
【００４６】第５図に示すように、開口の代りに絞り
（ストップ）が使用され、この絞りの影が表面に現われ
るようにされ、一連のパルス中照射される面積（同じく
斜線で示されている）が最も左側の狭い環形から最も右
側のほぼ円形の面積にまで増大されるようにしてもよ
い。非対称の開口または絞り（スリットあるいは線形絞
りのような）が使用される場合には、第６図および第７
図に示すように表面の円筒の曲率が変更できる。これら
図面においても第４図および第５図の場合と同様にレー
ザによって照射される面積は斜線で示されている。
【００４７】第６図においては可変幅のスリットを使用
し、照射幅が狭くなるようにこのスリットの幅を連続的
に減少させることによって曲率が変更される。第７図に
おいては不透明の絞りを使用し、表面がだんだんと広く
照射されるようにこの絞りの幅を変えることによって曲
率が変更される。第１図乃至第７図に示した物体は目の
角度であってもよいということを理解すべきである。第
１図乃至第７図はレーザビームの形状および寸法を制御
し、変化させることによって表面がエロージョンされ、
整形される態様を概略形式で示すものである。異なる整
形領域が開口および絞りによって検討されたけれど、ビ
ーム寸法制御手段として使用できる多種類のビーム整形
光学システムが存在する。可能であるビーム寸法制御手
段の特定の構成について次に説明する。
【００４８】第８図および第９図の装置は屈折作用によ
って第５図の照射パターンを形成するように使用でき
る。ここでは平凹円錐素子３４が相補の平凸円錐素子３
６から距離ｄだけ離間されている。これら２つの素子３
４および３６は接触させた場合にはぴったりと一体化す
る。素子３４の平らな表面に入射する平行な光ビーム３
８は円錐表面において発散する環形の光４０に変換さ
れ、素子３６によって円筒形の環形４２に集束される。
照射されない中心領域の直径Ｄは素子３４と３６間の間
隔ｄによって決定される。
【００４９】第９図は第８図の素子を斜視図で示し、か
つ物体（図示せず）の表面に形成される照射環形４４を
示す。第８図と同じ参照番号が第９図においてもシステ
ムの構成部品を指示するのに使用されている。
【００５０】第１０図においては、調節可能な幅のスリ
ットを構成する部品が示されており、開口を有するプレ
ート４６とこのプレートの前面に配置された２枚の可動
プレート４８および５０からなる。プレート４６の開口
は参照番号５２によって指示されている。プレート４６
に関するプレート４８，５０の移動は、明らかなよう
に、スリットの幅に変化を生じさせる。
【００５１】第１１図は第８図および第９図の円錐素子
の屈折原理を取り出してこれを一対の照射領域を生じさ
せるために採用した（１つの単一寸法ではあるが）もの
であり、この一対の照射領域間の距離は単に一方の素子
を他方の素子に近づけるまたは離間させることだけで変
化できる。凹面プリズム５６の平らな表面に入射する平
行な光ビーム５４は２つの発散するビーム５８および６
０を形成する。凹面プリズム５６の傾斜面と互いに合致
する傾斜面と平らな下側面６４とを有する相補の凸面プ
リズム６２が凹面プリズム５６の下流に配置されてい
る。２つの平行な離間されたビーム６６および６８が第
８図の素子３６の平面から光のリングが放射されるのと
同じ態様で平らな下側面６４から放射される。凹面プリ
ズム５６を凸面プリズム６２に接近させることによって
２つの照射領域７０および７２は接近し、また遠ざける
ことによって離れる。
【００５２】第８，９および１１図のシステムは球形レ
ンズではなくて真直ぐな側面の凹面および真直ぐな側面
の凸面素子（すなわち、円錐素子）とＵ形プリズムでは
なくてＶ形プリズム（すなわち、円筒形レンズ）を使用
するということを注意すべきである。第１１図の屈折シ
ステムはビーム寸法を変化させるが、しかし寸法の変化
によってはビームエネルギ密度は実質的に変化しない。
一般に、屈折システムはビームに可変寸法の照射されな
いギャップを形成するのには全く適しているけれど、可
変寸法の照射スポットを生じさせるのにはあまり適して
いない。これはビームエネルギ密度を一定に保持したま
ま、スポットの寸法を変えることが屈折作用によっては
困難なためである。
【００５３】第１２図は楕円形の穴７８（ビームを横切
る平面に投射されたときには円形）を有するミラー７６
に入射する円形ビームが表面８２に環形の照射を生じさ
せる円筒形ビーム８０を発生する反射装置を示す。楕円
形の穴７８に入射する光は８４で示すようにこの穴７８
を通る。ミラー７６の代りに異なる寸法の楕円形の穴を
有する別のミラーを便用することにより表面８２の照射
されない領域の寸法が変化できる。
【００５４】ミラー７６を２つの長方形ミラーと置き換
え、これら長方形ミラーを接近または遠ざけて可変幅の
スリットを形成し、２つのミラーの相対位置に依存して
表面８２上に接近したあるいは離れた２つの平行な照射
領域を生じさせる一次元のシステムもつくれる。２つの
ミラー間のギャップに入射する光は中心に開口を有する
ミラーの場合と同様にこのギャップを通過する。第１２
図はまた、２つのミラー部分７６を２つの長方形ミラー
と取れば上記構成を例示するものとみなすことができ
る。
【００５５】第１２図に示すようなミラーを含むシステ
ムは穴７８を介して表面を照射するのに別の光源が使用
できるという点で特に有益である。照射された領域はビ
ーム７４の光学路内に位置決めされた半反射性ミラーを
使用して見ることができる。このようにして操作者はミ
ラーおよび光学システムの位置および、あるいは表面８
２の位置を調節してビームの所望とする整列および位置
付けを行ない、レーザエネルギのパルスによる表面の所
望のエロージョンを行なうことができる。
【００５６】既に述べたように、たとえビームの横断面
積が上記したように変化しても、単位面積当りのエネル
ギが一定のレーザビームで整形することが好ましい。こ
れを達成するための構成が第１３図に概略的に示されて
おり、これはズームレンズ９０、絞り９２、およびズー
ムレンズ９４からなる複合ズームシステムであり、２つ
のズームレンズ９０，９４は同時に調節できるように９
６で結合されている。ズームレンズは無限焦点であるこ
とが好ましい。２つのズームレンズ９０，９４は同時調
節のために結合されているので、ズームレンズシステム
の調節は第２のズームレンズ９４からのレーザビーム出
力のエネルギ密度に悪影響を与えない。しかしながら、
３００ｍの第２のレンズ９４の位置が変化すると、出力
ビーム中の絞りの拡大率が変わる。第１のズームレンズ
９０の調節は出力ビームの寸法に影響を与えないが、ビ
ームのエネルギ密度を一定に保持する必要がある。
【００５７】ビーム寸法制御手段の特に好ましい実施例
が第１４図に示されている。この構成において、平凸レ
ンズ１２０および平凹レンズ１２２のような２つのビー
ム付形素子は平行にされた第１の直径の平行レーザビー
ムを入力として受光し、そして平行にされた第２の直径
の平行ビームを出力し、これら入力および出力ビーム間
に集束する（または発散する）ビーム部分１２４を有す
る光学システムを形成する。
