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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Strahlungsintensität eines
Laserstrahls und eine Vorrichtung zur Aussendung des Laserstrahls.
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Herkömmlich wird eine Vorrichtung,
die einen Laserstrahl aussendet (im Folgenden: Laservorrichtung),
auf verschiedenen Gebieten zur medizinischen Behandlung bzw. bei
Operationen eingesetzt. Zum Beispiel ist es im Bereich der Ophthalmologie bekannt,
einen Brechungsfehler des Auges zu korrigieren, indem die Krümmung einer
Hornhaut mit Hilfe eines Excimerlasers dadurch verändert wird,
dass die Hornhaut durch Bestrahlen mit dem Strahl des Excimerlasers
abgetragen wird. Bei diesem Vorrichtungstyp variiert die Strahlungsintensitätsverteilung in
einer Strahlfläche
(eine Querschnittsfläche
des ausgesendeten Laserstrahls) und/oder in einem Abtragungsbereich
aufgrund von zeitlichen Änderungen des
optischen Strahlungs- bzw. Bestrahlungssystems oder dergleichen.
Folglich variiert manchmal die Abtragungsform oder Abtragungstiefenverteilung. Daher
ist es notwendig, die Laserstrahlung entsprechend diesen Abweichungen
anzupassen.
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Um die Laserstrahlung anzupassen,
hat der Anmelder in der ungeprüften
japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei6-226471 bzw. dem korrespondierenden US
Patent Nr. 5 624 436, ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zuerst
auf einer transparenten Platte (PMMA-Platte), die eine bekannte Abtragungsrate
bei Bestrahlung durch einen Laser aufweist, eine gekrümmte Oberfläche ausgebildet
wird, so dass sie eine vorbestimmte Brechkraft besitzt, anschließend die
Brechkraft der gekrümmten
Oberfläche
mit einem Scheitelbrechkraftmesser gemessen wird und Daten zur Abtragung
auf der Grundlage der Messergebnisse kalibriert werden.
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Gemäß dem genannten Verfahren ist
es möglich
geworden, die Laserstrahlung entsprechend den Veränderungen
der Strahlungsintensitätsverteilung
und der Abtragungsform leicht einzustellen. Eine weitere Technik,
um eine genauere Abtragung zu erzielen, ist jedoch wünschenswert.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, die
oben beschriebenen Probleme zu überwinden
und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Strahlungsintensität eines
Laserstrahls und eine Vorrichtung zur Aussendung des Laserstrahls
bereitzustellen, die eine Erfassung der Strahlungsintensitätsverteilung
eines Laserstrahls und eine genauere Abtragung ermöglichen.
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Um die Ziele zu erreichen und gemäß dem Zweck
der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Erfassung einer
Strahlungsintensität
eines Laserstrahls die folgenden Schritte auf: Eingabe der Intensität einer
von einem fluoreszierenden Glas emittierten Fluoreszenzstrahlung,
wobei die Intensität
der Fluoreszenzstrahlung erfasst wird, wenn der Laserstrahl auf
das fluoreszierende Glas gestrahlt wird, welches durch die Bestrahlung
mit dem Laserstrahl die Fluoreszenzstrahlung emittiert, wobei ein Abtragungsbereich
eine Größe hat,
die zur Bearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts erforderlich
ist, und Erfassung einer Strahlungsintensitätsverteilung des Laserstrahls
in dem Abtragungsbereich auf der Grundlage der eingegebenen Intensität der Fluoreszenzstrahlung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zur Erfassung einer
Beleuchtungsintensität
eines Laserstrahls Folgendes auf: ein Eingabemittel zur Eingabe
der Intensität
einer von einem fluoreszierenden Glas emittierten Fluoreszenzstrahlung,
wobei die Intensität
der Fluoreszenzstrahlung erfasst wird, wenn der Laserstrahl auf
das fluoreszierende Glas gestrahlt wird, welches durch die Bestrahlung
mit dem Laserstrahl die Fluoreszenzstrahlung emittiert, wobei ein
Abtragungsbereich eine Größe hat,
die zur Bearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts erforderlich
ist, und ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls in dem Abtragungsbereich auf der Grundlage der
eingegebenen Intensität
der Fluoreszenzstrahlung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Aussendung eines
Laserstrahls ein Aussendungsmittel, das eine Laserlichtquelle und
ein optisches Aussendungssystem zur Strahlung eines Laserstrahls
auf ein zu bearbeitendes Objekt, ein Eingabemittel zur Eingabe von
Daten zur Abtragung zur Abtragung des zu bearbeitenden Objekts in
eine vorbestimmte Form durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl, ein
Steuermittel zur Erfassung von Steuerdaten für das Aussendungsmittel auf
der Grundlage der eingegebenen Daten zur Abtragung, ein optischen
Fluoreszenzlichterfassungssystem mit einem Bereichssensor zur Erfassung
der Intensität
einer von einem fluoreszierenden Glas emittierten Fluoreszenzstrahlung,
wobei die Intensität
