(57)【要約】本発明は、眼球の低い次数および高い次数の収差を矯正することが可能な眼屈折手術システムの性能を評価するための閉ループのシステムと方法を含む。一実施形態では、屈折器手術システムが角膜再整形レーザ・システムおよび眼球の低い次数および高い次数の収差を測定することが可能な屈折器システムを含む。ソフトウェア・アプリケーションは屈折器システムの測定値を処理計画へと変換して角膜再整形レーザ・システムを制御およびガイドする。本発明のシステムと方法は角膜再整形レーザ・システムによって作り出され、かつ屈折器システムによって測定されることが可能なレンズを含む。
2005516729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ・システムの性能を試験するための閉ループの方法であって、
レンズ材料の表面上で所定の光学表面を切削する工程、
測定されたレンズ材料の光学表面を決定するために、切削された光学表面を測定する工程、および
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する工程を含む方法。
【請求項２】
所定の光学表面が波面昇降表面によって表わされる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
波面昇降表面が所定のゼルニケ多項級数によって表わされる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
作り出された所定の波面昇降表面を使用して処理の一覧表を作成する工程を含み、処理の一覧表を使用して切削が実行される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
切削光学表面を測定する工程がレンズ材料の切削光学表面の波面昇降表面を測定する工程を含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
切削光学表面の測定された波面昇降表面をゼルニケ多項級数として表わす工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する工程が、測定されたゼルニケ多項級数を所定のゼルニケ多項級数と比較する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
波面昇降表面が所定のテーラー多項級数、表面昇降マップ、および測定された勾配領域のうちの少なくとも１つによって表わされる請求項２に記載の方法。
【請求項９】
レンズ材料がプラスチック・レンズを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
所定の光学表面に対する測定された光学表面の間の差異を補償するためにレーザ・システムを調整する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
調整されたレーザ・システムで患者の眼球を治療する工程を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
レンズを切削するための閉ループのシステムであって、
レンズ材料上に所定の光学表面を切削するレーザ・システム、
レンズ材料上の切削された光学表面を測定する波面測定システム、および
測定された切削光学表面を所定の光学表面と比較するように構成されたプロセッサを含むシステム。
【請求項１３】
波面測定システムがＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
測定された切削光学表面と所定の光学表面が波面昇降表面として表わされる請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
プロセッサが、測定された切削光学表面と所定の光学表面をゼルニケ多項級数として表わすように構成される請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
プロセッサが、所定の光学表面に対する測定された切削光学表面の間の差異を補償するように調整可能なモジュールを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
プロセッサが、所定の波面昇降表面を表わすゼルニケ多項級数を受け取るように構成される請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
プロセッサが、所定の波面昇降表面に基づいて切削処理を計算するように構成される請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
プロセッサが、
測定された切削光学表面を表わすゼルニケ多項級数を計算するように構成されるモジュールを含み、
プロセッサが測定された切削光学表面を所定の光学表面と比較する工程が、測定された切削光学表面を表わすゼルニケ多項級数と所定の波面昇降表面を表わすゼルニケ多項級数を比較する工程を含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
レーザ・システムの性能を試験するためのシステムであって、
レンズ材料の表面に所定の光学表面を切削する手段、
レンズ材料の測定された光学表面を決定するために、切削された光学表面を測定する手段、および
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する手段を含むシステム。
【請求項２１】
レーザによる眼屈折手術システムの性能を評価するための閉ループの方法であって、
所定の光学表面を決定するために光学収差のセットを選択する工程、
レーザによる眼屈折手術システムの角膜再整形レーザ・システムに命令を出して所定の光学表面を作り出すためにソフトウェアに光学収差のセットを入力する工程、
ソフトウェアを使用して、レーザによる眼屈折手術システムの角膜再整形レーザ・システムで光学材料を切削する工程、および