【００５８】ビーム付形用窓または開口（あるいはビー
ム付形用絞り部分）を有する絞り１２６は集束するビー
ム部分１２４にわたってビーム軸線に沿って移動し得
る。出力レーザビームの寸法を変えるために、開口（ま
たは絞り１２６の絞り部分）は一定のままであるが、絞
り１２６は２つのレンズ間をビームの軸線方向に移動す
る。この構成の動作態様についての以下の説明はビーム
の外周囲を定める開口を有する絞り１２６に関してであ
る。しかしながら、ビームに減少した（またはゼロの）
照射の可変寸法の領域を定める絞り部分を有する絞り１
２６が同等の態様で機能するであろう。絞り１２６が平
凹レンズ１２２に隣接していると、絞り１２６の面は集
束するビーム部分１２４と最も小さな直径部分で交差す
る。かくして、ビームの全部（あるいはかなり多くの部
分）が絞り１２６の開口を通る。この場合のレーザビー
ムの縁部は絞り１２６がこの位置にあるように第１４図
に連続する線で示されている。
【００５９】しかしながら、絞り１２６が平凸レンズ１
２０に隣接するように移動されると、第１４図に破線で
示すように、絞り１２６の平面は集束するビーム部分１
２６と最も大きな直径の部分において交差する。この位
置においては、レーザビームの比較的少ない部分のみが
絞り１２６の開口を通過し、ビームの残りの部分は絞り
１２６に当り、吸収または偏向される。従って、この場
合には、絞り１２６の下流のビームの直径は第１４図に
破線で示すように小さくされる。すべての場合に絞り１
２６の開口を通るビームの中心位置は絞り１２６の位置
または存在によって影響を受けないことは明らかであ
る。従って、絞り１２６は最終のビームのエネルギ密度
に影響を与えないということが理解できる。
【００６０】従って、出力レーザビームの寸法は単に絞
り１２６をビーム路に沿って軸線方向に移動させるだけ
で変化できる。絞り１２６は開口を通るビーム（または
その一部分）のエネルギ密度に影響を与えないから、出
力ビームのエネルギ密度は、その寸法は変化するけれ
ど、一定に保持される。出力ビームの形状は勿論、絞り
１２６の開口の形状によって決定される。第１４図にお
いてはビームは２つのレンズ素子１２０，１２２間で集
束するように図示されているけれど、平凹レンズ素子が
平凸レンズ素子の上流にあり、ビームがこれら２つの素
子間で発散する場合にもこの構成は全く同等に機能する
ということは極めて明らかであろう。
【００６１】第１４図の構成はレーザビームのエネルギ
密度および最大幅を一定に全体的に変更する。ある環境
においてはこの変更が望ましいかも知れず、あるいは図
示の構成の上流のビーム形成用光学装置において補償さ
れるかも知れない。しかしながら、ビームエネルギ密度
および最大寸法に全く影響を与えないビーム寸法制御手
段を提供することは好都合であるかも知れない。この場
合には、第１５図に示すような構成が使用できる。この
構成においては、平行にされた平行ビームが初めに発散
させられ、その後集束させられる。可動開口１２６は発
散ビーム部分１２８中か、あるいは集束ビーム部分１３
０中に置くことができる。
【００６２】第１６図は絞り１２６の開口および絞り部
分のある可能な形状を示す。開口は絞り１２６の物質の
一部を表わす影の部分によって取囲まれた透明部分とし
て図示されている。第１６図（ｄ）に見られるように、
絞り１２６は開口およびこの開口内に絞り部分を有して
いてもよい。
【００６３】第１６図（ａ）および（ｂ）に示す形状は
角膜移植用のベッドを用意するために使用できる。第１
６図（ａ）に示す形状はまた、角膜の曲率を減ずるよう
に角膜を整形する際にも使用できる。第１６図（ｃ）に
示す形状は乱視を矯正するように角膜を整形する際に使
用できる。第１６図（ｄ）および（ｅ）に示す形状は角
膜移植のためにドナー・ボタンを切断するのに使用で
き、また角膜の曲率を増大させるように角膜を整形する
際にも使用できる。絞り１２６の開口は光学的開口でよ
く、必ずしも物理的開口でなくてもよい。すなわち、開
口は高度に透明な物質によって形成できる。かくして、
絞り１２６は所望の形状を有する不透明層を透明物体上
に配置することによって形成できる。かかる構成は明る
い部分が中心の暗い部分を完全に取囲む第１６図（ｄ）
および（ｅ）に示されているような開口形状および絞り
部分を提供することを比較的容易にする。
【００６４】理論上は、第１３図および第１４図に示す
構成は、多くの場合に、可変寸法のアイリス絞りと置き
換えることができる。しかしながら、アイリス絞りによ
って定められる形状の範囲は制限され、さらに、アイリ
ス絞りによって定められる開口の形状は通常は、絞りが
閉じるまたは開くときに正確に一定にとどまらない。従
って、固定絞りの開口の見掛けの寸法の変化が第１３図
および第１４図の場合のように使用される構成が、正確
な作業のためには好ましい。
【００６５】第１図に示すビーム形成用光学システム１
２は、レーザ出力ビームが直接使用できる場合には、必
ずしも必要ではない。しかしながら、大部分のレーザの
場合には、代表的にはビームの形状を変えるためにある
初期のビーム形成操作を行なうことが通常は望ましい。
従って、ある形式のレーザは代表的には長方形（方形）
あるいは楕円形断面のビームを発生し（例えばエキシマ
レーザは代表的には長方形断面のビームを発生する）、
そしてビーム寸法制御手段は方形または円形断面を有す
るビームを提供することが通常は好ましい。第１７図乃
至第１９図はビーム形成用光学システムの実施例をそれ
ぞれ示す。
【００６６】第１７図および第１８図の構成は円筒形表
面のレンズ素子および球形表面のレンズ素子を使用す
る。これら図面は同じ素子の断面図であるが、直角の方
向に見たものであり、従って第１７図は断面の側面図と
みなすことができ、他方第１８図は断面の上面図とみな
すことができる。等しくない軸線の横断面を有する平行
側面のレーザビームが平面−球形凹面素子１３２に送給
され、この素子１３２はビームを発散させる。ビームは
近傍にある平面−円筒形凸面素子１３４に当る。この素
子１３４の円筒軸線は短かい方のビーム横断面軸線の方
向にあり、従ってこの平面−円筒形凸面素子１３４はビ
ームのこの軸線には集束作用を行なわず、短かい方の軸
線のビームはビームが素子１３４を離れるときに増大し
続ける。しかしながら、その円筒形凸面はビームの横断
面の長い方の軸線の端部においてビームの縁部を偏向す
る。
【００６７】素子１３４を離れるときに、ビームは一方
向に発散し続け、短かい方の軸線の長さを増大し、これ
を横切る方向においては一定にとどまり、その結果ビー
ムの長い方の軸線は変化しないままにある。別の光学素
子１３６が平面−円筒形凸面素子１３４からのビームの
下流に離間されている。この素子１３６はその上流側の
面が円筒形凹面であり、その下流側の面が球形凸面であ
り、そしてその円筒軸線が素子１３４の円筒軸線と平行
であるのでビームを短かい方の軸線の両端部において集
束するように作用し、一方ビームの長い方の軸線の長さ
には影響を与えない。
【００６８】第１７および１８図に示す構成の効果は素
子１３２によって生じるビームの発散に続いてビームが