der Fluoreszenzstrahlung erfasst wird, wenn der Laserstrahl auf
das fluoreszierende Glas gestrahlt wird, welches durch die Bestrahlung
mit dem Laserstrahl die Fluoreszenzstrahlung emittiert, wobei ein
Abtragungsbereich eine Größe hat,
die zur Bearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts erforder lich
ist, ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls in dem Abtragungsbereich auf der Grundlage der
erfassten Intensität
der Fluoreszenzstrahlung, und ein Kalibrierungsmittel zur Kalibrierung
von wenigstens entweder die Daten zur Abtragung oder die Steuerdaten
des Aussendungsmittels auf der Grundlage der erfassten Strahlungsintensitätsverteilung.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen, auf die Bezug genommen ist. In den Zeichnungen sind:
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1 eine
Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines ophthalmologischen Lasersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines optischen Strahlungssystems
und eines Steuerungssystems in einer Laservorrichtung zeigt;
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3 eine
Ansicht, die eine typische Form eines Excimerlaserstrahls veranschaulicht;
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4 eine
Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Blendenscheibe und
einer Blendenklappenvorrichtung zeigt;
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5 eine
Ansicht, die eine Synchronisation zwischen einer Initiierung einer
Bildaufnahme und einer Repetition eines Laserimpulses zeigt;
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6A und 6B Ansichten, die eine Summation
von mit einer Kamera aufgenommener Bilder zeigen;
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7A bis 7C Ansichten, die ein Verfahren zur
Kalibrierung von Daten zur Abtragung darstellt;
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8 eine
Ansicht, die das Verfahren zur Kalibrierung von Daten zur Abtragung,
dargestellt in Form der Abtragungstiefe, darstellt; und
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9 eine
Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität des Laserstrahls und
einer Abtragungsrate einer Hornhaut zeigt.
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Eine ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erfassung der Strahlungsintensität eines
Laserstrahls sowie einer Vorrichtung zur Aussendung des Laserstrahls
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. 1 ist eine Ansicht, die
schematisch einen Aufbau eines ophthalmologischen Lasersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Eine Laservorrichtung 200 trägt die Hornhaut eines
Auges eines Patienten mit einem Excimerlaserstrahl ab. Eine Laserlichtquelle
ist in einem Hauptkörper 201 der
Laservorrichtung 200 integriert. Ein Laserstrahl von der
Laserlichtquelle wird über
eine Armeinheit 202 zu einer Endeinheit 204, die
an dem Ende der Armeinheit 202 befestigt ist, geführt und
auf die Hornhaut eines Auges des Patienten gestrahlt. In dem Hauptkörper 201,
der Armeinheit 202 und der Endeinheit 204 ist
ein nachstehend beschriebenes optisches Strahlungssystem angeordnet.
Die Endeinheit 204 ist mit einer binokularen Mikroskopeinheit 203 zur
Beobachtung des Auges des Patienten ausgestattet. Die Armeinheit 202 ist
horizontal (in X-Richtung und in Y-Richtung) beweglich, und die Endeinheit 204 ist
in vertikaler Richtung (Z-Richtung) beweglich.
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Bezugszahl 10 bezeichnet
ein fluoreszierendes Glas, das zur Messung der Verteilung der Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls verwendet wird. Das fluoreszierende Glas 10 besteht
aus einer Glaskomponente wie etwa SiO2 oder
B2O3 und einem Element
der seltenen Erden wie etwa Tb2O3 oder Eu2O3, und emittiert sichtbare Fluoreszenzstrahlung,
wenn es mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Eine zu bestrahlende
Oberfläche
des fluoreszierenden Glases 10 kann in Form einer Platte
ausgebildet sein. Jedoch ist sie vorzugsweise in Form einer konvex-gekrümmten Oberfläche ausgebildet,
mit einer Krümmung,
die etwa der einer Hornhaut eines menschlichen Auges entspricht.
Sie kann zum Beispiel eine kuppelförmige Oberfläche mit
einem Krümmungsradius
R = 7,8 mm aufweisen, was einem mittleren Krümmungsradius eines menschlichen
Auges entspricht. Der Durchmesser der kuppelförmigen Oberfläche beträgt 10 mm
oder mehr, vorzugsweise 12 mm. Sofern die zu bestrahlende Oberfläche des fluoreszierenden
Glases 10 in Form einer konvex-gekrümmten Oberfläche ausgebildet
ist, so dass sie in etwa die Form einer menschlichen Hornhaut aufweist,
kann die Strahlungsintensitätsverteilung
erfasst werden, wobei ein Leistungsverlust aufgrund einer Defokussierung
des Laserstrahls sowie einer Neigung der zu bestrahlenden Oberfläche bei
einer tatsächlich
durchgeführten
Hornhautoperation berücksichtigt
ist.