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する工程を含む方法。
【請求項２２】
所定の光学表面が波面昇降表面によって表わされる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
波面昇降表面が所定のゼルニケ多項級数によって表わされる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
入力する工程が、波面昇降表面を使用して処理の一覧表を作り出す工程を含み、処理の一覧表を使用して切削が実行される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
切削光学表面を測定する工程が光学材料の切削光学表面の波面昇降表面を測定する工程を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
切削光学表面の測定された波面昇降表面をゼルニケ多項級数として表わす請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する工程が、測定されたゼルニケ多項級数を所定のゼルニケ多項級数と比較する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
光学材料がプラスチック・レンズを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
所定の光学表面に対する測定された光学表面の間の差異を補償するためにレーザによる眼屈折手術システムの角膜再整形レーザ・システムを調整する工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
レーザによる眼屈折手術システムの調整されたレーザ・システムで患者の眼球を治療する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
レーザによる眼屈折手術システムの性能を評価するための閉ループの方法であって、
収差の所定のセットによって表わされる光学表面を選択する工程、
選択された光学表面を光学材料上に作り出すためにレーザによる眼屈折手術システムの角膜再整形レーザ・システム用のソフトウェア・アプリケーションで命令を作成する工程、
作成された命令を使用して光学材料に所定の光学表面を切削する工程、
所定の光学表面の切削光学表面をレーザによる眼屈折手術システムの眼球屈折器で測定する工程、および
測定された光学表面を所定の光学表面と比較する工程を含む方法。
【請求項３２】
レーザによる眼屈折システムの性能を評価するための閉ループのシステムであって、
所定の光学表面を作製する切削エネルギーを供給するように構成される角膜再整形レーザ・システム、
切削エネルギーを受ける光学材料、
光学材料上に作製された光学表面を測定するように構成される波面眼球屈折器システム、および
角膜再整形レーザ・システム用の命令を走らせるプロセッサを含み、プロセッサが、測定された光学表面を所定の光学表面と比較するように構成されるシステム。
【請求項３３】
波面眼球屈折器システムがＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサを含む請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
光学材料がプラスチック・レンズを含む請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
波面眼球屈折器が光学表面を波面昇降表面として表わす請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
波面昇降表面が所定のゼルニケ多項級数によって表わされる請求項３５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本出願は、２００２年２月１１日に出願し、その全開示をここに参照で組み入れる「Ｃｌｏｓｅｄ  Ｌｏｏｐ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｂｌａｔｉｎｇ  Ｌｅｎｓｅｓ  ｗｉｔｈ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ」という表題の米国仮特許出願番号６０／３５６，６７２号の恩典を権利主張するものである。
【０００２】
本出願はまた、両方共に２００２年２月１１日に出願し、それらの全開示をここに参照で組み入れる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  ａｎｄ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｏｆｆｓｅｔｓ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ａ  Ｆｉｒｓｔ  ａｎｄ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」という表題の米国仮特許出願番号６０／３５６，６５８号および「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ」という表題の米国仮特許出願番号６０／３５６，６５７号に関連する。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、概して、収差を伴なう水晶体の設計、製造、および測定に関する。本発明は光学システムの光学的誤差の測定と較正のための装置、システム、および方法を提供し、特に、眼球の屈折性の光学的矯正によく適合する。
【背景技術】
【０００４】
知られているレーザ式眼球手術の処置は、概して、眼球の角膜からストロマ組織の微視的な層を除去するために紫外または赤外レーザを使用する。通常、レーザはしばしば眼球の屈折の誤差を矯正するために角膜組織のうちの選択された形状を除去する。紫外レーザ切除は角膜組織の光分解に結びつくが、しかし概して、隣接するかまたは下にある眼球の組織に有意の熱的損傷を引き起こすことはない。照射を受けた分子はさらに小さい揮発性部分へと光化学的に破壊され、分子間結合を直接分断する。