素子１３６に達するまでビーム横断面の短かい方の軸線
は増大し続け、一方ビーム横断面の長い方の軸線は素子
１３４に到達するまで増大するだけであるということで
ある。このように、短かい方の軸線は長い方の軸線より
も多量に増大され、素子１３６からのビーム出力は等し
い横断面軸線を持つ。
【００６９】一方の軸線が他方の軸線より大きく伸長さ
れるビームの横断面軸線の不平等な処置は、ビームがそ
の横断面のあらゆる点において前に均一のエネルギ密度
を有していた場合には、エネルギ密度を不均一にしない
ということを注意すべきである。第１９図は等しくない
横断面軸線を有するビームが等しい横断面軸線を有する
ビームに変換することができる他の構成を示す。この構
成は平凸面素子１４０と平凹面素子１４２とからなる。
これら素子の湾曲表面は両方と球形である。しかしなが
ら、これら素子は両方ともそれらの平らな表面がレーザ
ビームの軸線に対して斜めになった状態で整列されてお
り、ビームの一方の軸線に対して他方の軸線に対してよ
りも大きな影響を与えるようになっている。
【００７０】レーザビームをエロージョンされるべき表
面に送給するための光学システムは単に、第１７および
１８図（または第１９図）のビーム形成用光学装置とこ
れに続く第１３図または第１４図に示すようなビーム寸
法制御手段とから構成してもよい。しかしながら、光学
素子間の、あるいは光学素子とエロージョンされるべき
表面との間の比較的長い距離をビームを移動しなければ
ならない場合には、第２０図に示すような中継望遠鏡が
設けられることが好ましい。かかる望遠鏡は非常に簡易
であり、２つの集束レンズ１４４，１４６だけでつくる
ことができる。これら望遠鏡は上流の光学素子の出力を
下流の光学素子の入力またはエロージョンされるべき表
面に映像するように構成される場合に特に有用である。
【００７１】ビーム寸法制御手段とエロージョンされる
べき表面との間に、ビームの形状を定める開口の像をエ
ロージョンされるべき表面に集束する中継望遠鏡を設け
ることは特に有益である。これは放射される面積に均一
な照射を行なうことを促進し、放射される面積にはっき
りした縁部を提供する。開口の像を形成しない場合に
は、理論的に得られたビーム形状は、ビームが開口から
離れて行くときにパッチの縁部に発生する傾向があるフ
レネル回折フリンジングまたはリンギングの影響によっ
てエロージョンされるべき表面において劣化する。開口
の像を集束することによって、開口の単一スポットから
伝播するすべての光は像の単一スポットに集束され、そ
れによって回折フリンジングまたはリンギングを除去で
きる。
【００７２】それ故、目の角膜をエロージョンするため
レーザから発生するエネルギに対する好ましい光学的送
給システムを第２１図に示す。この図において、レーザ
１４８からの光はビーム形成用光学システム１５４を通
り、連結アーム１５０に入る。このアーム１５０は光学
システムの残部を収容し、かつ所望の形状および寸法の
ビームを目１５２の角膜に送給する。
【００７３】ビーム形成用光学システム１５４は第１図
の概略構成の光学システム１２と同等のものである。代
表的には第１７図および第１８図に示す、あるいは第１
９図に示すような構成からなる。ビーム形成用光学シス
テム１５４からビームは第１の中継望遠鏡１５６に入
る。これはビームをビーム寸法制御手段１５８に送る。
図示するように、この制御手段１５８は第１４図に示す
ようなシステムである。しかしながら、第８図乃至第１
３図を参照して記載したような種々の他の構成が図示の
システムの代りに使用できる。ビーム寸法制御手段１５
８からのビームを第２の中継望遠鏡１６０が目１５２の
角膜表面１６２に送る。
【００７４】開口を有する絞り１２６は角膜表面１６２
の照射面積の寸法を変化させるためにビームに沿って軸
線方向に移動されるから、第２の中継望遠鏡１６０は、
この望遠鏡１６０が固定の焦点長さを有する場合には、
絞り１２６の開口の正確に集束された像を必ずしも提供
しない。従って、第１５図に示すような構成がビーム寸
法制御手段１５８として使用されるときには、第２の中
継望遠鏡１６０と開口のある絞り１２６の素子間に歯車
接続１６４を提供することが望ましい。これは絞り１２
６の移動が第２の中継望遠鏡１６０の素子の適当な対応
する移動を生じさせ、角膜表面１６２に集束した像を保
持することを確実にする。これに対し、第２の中継望遠
鏡１６０が平凹面レンズ１２２を介して絞り１２６の像
を受像する場合には、第２の中継望遠鏡１６０に対する
絞り１２６の見掛けの位置（すなわち、レンズ素子１２
２によってつくられる虚像の位置）は絞り１２６の実際
の軸線方向の移動よりも軸線方向に非常に少ししか移動
しないことになる。その結果、絞り１２６の移動にとも
なう第２の中継望遠鏡１６０の自動調節を可能にするこ
とは必要でないかも知れない。
【００７５】上記したように、光学システムを収容する
アーム１５０は練結されている。本発明は目の角膜の表
面を整形するのに特に適用できるように記載したけれ
ど、本発明はレーザビームによって除去することができ
る任意の物体の表面の付形（整形）に等しく適用できる
ということは理解されよう。かくして、本発明はレンズ
またはミラーの表面を整形するために使用でき、あるい
は湾曲したまたは平らな物体上の表面被膜に正確に付形
された窓を形成するのにも使用できる。第２２図は人間
の目の角膜を整形する、あるいは潰瘍を角膜からエロー
ジョンする本発明の方法を実行する装置を示す。レーザ
および関連する制御回路はハウジング１７０内に含まれ
ている。所望の標準形状および寸法のビームをビーム整
形用光学装置に入る前に提供するビーム形成用光学装置
もまた、レーザ電源および制御回路と一緒にハウジング
１７０内に含まれている。
【００７６】ビーム横断面にわたり実質的に均一な強さ
のビームを提供することが重要である。エキシマレーザ
の出力は第１の横断面軸線にわたっては実質的に均一で
あるけれど、この第１の軸線を横切る第２の横断面軸線
にわたってはビームの縁部において僅かに強さが低下す
る。それ故、開口がレーザ出力に配置され、ビームの不
均等な縁部をマスクし、このマスク形成用光学装置に送
られたビームは実質的に均一な横断面を有する。レーザ
ビームはハウジング１７０から垂直方向に放射され、連
結アームに対する支持体１７２に入る。アームの第１の
セクション１７４は１つの自由度を有するだけのジョイ
ントを介して支持体１７２に関して枢動する。アームの
第２のセクションは２つの自由度を有するジョイント１
８０によって結合された第１のセクション１７４に対し
直角な方向に延在する。ショイント１７６は支持体１７
２内からの光を第１のセクション１７４に沿って反射す
るための単一の平面ミラー（図示せず）を含む。
【００７７】第２２図中の拡大図は上部から見たジョイ
ント１８０の部分を示す。２つのアームセクション１７
４および１７８はカップリング１８２によって結合され
ている。カップリング１８２は各アームセクションに関
してその軸線のまわりに回転するように構成されてい
る。２つの固定の平面ミラー１８４，１８６がカップリ
