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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Messung der optischen Eigenschaften eines mit Hilfe
eines Laserstrahls abgetragenen Abtragungs-Normals, eine Vorrichtung
zur Messung einer Abtragungsrate, die dasselbige umfasst, und eine
Vorrichtung, die entweder die erstere oder die letztere umfasst.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine wohlbekannte Bearbeitungsvorrichtung
trägt ein
Objekt mit einem Laserstrahl ab. Die Bearbeitungsvorrichtung trägt eine
Hornhautoberfläche
mit einem Excimerlaser-Strahl ab und bewirkt somit eine Änderung
ihrer Krümmung,
um eine Fehlsichtigkeit eines Augapfels zu korrigieren.
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Wenn ein Excimerlaser unter konstanten
Bearbeitungsbedingungen aufeinanderfolgend arbeitet, wird angenommen,
dass die Abtragungstiefe pro einzelnem Schuss bei der Bestrahlung
desselben zu bearbeitenden Objekts in etwa konstant ist. (Wobei
die Abtragungstiefe in der Beschreibung als "Abtragungsrate" bezeichnet wird, und ein Schuss wird
in der bevorzugten Ausführungsform
als "ein Scan" bezeichnet). Die
Abtragungsrate ändert
sich jedoch häufig
aufgrund der Art des zu bearbeitenden Objekts, des zeitlichen Ablaufs, wann
der Laser arbeitet, einiger Faktoren wie der Ausgangsenergie des
Lasers, der Bearbeitungsbedingung und dergleichen. Die Änderung
der Abtragungsrate hat negative Auswirkungen auf eine Vorrichtung,
wie die Notwendigkeit einer exakten Tiefenkontrolle, insbesondere
auf eine Vorrichtung zur Abtragung der Hornhaut, um ihr eine gewünschte und
definierte Form zu verleihen. Es ist jedoch schwierig, eine tatsächliche
Abtragungsrate der Hornhaut zu bekommen.
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Daher hat der vorliegende Anmelder
in der USP 5 624 436, die der offengelegten japanischen Patentanmeldung
mit der Nr. HEI6 (1994)-226471 entspricht, eine Vorrichtung vorgeschlagen,
durch die die Bedienperson leicht eine Abtragungsrate erhalten kann,
wobei die Vorrichtung auf der Grundlage der Abtragungsrate reguliert
wird. Die in der Veröffentlichung
offenbarte Vorrichtung trägt
ein Abtragungs-Normal ab, das eine bekannte Abtragungsrate (eine
transparente Platte aus PMMA (Polymethylmetacrylat)) aufweist, wobei
eine Abtragungsrate eines Objektes (einer Hornhaut) unbekannt ist,
um das Abtragungs-Normal in eine solche gekrümmte Oberfläche zu formen, dass sie die
gewünschten
optischen Eigenschaften aufweist. Anschließend misst die Bedienperson
mit einem Messmittel (einem Scheitelbrechwertmesser) die optischen
Eigenschaften der tatsächlich
ausgebildeten gekrümmten
Oberfläche
des Abtragungs-Normals. Die Bedienperson gibt dann die gemessenen
Daten in die Vorrichtung ein und lässt die Vorrichtung die Abtragungsrate
des zu verarbeitenden Objektes berechnen, indem die gewünschten
optischen Eigenschaften mit den tatsächlichen optischen Eigenschaften
verglichen werden, und korrigiert somit Steuerungs- bzw. Antriebsinformationen
der Vorrichtung.