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Bezugszahl 11 bezeichnet
einen Halter zum Halten des fluoreszierenden Glases 10,
der jede beliebige Form aufweisen kann, so lange er das fluoreszierende
Glas 10 stabil halten kann. Ein Gehäuse des Halters 11 ist
vorzugsweise ein abschirmender Zylinder, um einfallendes Streulicht
zu reduzieren. Das fluoreszierende Glas 10 ist innerhalb
des abschirmenden Zylinders des Halters 11 angeordnet. Am
oberen Ende des abschirmenden Zylinders befin det sich eine Öffnung 10a zum
Eintritt des Laserstrahls und zum Austritt der emittierten Fluoreszenzstrahlung.
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2 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau des optischen Strahlungssystems
sowie eines Steuerungssystems in der Laservorrichtung 200 zeigt.
Eine Laserlichtquelle 210 sendet einen Excimerlaserstrahl
mit einer Wellenlänge
von 193 nm aus. Von der Laserlichtquelle 210 wird ein Laserstrahl erzeugt
und emittiert, dessen Querschnitt, wie es in 3 gezeigt ist, eine rechteckige Form
aufweist. Die Intensitätsverteilung
in horizontaler Richtung des emittierten Laserstrahls ist im wesentlichen
gleichförmig,
und die Intensitätsverteilung
in vertikaler Richtung entspricht einer Gauss-Verteilung. Der von
der Laserlichtquelle 210 emittierte Laserstrahl wird durch die
Spiegel 211 und 212 reflektiert, und ferner von
einem ebenen Spiegel 213 reflektiert. Der Spiegel 213 ist
in Richtung des in 2 gezeigten
Pfeiles mit Hilfe einer Spiegelantriebseinheit 214 parallel
verschiebbar (beweglich) und verschiebt bzw. scannt den Laserstrahl
in Richtung der Gauss-Verteilung.
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Ein Bilddrehungsmittel 215 wird
mit Hilfe einer Bilddrehungsmittel-Antriebseinheit 216 drehbar um
eine zentrale optische Achse L angetrieben und dreht den Laserstrahl
um die optische Achse L. Bezugszahl 217 ist ein Spiegel.
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Bezugszahl 218 bezeichnet
eine Kreisblende mit einer kreisförmigen Öffnung, um einen Abtragungsbereichs
auf eine kreisförmige
Form zu begrenzen, und eine Blendenantriebseinheit 219 verändert deren Öffnungsdurchmesser.
Bezugszahl 220 bezeichnet eine Schlitzblende mit einer
schlitzförmigen Öffnung,
um den Abtragungsbereich auf eine Schlitzform zu begrenzen, und
eine Blendenantriebseinheit 221 verändert deren Öffnungsweite
und -richtung.
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Spiegel 222 und 223 ändern die
Richtung des Strahls. Eine Projektionslinse projiziert die Öffnungen
der Kreisblende 218 und der Schlitzblende 220 auf
die Hornhaut Ec.
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Darüber hinaus ist eine Blendenscheibe 260, die
in den bzw. aus dem Lichtweg bewegt werden kann, zwischen der Schlitzblende 220 und
dem Spiegel 222 angeordnet. Die Blendenscheibe 260 begrenzt
in Verbindung mit einer Blendenklappenvorrichtung 265 den
Abtragungsbereich (Beleuchtungsbereich) weiter. Die Blendenscheibe 260 und
die Blendenklappenvorrichtung 265 werden verwendet, wenn
eine asymetrische Komponente der Hornhaut Ec abgetragen wird. wenn
die Blendenscheibe 260 von der Seite der Laserlichtquelle 210 betrachtet wird,
sind sechs kleine kreisförmige
Blenden 261 gleicher Größe wie es
in 4 gezeigt ist ausgerichtet.
Eine oder mehrere Blendenklappen 266 der Blendenklappenvorrichtung 265 bedecken
wahlweise die kleinen Blenden 261 bzw. geben diese frei,
wodurch der Abtragungsbereich (Bestrahlungsbereich) zur Laserbestrahlung
auf einen kleinen Bereich weiter begrenzt werden kann. Die Blendenscheibe 260 und die
Blendenklappenvorrichtung 265 sind mit Hilfe einer Antriebseinheit 268 innerhalb
einer zu der optischen Achse L senkrechten Ebene beweglich.
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Ein dichroitischer Spiegel 225 besitzt
die Eigenschaft, ein Excimerlaserlicht zu reflektieren und sichtbares
Licht hindurch zu lassen. Der durch die Projektionslinse 224 hindurchtretende
Laserstrahl wird von dem dichroitischen Spiegel 225 reflektiert und
auf die Hornhaut Ec gerichtet. Oberhalb des dichroitischen Spiegels 225 sind
eine Fixierungslichtquelle 226, eine Objektivlinse 227 und
eine Mikroskopeinheit 203 angeordnet.