ング１８２内で第１のアームセクション１７４の軸線に
平行な光を、アームセクションに関するカップリング１
８２の角度位置に関係なく、第２のアームセクション１
７８の軸線に沿うように反射するように配置されてい
る。この機能のために、各アームの回転軸線がそれぞれ
のミラーの中心領域を通り、ミラー１８４，１８６が、
それぞれのアームセクションの軸線に沿って一方に入射
する光を他方のミラーに反射してアームセクションの軸
線に沿って反射されるように互いに位置付けることが重
要である。同様に、３つの自由度を有するナックルジョ
イント１８８は３つの平面ミラーを有し、アームセクシ
ョン１７８からナックルジョイントを介して接眼レンズ
１９０に光が通ることを可能にする。
【００７８】第１のアームセクション１７４は第２１図
の第１の中継望遠鏡１５６を含む。第２のアームセクシ
ョン１７８は第２１図のビーム寸法制御手段１５８およ
び第２の中継望遠鏡１６０を含む。ビーム寸法制御手段
１５８はぎざ付きリング１９４を有するアーム１９２の
幅広部分に収容されている。このリング１９４の回転に
よりビーム寸法制御手段１５８はビーム寸法を変化させ
るように作動される。ぎざ付きリング１９４はモータ１
９６によって駆動され、従って遠隔で、および、あるい
は自動的に作動できる。アームおよび終端ナックルの連
結ジョイントは接眼レンズ１９０が正しい位置に容易に
操作され、頭が１９８で示されている患者の目に関して
配向されることを可能にする。
【００７９】第２２図に示すように、患者は顔を上側に
して手術テーブル２００上に横たわっている。手術テー
ブル２００は患者の頭を垂直方向に移動しないように支
持する。所望ならば、側部支持体２０２，２０４を頭の
横方向への移動を抑制するために用意してもよい。
【００８０】連結されたアームセクション１７４，１７
８は米国ミシガン州のブルームフィールド・ヒルのレー
ザ・メカニズムズから入手できる標準のレーザアームを
好便に変形したものである。このアームはビーム寸法制
御手段および中継望遠鏡を組み込むために変形されねば
ならず、また、アームのジョイントに設けられたミラー
のあるものを取替える必要があるかも知れない。しかし
ながら、元のミラーあるいは元のミラーの取付具に取付
けられた別のミラーを使用することによって、アームの
ジョイントにおける反射が第２１図に示した素子によっ
て提供されるビーム光学装置を変更しないことを確実に
することができる。
【００８１】使用時に、この装置は患者の目に供給され
るべき窒素ガス源および患者の目の上に接眼レンズをク
ランプするように吸引を行なうための吸引手段とともに
使用される。これらは両方ともハウジング１７０内に位
置付けされている。窒素はまた、ＡｒＦレーザの場合に
レーザ波長に不透明なガスのアームを追い払うためにも
使用できる。このアームはまた、目に窒素を送給するた
めにも使用できる。
【００８２】接眼レンズは第２３図では拡大されて示さ
れており、弾性的に変形可能な、ゴムあるいはプラスチ
ックのような可撓性物質よりなるカップ２０６を含み、
眼球の上に配置されたときに排気されてクランプする。
接眼レンズ１９０は半反射性ミラー２０８を有する窓を
含み、この窓を介して目は外科用顕微鏡２１０を使用し
て観察できる。この顕微鏡２１０は任意の好便な手段に
よりミラーの上に支持されている。外科用顕微鏡２１０
は接眼レンズ１９０に接続してもよいが、しかしより一
般的には接眼レンズから分離され、天井からのアーム
（図示せず）によって、あるいはカンチレバー（図示せ
ず）によって支持される。
【００８３】恐らくナックルジョイント１８８内の別の
ミラー（図示せず）がプロヒロメータ（側面計）または
角膜計のような自動測定装置２１２の同時の接続を可能
にする。測定装置２１２の出力はライン２１４を介して
コンピュータ（図示せず）に接続される。コンピュータ
はレーザの動作を制御して所望の角膜の形状を得るよう
に調節される。
【００８４】かくして、所望の角膜の形状は最初にコン
ピュータに入力され、動作中にコンピュータに提供され
た角膜の形状の測定値が所望の最終形状への進行を指示
するのに使用され、コンピュータはレーザシステムに制
御信号を出力する。コンピュータはマイクロプロセッサ
に基づいたものであり、かつハウジング１７０内に少な
くとも一部分が位置付けできることが好ましい。整形用
レーザ放射線の波長は重要であり、代表的には１９３ｎ
ｍの程度である。勿論、１５７ｎｍ（フッ素レーザに対
して）まで下側のより短かい波長あるいは１５μｍまで
のより長い波長も使用できる。主として問題の波長に関
して、十分なレーザエネルギが角膜の下側に浸透して細
胞組織を損傷させないようにすることが重要である。従
って、３００ｎｍ乃至１４００ｎｍの範囲は目の下側の
細胞組織がこれら波長によって簡単に損傷を受けるの
で、さけるべきである。
【００８５】再び第２３図を参照すると、吸引カップ２
０６は目２１６の強膜上に嵌合し、角膜表面２１８を邪
魔しない状態にしている。可撓管２２０がカップ２０６
を真空吸引し、カップを適所に保持するのに十分な力
で、しかし角膜の形状を歪ませない力で目にカップをク
ランブするようにしている。第２３図に示すように、ミ
ラー２０８はレーザの光学システムが患者から横方向に
延在することを可能にし、ナックルジョイント１８８は
接眼レンズのハウジングの端面２２２に固定される。別
の方法として、ミラー２０８を除去し、光学システムを
患者から前方へ真直ぐに延在させてもよい。さらに別の
方法として、第２３図に示したのと同様のミラーユニッ
ト（図示せず）が使用できるが、しかし角膜表面２１８
と整列される２つの光学システムが接続できるようにす
る半反射性または波長選択性ミラーを有する。この構成
は操作者が使用する顕微鏡または他の観察装置、あるい
は自動角膜計の他にレーザからの光学システムが接続さ
れることを可能にする。
【００８６】第２２図および第２３図の装置を使用する
第１の方法においては自動フィードバック制御は存在せ
ず、ライン２１４は必要とされない。この方法における
測定装置２１４は「写真角膜鏡」あるいは「コーニアス
コープ」のような商業的に入手できる角膜計である。こ
れら装置は角膜表面にパターン、通常は同心のリング、
の像を形成するように働く。この方法で使用される角膜
計は角膜の中心部分に映像される線の数を増大させるよ
うに僅かに変更されることが好ましく、従って中心部分
の曲率に関する入手情報の量を増大させることが好まし
い。この方法では、角膜計２１２は図示するようにナッ
クルジョイント１８８に接続しても、あるいは必要なと
きに外科用顕微鏡２１０に対して図示した位置を占有す
るように移動可能であってもよく、操作者が必要な場合
に角膜計２１２または顕微鏡２１０をその位置に移動で
きるようにしてもよい。
【００８７】吸引カップ２０６は通常、初めに患者の目
２１６に取付けられ、その後接眼レンズのハウジング１
９０に取付けられる。次に、窒素供給源が作動される。
角膜計２１２は吸引カップが角膜の形状に影響を与えな
いことをチェックするために使用される。目の可視検査