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Bezugnehmend auf das vorgenannte
Verfahren lässt
die Bedienperson das Normal mit Hilfe der Vorrichtung abtragen und
muss dann das Normal von der Abtragungsvorrichtung zu einem handelsüblichen Scheitelbrechwertmesser
bewegen, um das Objekt zu messen. Für die Bedienperson ist dies
schwierig, und es beansprucht viel Zeit. Die Genauigkeit der Messergebnisse
wird leicht und empfindlich von der Ausrichtung des Normals bezüglich eines
optischen Messsystems des Scheitelbrechwertmessers, sowie der Geschicklichkeit
und dem Know-How der Bedienperson, die es bedient, beeinflusst.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit
künstlicher
Fehler beim Lesen und Eingeben der Messergebnisse, wenn die Bedienperson
die mit dem Scheitelbrechwertmesser gemessenen Ergebnisse liest
und mit Hilfe von Eingabemitteln mit einer Tastatur oder dergleichen
in die Abtragungsvorrichtung eingibt. Ein Eingabevorgang ist außerdem mühsam für die Bedienperson
und erfordert viel Zeit.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist im
Hinblick auf die obigen Umstände
gemacht worden und hat zum Ziel, die obigen Probleme zu überwinden
und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine Bedienperson
die optischen Eigenschaften nach einer Abtragung exakt und leicht
messen kann, ohne dabei ein Abtragungs-Normal zu bewegen. Es ist
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen,
deren Bedienung für
die Bedienperson nicht mühsam
ist, und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die künstliche
Fehler reduziert werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Vorrichtung zur Messung der optischen Eigenschaften eines
Abtragungs-Normals mit bekannter Abtragungsrate bereitgestellt,
die Folgendes umfasst: Ein Haltemittel zum Halten des Abtragungs-Normals,
so dass eine Oberfläche
davon in einer ersten vorbestimmten Höhe sein kann, ein Brechkraft-Messmittel
zur Messung einer Brechkraft des Abtragungs-Normals, das ein optisches Projektionssystem
zur Projektion eines Ziellichtstroms, der zur Messung der Brechkraft
verwendet wird, auf das Abtragungs-Normal, das durch das Haltemittel
gehalten wird, und ein optisches Erfassungssystem zur Erfassung
des durch das optische Projektionssystem projizierten Ziellichtstroms,
und ein Ausgabemittel zur Ausgabe der Brechungskraft des mit dem
Brechkraft-Messmittel gemessenen Abtragungs-Normals, gekennzeichnet
durch ein erstes Gehäuse
und ein zweites Gehäuse,
in denen das optische Projektionssystem und das optische Erfassungssystem
getrennt untergebracht sind, wobei die Brechkraft des Abtragungs-Normals,
die von dem Ausgabemittel ausgegeben wird, dazu verwendet wird,
eine Abtragungsrate einer Abtragungsvorrichtung zur Abtragung eines
mit dem Laserstrahl zu bearbeitenden Objekts zu berechnen und/oder
ein Änderungsverhältnis der
Abtragungsrate zu berechnen, wobei das erste Gehäuse mit einer Öffnung versehen
ist, durch die der Ziellichtstrom hindurchgeht, das Abtragungs-Normal
durch das Haltemittel oberhalb des Öffnung gehalten wird, und eine
optische Achse des optischen Systems, das in dem ersten Gehäuse untergebracht
ist, mit einer mittleren Achse der Abtragungsvorrichtung zusammenfällt, wenn
das erste Gehäuse
in einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Abtragungsvorrichtung
angeordnet ist, wobei das zweite Gehäuse durch das erste Gehäuse getragen
wird und sich in Bezug auf das tragende erste Gehäuse bewegt,
und sich das zweite Gehäuse
zu einer Abtragungsposition bewegt, wenn das Abtragungs-Normal abgetragen
wird, und sich zu einer Messposition bewegt, in der jede optische
Achse von jedem optischen System, das getrennt in dem ersten und dem
zweiten Gehäuse
untergebracht ist, zusammenfällt,
wenn die Brechkraft des Abtragungs-Normals gemessen wird, wobei
das so gehaltene Abtragungs-Normal von der Abtragungsvorrichtung
abgetragen wird und darauf eine gekrümmte Oberfläche gebildet wird, und wobei
das so gehaltene Abtragungs-Normal von der Brechkraft-Messeinrichtung
gemessen wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann eine Bedienperson die optischen Eigenschaften nach einer Abtragung
genau und leicht messen, ohne zur Kalibrierung ein Abtragungs-Normal
zu bewegen. Die Messergebnisse können
automatisch der Abtragungsvorrichtung eingegeben werden. Demzufolge
hat die Bedienperson keine Mühe
bei der Bedienung, und die künstlichen
Fehler können
reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG, DER
ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser
Beschreibung enthalten sind und ein Teil von ihr bilden, veranschaulichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung,
der Erklärung
der Gegenstände,
Vorteile und Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen sind:
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1 eine äußere Ansicht,
die eine Abtragungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Ansicht, die eine schematische Anordnung eines optischen Systems
und einen schematischen Aufbau eines Steuersystems einer Abtragungsvorrichtung
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine äußere Ansicht,
die eine Kalibriereinheit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 eine
Ansicht zur Darstellung eines Mechanismus zum Antrieb eines Standard-Einsatzes
einer Kalibriereinheit;
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5 eine
Ansicht, die eine schematische Anordnung eines optischen Systems
und einen schematischen Aufbau eines Steuersystems einer Kalibriereinheit
zeigt; und
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6 eine
Ansicht zur Darstellung eines Einflusses auf die Brechkraft aufgrund
einer Änderung
einer Abtragungsrate.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend ist eine ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben. 1 ist
eine äußere Ansicht,
die eine Abtragungsvorrichtung zeigt, die eine Fehlsichtigkeit einer
Hornhaut mit Hilfe eines Laserstrahls korrigiert. Nummer 1 bezeichnet
eine Operationsvorrichtung, in die eine Excimerlaser-Quelle und
dergleichen eingebaut ist. Der Laserstrahl von der Excimerlaser-Quelle
tritt durch ein nachstehend erwähntes
optisches Laserbestrahlungssystem der Vorrichtung 1 und
wird so einem Arm 2 zugeführt. Der Arm 2 umfasst
einen Lichtweg, um den Laserstrahl mit Hilfe optischer Elemente
wie Spiegeln und dergleichen zu leiten. Ein Armende 5 des Arms 2 ist
zur Beobachtung eines Auges eines Patienten mit einem binokularen
Mikroskop 3, einem Beleuchtungsteil 4 und einer
(nicht gezeigten) Austrittsöffnung
zur Aussendung des Laserstrahls versehen. Eine (nicht gezeigte)
Antriebsvorrichtung ermöglicht
die Bewegung des Arms 2 in XY-Richtung und die Bewegung
des Armendes 5 in Z-Richtung.