【０００５】
レーザ切除処置は、近視、遠視、乱視などを矯正するためといった様々な目的のために角膜の目標ストロマを除去して角膜の輪郭を変えることが可能である。角膜を横切る切除のエネルギーの分散制御は、切除用マスク、固定および可動性開口、制御された走査システム、眼球運動追尾機構などの使用を含む様々なシステムと方法によって行われる。知られているシステムでは、レーザ・ビームはしばしば一連の別々のレーザ光エネルギーのパルスを含み、除去される組織の全体的形状および量は角膜に当たるレーザのエネルギー・パルスの形状、サイズ、場所、および／または数によって決定される。眼球の屈折の誤差を矯正するように角膜を再整形するためにレーザ・パルスのパターンを計算する様々なアルゴリズムを使用できる。知られているシステムは矯正を達成するために様々なレーザの形態および／またはレーザ・エネルギーを利用する。それには赤外レーザ、紫外レーザ、フェムト秒レーザ、波長多重ソリッドステート・レーザなどが含まれる。場合によっては、視力矯正技術は角膜内の放射状切り込み、眼内レンズ、可動性の角膜支持構造などを利用する。
【０００６】
知られている角膜矯正処置法は、概して近視、遠視、乱視などといった標準的な視覚誤差を矯正することに成功してきた。しかしながら、すべての成功と同様に、なおさらなる改善が望まれるであろう。その目的のために、現在、特定の患者の眼球の屈折特性を測定するために波面測定システムが利用可能である。波面測定に基づいて切削パターンを特定することによって、信頼性良くかつ繰り返して２０／２０を超える視覚の明瞭度を供給するように小さな収差を矯正することが可能である。
【０００７】
波面センサのデータを使用して特定の切削パターンを計算するための知られている方法は、概して、級数展開手法を使用する眼球の光学特性の数学的モデル化を含む。さらに特定すると、眼球の波面誤差マップをモデル化するためにゼルニケ多項式が使用されてきた。ゼルニケ多項式の係数が知られている近似手法を通じて誘導され、その後、数学的な級数展開モデルによって示される波面の形状を使用して光学的矯正手順が決定される。
【０００８】
これらのレーザ切削アルゴリズムを適切に使用するために、通常、レーザ・ビーム供給システムは較正される必要がある。レーザ・システムの較正は患者の角膜に望ましい形状と屈折力の変化を供給するために角膜組織の意図された形状と量を確実に除去することに役立つ。例えば、非対称形状または増減されたレーザ・ビーム径を示すレーザ・ビームのような望ましいレーザ・ビームの形状もしくはサイズから由来する偏差は患者の角膜上で不本意な場所の組織切削に結びつく可能性があり、それが今度は理想的な角膜の彫刻結果を下回ることにつながる。レーザ切削を通じて患者の角膜を正確に彫刻するためにレーザ・ビームの形状とサイズのプロファイルを知ることは、それ自体で有利である。付け加えると、システムの性能の受容可能なレベルを検査することが普通は望ましい。例えば、そのような検査はレーザ・エネルギーの測定が正確であることを確実化することに役立つであろう。レーザ・ビーム供給システムのレーザ・エネルギーと切削形状を較正するためにレーザ手術に先立ってプラスチックの試験材料の切削がしばしば実施される。そのようなレーザ切削較正手法はかなり効果的であるけれども、或る場合にはレーザ・エネルギーとビーム形状の較正の代替選択肢の方法が有利であることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
波面センサのデータに基づいたレーザ切削処理プロトコルの評価に関する知られている方法論が理想を下回る可能性があることを本発明に関連する研究が示唆している。知られているレーザ較正法および試験方法は理想的な光学的矯正を下回ることにつながりかねない誤差もしくは「ノイズ」に結びつく可能性がある。さらに、知られている較正手法はいくらか間接的であり、切削で不要な誤差ならびに実施される物理的矯正の理解の欠如につながる可能性がある。
【００１０】
以上の観点から、特に眼球の異常な屈折特性を矯正する手順で使用するための改善された光学的矯正手法を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は閉ループのシステムでレーザ・システムの性能を検査するためのシステムと方法を含む。
【００１２】
一態様によると、本発明はレーザ・システムの性能を検査する閉ループの方法を提供する。本方法は予め定められた光学表面を備えた物質（例えば水晶体物質）の表面を切削する工程を含む。切削された光学表面が測定され、測定された切削光学表面が所定の光学表面と比較される。
【００１３】
所定の光学表面および切削光学表面はゼルニケ多項級数で数学的に表わされることが可能である。所定の光学表面と切削表面の間の差異を判定するためにそのゼルニケ多項級数が比較される。理解されるように、他の代替選択肢の実施態様では、光学表面を、テーラーもしくはその他の多項級数、表面昇降マップ、勾配領域などによって表わすことができる。
【００１４】
別の態様では、本発明はレーザ・システムの性能を検査するための閉ループのシステムを提供する。本システムは所定の光学表面を切削するレーザ・システムを有する。波面測定システムが切削光学表面を測定し、プロセッサが、測定された光学表面を所定の光学表面と比較する。
【００１５】
所定の光学表面は波面昇降表面によって表わされることが可能であり、ゼルニケ多項級数によって数学的に定義されることが可能である。プロセッサは、切削光学表面およびそれに対応する算出されたゼルニケ多項級数の波面昇降表面を測定するように構成されることが可能である。所定の光学表面および測定された切削光学表面のゼルニケ多項級数はシステムの性能を測定するために比較されることが可能である。
【００１６】