が顕微鏡を用いて行なわれることが好ましい。次に、ビ
ーム寸法制御手段がぎざ付きリング１９４を介して作動
され、ビームによる角膜への照射の所望の面積を選択す
る。レーザがオンとなり、好ましくは、５Ｈｚのような
比較的遅いパルス速度で動作するように設定される。所
定の時間、通常は３０秒またはこれより短かい時間の経
過後、レーザはオフとなり、ビーム寸法制御手段１５８
は放射のための異なる面積を定めるように調節され、レ
ーザが再びオンになる。このプロセスは角膜の所定の面
積の一連の露光が所定のパルス数となるように繰返され
る。明らかなように、面積の寸法および形状とパルスの
数の選択は角膜に実行される整形の性質を決定する。
【００８８】パラメータは角膜の整形に対する所望の最
終補正の７５％を行なうように選択される。角膜は角膜
計２１２を使用して再び測定され、なされるべき残りの
正確な補正が決定される。レーザ装置が今記載したのと
同じ態様で再び作動され、パラメータはなされるべき残
りの補正の７５％を行なうように選択される。このプロ
セスはなされるべき残りの補正が許容限界内にあるとみ
なされるまで繰返される。この連続する近似プロセスは
比較的ゆっくりであり、操作者に不満を与えるが、レー
ザを制御するのにフィードバック制御回路を必要としな
いという利点がある。
【００８９】一定周波数のパルス速度が使用される場合
には、露光当りのパルスの数は時間に比例し、所定数の
パルスが角膜によって受光されたことを確実にするのに
単に各露光の継続時間を測定するだけで十分であるとい
うことは理解されよう。この方法の変形例では、ビーム
寸法制御手段１５８のぎざ付きリング１９４はモータ駆
動され、モータ１９６およびレーザの両方がハウジング
１７０内に位置付けされたマイクロプロセッサの制御下
にある。この場合に、マイクロプロセッサはレーザをオ
ン、オフする手続きおよびビーム寸法制御手段１５８を
調節する手続きを実行する。より好ましくは、レーザは
連続的にパルス化され、一方マイクロプロセッサはビー
ム寸法制御手段１５８を所定の時間−ビーム寸法曲線に
従うように調節する。これはレーザがパルス化されてい
る間、ビーム寸法が連続的に調節される周期を含んでも
よい。放射される領域と放射されない領域との境界が角
膜の表面上を比較的滑らかに移動するビーム寸法制御手
段の連続する調節は表面を比較的滑らかに整形する。
【００９０】時間−ビーム寸法曲線は上記したように所
望の最終補正の７５％を行なうようにレーザのパルス速
度、ビーム波長および強さに関して選択される。レーザ
の厳密な制御が必要である。この目的のため、第１図に
示すようにレーザエネルギのパルスを受けている表面の
光学的または他の検査からの情報を受信するフィードバ
ック装置８６が用意されている。フィードバック路８８
はレーザ１０を制御するための制御回路２２と連通して
いる。従って、例えば、レーザによって供給されるパル
スの実際の継続時間および振幅は各パルスによって所望
の度合の表面のエロージョンが生じるように調整でき
る。過度のエロージョンの場合には、引続くパルスは相
当に減ぜられるかまたは禁止される。好都合にも、警報
装置（図示せず）がフィードバック装置８６とともに用
意されており、整形の予期しないエロージョンが生じる
場合にはこの装置８６のそれ以上の動作を禁止し、そし
て誤り状態を指示する。
【００９１】第２４図はフィードバック制御動作中の制
御回路２２の動作のフローチャートである。制御回路２
２はマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータに
よって少なくとも一部分は提供されることが好ましい。
【００９２】第２２図および第２３図の装置を使用する
第２の方法においては、レーザのフィードバック制御お
よびその光学システムが用意されている。角膜計２１２
は第２２図に示すように接続されており、ライン２１４
は角膜計２１２の出力をハウジング１７０内のコンピュ
ータに供給するように接続され、かつ使用される。再
び、角膜計２１２は角膜の中心領域における曲率に関す
る情報を最も通常の角膜計によって提供されるよりも多
く提供するように構成されている。角膜に関する角膜計
出力はライン２１４を介してコンピュータに出力される
前に機械読取り可能な形式に変換される。この方法で使
用される装置においては、ビーム寸法制御手段１５８の
ぎざ付きリング１９４はモータ駆動され、駆動モータ１
９６はコンピュータによって制御される。
【００９３】吸引カップ２０６および接眼レンズは第１
の方法のように取付けられ、窒素ガス流が流れ始める。
ライン２１４からの入力はコンピュータに角膜の現在の
形状を計算させる。操作者はキーボード（図示せず）に
より所望の最終形状を入力し、これはコンピュータのメ
モリ装置（ＲＡＭ）に記憶される。コンピュータは現在
の形状と所望の最終形状との差を計算し、かつ角膜上の
一連の点のそれぞれにおいて必要なエロージョンの深さ
を計算する。得られるエロージョンの深さは供給される
レーザパルスの数に直接関係するから、コンピュータは
各点に供給されるべきであるパルスの数を計算する。し
かしながら、コンピュータプログラムはコンピュータに
よって計算されたパルスの数が、使用するレーザビーム
の強さおよび波長が与えられている場合に、所望の形状
を達成するのに実際に必要とするパルスの数の７５％だ
けであるように設計されている。
【００９４】各点で必要なパルスの数から、コンピュー
タはどの一連の放射面積が各面積に対して必要な放射の
パルス数とともに必要であるかを計算する。これは角膜
の隣接する点に対して必要なパルスの数の差に基づいて
計算される。かくして、１つの面積が他の面積より多い
１００のパルスを必要とする場合には、コンピュータに
よって取り出された一連の放射面積は第１の点をカバー
するが第２の点をカバーしない、かつ１００のパルスを
放射される面積を含む筈である。
【００９５】コンピュータが放射シーケンスを決定する
と、コンピュータは測定された現在の角膜の形状、必要
とする計算された補正、および計算された放射シーケン
スをプリンタまたはディスプレイを介して出力する。こ
れらは手術を監督する外科医によって検討され、確認さ
れる。コンピュータ出力が確認された後、操作者は放射
シーケンスを開始する信号をコンピュータに入力する。
コンピュータはモータ１９６を駆動して放射の面積をシ
ーケンスの最初の面積に設定する。レーザが作動され
る。コンピュータコントロールは代表的には５０Ｈｚで
あるより早いレーザパルス速度が使用されるようにす
る。
【００９６】コンピュータは放射軸線のシーケンスから
連続する時間−ビーム寸法曲線を計算し、第１の方法に
関して記憶したように、それによってモータ１９６を駆
動することが好ましい。放射シーケンスの終りに、コン
ピュータは角膜計２１２からの入力を使用して新しい角
膜の形状および今必要な補正を計算する。すべてが計画
に従って行なわれている場合には、前に計算した補正の
７５％が行なわれる。コンピュータは、必要な計算され
た補正が所定の許容限界内に入るまで上記したプロセス
（その計算を出力し、操作者からの確認を待つことを含