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Nummer 6 bezeichnet eine
Steuereinheit, die ein Joystick 7 aufweist und ein Signal
ausgibt, so dass sich der Arm 2 in XY-Richtung bewegen
kann, und einen Schalter 6a aufweist, der zur Fokussierung
verwendet wird, indem in Z-Richtung ausgerichtet wird, und dergleichen.
Nummer 8 bezeichnet einen Fußschalter, der zum Aussenden
eines Laserbestrahlungssignals verwendet wird. Nummer 9 bezeichnet
einen Computer, der zur Eingabe entsprechender Arten von Daten verwendet
wird, wie etwa Bedingungen, die zur Operation, zur Berechnung von
Laserbestrahlungsdaten, zur Anzeige und zur Speicherung der Daten
erforderlich sind, und dergleichen. Der Computer 9 umfasst
ein Hauptgerät 90,
einen Monitor 91, eine Tastatur 92, eine Maus 93 und dergleichen.
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Nummer 10 bezeichnet eine
Kalibriereinheit, deren Einzelheiten nachstehend beschrieben sind.
Vor der Abtragung einer Hornhaut trägt die Kalibriereinheit 10 eine
transparente Platte aus PMMA ab, die eine bekannte Beziehung zur
Hornhautabtragungsrate hat. Die Kalibriereinheit 10 misst
anschließend
eine Brechkraft der transparenten Platte und sendet über eine
Verbindungsleitung 11 die Messergebnisse automatisch zu
dem Computer 9. Die Operationsvorrichtung 1 (der
Computer 9) führt
auf der Grundlage der gesendeten Daten mit derselben Laserausgangsenergie
wie bei der Hornhautabtragung eine Kalibrierung durch. Bei der in 1 gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
wird die Kalibrierungseinheit 10, wenn sie verwendet wird,
auf einer Liege 30 angeordnet, auf die der Patient gelegt
wird, um im Bewagungsbereich des Armendes 5 zu sein. Alternativ
kann sie speziell, auf einem gesonderten Tisch angeordnet sein.
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Als nächstes ist mit Bezug auf 2 eine schematische Anordnung
eines optischen Systems und eines schematischen Aufbaus eines Steuersystems
der Operationsvorrichtung 1 beschrieben. Nummer 40 bezeichnet
eine Excimerlaser-Quelle, die eine Wellenlänge von 193 nm aussendet. Der
von der Laserquelle 40 ausgesendete Laserstrahl wird durch
einen Planspiegel 41 um 90° nach oben abge lenkt, und dann
durch einen Planspiegel 44 in eine horizontale Richtung
erneut abgelenkt. Durch eine Spiegelantriebsvorrichtung 45 kann der
Planspiegel 44 in eine vertikale Richtung (eine Richtung,
die durch einen Pfeil gekennzeichnet ist) bewegt werden. Durch eine
Parallelverschiebung des Laserstrahls gemäß einer Gauss'schen Verteilung
kann das Objekt gleichmäßig abgetragen
werden. Hierzu sind Einzelheiten in der USP 5 507 799, die der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Nr. HEI (1992) – 242644 entspricht, offenbart.