別の実施態様では、本発明はレーザ・システムの性能を検査するためのシステムを提供する。本システムは水晶体物質の表面内の所定の光学表面を切削する手段を有する。切削光学表面が測定手段によって分析されて水晶体物質の測定光学表面が判定される。レーザ・システムの性能を検査するために測定光学表面と所定の光学表面が比較手段で比較される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらおよびその他の利点は添付の範例の図面と関連付けされるときの以下の本発明の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００１８】
本発明は光学的角膜屈折矯正術（ＰＲＫ）、光治療的角膜切除術（ＰＴＫ）、レーザインサイチュ(laser in situ)角膜曲率形成術（ＬＡＳＩＫ）などといったレーザ眼球手術手順の精度と効果を促進するために特に有用である。本発明は、角膜切除または他の眼屈折治療プログラムを較正、試験および有効化するための方法論の改善によって向上した眼屈折性処置の光学的精度を提供することが可能である。それゆえに、本発明のシステムと方法は主としてレーザ眼球手術システムの背景で説明されるが、本発明の技術が眼鏡レンズ、眼内レンズ、コンタクトレンズ、角膜輪インプラント、コラーゲン性角膜組織の熱的改修などといった他の選択肢の眼球治療手順およびシステムに使用するために適していることは理解されるべきである。
【００１９】
本発明の技術は既にあるレーザ・システム、波面センサ、およびその他の光学測定装置と共に使用することに容易に適合させることができる。光学システムの誤差を測定および矯正するためのさらに直接的な（それゆえにノイズおよび他の誤差を生じにくい）方法論を供給することによって、本発明は角膜を容易に彫刻することが可能であり、それにより、治療した眼球は一様に通常の望ましい視力の閾値２０／２０を超える。
【００２０】
波面センサは、典型的には、光学的組織システム全体の収差およびその他の光学特性を測定する。そのような波面センサから由来するデータは光学的勾配が配列された光学表面を作り出すのに使用することが可能である。測定された光学的勾配の配列は測定された光学表面の勾配領域を有し、その測定された勾配領域は波面昇降表面マップを再構成することに使用される。勾配が眼球組織システムを通して実際に置かれる収差の効果を示すであろうから、光学表面が正確に実際の組織表面に一致する必要はないことは理解されるべきである。それでもなお、勾配から派生する収差を矯正するように光学的組織に課される矯正は光学的組織システムを矯正するはずである。ここで使用する「光学的組織表面」といった用語は理論的組織表面（例えば波面センサのデータから派生する）、実際の組織表面、および／または（例えばレーシック手順の間に角膜上皮の組織弁とストロマが外されることを可能にして下にあるストロマを露出させるように角膜組織を切開することによって）治療の目的で形成される組織表面を包含する。
【００２１】
ここで図１を参照すると、本発明のレーザ眼球手術システム１０はレーザ・ビーム１４を発生するレーザ１２を含む。レーザ１２はレーザ供給光学系１６に光学的に結合され、それがレーザ・ビーム１４を患者Ｐの眼球へと方向付ける。供給光学系の支持構造（ここでは明瞭化のために図示せず）がフレーム１８から延びてレーザ１２を支える。供給光学系の支持構造の上に顕微鏡２０が搭載され、この顕微鏡はしばしば眼球の角膜を画像化するために使用される。
【００２２】
概して、レーザ１２はエキシマ・レーザを含み、理想的には約１９３ｎｍの波長を有するレーザ光のパルスを発生するアルゴン−フッ素レーザを含む。レーザ１２は、供給光学系１６を経由して供給されるフィードバック安定化されたフルエンスを患者の眼球に供給するように設計されることが好ましいであろう。本発明はまた、隣接および／または下にある眼球の組織に有意の損傷を引き起こすことなく制御可能に角膜組織を切削することに特に適した紫外もしくは赤外放射の代替供給源でも有用である。代替選択肢の実施形態では、レーザ・ビーム源は、その全開示をここに参照で組み入れるＬｉｎの米国特許第５，５２０，６７９号と第５，１４４，６３０号、Ｍｅａｄの米国特許第５，７４２，６２６号に述べられているような１９３と２１５ｎｍの間の波長を有するソリッドステート・レーザ源を使用する。また別の実施形態では、レーザ源はその全開示をここに参照で組み入れるＴｅｌｆａｉｒの米国特許第５，７８２，８２２号と第６，０９０，１０２号に述べられているような赤外レーザである。それゆえに、エキシマ・レーザが切削ビームの具体例の供給源であるけれども、他のレーザが本発明で使用されることも可能である。
【００２３】
概して、レーザ１２と供給光学系１６はコンピュータ２２の指示の下でレーザ・ビーム１４を患者Ｐの眼球へと方向付けるであろう。コンピュータ２２はしばしば、角膜の所定の彫刻を達成し、かつ眼球の屈折特性を変えるために角膜の複数部分をレーザ・エネルギーのパルスへ晒すようにレーザ・ビーム１４を選択的に調整するであろう。多くの実施形態で、レーザ１４とレーザ供給光学系１６の両方は所望のレーザ彫刻工程を達成するようにプロセッサ２２の制御下にあり、プロセッサがレーザ・パルスのパターンを達成（および場合によっては変更）するであろう。パルスのパターンは処理一覧表の形式で有形の媒体２９の機械読み取り可能なデータ内に要約されることが可能であり、処理一覧表は、切削モニタリング・システムのフィードバック系から供給されるフィードバック・データに応答して自動画像解析システムからプロセッサ２２へと入力される（またはシステムのオペレータから手動でプロセッサに入力される）フィードバックに従って調整されることが可能である。そのようなフィードバックは以下で説明される波面測定システムをレーザ処理システム１０と一体化させることによって供給されることが可能であり、プロセッサ２２はフィードバックに応答して彫刻処理を継続および／または終結させることが可能であり、場合によっては少なくとも部分的にフィードバックに基づいて計画される彫刻に変更を加えることもやはり可能である。
【００２４】