む）を繰返す。
【００９７】角膜計はコンピュータにより連続的に監視
されることが好ましく、その結果任意の時間に過度のエ
ロージョンが生じた場合には、これは検出され、レーザ
は自動的にオフとなる。
【００９８】角膜計入力が連続的に監視される場合に
は、コンピュータは放射シーケンスを計算して単一の放
射シーケンスにおいてなされるべき完全な補正を実行
し、それによってレーザおよびビーム寸法を制御し、角
膜計入力は放射シーケンスを進行している間に再び計算
し、補正する。この場合に、コンピュータは初めに投影
される時間−ビーム寸法曲線を計算する。しかしなが
ら、エロージョン中の角膜計入力が、任意の点における
エロージョンの深さが予期される量より多いまたは少な
いということを示す場合には、時間−ビーム寸法曲線が
適当な面積に供給されるパルスの数を減少または増加す
るように再び計算され、予期された量のエロージョンか
らのずれを補正する。
【００９９】角膜潰瘍を除去する場合には、この装置の
動作方法は同しであるけれど、エロージョンの物体は最
小限の整形により潰瘍細胞を除去するべきである。従っ
て、レーザエネルギのパルスの寸法、形状および数がそ
の目的で制御され、ビームの寸法および形状はすべての
パルスに対して一定にとどまる。本発明の原理は種々の
実験によってテストされた。
【０１００】１つの実験においては、６乃至１０の豚ま
たは提供者の目のバッチが変化する面積の放射でエロー
ジョンされ、角膜の整形（付形）を行なった。かかる実
験において、目は第２２図に示す装置の接眼レンズ１９
０の出口開口に置かれた（吸引カップあるいは測定装置
２１２なしに）。ビーム寸法制御手段は大きな放射面積
および５Ｈｚのパルス化レーザビームを３０秒の間提供
するように設定された。その後ビーム寸法制御手段は僅
かに減少した放射面積を提供するように調節され、レー
ザは５Ｈｚでさらに３０秒の間パルス化された。放射面
積が再び減少され、この手順は増大する深さのエロージ
ョンの同心のリングを提供するように繰返された。
【０１０１】目は電子顕微鏡検査を行なうために化学的
に固定された。電子顕微鏡による検査の結果、角膜基質
の表面に一連の段部があることが分った。別のケースで
は、異なるパルスエネルギ密度を使用したので、段部の
高さが変化した。段部の高さは２５乃至１０００ｎｍの
範囲であった。驚いたことに、パルス当りエロージョン
された角膜基質の深さは上側の上皮層がレーザによって
除去されたか、またはレーザを使用する前に他の手段に
よって除去されたかに依存して変化するということが見
出された。上皮を除去するのにレーザが使用された場合
には、角膜基質のエロージョンされた深さは大きかっ
た。この理由は明らかではないが、しかし涙の膜の作用
を包含するものと思われる。
【０１０２】第２２図の接眼レンズもまた、それに接続
されたかつ目に取付けられた吸引カップ２０６と一緒に
テストされた。これらテストはうさぎおよび提供者の目
について、ならびにゼラチンからつくった見せかけの目
について行なわれた。これらテストにおいては低い放射
強度のみが使用され、実験的削摩を含まなかった。
【０１０３】提案した方法が医学上の用途に適している
ということを保証するために、目の治ゆをテストする実
験が猿について行なわれた。これら実験において、放射
面積は一定に保持され、３ｍｍの直径の円筒形凹部が生
きている猿の目に種々の深さに研削された。６ケ月後、
２匹の猿が臨床技術を用いて検査された。４つの凹部の
うち３つは透明であった。第４の凹部（最も深い７０〜
１００μｍの深さのもの）は不透明ではなくて僅かに輝
きがあった。
【０１０４】電子顕微鏡検査は、透明な目は角膜基質の
乱れが最小限でありかつ凹部の面積をおおう上皮が良好
に再成長しているので治ゆしているということを示し
た。上皮は良好に固着しかつしっかりと配向された基部
膜を有していた。この場合の基部膜は再成長上皮の細胞
によって下側に置かれており、この細胞はまた、レーザ
によって角膜表面に形成された擬似膜を破壊していた。
その上、基質の新しい表面はボーマン（Ｂｏｗｍａｎ）
の膜のような構造体を形成するように再構成されてい
た。これら実験を繰返すのに有用な背景情報はマーシャ
ル等の「ホト−アブレイティブ・リプロファイリング・
オブ・ザ・コーニア・ユーシング・エキシマ・レーザ：
ホトリフラクティブ・ケラテクトミィ」レーザ・イン・
オフサルモロジィ，１９８６年第１巻第２１頁〜第４８
頁に見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による凸状湾曲物体の表面を整形する方
法を実施するための装置の概略構成図である。
【図２】一速のパルスにより表面の削摩がどのようにし
て生じるかを示す概略図である。
【図３】パルスを供給する面積の寸法を変えることによ
って異なる形状が得られることを示す概略図である。
【図４】表面の曲率を減少させるのに必要な一連の段階
を示す概略図である。
【図５】表面の曲率を増大させるために一連の段階にお
いてパルスにさらされなければならない面積を示す概略
図である。
【図６】表面の円筒形曲率を減少させる照射面積を段階
的に示す概略図である。
【図７】表面の円筒形曲率を増大させる照射面積を段階
的に示す概略図である。
【図８】環形の照射が得られる構成を示す概略図であ
る。
【図９】図８に示す素子の斜視図である。
【図１０】調節可能な幅のスリットを生じさせる構成を
示す概略図である。
【図１１】図９に示す装置の変形例を示す斜視図であ
る。
【図１２】図１０のスリットとは反対のスリットを生じ
させるのに使用できる４５度のミラー構成を示す概略図
である。
【図１３】一定エネルギ密度の可変寸法スポットを生じ
させる構成を示す概略図である。
【図１４】一定エネルギ密度の可変寸法のスポットを生
じさせる他の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４の構成を組み込んだ他の構成を示す概
略図である。
【図１６】図１４の構成に使用する４つの開口の形状を
示す概略図である。
【図１７】ビーム形成用光学システムの断面図である。
【図１８】図１７の光学システムを別の方向から見た断
面図である。
【図１９】他のビーム形成用光学システムの断面図であ
る。
【図２０】中継望遠鏡の断面図である。
【図２１】レーザから目の角膜への光学システムを示す
概略図である。
【図２２】測定および整形用のレーザ装置を示す構成図
である。
【図２３】吸引カップと光学システムの下流の端部の構
成図である。
【図２４】フィードバック制御回路の動作を説明するフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１０ レーザ １２ ビーム形成用光学システム １６ 物体 １８ 開口 ２０ 電源ユニット ２２ 制御回路 ８６ フィードバック装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォルタ・ティー・ウェルフォード イギリス国ロンドン、チスウィック・ロー ド、８ (72)発明者 カレン・マーガレット・モントゴメリー・ ネス イギリス国ハートフォードシャー、ロイス トン、メルバーン、ルセットウェイ３ (56)参考文献 特開 昭60−119935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−109565（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−181945（ＪＰ，Ａ)