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Ein Spiegel 230 ist zwischen
binokularen Lichtwegen der Mikroskopeinheit 203 (auf einer
optischen Achse der Objektivlinse 227) angeordnet. Eine bilderzeugende
Linse 231, ein Spiegel 232 und eine CCD-Kamera 233 als
ein Bereichssensor sind auf einem Lichtweg auf der reflektierenden
Seite des Spiegels 230 angeordnet. Die Kamera 233 ist
mit einem Computer 209 verbunden. Die Objektivlinse 227,
der Spiegel 230, der Spiegel 232 und die Kamera 233 bilden
ein optisches System zur Erfassung einer Leuchtdichte (Intensität) der von
dem fluoreszierenden Glas 10 emittierten Fluoreszenzstrahlung.
Das optische System kann als optisches Bildaufnahmesystem zur Beobachtung
eines hinteren Segments eines Auges des Patienten dienen. Der Computer 209 ist
mit einer Eingabeeinheit 209a zur Eingabe von Operationsdaten,
wie etwa Daten bezüglich
der Form der Hornhaut vor der Operation und/oder Daten bezüglich des
Betrags der Korrektur, sowie mit einem Monitor 209a verbunden.
Der Computer 209 ist mit einem Speicher 209c zur
Speicherung von Bilddaten von der Kamera 233 ausgestattet
und führt
Verarbeitungen wie etwa Berechnungen und Kalibrierungen von Daten
zur Abtragung aus.
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Eine Steuereinheit 250 steuert
die Laserlichtquelle 210, jede der Antriebseinheiten und
dergleichen. Die Steuereinheit 250 ist mit einem Fußschalter 208,
einer Steuereinheit 206, an der verschiedene Bedienungsschalter
angeordnet sind, und dem Computer 209 verbunden.
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Nachfolgend wird eine mit Hilfe der
Laservorrichtung 200 ausgeführte Abtragung beschrieben.
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Im Falle einer Abtragung mit konstanter
Tiefenverteilung wird der Spiegel 213 in Richtung des in 2 gezeigten Pfeiles parallel
verschoben (bewegt), und der Laserstrahl, der eine rechteckige Querschnittsform
aufweist, wird in Richtung der Gauss-Verteilung mit einer Geschwindigkeit
parallel verschoben (gescannt), die von der Repetitionsfrequenz
der Laserimpulse von der Laser- lichtquelle 210 abhängt. Der
Spiegel 213 wird synchron mit den Laserimpulsen bewegt.
Das heißt,
nach Aussendung eines Impulses (oder mehrerer Impulse) bei einer
bestimmten Position wird der Spiegel 213 zur nächsten Position
bewegt, und nach Aussendung eines Impulses (oder mehrerer Impulse)
wird der Spiegel 213 weiter bewegt. Dieser Vorgang wird
von einem Ende zum anderen Ende des Abtragungsbereichs, der durch
die Öffnung
der Kreisblende 218 begrenzt ist, wiederholt ausgeführt. Jedesmal,
wenn der Laserstrahl in eine Richtung bewegt bzw. gescannt worden ist,
wird die Bewegungs- bzw. Scanrichtung des Laserstrahls durch Drehen
des Bilddrehungsmittels 215 um jeweils einen vorbestimmten
Winkel geändert, um
so eine Abtragung im Bereich der Öffnung der Kreisblende 218 durchzuführen. Da
im Übrigen
die ungeprüfte
japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei4-242644, die dem US Patent
Nr. 5 507 799 entspricht, und die ungeprüfte japanische Offenlegungsschrift
Nr. Hei6-114083, die dem US Patent Nr. 5 637 109 entspricht, ein
Verfahren zum gleichförmigen
Abtragen eines Objektes ausführlich
beschreiben, sei an dieser Stelle darauf verwiesen.
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Wenn bei einer Korrektur der Kurzsichtigkeit eine
Abtragung in einem mittleren Bereich im Vergleich zu der eines Randbereichs
tiefer ausgeführt wird,
um eine sphärische
Komponente zu entfernen, die rotationssymmetrisch ist, wird das
folgende Verfahren angewandt. Der Laserstrahl wird durch Bewegen
des Spiegels 213 innerhalb der Öffnung der Kreisblende 218 in
Richtung der Gauss-Verteilung bewegt bzw. gescannt. Außerdem wird
die Bewegungs- bzw.
Scanrichtung des Laserstrahls jedesmal, nachdem der Laserstrahl
in eine Richtung bewegt bzw. gescannt worden ist, durch Drehen des Bilddrehungsmittels 215 geändert, um
eine Abtragung im Bereich der Öffnung
der Kreisblende 218 durchzuführen. Dieser Vorgang wird jedesmal
ausgeführt,
wenn der Öffnungsdurchmesser
der Kreisblende 218 nachfolgend geändert wird. Durch diesen Vorgang
kann eine Abtragung der sphärischen
Komponente durchgeführt
werden, die in dem mittleren Teil der Hornhaut Ec tief und im Randbereich
flach ist. Im Falle einer Entfernung einer zylindrischen Komponente,
die linear symmetrisch ist, wird die gleiche Steuerung bereitgestellt,
wobei an Stelle der Kreisblende 218 die Schlitzblende 220 verwendet
wird.