レーザ処理一覧表は一連のパルスの中の各々のレーザ・ビーム・パルスについて眼球上のレーザ・ビームの水平方向と垂直方向の位置を含む。処理時にビームの直径は約０．６５ｍｍから６．５ｍｍへと変化することが好ましい。通常、処理一覧表は数百個のパルスを含み、そのレーザ・ビーム・パルスの数は除去される材料の量およびレーザ処理一覧表によって使用されるレーザ・ビームの直径と共に変わる。レーザ処理一覧表を作るコンピュータ・プログラムはプラスチック内に光学表面を作製するレーザ・ビーム・パルスのパターンを選択し、光が材料を通過するときにそれが所望の波面昇降表面を作る。
【００２５】
プラスチック内で閉ループのシステムの特性を測定するシステムについては、平坦なプラスチック・レンズが推奨される。平坦なプラスチックが推奨されるけれども、約７．５ｍｍの表面曲率半径を有する曲がったプラスチックを含む他のプラスチック形状が切削される可能性もある。レーザ処理一覧表はレーザ・ビームの各々のパルスで除去される材料の形状を使用して算出され、レーザ・ビームの個々のパルスで除去される材料の形状はクレータと称される。各々のビーム径で除去される材料の形状はまた、基礎データとも称される。回転対称のレーザ・ビームについては、基礎データは回転方向に平均化される。レーザ処理時に除去される材料から結果的に生じる光学表面の形状は、レーザ・ビームの各々のパルスによって除去される材料のクレータを処理一覧表の中で加算することによって算出される。材料除去から結果的に得られる算出された光学表面の形状は、切削される表面にわたって可視光波長の約１／４または約０．２μｍの望ましい許容平均内で、意図される光学表面の形状に一致することが好ましい。処理一覧表の計算は、２００１年３月１３日に出願され、ＰＣＴの下で公告番号ＷＯ０１６７９７８号で２００１年９月２０日に公告され、その全開示をここで参照で組み入れる米国特許出願番号０９／８０５，７３７号にさらに充分に述べられている。
【００２６】
除去される材料の深さとそれに対応する光学表面の変化の間の関係は除去される材料の屈折率に関係する。例えば、除去される材料の深さは矯正波面昇降表面のマップを量（ｎ−１）で分割することによって算出されることが可能であり、ここでｎは材料の屈折率である。この関係は、３００年にわたって知られている極小値時間のフェルマーの原理の応用である。角膜の屈折率は１．３７７であり、プラスチックの屈折率は約１．５である。本発明の実施例は１．５６９の屈折率を有するＶＩＳＸ較正用プラチックを使用する。この材料はＶＩＳＸ，Ｉｎｃ．Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡから入手可能である。切削深さのそのような計算に関する手法の実施形態は、その全開示をここで参照で組み入れる米国特許第６，２７１，９１４号にやはり述べられている。
【００２７】
レーザ・ビーム１４は、様々な代替選択肢のメカニズムを使用して所望の彫刻を作り出すように調整されることが可能である。レーザ・ビーム１４は１つまたは複数の可変開口部を使用して選択的に制限される。可変の絞りと可変幅スリットを有する範例の可変開口システムは、その全開示をここで参照で組み入れる米国特許第５，７１３，８９２号に述べられている。レーザ・ビームはまた、それらの全開示をここで参照で組み入れる米国特許第５，６８３，３７９号および１９９７年１１月１２日に出願された係属米国特許出願番号０８／９６８，３８０号および１９９９年３月２２日に出願された０９／２７４，９９９号に述べられているように、眼球の軸からレーザ・スポットのサイズとオフセットを変えることによって調整されることもできる。
【００２８】
例えば米国特許第４，６６５，９１３号（その全開示をここで参照で組み入れる）で述べられているような眼球の表面にわたるレーザ・ビームの走査、およびパルスの数および／または各々の場所での滞留時間の制御、１９９５年６月６日に出願された米国特許出願番号０８／４６８，８９８号（その全開示をここで参照で組み入れる）に述べられているような角膜に入射するビームのプロファイルを変えるように切削するレーザ・ビーム１４の光路でのマスクの使用、角膜を横切って可変サイズのビーム（通常、可変幅のスリットおよび／または可変直径の虹彩絞りによって制御される）が走査される混成プロファイル走査システムなどを含む、さらなる代替選択肢も可能である。これらレーザ・パターン調整手法のためのコンピュータ・プログラムおよび制御方法論は特許文献中によく説明されている。
【００２９】
当業者によく理解されているはずであるが、追加の部品およびサブシステムがレーザ・システム１０に含まれることがある。例えば、その全開示をここで参照で組み入れる米国特許第５，６４６，７９１号に述べられているように、レーザ・ビーム内のエネルギー分布を制御するために空間的および／または時間的積分器が含まれる可能性がある。本発明を理解するために、本発明を理解することに不必要な切削排液排出器／フィルタ、およびその他のレーザ手術システムの補助的部品は詳しく説明する必要がない。
【００３０】
プロセッサ２２は、キーボード、表示用モニタなどといった標準的なユーザ・インターフェース装置を含む従来式のＰＣシステムを含む（またはインターフェースする）。通常、プロセッサ２２は磁気もしくは光ディスク・ドライブ、インターネット接続などといった入力装置を含むであろう。そのような入力装置はしばしば、本発明のどのような方法でも具現化するために有形の記憶媒体２９からコンピュータが実行可能なコードをダウンロードすることに使用される。有形の記憶媒体２９はフロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、データテープ、揮発性もしくは不揮発性メモリなどの形をとることが可能であり、プロセッサ２２はこのコードを記憶して実行するためにメモリ基板およびその他の現代のコンピュータ・システムの標準的な部品を含む。場合によっては、有形の記憶媒体２９は波面センサのデータ、波面の勾配、波面昇降マップ、処理マップ、および／または切削一覧表を具現化することが可能である。
【００３１】