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 再整形処理中に表面でパルスが吸収され
    て光学的切除をなしうるエネルギーレベルのレーザ光の
    前記パルスを、ビーム路に沿って生成するレーザ手段
    と、 前記表面を前記レーザ手段に対して位置せしめるための
    支持手段と、 開口をもち、パルスレーザのエネルギーが前記再整形処
    理中に送給される前記表面の照射面積の大きさを光学的
    に変化させて累積的な光学的切除によって前記表面を選
    択的に再整形するための光学的手段を含む、前記レーザ
    ビーム路に沿って配置されたビーム面積制御手段と、照射面積の領域縁でのレーザのエネルギーの劣化を低減
    するために前記 表面上に前記開口の像を形成する像形成
    手段と、 を備えたことを特徴とする表面をエロージョン（ｅｒｏ
    ｓｉｏｎ：削摩）するためのレーザシステム。
  2. 【請求項２】 前記パルスが送給される表面の領域の形
    状を変化させるための光学的なビーム賦形手段をさらに
    備えた特許請求の範囲第１項記載のレーザシステム。
  3. 【請求項３】 前記レーザ手段がパルス化されるエキシ
    マレーザ手段である特許請求の範囲第１項記載のレーザ
    システム。
  4. 【請求項４】 前記ビーム面積制御手段が、さらに、前
    記レーザ手段によって提供されるレーザビームを受け入
    れ、開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を通して通過せしめるこ
    とによってビームを賦形するビーム賦形手段であって、
    レーザビームのほぼ光学軸に配置され、前記光学軸に沿
    って移動して開口を通して通過するビームの横断面領域
    を変化させるビーム賦形手段を備えている、特許請求の
    範囲第１項記載のレーザシステム。
  5. 【請求項５】 前記ビーム賦形手段の開口の像をエロー
    ジョンされるべき表面に焦点合わせするための焦点合わ
    せ手段を、さらに備えた特許請求の範囲第４項記載のレ
    ーザシステム。
  6. 【請求項６】 対象物の表面への光路に沿って光学的切
    除をなすパルスレーザエネルギーのビームを送給するよ
    うに動作するレーザ手段に対して、該表面を位置せしめ
    る段階と、 前記光路に沿って配置された開口と調節手段とをもつビ
    ーム面積制御手段を動作して光学的に前記ビームを制御
    して、各パルスに対して単位面積当たりのエネルギーを
    実質的に一定に保持しながら、光学的切除の再整形処理
    中に該表面に可変の横断面領域のパルスレーザのエネル
    ギーを送給する段階と、照射面積の領域縁でのレーザのエネルギーの劣化を低減
    するために 前記ビーム面積制御手段の開口の像を前記表
    面上に形成する段階と、 を備えたことを特徴とし、 それにより照射面積の大きさにかかわらず各パルスに対
    して単位面積当たり実質的に一定のエネルギーをもつレ
    ーザビームが光学的切除の再整形処理中に発生されて前
    記照射面積の領域縁でレーザエネルギーを劣化させずに
    累積的な光学的切除によって前記表面を選択的に再整形
    する、 レーザエネルギーにより人間以外の対象物の表面をエロ
    ージョンする方法。
  7. 【請求項７】 前記パルスが送給される該表面の領域の
    形状が制御下で調節され、それによってパルスによりエ
    ロージョンされる領域の形状を選択するようにした特許
    請求の範囲第６項記載の表面をエロージョンする方法。
  8. 【請求項８】 前記パルスによりエロージョンされるべ
    き領域の面積が前記レーザを動作させる段階の間で制御
    下において変化せしめられる特許請求の範囲第６項記載
    の表面をエロージョンする方法。
  9. 【請求項９】 前記エロージョンされるべき領域の面積
    を調節する段階に続いて、エロージョンされるべき前記
    領域の面積が前記レーザを動作させる段階の間に実質的
    に一定に保持される特許請求の範囲第６項記載の表面を
    エロージョンする方法。
  10. 【請求項１０】 表面をエロージョンし、それによって
    表面を形状付け、あるいは再成形するレーザシステムで
    あって、 エロージョンされるべき表面を光学軸に対して位置せし
    める、あるいは逆に、光学軸をエロージョンされるべき
    表面に対して位置せしめる、支持手段と、 レーザ光源からのエネルギーを前記光学軸に沿って表面
    に伝達するためのビーム送給システムと、 表面に適応されるレーザパルスのエネルギーを生成する
    ための、レーザ光源、電源、および関連する制御回路
    と、 各パルスに対して単位面積当たりのエネルギーを実質的
    に一定保持しながら、パルスレーザのエネルギーが適応
    される表面の面積の大きさを光学的に制御するための光
    学的制御手段を備え、それによって、表面の選択された
    範囲の切除を大きくあるいは小さくし、開口を持ちレー
    ザパルスのエネルギーが再整形処理中に送給される表面
    上の照射面積の大きさを光学的に変化するための光学的
    手段を有する、前記光学軸に沿って配置されたビーム面
    積制御手段と、照射面積の領域縁でのレーザエネルギーの劣化を低減す
    るために 表面上の前記開口の像を形成する像形成手段
    と、 を備えたことを特徴とし、 そのために各パルスに対して単位面積当たり実質的に一
    定のエネルギーをもつレーザビームが照射される面積の
    大きさにかかわらずそして前記面積の領域縁を劣化させ
    ずに発生される、 表面をエロージョンするレーザシステム。
  11. 【請求項１１】 光学素子の表面形状の関数であるパラ
    メータを測定するための測定装置と、 前 記パラメータの測定値と分かっている所望の値とを比
    較して、それによって、差分信号を導きだす比較手段
    と、 制御信号生成回路手段であって、前記比較手段から得ら
    れた前記差分信号から、レーザ制御信号を生成し、前記
    制御信号が前記パルスレーザが適応される表面の領域を
    決定することを可能とし、それによって、光学素子のパ
    ラメータの所望する値を得る、前記制御信号生成回路手
    段と、 をさらに備えた、前記表面が光学素子の表面であるとき
    に使用される特許請求の範囲第１０項記載のレーザシス
    テム。