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Darüber hinaus wird bei einer teilweisen
Abtragung zur Entfernung einer asymmetrischen Komponente die Blendenscheibe 260 verwendet.
Die Blendenscheibe 260 wird in dem Lichtweg des Laserstrahls
angeordnet, um Positionen der kleinen Blenden 261 der Blendenscheibe 260 zu
steuern und durch Ansteuern der Blendenklappenvorrichtung 265 die
kleinen Öffnungen 261 wahlweise
zu öffnen
oder mit den jeweiligen Blendenklappen 266 zu verschließen. Durch
die Bewegung bzw. das Scannen des Laserstrahls, bewirkt durch die
Bewegung des Spiegels 213, wird der Laserstrahl mit einem
kleinen Querschnitt, der durch die offenen kleinen Blenden 261 hindurch
tritt, teilweise auf die Hornhaut Ec gestrahlt.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur
Erfassung der Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls und zur Einstellung der Laserstrahlung für das oben
erwähnte
Strahlungssystem beschrieben.
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Zuerst wird das fluoreszierende Glas 10 an einer
vorbestimmten Position bezüglich
des optischen Strahlungssystems (der optischen Achse L) in der Laservorrichtung 200 angeordnet.
Die Schalter der Steuereinheit 206 werden betätigt, um
für die Strahlungsintensitätsverteilung
einen Kalibrierungsmodus als Betriebsmodus der Vorrichtung einzustellen,
und zur Aussendung eines Laserstrahls wird der Fußschalter 208 gedrückt. Im
Kalibrierungsmodus wird der Öffnungsdurchmesser
der Kreisblende 218 aufgeweitet, um die Größe des Abtragungsbereichs möglichst
groß zu
machen, wie es für
eine Hornhautoperation erforderlich ist, und jede der Antriebseinheiten
des optischen Strahlungssystems wird in gleicher Weise angesteuert
wie im Falle einer Abtragung des Objekts mit konstanter Tiefenverteilung.
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Ausgelöst durch die Laserbestrahlung
emittiert das fluoreszierende Glas 10 eine Fluoreszenzstrahlung
mit einer Leuchtdichte, die der Strahlungsintensität des Laserstrahls
entspricht. Die von dem fluoreszierenden Glas 10 emittierte
Fluoreszenzstrahlung wird von einem Bildaufnahmeelement der Kamera 233 empfangen.
Ein Ausgangssignal von der Kamera 233 wird dem Computer 209 zugeführt, und
ein empfangenes digitales Bild, das eine bestimmte Lichtintensität aufweist,
wird in dem Speicher 209c gespeichert.
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Wie zuvor erwähnt, wird der Laserstrahl während der
Abtragung durch die Bewegung des Spiegels 213 in Richtung
der Gauss-Verteilung bewegt bzw. gescannt. Der Laserstrahl wird
synchron mit den Laserimpulsen bewegt bzw. gescannt, und eine gleichmäßige Abtragung
wird durch Scannen des gepulsten Laserstrahls erreicht (siehe die
ungeprüfte, japanische
Offenlegungsschrift Nr. Hei5-220189,
die dem US Patent Nr. 5 637 109 entspricht). Es wird zum Beispiel
angenommen, dass die Laserbestrahlung in einer Richtung (einem Scan)
in dem Abtragungsbereich, der durch die Öffnung der Kreisblende 218 begrenzt
ist, mit zehn Impulsen erreicht wird. Bei der Aufnahme eines Fluoreszenzbildes
wird ein Bildaufnahmesignal der Kamera 233 mit einem Laserimpuls-Repetitionssignal
synchronisiert, wie es in 5 gezeigt
ist. Wenn zum Beispiel die Repetitionsfrequenz der Laserimpulse
50 Hz beträgt,
ist die Aufnahme der Bilder durch die Kamera 233 eben falls
auf 50 Hz eingestellt, und der Beginn der Bildaufnahme ist mit dem
zeitlichen Takt der Laserimpulsrepetition synchronisiert. Somit
wird das Fluoreszenzbild jedes einzelnen Impulses mit der Kamera 233 aufgenommen.
Das mit der Kamera 233 ausgenommene Bild wird, wie es in 6A gezeigt ist, in dem Speicher 209c als
ein Bild mit einer Leuchtdichteverteilung für jeden Laserimpuls gespeichert.