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Nummer 46 bezeichnet einen
Bilddreher, der durch eine Bilddreher-Antriebsvorrichtung 47 um
eine optische Achse L gedreht wird, so dass sich der Laserstrahl
um die optische Achse L dreht. Nummer 48 bezeichnet eine
veränderliche
kreisförmige
Blende, deren Durchmesser mit Hilfe einer Blendenantriebsvorrichtung 49 verändert werden
kann. Nummer 50 bezeichnet eine Projektionslinse, die zur
Projektion der Blende 48 auf die Hornhaut des abzutragenden
Auges verwendet wird (während
der Korrektur ist dort ein Ersatzobjekt angeordnet). Die Blende 48 und
die Hornhaut sind bezüglich
der Projektionslinse 50 konjugiert. Der durch die Blende 48 eingefasste
Bereich erzeugt Bilder auf der Hornhaut und begrenzt somit den abzutragenden
Bereich.
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Nummer 51 bezeichnet einen
dichroitischen Spiegel, der die Eigenschaft besitzt, dass er einen
Excimerlaser-Strahl
mit einer Wellenlänge
von 193 nm reflektiert und sichtbares Licht hindurch lässt. Der
durch die Projektionslinse 50 hindurchtretende Laserstrahl
wird durch den dichroitischen Spiegel 51 um 90° abgelenkt und
dann zur Hornhaut geleitet.
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Nummern 52a und 52b bezeichnen
optische Spaltprojektionssysteme, die in dem Beleuchtungsteil 4 angeordnet sind.
Die jeweiligen optischen Spaltprojektionssysteme 52a und 52b umfassen
Beleuchtungslampen 53a und 53b, Kondensorlinsen 54a und 54b,
Spaltplatten 55a und 55b, die Kreuzspalte aufweisen,
und Projektionslinsen 56a und 56b. Die jeweiligen
Spaltplatten 55a und 55b und die Hornhaut sind
bezüglich
den Projektionslinsen 56a und 56b konjugiert,
so dass Bilder der Kreuzspalte Bilder bei einer Fokussierungsposition
auf der optischen Achse eines optischen Beobachtungssystems 57 bilden
können,
das oberhalb des dichroitischen Spiegels 51 angeordnet
ist. Als optisches Beobachtungssystem kann die bevorzugte Ausführungsform
eine Einheit verwenden, die im Handel erhältlich ist, wobei Einzelheiten
davon wenig mit der vorliegenden Erfindung zu tun haben und somit
weggelassen werden.
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Nummer 54 ist eine Steuervorrichtung,
die die gesamte Vorrichtung, d. h. die Laserquelle 40,
die Spiegelantriebsvorrichtung 45, die Bilddreher-Antriebsvorrichtung 47,
die Blendenantriebsvorrichtung 49 und dergleichen, steuert.
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Als nächstes ist der Aufbau der Kalibriereinheit 10 unter
Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beschrieben. 3 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung
des äußeren Aufbaus
der Kalibriereinheit 10. Die Kalibriereinheit 10 umfasst
ein optisches Projektionssystem eines nachstehend genannten optischen
Messsystems, und ein Drehgehäuse 13,
das im oberen Teil der Einheit 10 angeordnet ist, umfasst
das optische Empfangssystem des optischen Messsystems. Das Drehgehäuse 13 wird
auf der Drehachse 14 gehalten, so dass es sich zwischen
einer Ablageposition, die durch durchgezogene Linien dargestellt
ist, und einer Messposition, die durch gestrichelte Linien dargestellt
ist, schwenkend dreht.
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Die transparente Platte 15 aus
PMMA, die zur Kalibrierung verwendet wird, ist durch einen Objekttisch 16 und
eine Halteplatte 17 festgelegt. Ein Ende der Halteplatte 17 ist
an der Einheit 10 befestigt, deren anderes Ende ist mit
einer kreisförmigen Öffnung 17a zum
Durchtritt des (Bestrahlungs-) Laserstrahls von der Operationsvorrichtung 1 versehen.
Der Objekttisch 16 wird stets von einer Tragewelle und
einer Feder, die auf der Unterseite des Objekttischs 16 angeordnet
sind, nach oben gedrückt.
Indem ein Hebel 18 nach unten gedrückt wird, kann der Objekttisch 16 nach
unten bewegt werden. Der Objekttisch 16 ist darüber hinaus
an einer Stelle, die der Öffnung 17a der
Halteplatte 17 entspricht, mit einer Öffnung 16a (siehe 4 und 5) versehen, durch die ein Messlicht
des optischen Projektionssystems hindurchtreten kann.
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Allerdings ist die Ausrichtung der
transparenten Platte 15 zur Durchführung einer Laserbestrahlung aufgrund
von Reflexionen beider Oberflächen
der Platte 15 schwierig. Daher ist es vorzuziehen, dass
die Ausrichtung zur Laserbestrahlung abgeschlossen worden ist, bevor
die transparente Platte 15 auf den Objekttisch 16 gelegt
wird. Zu diesem Zweck wird bei der Ausrichtung ein Standart-Einsatz 21 in
der Öffnung 16a angeordnet,
wie es in 4 gezeigt
ist. In 4 ist eine Betätigungsplatte 20 um
eine von der Einheit 10 gehaltenen Drehachse 20a schwenkend
befestigt, wobei sie nach oben gedrückt wird. Der kreisförmige Standardeinsatz 21,
der etwas kleiner ist als die Öffnung 16a des
Objekttischs 16, ist an einem Ende der Betätigungsplatte 20 befestigt,
deren Höhe
die gleiche Dicke aufweist wie die des Objekttisches 16.