ここで図２を参照すると、範例の波面センサ・システム３０が単純化した形式で図式的に例示されている。極めて大まかに述べると、波面システム３０は眼球Ｅの光学組織３４を通して供給源画像を投影することで網膜Ｒの表面に画像４４を形成させる画像光源３２を含む。網膜Ｒから由来するこの画像は眼球の光学システム（例えば光学組織３４）によって伝達され、システムの光学素子３７によって波面センサ３６上に画像化される。波面センサ３６は角膜切削処理プログラムの決定のためにコンピュータ２２へと信号を伝える。コンピュータ２２はレーザ手術システム１０の動作を指図するために使用される同じコンピュータでよく、あるいは波面センサ・システムとレーザ手術システムのコンピュータ部品のうちの少なくともいくつかまたは全部が別々であることも可能である。波面センサ３６から得られるデータは有形の媒体２９経由、Ｉ／Ｏポート経由、イントラネットもしくはインターネットといったネットワーク接続経由などで別々のレーザ・システム・コンピュータへと伝えられることが可能である。
【００３２】
概して、波面センサ３６は小型レンズ・アレー３８およびイメージセンサ４０を有する。網膜Ｒから由来する画像は光学組織３４を通じて伝達され、イメージセンサ４０の表面上に画像化され、眼の瞳孔Ｐの画像が小型レンズ・アレー３８の表面上で同様に画像化され、小型レンズ・アレー３８が伝達された画像を小ビーム４２のアレーへと分け、分けられた小ビームを（システムの他の光学部品との組み合わせで）センサ４０の表面上に画像化する。通常、センサ４０は電荷結合素子もしくは「ＣＣＤ」を有し、これら個々の小ビームの特徴を感知し、それが光学組織３４の付随する領域の特徴を判定することに使用される。特に、画像４４が光の点もしくは小さなスポットを含む場合、小ビームで画像化されるときの伝達されたスポットの場所は付随する光学組織の領域の局所的勾配を直接的に示すことが可能である。
【００３３】
概して、眼球Ｅは前方向きＡＮＴと後方向きＰＯＳを規定する。画像光源３２は、概して、図２に示したように光学組織３４を通して画像を網膜Ｒ上に後方向きで投影する。光学組織３４はやはり網膜から波面センサ３６に向けて後方向きで画像４４を伝達する。実際に網膜Ｒ上に形成される画像４４は、画像光源が当初光学組織３４によって伝えられるときに眼球の光学システム内のどのような欠陥によっても歪められる可能性がある。場合によっては、画像光源投影光学素子４６が画像４４のどのような歪みも低減させるように構成されるかまたは合わせられることも可能である。
【００３４】
いくつかの実施形態では、画像光源の光学素子は、光学組織３４の球形および／または円筒形の誤差を補償することによって程度の小さい光学誤差を減少させることが可能である。光学組織の程度の大きい光学誤差もまた変形可能ミラーのような適応光学素子の使用を通じて補償される。網膜Ｒ上の画像４４に点もしくは小さなスポットを規定するように選択された画像光源３２を使用することは波面センサ３６によって供給されるデータの解析を容易にする。画像４４の歪みは瞳孔５０よりも小さい光学組織３４の中心領域４８を通じて供給源画像を伝達することによって制限されるが、その理由は、瞳孔の中心部分が周縁部分よりも光学誤差を生じにくいためである。特定の画像光源構造とは無関係に、概して、良好に規定され、かつ正確に形成された画像４４を網膜Ｒ上に有することが有利であろう。
【００３５】
本発明の方法は概して画像４４の感知に関連して説明されるであろうが、一連の波面センサのデータ読み取りが為されることは理解されるはずである。例えば、波面データの読み取りの時系列は眼球組織収差のさらに正確な全体的判定を供給するために役立つ。眼球組織は短時間で形状を変える可能性があるので、時間的に分離した複数の波面センサ測定は眼屈折矯正手順の基礎として光学特性の単一の断片に頼ることを避ける。構造、位置、および／または向きの異なる眼球で眼球の波面センサ・データをとることを含む、またさらなる代替選択肢もやはり利用可能である。例えば、その全開示をここに参照で組み入れる米国特許第６，００４，３１３号に述べられているように、多くの場合、固視ターゲットに焦点を合わせることによって患者は波面センサ・システム３０で眼の照準の維持を促進するであろう。その参考資料に述べられているように固視ターゲットの焦点位置を変えることによって、距離の変わる視野を画像化することに眼が順応もしくは適合する間で眼の光学特性が判定されることが可能である。
【００３６】
眼球の光学軸の位置は瞳孔カメラ５２から供給されるデータを参照することによって確認されることが可能である。範例の実施形態では、瞳孔カメラ５２は波面センサ・データの光学組織に相対する見当合わせのために瞳孔の位置を判定するように瞳孔５０を画像化する。
【００３７】
波面センサ・システムの代替選択肢の実施形態が図２Ａに例示されている。図２Ａのシステムの主要部品は図２のそれと同様である。追加的に、図２Ａは変形可能ミラーの形で適応光学素子９８を含む。網膜Ｒへの伝達時に供給源画像は変形可能ミラー９８から反射され、変形可能ミラーはまた、網膜Ｒと画像化センサ４０の間で伝達される画像を形成するために光路に沿って使用される。変形可能ミラー９８は網膜上に形成される画像または網膜上に形成された画像で形成されるその後の画像の歪みを制限するように制御可能に変形され、波面データの精度を高めることが可能である。図２Ａのシステムの構造と使用法は、その全開示をここに参照で組み入れる米国特許第６，０９５，６５１号にさらに充分に述べられている。
【００３８】
眼球と切削の測定のための波面システムの実施形態の部品はＳａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣａｒｉｆｏｒｎｉａのＶＩＳＸ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社から入手可能なＶＩＳＸ  ＷａｖｅＳｃａｎ（商標）の素子を含む。或る実施形態は上述したような変形可能なミラーを備えたＷａｖｅＳｃａｎを含む。波面測定装置のまた別の実施形態は、その全開示をここに参照で組み入れる米国特許第６，２７１，９１５号に述べられている。