  12. 【請求項１２】 前記表面に適応されるパルスレーザの
    エネルギー密度が角膜組織に切除のためのしきい値以上
    であり、角膜組織の切除の飽和レベルより実質的に高く
    ない特許請求の範囲第１０項記載のレーザシステム。
  13. 【請求項１３】 前記ビーム送給システムが平凹光学素
    子を備え、それによりビーム部分が広がり、ビーム強度
    が減少した中間領域を残す特許請求の範囲第１０項記載
    のレーザシステム。
  14. 【請求項１４】 前記ビーム面積制御手段が上流および
    下流に第１および第２のズームシステムを備えた光学絞
    りを含み、前記ズームシステムが同時の調節のために結
    合されている特許請求の範囲第１０項記載のレーザシス
    テム。
  15. 【請求項１５】 対象物の表面を、パルスレーザのエネ
    ルギーを表面へ送給するように動作するレーザ源に対し
    て位置せしめる段階と、 レーザ源が光路に沿ってパルスを送出する段階と、 前記光路に沿って配置された開口と調節手段とをもつビ
    ーム面積制御手段を動作して、光学的に前記ビームを制
    御して各パルスに対して単位面積当たりのエネルギーを
    実質的に一定に保持しながら、該表面に可変の横断面領
    域のパルスレーザのエネルギーを送給し、それによっ
    て、各パルスに対して単位面積当たりのエネルギーを実
    質的に一定に保持すると同時に、表面の領域をより広い
    あるいはより狭い範囲で選択的に露光し、累積的な光学
    的切除により表面の所望するエロージョン成形を達成す
    る段階と、照射面積の領域縁でのレーザエネルギーの劣化を低減す
    るために 前記ビーム面積制御手段の開口の像を表面上に
    形成する段階と、 を備えたことを特徴とし、 それにより各パルスに対して単位面積当たり実質的に一
    定のエネルギーをもつレーザビームが照射される面積の
    大きさにかかわらずそして前記面積の領域縁を劣化させ
    ずに発生される、 人間以外の対象物の表面をエロージョンする方法。
  16. 【請求項１６】 対象物の表面に照射されるレーザエネ
    ルギーが表面を形成する物質によって吸収されて、吸収
    されずに残留して表面の下の物質を貫通し影響を及ぼす
    僅かのエネルギーしか存在しないように、あるいはその
    ようなエネルギーが全く存在しないように、レーザの波
    長が選択された特許請求の範囲第１５項記載の表面をエ
    ロージョンする方法。
  17. 【請求項１７】 パルスエネルギーが表面の選択された
    重複する範囲に指向せしめられ、それによって、ある時
    間期間が経過するまで、表面の異なった範囲がレーザ源
    から異なったエネルギー量で露光され、表面に差分的な
    エロージョンを生成する特許請求の範囲第１５項記載の
    表面をエロージョンする方法。
  18. 【請求項１８】 表面に放射されるパルスレーザのエネ
    ルギー密度が、切除のためのしきい値よりも大きく、対
    象物の物質の切除のための飽和レベルより実質的に大き
    くない特許請求の範囲第１５項記載の表面をエロージョ
    ンする方法。
  19. 【請求項１９】 エロージョンプロセス中に、ガス流が
    表面に導入されてレーザビームと表面との相互作用から
    生じる残渣を除去する段階をさらに備えた特許請求の範
    囲第１５項記載の表面をエロージョンする方法。
  20. 【請求項２０】 前記ガスが窒素である特許請求の範囲
    第１９項記載の表面をエロージョンする方法。
  21. 【請求項２１】 眼の角膜の薄い表面層でパルスが吸収
    されて光学的切除をなすエネルギーレベルのレーザ光の
    前記パルスのビームを、光路に沿って生成するレーザ手
    段と、 前記眼を前記レーザ手段に対して位置せしめるための支
    持手段と、 開口と、パルスレーザのエネルギーが送給されて累積的
    な光学的切除により前記角膜表面を選択的に再整形する
    表面上の照射される領域の大きさを光学的に変化させる
    ためのビームを形成する光学的手段とを含む、前記レー
    ザビーム光路に沿って配置されたビーム面積制御手段
    と、照射面積の領域縁でのレーザエネルギーの劣化を低減す
    るために 前記開口の像を前記表面上に形成する像形成手
    段と、 を備えたことを特徴とする眼の角膜の表面を変形させる
    ための角膜再成形システム。
  22. 【請求項２２】 前記レーザ手段が波長１９３ｎｍの紫
    外線レーザ光のパルスを生成するエキシマレーザ手段で
    ある特許請求の範囲第２１項記載の角膜再成形システ
    ム。
  23. 【請求項２３】 前記レーザ手段が０．１〜１．０ジュ
    ール／ｃｍ２の範囲のエネルギーレベルのレーザ光のパ
    ルスを生成する特許請求の範囲第２２項記載の角膜再成
    形システム。
  24. 【請求項２４】 前記眼の前記レーザ手段に対して位置
    せしめるための支持手段が、さらに、前記眼を固定する
    ことができる真空クランプを備えた特許請求の範囲第２
    １項記載の角膜再成形システム。
  25. 【請求項２５】 前記ビームを形成する光学的手段が、
    さらに、複合のズームレンズ配列を備えた特許請求の範
    囲第２１項記載の角膜再成形システム。
  26. 【請求項２６】 前記ビームを形成する光学的手段が、
    さらに、凸面をもつ第一レンズ要素と該凸面に合わせる
    と一体になる凹面をもつ第二レンズ要素とを備えた特許
    請求の範囲第２１項記載の角膜再成形システム。
  27. 【請求項２７】 前記ビームを形成する光学的手段が、
    さらに、第一鏡要素と第二鏡要素とを備え、その内の少
    なくとも一方が前記照射面積の大きさを変えるために移
    動可能である特許請求の範囲第２１項記載の角膜再成形
    システム。
  28. 【請求項２８】 レーザ光に露光される表面を検査する
    ためのかつ前記表面の検査に応答してレーザ手段に制御
    信号を生成するためのフィードバック監視手段をさらに
    備えた特許請求の範囲第２１項記載の角膜再成形システ
    ム。
  29. 【請求項２９】 最初に、所望する最終的な形状が入力
    され、また、処理中に、それまでに達成された再成形の
    範囲に関する測定されたデータが入力され、そして、少
    なくともレーザ手段を制御する制御信号を出力して最終
    的な所望の形状が達成されたときには照射を止めさせ
    る、マイクロプロセッサをさらに備えた特許請求の範囲
    第２１項記載の角膜再成形システム。
  30. 【請求項３０】 切除処理中に残渣を除去するために角
    膜表面にガス流を導入する手段をさらに備えた特許請求
    の範囲第２１項記載の角膜再成形システム。
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