Zusätzlich
erhält man
durch Summation von zehn Bildern vom ersten bis zum zehnten Impuls
eine Leuchtdichteverteilung im Abtragungsbereich, der durch die Öffnung der Kreisblende 218 begrenzt
ist, wie es in 6B gezeigt
ist. Diese Leuchtdichteverteilung ist ein Maß für die Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls während
eines Scans.
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Im Grunde genommen kann die Strahlungsintensitätsverteilung
in dem Abtragungsbereich des Objekts durch nur einen Scan gewonnen
werden. Jedoch ändert
die Laservorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
die Bewegungs- bzw. Scanrichtung des rechteckigen Laserstrahls alle
60 Grad (sechs Scans decken eine Lage ab). Daher kann die Strahlungsintensitätsverteilung
im Abtragungsbereich für
einen Scan dadurch erfasst werden, dass man den Laserstrahl für sechs
Scans auf das fluoreszierende Glas 10 richtet, wobei die
Bewegungs- bzw. Scanrichtung geändert
wird, und die Leuchtdichteverteilungen jedes der Scans aufsummiert
und mittelt.
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Darüber hinaus ist es bei der Aufnahme
des Fluoreszenzbildes vorteilhaft, für jedes Pixel der Kamera 233 zuvor
eine Empfindlichkeitskorrektur vorzunehmen. Außerdem ist es vorteilhaft,
bevor die Laserbestrahlung des fluoreszierenden Glases 10 ausgeführt wird,
ein Bild aufzunehmen und eine Differenz zwischen diesem Bild und
dem tatsächlich
aufgenommenen, durch die Laserbestrahlung erzeugten Fluoreszenzbild
durchzuführen.
Dies schließt
den Einfluss von Streulicht aus und erleichtert die Erfassung der
Leuchtdichteinformation aufgrund allein der Fluoreszenz. Darüber hinaus
wird zum Zeitpunkt der Aufnahme des Fluoreszenzbildes jede unnötige Beleuchtung
wie etwa ein Beleuchtungslicht zur Beobachtung ausgeschaltet. Im Übrigen wird
auf der Grundlage einer Bildaufnahmeposition der Kamera 233 ein
Positionsnormal für
die gewonnene Strahlungsintensitätsverteilung
bestimmt.
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Wenn die Strahlungsintensitätsverteilung des
Laserstrahls im Abtragungsbereich erfasst ist, verwendet sie der
Computer 209 als Grunddaten zur Einstellung der Laserstrahlung.
Die Laservorrichtung 200 ist zur Stabilisierung der Energie
des von der Laserlichtquelle 210 emittierten Laserstrahls
mit einem Energiekontrollgerät
ausgestattet, und wird von der Steuereinheit 250 gesteuert,
so dass die Gesamtenergiemenge pro Impuls konstant ist. Der Laserstrahl ist
jedoch bei einer jeweiligen Bestrahlungsposition aufgrund von energetischen
Verlusten, die vor dem Erreichen der Bestrahlungsposition, in dem
optischen System hervorgerufen werden, in seiner Energiedichte ungleichmäßig und
variiert auch über
die Zeit. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Beziehung zwischen
der Energiedichte und der Abtragungsrate zuvor gespeichert, und
die Laserbestrahlung wird auf dieser Grundlage eingestellt. Was
die Beziehung zwischen der Energiedichte pro Schuss (ein Impuls)
des Excimerlaserstrahls und die Abtragungstiefe pro Schuss (in dieser
Beschreibung als "Abtragungsrate" bezeichnet") betrifft, so ist
bestätigt,
dass die Abtragungsrate in einem Bereich von 100 bis 400 mJ/cm2 nahezu linear mit der Zunahme der Energiedichte
zunimmt. Außerdem
wird bei einer Hornhautoperation eine Energiedichte von ungefähr 200 mJ/cm2 verwendet.
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Die Beziehung zwischen der Abtragungsrate (Abtragungstiefe
pro Schuss) und der Strahlungsintensität des Laserstrahls kann wie
folgt gewonnen werden.
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Wenn zum Beispiel ein Laserstrahl
mit einer Energiedichte von 150 mJ/cm2 in
seinem mittleren Bereich auf eine PMMA-Platte gestrahlt wird, so
beträgt
die Abtragungsrate bei einer Energiedichte von 150 mJ/cm2 0,3 μm,
wenn die Abtragungstiefe von 30 μm
mit 100 Schüssen
erzielt wird. Auf ähnliche
Weise erhält
man eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Abtragungsrate
und der Energiedichte, indem man die Abtragungsraten für verschiedene
Werte der Energiedichte ermittelt. Es ist außerdem empirisch bestätigt, dass
die Abtragungsrate der Hornhaut ungefähr zweimal so groß wie die
der PMMA-Platte ist. Wenn daher eine Tabelle, die die Beziehung
zwischen der Strahlungsintensität
des Laserstrahls und der Abtragungsrate der Hornhaut (siehe 9) in dem Speichermittel
des Computers 209 gespeichert ist, erhält man die Abtragungsrate,
die der Strahlungsintensität
entspricht. Wenn ferner eine dreidimensionale Abtragungsform der
Hornhaut, welche ein zu bearbeitendes Objekt ist, durch die Abtragungsrate
geteilt wird, die auf der Grundlage der Strahlungsintensität des Laserstrahls
bestimmt wird, kann die Verteilung der Anzahl von Schüssen (der Anzahl
von Scans in der vorliegenden Vorrichtung) ermittelt werden. Die
Laserstrahlung kann eingestellt werden, indem der Ungleichmäßigkeit
der Strahlungsintensitätsverteilung
mit einer Zunahme oder eine Abnahme der Anzahl von Schüssen begegnet wird.