Die Höhe
der oberen Oberfläche des
Standard-Einsatzes 21 ist so eingestellt, dass sie auf
der gleichen Höhe
liegt wie die Höhe
der oberen Oberfläche
des Objekttisches 16, wobei die obere Oberfläche der
Betätigungs platte 20 die
untere Oberfläche des
Objekttisches 16 berührt.
Ein abgeschrägter
Block 22 ist auf einem Teil der Betätigungsplatte 20 befestigt, der
nicht an dem Objekttisch 16 anliegt. Auf der anderen Seite
ist ein Haltestab 23 an der Drehachse 14 befestigt,
an der das Drehgehäuse 13 befestigt
ist, und ein Stift 24, der sich nach unten erstreckt, ist
an einem Ende des Haltestabes 23 befestigt. Indem das Drehgehäuse 13 von
der Ablageposition zu der Messposition bewegt wird, wird der Haltestab 23 mitgedreht.
Der Haltestab 23 dreht schwenkend entlang der geneigten Oberfläche des
abgeschrägten
Blocks 22, was zur Folge hat, dass sich die Betätigungsplatte 20 nach
unten bewegt. Dies bewirkt, dass sich der Standard-Einsatz 21 außerhalb
der Öffnung 16a des
Objekttisches 16 befindet. Gleichzeitig rollt ein Stift 24,
der an einem Ende des Haltestabes 23 befestigt ist, glatt
sowohl entlang der Seitenfläche
der Betätigungsplatte 20 als
auch entlang der des abgeschrägten
Blocks 22, wodurch bewirkt wird, dass sich die Betätigungsplatte 20 schwenkend,
mit dem Drehpunkt bei der Drehachse 20a, dreht, was wiederum
bewirkt, dass sich der Standard-Einsatz 21 außerhalb
des Lichtweges befindet. Dadurch kann eine Messung glatt durchgeführt werden.
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In 3 bezeichnet
Nummer 25 einen Ventilator, der Staub, der durch die Bestrahlung
der transparenten Platte 15 mit dem Laserstrahl erzeugt
wird, entfernt. Nummer 26 bezeichnet eine Ventilatorabdeckung, durch
die wirksam eine Gebläseluft
zu der transparenten Platte 15 befördert wird. Nummer 27 bezeichnet
einen Netzschalter, 28 bezeichnet ein Stromkabel.
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5 ist
eine Ansicht zur Veranschaulichung eines optischen Messsystems und
eines Steuersystems der Kalibriereinheit 10. Nummer 60 bezeichnet
ein optisches Projektionssystem, 61 eine LED zur Lichtprojektion, 62 be zeichnet
eine Fokusplatte zur Messung, die eine Punktöffnung aufweist, und 63 bezeichnet
eine Kollimationslinse. Ein hinterer Brennpunkt der Kollimationslinse 63 fällt im wesentlichen
mit der unteren Oberfläche
der Halteplatte 17 zusammen. Durch eine Fokusplattenantriebsvorrichtung 64 kann
die LED 61 und die Fokusplatte 62 gemeinsam nach
oben und unten (in Richtung der optischen Messachse) bewegt werden,
wobei die Bewegungsposition dann mit dem Positionsdetektor 65 erfasst
wird. Nummer 66 bezeichnet einen Grenzbereichssensor, der
eine Bewegungsgrenze, bis zu der sich die Fokusplatte 62 bewegen
kann, erfasst. Nummer 70 bezeichnet ein optisches Empfangssystem,
das in dem Drehgehäuse 13 angeordnet
ist und das einen Spiegel 71, eine Objektivlinse 72,
eine Fotodetektor 73 wie etwa eine CCD und dergleichen
umfasst. Nummer 75 bezeichnet eine Vorrichtung mit arithmetischer
Steuerung, die die Fokusplattenantriebsvorrichtung 64 auf
der Grundlage eines Signals von dem Fotodetektor 73 ansteuert
und von dem aus der Positionsdetektor 65 ein Positionssignal
erhält,
mit dem eine Brechkraft der transparenten Platte 15 berechnet
wird. Nummer 76 bezeichnet einen Lichtunterbrechungssensor,
der erfasst, ob das Drehgehäuse 13 (das
optische Empfangssystem 70) bei der Messposition angeordnet
ist oder nicht, indem eine Lichtunterbrechungsplatte 14a erfasst wird,
die an der Drehachse 14 befestigt ist.