【００３９】
光学的に透明なプラスチック材料のプレート１０４に形成された切削光学表面１０２の収差を測定するための検査器具１００が図３と３Ａに示されている。上述したような光学測定システム３０は切削光学表面１０２を通り抜ける光によって形成される波面領域の勾配を測定するように構成されている。収差を有する切削光学表面１０２は瞳孔１０６と反射面１０８を有する検査器具１００の上に設置される。瞳孔と反射面の間の距離は正確に制御され、約１６６ｍｍであることが好ましいが、しかし他の適切な距離が使用されることも可能である。切削光学表面１０２は瞳孔１０６の隣りに設置される。光学的に透明のプレートは、図３に例示されるように、システム３０の光学軸１０５に関してわずかに傾斜を伴なって搭載されている。システムの光学軸１０５に相対する被測定光学表面１０２の小さな傾斜は被測定光学表面１０２と透明プレート１０４の裏面から入る測定ビームの反射を偏向させる。切削は器具１００の瞳孔１０６に集中させられる。検査器具はシステムの光学軸１０５と位置合わせされて波面測定システム上に搭載される。
【００４０】
切削されたプラスチックおよび眼球を測定することに同じ波面センサまたは実質的に同様の波面センサが使用されることが好ましい。場合によっては、眼球を測定するために使用される波面センサに根本的に類似している別のタイプの波面センサを切削光学表面を測定されるために使用することも可能である。ここで使用する実質的に同様の波面センサは同様の動作原理および小型レンズ・アレー、焦点合わせされた光ビームなどといった機能成分を有する波面センサを包含する。ここで使用する実質的に同様の波面システムは同様の根本的動作原理、例えば光学表面を通る光によって為される勾配領域の測定を使用する波面システムを包含する。同様の根本的動作原理の範例は光ビームの干渉パターンで干渉分光法によって光学表面を測定することである。眼球を通り抜ける光の勾配領域を測定する波面センサの範例は、例えば、光線追跡誤差測定法、チェルニング誤差測定法、および動的検影法の原理を使用するシステムを含む。上記のシステムはＢｅｌｌａｉｒｅ，ＴｅｘａｓのＴＲＡＣＥＹ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、ドイツ、ＥｒｌａｎｇｅｎのＷａｖｅｌｉｇｈｔ社、Ｆｒｅｍｏｎｔ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＮｉｄｅｋ，Ｉｎｃ．社からそれぞれ入手可能である。眼球の勾配領域を測定するシステムのその他の範例は、ここにその全開示を参照で組み入れる米国特許第６，０９９，１２５号、第６，０００，８００号および第５，２５８，７９１号に述べられているような空間分解型屈折計を含む。
【００４１】
閉ループのシステムのまた別の実施形態は眼球を測定するための第１の装置と切削光学表面を測定するための第２の装置を含む、第１と第２の装置は異なる根本的動作原理を使用する。例えば、眼球を通り抜ける光の勾配領域を測定する装置によって眼球が測定され、干渉計によって切削光学表面が測定される。場合によっては、切削光学表面はダイヤモンド針側面計もしくは干渉縞投影システム、または他の表面プロファイル技術によって測定されることが可能である。
【００４２】
波面センサ３０は眼球の屈折誤差の多くを補償する内部レンズを含む。もしもそのようなレンズが無い場合、測定システム３０と反射面１０８の間の検査器具１００に焦点集束レンズ（図示せず）を追加してもよい。これらのレンズは反射面１０８上で焦点集束された光ビーム１０９を形成するように調整される。焦点集束された光ビーム１０９は表面１０８から反射されて戻り、瞳孔１０６および場合によっては配向マーク１０３を含むこともある光学的に透明のプラスチック材料のプレート１０４に形成された光学表面１０２を通り抜ける。波面システムは測定のために眼球が位置決めされる測定平面１１０を含む。光学表面１０２は瞳孔１０６の近辺で測定平面１１０に位置決めされる。切削光学表面１０２と反射面１０８の間の距離１１１が測定される。距離１１１は検査器具１００の球面焦点ずれ屈折誤差の逆数に関係する。１／６メートルの距離１１１については、球面焦点ずれ屈折誤差は＋６ジオプトリである。測定は切削光学表面１０２を通して波面センサ３０で為される。波面センサ３０は、図４に例示されるように、電子センサ上に光エネルギーのスポット１１２のアレーを形成する。
【００４３】
スポットの位置は切削表面１０２を通り抜ける光ビームの波面昇降表面の勾配領域に関係し、各スポットに対応する波面の勾配を計算するためにスポットの位置が使用される。各スポットから得られる勾配の値は切削光学表面１０２の波面昇降表面マップを再構成するために使用される。
【００４４】
切削光学表面１０２の波面は図５に例示されるようにゼルニケ多項級数２００として表わされることが好ましい。ゼルニケ多項は各々のＺ項２０６についてデカルト形式２０２と極形式２０４で具体的に示される。それらの項は標準的な二重記法で記述される。二重表記法は各項の半径および角度の次数を記述している。二重記法の上付き文字は角度の次数を記述しており、二重記法の下付き文字は半径の次数を記述している。１および２の半径次数を有する項は眼鏡レンズ処方で矯正される収差に相当し、低次数もしくは低い方の次数の収差２０８を包含する。第２の次数を超える半径項は高次数もしくは高い方の次数の収差２１０の収差を包含する。図５に記述された半径および角度のゼルニケ項は６番目の次数まで記述されているが、この記述は範例の方式によるものであって、これらゼルニケ項は被測定切削光学表面１０２から由来する被測定勾配領域に対していかなる任意に選択された次数もしくは精度（例えば第１０次数以上）まで記述され、当てはめられることも可能である。
【００４５】
また別の実施形態では、波面はテーラーまたはその他の多項級数として表わされてもよい。場合によっては、波面昇降表面は表面昇降マップとして表わされてもよく、被測定勾配領域によって表わされることもやはりあり得る。
【００４６】
