JPH08192288A - 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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- JPH08192288A JPH08192288A JP7256657A JP25665795A JPH08192288A JP H08192288 A JPH08192288 A JP H08192288A JP 7256657 A JP7256657 A JP 7256657A JP 25665795 A JP25665795 A JP 25665795A JP H08192288 A JPH08192288 A JP H08192288A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 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。
しないようなレーザ成形方法を提供すること。 【解決手段】 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。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
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。
【０００２】
【従来の技術】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。
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
【０００４】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。
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。
【０００５】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。
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。
【０００６】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。
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。
【０００７】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。
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。
【０００８】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。
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。
【０００９】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。
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。
【００１０】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。
確に規定することも本発明の目的の１つである。
【００１１】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。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。
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。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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】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。
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。
【００１３】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、２
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。
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、２
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。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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（２7−１）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。
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（２7−１）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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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６
４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。
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６
４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。
【００２３】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り
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。
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り
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。
【００２４】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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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
一部分を形成した加工物の部分切欠き斜視図である。
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
一部分を形成した加工物の部分切欠き斜視図である。
【００２７】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。
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。
【００２８】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つの基準を採用した。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
の表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。
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つの基準を採用した。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
の表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。
【００２９】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。
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。
【００３０】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。
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。
【００３１】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。
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。
【００３２】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。
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。
【００３３】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。
ために役立つ８個のマスクセットが示されている。
【００３４】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
は不規則な形状を有しており、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。
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
は不規則な形状を有しており、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。
【００３５】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。
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。
【００３６】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。
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。
【００３７】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形させるための従来
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２
５５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２
５５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。１／２５
５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。その拮果、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要の数の等エネルギ
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。
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形させるための従来
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２
５５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２
５５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。１／２５
５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。その拮果、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要の数の等エネルギ
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。
【００３８】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。
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。
【００３９】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。
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。
【００４０】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。
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。
【００４１】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。
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。
【００４２】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２
０．８ミクロンの画素を有するパターンを得ることもで
きる。
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２
０．８ミクロンの画素を有するパターンを得ることもで
きる。
【００４３】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。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。
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。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。
【００４４】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。
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。
【００４５】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。
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。
【００４６】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。
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。
【００４７】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１
００％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
して多重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。
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１
００％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
して多重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。
【００４８】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。
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。
【００４９】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。
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。
【００５０】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。
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。
【００５１】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。
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。
【００５２】Ｄ／Ｎ＝Ｔ 従って、下記の関係式が得られる。
【００５３】Ｄ＝ＮＴ Ｔ＝Ｄ／Ｎ Ｎ＝Ｄ／Ｔ 以上、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。
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。
【図１】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
づける図表である。
【図２】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
す図である。
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
す図である。
【図３】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
す図である。
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
す図である。
【図４】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を示す図である。
役立つ８個の重み付きマスクＡ〜Ｈを示す図である。
【図５】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である。
物の部分切欠き斜視図である。
【図６】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を示す図である。
役立つ８個の重み付きマスクＡ〜Ｈを示す図である。
【図７】第６図のマスクセットを用いて形成された双曲
放物面の略図である。
放物面の略図である。
【図８】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である。
および画素の寸法の関数として示したグラフである。
【図９】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である。
球面の一直径に沿った断面図である。
【図１０】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であ
る。
面の一部分を示す、該球面の一直径に沿った断面図であ
る。
【図１１】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
沿った断面図である。
ために除去すべき材料を示す、第９図の球面の一直径に
沿った断面図である。
【図１２】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である。
厚さを位置の関数として示す略図である。
【図１３】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であ
る。
達成するために役立つ８個のマスクセットを示す図であ
る。
【図１４】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である。
個のマスクセットを示す図である。
【図１５】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。
る操作を例示する図である。
１０ 初期曲面 １１０ 最終曲面 １２０ 除去すべき材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０５ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ (71)出願人 595140446 2500 Ｆａｂｅｒ Ｐｌａｃｅ，Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ 94303 Ｕ．Ｓ．Ａ. (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
Claims (28)
- 【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、 化学線透過性の画素と化学線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、該化学
線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するように位置付け
られ、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化学線源を用意する工
程であって、該ビームは該化学線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加工物上に該化学線源からの化学線
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成形する工程
と、 該化学線の複数のパルスが通過するマスクについて、特
定数のパルスの通過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】 前記化学線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、前記化学線源から前記
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化学
線透過性の画素と化学線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、該化学線透過性の画素は
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するように位置付けられ、
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】 切除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を有するマスクにはＫ個のパルスが
照射され、等級２を有するマスクには２Ｋ個のパルスが
照射され、等級４を有するマスクには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、
該複数のマスクのそれぞれは化学線透過性の画素と化学
線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、該化学線透過性の画素は該等級に比例した量
の材料を除去することが所望される位置に対応するよう
に位置付けられる、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バターンの一
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】 （ａ）マスク素材板を保管するための
手段、（ｂ）マスク素材板を照射位置に装填するための
手段、（ｃ）所望のマスクパターンに従って前記マスク
素材板に活性化放射線を照射するための手段、並びに
（ｄ）照射済みの前記マスク素材板を現像した後、前記
照射および現像操作により規定されたパターンに従って
前記マスク素材板から不透明被膜を除去するための手段
を備えたレーザ成形用マスクの製造装置。 - 【請求項２２】 前記照射および現像の一部として前記
マスク素材板上に明確な患者識別符号を付加するための
手段をさらに備えている請求項２１記載の装置。 - 【請求項２３】 マスク設計データを記憶するための手
段をさらに備えている請求項２１記載の装置。 - 【請求項２４】 マスク設計データを受信することによ
り、前記所望のマスタパターンに従って前記マスク素材
板の照射操作を制御するための手段をさらに備えている
請求項２１記載の装置。 - 【請求項２５】 前記照射手段が前記マスク素材板を照
射するように設計されたレーザプリンタを備えている請
求項２１記載の装置。 - 【請求項２６】 化学線透過性の画素と化学線不透過性
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２７】 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２６記載の方法。 - 【請求項２８】 異なる透過率を有する複数の透過性の
画素を含む前記マスクは、アナログ型の領域マスクであ
る請求項２６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 Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23264090A Division 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 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08192288A true JPH08192288A (ja) | 1996-07-30 |
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 Before (1)
| 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 |
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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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008097044A (ja) * | 2008-01-04 | 2008-04-24 | Ritsumeikan | 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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| 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 |
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| US5770123A (en) * | 1994-09-22 | 1998-06-23 | Ebara Corporation | Method and apparatus for energy beam machining |
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| DE69637994D1 (de) * | 1995-04-26 | 2009-09-24 | Minnesota Mining & Mfg | Ablationsverfahren durch laser-darstellung |
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| 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 |
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| GB2438600B (en) * | 2006-05-19 | 2008-07-09 | Exitech Ltd | Method for patterning thin films on moving substrates |
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| 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 |
-
1990
- 1990-07-12 CA CA002021110A patent/CA2021110A1/en not_active Abandoned
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