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Nachfolgend wird die Messung der
Brechkraft, die mit der Kalibriereinheit 10 durchgeführt wird,
die den oben erwähnten
Aufbau aufweist, beschrieben. wenn der Lichtunterbrechungssensor 76 erfasst,
dass sich das optische Empfangssystem 70 in der Messposition
befindet, veranlasst die Vorrichtung 75 mit arithmetischer Steuerung,
dass die LED 61 eingeschaltet wird und die Messung beginnt.
Ein Messlicht von der LED 61 beleuchtet das Messziel (die
Punktöffnung)
der Fokusplatte 62. Zu Beginn befindet sich die Fokusplatte 62 relativ zu
dem Fotodetek tor 73 an einer konjugierten Position. Der
Ziellichtstrom von der Fokusplatte 62 bildet über die
Kollimationslinse 63, die abgetragene transparente Platte 15,
den Spiegel 71 und die Objektivlinse 72 ein Bild
auf dem Fotodetektor 73 ab. Wenn die transparente Platte 15 eine
Brechkraft besitzt, ist das Zielbild auf dem Fotodetektor 73 verschwommen.
Daher steuert die Vorrichtung 75 mit arithmetischer Steuerung
die Fokusplattenantriebsvorrichtung 64, wodurch bewirkt
wird, dass die Fokusplatte 62 so bewegt wird, dass das
Zielbild minimal wird (die Fokusplatte 62 kann sich an
einer zu der Position des Fotodetektors 73 konjugierten
Position befinden). Aus der von dem Positionsdetektor 65 erfassten
Bewegungsposition kann die Brechkraft der transparenten Platte 15 berechnet
werden.
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Nachfolgend ist die Korrektur zur Änderung
der Abtragungsrate durch Verwendung einer Hornhautabtragungsvorrichtung
beschrieben, die den oben erwähnten
Aufbau besitzt.
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Die Bedienperson stellt den Laserbestrahlungsmodus
mit der Tastatur 92 des Computers 9 auf den Kalibriermodus
ein und gibt dann Bedingungen wie eine gewünschte Brechkraft der künstlichen
Linse (Linsenoberfläche),
eine Abtragungsrate und dergleichen ein. Die Bedienperson stellt
die Kalibriereinheit 10 auf die Liege 30 oder
dergleichen, so dass sich die Einheit 10 innerhalb eines
Bereichs befindet, in dem sich das Armende 5 bewegen kann.
Die Bedienperson führt
wie folgt eine Ausrichtung aus. Die Bedienperson betätigt den
Joystick 7, so dass sich die Öffnung 17a des Endes
der Halteplatte 17 im Zentrum des Gesichtsfeldes befindet,
während
sie in dem binokularen Mikroskop 3 das optische Beobachtungssystem 57 beobachtet,
wodurch das Armende 5 bewegt wird. Sofern sich das Drehgehäuse 13 der
Kalibriereinheit 10 in der Ablageposition befindet, ist
der Standard-Einsatz 21 gemäß dem obigen Aufbau bei der Öffnung 16a des
Objekttisches 16 angeordnet, dessen Höhe auf der Höhe der unteren
Oberfläche
der Halteplatte 17 liegt. Die Bedienperson bewegt das Armende 5,
so dass sich zur Ausrichtung das Bild des Kreuzspaltes des Beleuchtungsteils 4 innerhalb
des Standard-Einsatzes 21 der Öffnung 16a befindet.
Die Bedienperson führt
dann die Ausrichtung in XY-Richtung aus, so dass sich das Bild des
Kreuzspaltes im Zentrum der Öffnung 16a befindet.
Bei der Ausrichtung in Z-Richtung (der Fokussierungsrichtung) wird
das Bild des Kreuzspaltes, das lateral getrennt ist, so eingestellt,
dass es das einzige Bild ist.
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Wenn die Ausrichtung abgeschlossen
ist, drückt
die Bedienperson den Hebel 18, so dass sich der Objekttisch 16 nach
unten bewegt, legt anschließend
die transparente Platte 15, die aus PMMA hergestellt und ein
Abtragungs-Normal
ist, auf den Objekttisch 16 und fügt sie zwischen die Halteplatte 17 und
den Objekttisch 16 ein, so dass sie nicht bewegt werden
kann. Danach wird der Laser auf die obere Oberfläche der transparenten Platte 15 gerichtet.