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Hier wird angenommen, dass die Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls bei einem beliebigen Winkel Θ, der
einer bestimmten meridionalen Richtung des Auges entspricht, als
Daten 300 erfasst wird, wie es in 7A für
ein Profil der Abtragungsrate gezeigt ist. Ferner wird angenommen, dass
die Abtragungsrate bei einer Posi tion P(r, Θ), die sich bei einem Winkel Θ und einem
Abstand r von dem Bestrahlungszentrum befindet, K(r, Θ) beträgt. Der
wert wird zur Kalibrierung der Daten zur Abtragung verwendet. Unter
der Annahme, dass die Daten zur Abtragung bei dem Winkel Θ als Abtragungstiefenverteilungsdaten
eingegeben werden, wie es in der Kennlinie 301 in 7B gezeigt ist, und die
Abtragungstiefe bei der Position P(r, Θ) h beträgt, so erhält man die Anzahl der Schüsse Sh nach
der Korrektur durch die folgende Formel: Sh = h/K(r, Θ).
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Wenn dies für den gesamten Abtragungsbereich
berechnet wird, wird eine Korrektur vorgenommen, so dass man die
Verteilungsdaten der Anzahl von Schüssen erhält, wie es als Kennlinie 302 in 7C gezeigt ist. Im Übrigen zeigt
eine Kennlinie 303 in 7C Verteilungsdaten
der Anzahl von Schüssen,
wobei die Abtragungsrate K0 im Bestrahlungszentrum
als konstant über
den gesamten Abtragungsbereich angesehen wird.
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Ferner kann die Kalibrierung der
Daten zur Abtragung, statt als Verteilungsdaten der Anzahl von Schüssen folgendermaßen als
Funktion der Abtragungstiefe dargestellt werden.
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Wenn die Abtragungsrate im Zentrum,
wo die Abtragungsrate in 7A einen
Höchstwert
annimmt, als K0 angenommen wird, so ist
eine Änderungsrate
der Abtragungsrate bezüglich
K0 bei der Position P(r, Θ) K(r, Θ)/K0. Wenn die Abtragungstiefe bei der Position
P(r, Θ)
h ist, wie es in 7B gezeigt ist,
so erhält
man die Abtragungstiefe h' nach der Korrektur mit Hilfe der folgenden
Formel: h' = h/(K(r, Θ)/K0).
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Wenn dies für den gesamten Abtragungsbereich
berechnet wird, wird eine Korrektur vorgenommen, so dann man die
Abtragungstiefenverteiltungsdaten wie sie in der Kennlinie 304 der 8 gezeigt sind ergeben erhält.
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Außerdem werden die Daten zur
Abtragung gewonnen, indem man die Form der Hornhaut nach der Operation
ermittelt, wobei eine Linsenkomponente, die einem objektiven Korrekturbetrag
entspricht (ein Korrekturbetrag zur Korrektur von SPH, CYL oder
Achse, der ein subjektiver Werte oder ein objektiver Wert ist, oder
ein Korrekturbetrag zur Korrektur von Fehlern des Auges) von der
zuvor gemessenen Hornhautform entfernt wird, und indem eine Differenz zwischen
der prä-operativen
und der post-operativen Hornhautform berechnet wird. Die Daten zur
Abtragung werden von dem Computer 209 auf der Grundlage
der durch die Eingabeeinheit 209a eingegebenen Hornhautform
und dem objektiven Korrekturbetrag gewonnen. Es kann jedoch sein,
dass die von einem anderen Analysator berechneten Daten in den Computer 209 eingegeben
werden.