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Nach dem Vorbereiten der transparenten
Platte 15, wird die Abtragung durch Bestrahlung mit Hilfe
des Laserstrahls durchgeführt.
Die Steuervorrichtung 54 steuert auf der Grundlage des
Laserbestrahlungsbedingungen den Planspiegel 44, die Öffnung 48 und
den Bilddreher 46 über
die jeweilige Antriebsvorrichtung an, und die Laserbestrahlung bewirkt,
dass die transparente Platte 15 in eine gekrümmte Oberfläche (sphärische Oberfläche oder
asphärische
Oberfläche)
geformt wird. Während
der Abtragung wird Rauch (entfernter Abrieb) erzeugt, der jedoch
durch Betreiben des Ventilators 25 entfernt werden kann.
Daher wird sie von Faktoren, die eine Änderung der Abtragungsrate
bewirken, nicht beeinflusst. Der Ventilator 25 be ginnt
zu arbeiten, wenn die Bedienperson den Computer 9 bedient
und ihn in den Kalibriermodus setzt. Alternativ kann der Ventilator 25 so
konfiguriert werden, dass er zu arbeiten beginnt, wenn der Netzschalter 27 der
Kalibriereinheit 10 eingeschaltet wird.
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Nach Beendigung der Abtragung der
transparenten Platte 15, wird die Brechkraft der tatsächlich hergestellten
Linsenoberfläche
gemessen. Dadurch, dass das Drehgehäuse 13 von der Ablageposition
zu der Messposition bewegt wird, befindet sich der Standard-Einsatz 21 außerhalb
der optischen Messweges, und der Lichtunterbrechungssensor 76 erfasst,
dass sich das optische Empfangssystem 70 in der Messposition
befindet, worauf die Messung automatisch durchgeführt wird.
während
der Messung bewegt sich die Fokusplatte 62 in Abhängigkeit
von der von der Bedienperson eingegebenen gewünschten Brechkraft der künstlichen
Linse (Linsenoberfläche).
Die Vorrichtung 75 mit arithmetischer Steuerung misst die
Brechkraft der wie oben beschrieben auf der transparenten Platte 15 geformten
Linsenoberfläche.
Wie beschrieben kann unter Beibehaltung des vorliegenden Zustandes
die Messung des Abtragungs-Normals,
auf dem eine Linsenoberfläche
geformt wurde, leicht ausgeführt
werden, ohne das Normal nach der Abtragung zu bewegen. Ferner können genaue
Messergebnisse gewonnen werden, indem eine Beeinflussung durch die
Ausrichtungsverschiebung vermieden wird, da eine weitere Ausrichtung
nicht erforderlich ist, um die Messung durchzuführen.
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Der durch die Vorrichtung 75 mit
arithmetischer Steuerung gewonnene Messwert wird von dem Computer 9 über das
Kabel 11 eingelesen. Der Computer 9 vergleicht
die gewünschte
Brechkraft, die eingegeben ist, mit der tatsächlichen Brechkraft, berechnet
dann die Änderungsrate
der Brechkräfte
und die Änderungsrate der
Abtragungsrate auf der Grundlage der Brechkräfte und korrigiert somit die
Ansteuerungsinformationen der Abtragungsvorrichtung korrigiert.
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Unter Bezugnahme auf
6, ist die Beziehung zwischen einer auf
der transparenten Platte
15 durch Abtragung geformten Linsenoberfläche und
deren Brechkraft beschrieben. Allgemein wird angenommen, dass ein
Brechungsindex eines Mediums A "n" und der eines Mediums
B ist "n'" ist, und die Grenze zwischen dem Medium
A und dem Medium B ist eine asphärische
Linsenoberfläche
(bei der bevorzugten Ausführungsform ist
das Medium A Luft und das Medium B PMMA). Die Abtragungstiefe "d" und der Durchmesser "w" auf einem beliebigen Punkt C der asphärischen
Linsenoberfläche
genügt
der folgenden Beziehungsgleichungs:
wobei
f die Brennweite ist. Die von der Abtragungsvorrichtung der bevorzugten
Ausführungsform
geformte Grenzfläche
ist streng genommen stufenförmig.
Sie ist jedoch als eine asphärische
Linse definiert, so dass sie von dem optischen Messsystem in der
Kalibriereinheit
10 vermessen werden kann, wobei sie als
Linsenoberfläche
definiert ist.
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Folglich ist die Abtragungstiefe
d als ein Produkt aus einer Abtragungsrate multipliziert mit einer
ganzen Zahl, definiert, und die Öffnung
48 ist
so eingestellt, dass der Durchmesser w eines projizierten Bildes
von ihr bei jeder Tiefe d der obigen Beziehungsgleichung genügt, so dass
die transparente Platte
15 in eine Linsenoberfläche geformt
werden kann. Wenn die Abtragungsrate gleich einem Standardwert (eingestellten
Wert) ist, kann eine Linsenoberfläche mit einer beliebigen Brennweite
f leicht hergestellt werden, indem die Öffnung
48 so gesteuert
wird, dass die obige Beziehungsgleichung erfüllt ist. Demgegenüber kann
die Änderung
der Brechkraft einer geformten Linse wie folgt berechnet werden,
wenn die transparente Platte
15 unter der Bedingung hergestellt
wird, dass die tatsächliche
Abtragungsrate von dem Standardwert abweicht. Wenn die obige Beziehungsgleichung
für eine
Brechkraft D (1/f) neu geschrieben wird, ergibt sich die folgende
Gleichung:
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Wenn die Breite w so definiert ist,
dass sie wesentlich größer als
die Tiefe d ist, dann ist n'2w2 wesentlich größer als
(n2 – n'2).
Eine vernünftige
Näherung
für die
Gleichung (1) ist durch die nachstehende Gleichung (2) gegeben.
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Wie durch Gleichung (2) gezeigt ist,
ist die Brechkraft D direkt proportional zur Abtragungstiefe d,
was zur Folge hat, dass die Änderungsrate
der Abtragungsrate gleich der der Brechkraft ist. Daher kann die
momentane Abtragungsrate dadurch erhalten, dass die Brechkraft der
auf der transparenten Platte 15 geformten Linsenoberfläche gemessen
und anschließend
der Messwert mit der Brechkraft verglichen wird, die gebildet wird,
wenn die Abtragungsrate dem Standardwert entspricht.
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Sobald die momentane Abtragungsrate
gewonnen ist, stellt die Abtragungsvorrichtung die Laserausgangsenergie
von der Laserquelle 40 ein. Alternativ dazu kann die Kor rektur
auch wie folgt ausgeführt
werden. Wenn der Durchmesser der Öffnung 48 wie oben
beschrieben als Funktion der Abtragungstiefe ausgedrückt werden
kann, wird ein Durchmesser jeder Öffnung 48, der das
Produkt der Abtragungsrate multipliziert mit einer ganzen Zahl ist,
berechnet, um die Öffnung 48 auf
der Grundlage der berechneten Ergebnisse zu steuern. wenn bis zu
der vorbestimmten Tiefe wiederholt Laserimpulse abgeschossen werden,
wird die Anzahl der Impulse gesteuert, indem die Verarbeitungstiefe
durch die Abtragungsrate geteilt wird.
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Die Abtragungsrate wird vorzugsweise
von der Vorrichtung korrigiert, die transparente Platte 15 wird anschließend im
Kalibriermodus wiederholt abgetragen, und es wird bestätigt, ob
die transparente Platte 15 gemäß einer gewünschten Brechkraft abgetragen
werden kann. wenn es nach der Ausrichtung erforderlich ist, wird
ein weiterer Teil der transparenten Platte 15 bestrahlt,
um darauf eine Linsenoberfläche
zu formen. Die Messung wird dann automatisch ausgeführt, indem
das Gehäuse 13 der
Kalibriereinheit 10 zur Messposition gedreht wird und anschließend die
Daten in den Computer 9 eingegeben werden.
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Wenn tatsächlich eine Operation an der
Hornhaut durchgeführt
wird, bedient die Bedienperson den Computer 9, stellt den
Laserbestrahlungsmodus auf den Operationsmodus ein, gibt Daten ein,
die für
eine Korrektur einer Fehlsichtigkeit erforderlich sind, und richtet
die Vorrichtung mit der Hornhaut aus, so dass die Vorrichtung die
Hornhaut abtragen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die oben erwähnte
bevorzugte Ausführungsform
beschränkt. Unter
Bezug auf die erste Ausführungsform
ist zum Beispiel das Drehgehäuse 13 der
Kalibriereinheit 10 so ausgeführt, dass es manuell gedreht
wird. Alternativ dazu kann die Vorricht ung mit einer Antriebseinheit
oder dergleichen versehen sein, so dass sich das Drehgehäuse 13 automatisch
drehen lässt,
sobald die Abtragung beendet ist. Unter Bezugnahme auf die bevorzugte
Ausführungsform
ist das optische Projektionssystem 60 darüber hinaus
in der Kalibriereinheit 10 aufgenommen, und das optische
Empfangssystem 70 ist in dem Drehgehäuse aufgenommen. Alternativ
dazu kann das optische Empfangssytem 70 in der Kalibriereinheit 10 aufgenommen
sein, und das optische Projektionssystem 60 kann in dem
Drehgehäuse
aufgenommen sein.