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Auf der Grundlage der Verteilungsdaten
der Anzahl von Schüssen
nach der Korrektur (oder der Verteilungsdaten der Abtragungstiefe
nach der Korrektur) kalibriert der Computer 209 Ansteuerungsinformationen
für jede
der Ansteuerungseinheiten 214, 216, 219, 221, 268 und
dergleichen, die die Position des Bestrahlungsbereichs und den Abtragungsbereich ändert. Die
Verteilungsdaten der Anzahl von Schüssen (oder die Verteilungsdaten
der Abtragungstiefe) sind in die rotationssymmetrische Komponente,
repräsentiert
durch die sphärische
Komponente, die linear-symmetrische
Komponente, repräsentiert
durch die zylindrische Komponente, und die asymmetrische Komponente,
d.h. alle anderen Komponenten, unterteilt. Was die rotationssymmetrische Komponente
betrifft, so erhöht
man den Öff nungsdurchmesser
der Kreisblende 218 für
jeden Scan. Was die linear-symmetrische Komponente betrifft, so erhält man entsprechend
die Öffnungsweite
der Schlitzblende 220 für
jeden Scan. Was die asymmetrische Komponente betrifft, so erhält man die
Position der Blendenscheibe 260 und die Zeitpunkte für das Schließen und Öffnen der
der Blendenklappen 266 der Blendenklappenvorrichtung 265 für jeden Scan.
Zum Zeitpunkt der tatsächlichen
Abtragung wird jede Antriebseinheit durch die Steuereinheit 250 auf
der Grundlage der Steuerdaten gesteuert, die ein Ergebnis der Berechnungen
durch den Computer 209 sind.
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Was die Abtragung der rotations-symmetrischen
Komponente oder der linear-symmetrischen Komponente betrifft, so
kann im Übrigen
statt der Steuerung der Kreisblende 218 oder der Schlitzblende 220 die
Bewegung des Laserstrahls, dessen Querschnitt rechteckig ist, und
die Anzahl der Schüsse
bei jeder Bestrahlungsposition gesteuert werden, wie es in dem US
Patent 5 800 424, die den ungeprüften,
japanischen Offenlegungsschriften Nr. Hei8-66420 und Hei9-122167
entspricht, gesteuert werden. Abgesehen davon kann natürlich die
Anzahl der Schüsse
als Bestrahlungszeit des Laserstrahls behandelt werden. Die Anzahl
der Schüsse
oder die Bestrahlungszeit können
gesteuert werden, indem die Laserlichtquelle 210 gesteuert
wird.
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Die oben beschriebene Laservorrichtung weist
eine Anordnung auf, bei der die Position des Strahlungsbereichs
und des Abtragungsbereichs durch die Parallelverschiebung des Laserstrahls
und die Steuerung der Blende 218 und dergleichen verändert werden.
Sie könnte
jedoch ebenso eine Vorrichtung eines Typs sein, der eine Punktposition
(Position des Strahlungsbereichs) des Laserstrahls eines optischen
Systems ändert,
das den Laserstrahl, der zu einem kleinen Punkt von ungefähr 0,1 bis
1 mm geformt ist (sie kann aus zwei Galvano-Spiegeln gebildet sein),
in der X- und der Y-Richtung scannt. Ferner wird bei diesem Vorrichtungstyp
der Laserstrahl im Kalibrierungsmodus so gescannt, dass er mit konstanter
Tiefenverteilung innerhalb des Abtragungsbereichs abträgt, der
für eine
Hornhautoperation notwendig ist, und das Bild auf der Kamera 233 wird
synchron mit dem Laserimpulsrepetitionssignal aufgenommen. Anschließend werden
die aufgenommenen Bilder summiert, so dass die Strahlungsintensitätsverteilung
des Laserstrahls eines Scans (einer Ebene) des Abtragungsbereichs
gewonnen wird. Die Laserbestrahlung kann eingestellt werden, indem
die Daten zur Abtragung korrigiert werden oder indem die Verteilungsdaten
der Anzahl von Schüssen
(Bestrahlungszeit) bei der jeweiligen Bestrahlungsposition wie zuvor
beschrieben auf der Grundlage einer Änderung der Abtragungsratenverteilung,
die aus der Strahlungsintensitätsverteilung
gewonnen wird, korrigiert werden. Ferner kann bei einer Vorrichtung
eines solchen Typs, der einen Laserstrahl in einem großen Punkt
ausstrahlt, die Laserbestrahlung angepasst werden, indem die Daten
zur Abtragung korrigiert werden oder der Abtragungsbereich (Bestrahlungsbereich)
wie zuvor beschrieben korrigiert wird.
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Die Strahlungsintensitätsverteilung
der Laserstrahls kann gemäß der vorliegenden
Erfindung wie oben beschrieben leicht gewonnen werden, und eine
exaktere Abtragung kann durchgeführt
werden.
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Die vorangehende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist zum Zweck der Darstellung und Beschreibung gegeben worden.
Die Beschreibung ist keinesfalls erschöpfend oder die Erfindung begrenzend
zu verstehen, und Modifikationen und Veränderungen sind angesichts der
obigen Lehre möglich
oder können
aus der Praxis der Erfindung erworben werden. Die Ausführungsformen
sind ausgewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische
Anwendung zu erläutern,
so dass es dem Fachmann möglich
ist, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen
Modifikationen, wie sie für
die bestimmte betrachtete Verwendung geeignet sind, zu verwenden.
Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente
definiert.