図６は、光学収差に対応する入力データ２２２と切削光学表面１０２に対応する被測定切削データ２３６を比較するためのものであって、本発明の実施形態で光学収差を矯正する閉ループのシステム２２０が例示されている。理論的光学表面を表わすゼルニケ係数２２１のセットはシステム２２０への入力データ２２２である。閉ループ・システム２２０への入力データ２２２は眼球の波面測定値、眼球の波面測定値から由来する多項係数のセットおよび波面測定値から由来する勾配のセットを含む光学表面のどのような適切なデータ表現も含む。ゼルニケ係数２２１は単位円上の基底関数の直線的組み合わせの形式であることが好ましい。座標系は局所水平に沿って右に正のＸ軸が向き、眼から外方向にＺ軸が向く右手側が好ましく、それにより標準的な眼科の座標系（ＩＳＯ  ８４２９：１９８６）に合致する。波面は６ｍｍの光学ゾーンについて規定され、直交格子上でサンプリングされることが好ましい。直交格子は水平方向と垂直方向で０．１ｍｍの間隔を有することが好ましい。ゼルニケ係数は、格子点上で昇降を有する光学的波面昇降表面２２４を表わすデータ２２５へと変換される。ゼルニケ係数２２１から波面昇降表面２２４を計算する過程はＣソフトウェア・モジュール２２６で実行される。通常、波面昇降表面の直径は約６ｍｍである。格子点での昇降を計算するために、点の座標とそれに対応するゼルニケ係数がゼルニケ多項の直線的組み合わせのための解析式に入れられる。この実施形態では、ゼルニケ係数は非正規化ゼルニケ関数と結びついている。これらの係数は波面の表面昇降をミクロンで与えるように規模設定されることが可能である。この規模設定は瞳孔の直径について為され、それはこの具体例の実施形態では６ｍｍであり、その他のサイズであることも可能である。
【００４７】
波面昇降表面の判定の後、レーザ処理の計算プログラム２２８データ２３１を解析して上述したようなレーザ・パルス取り扱い説明の処理一覧表２３０を算出する。レーザ処理一覧表は波面昇降表面２２４によって記述される収差を矯正する切削光学表面１０２を作り出すように設計される。
【００４８】
処理一覧表はプロセッサ２２によって有形の媒体２９からレーザ・システム１０にロードされる。或る実施形態では、レーザ・システムはＶＩＳＸ  Ｓｔａｒ  Ｓ３エキシマレーザ・システムの素子を含み、プレート１０４はＶＩＳＸ，Ｉｎｃ．社、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから入手可能な較正用プラスチックを含む。光学的に透明の材料のプレート１０４はプラスチック・レンズの形で光学切削表面１０２を形成するようにレーザ・システム１０で切削される。
【００４９】
上述したように、切削光学表面１０２は較正用器具１００内に設置される。上述したように、切削光学表面１０２は波面測定装置３０で測定される。波面測定装置はＶＩＳＸ，Ｉｎｃ．社、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから入手可能なＶＩＳＸ  ＷａｖｅＳｃａｎであることが好ましい。上述したように、別の代替選択肢の実施形態が他の適切な測定システムを使用する可能性はある。上述したように、波面測定装置は切削部を通り抜ける光ビームの光学表面の勾配領域を測定する。上述したように、波面昇降表面２４０は勾配領域から数学的に構築される。場合によっては、勾配領域を積分することによってゼルニケ多項係数が計算される。
【００５０】
測定された波面昇降表面２４０は、測定されたゼルニケ係数２４６の級数としてデータ２４７を算出するゼルニケ分解プログラム２４２で分解される。一実施形態では、Ｍａｔｌａｂプログラムがグラム−シュミットの直交化法で分解計算を行なう。Ｍａｔｌａｂ（商標）はＮａｔｉｃｋ，ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＴｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能である。また別の実施形態では、Ｃコンピュータ・プログラムのような他の適切なコンピュータ・プログラムが書かれることで分解を実行する可能性がある。さらなる実施形態では、上述したようにゼルニケ係数は測定された勾配領域から直接算出される。
【００５１】
入力されたゼルニケ係数と測定されたゼルニケ係数の比較２５０はシステムの全体的精度を示す。この比較は個々の測定されたゼルニケ係数２６２、２６６と、それらに対応する、図７と８にそれぞれ例示されるような意図されるゼルニケ係数の理論値２６０、２６４の比較を含むことが好ましい。多項係数の比較に付け加えてその他の比較には理論的波面昇降表面３００、３１０と測定された波面昇降表面３０２、３１２の図解例示の比較が含まれ、それらは図９と１０にそれぞれ例示されるようにシステム１０の使用者によって比較される。
【００５２】
具体的範例の方式によると、閉ループのシステムで検査される２つの波面昇降表面は第１の表面Ｓ１と第２の表面Ｓ２である。Ｓ１とＳ２の表面昇降を（ミクロンで）記述する等式は、
Ｓ１＝０．６×Ｚ−15＋１．０×Ｚ26
Ｓ２＝０．６×Ｚ−33＋１．０×Ｚ−15
である。
【００５３】
Ｓ１とＳ２に関する上記の式は理論的表面として閉ループのシステム２２０に入力される。表面Ｓ１とＳ２については、切削光学表面に関して結果的に得られる測定された係数はそれぞれ図７と８に例示されている。図７と８では、個々の測定されたゼルニケ係数と理論的ゼルニケ係数が各々の項についてリストアップされている。これらの実施形態では、測定された値は入力された値と同じ大きさを有し、かつ反対の符号であると期待されるが、なぜならば波面システムは眼球の誤差を測定し、眼球の誤差を矯正するように水晶体が切削されるからである。言い換えると、入力される波面昇降表面と出力される波面昇降表面の和は閉ループのシステム内でゼロであり、測定される誤差はない。測定された生データが図７と８に例示されている。いくつかの低次数の係数が非ゼロの値を有して示されている。例えばＺ02項は図７と８でそれぞれ−１３．７と−１３．６の値を有する。この値は、上述したような検査器具上の光学表面の測定時の波面システム３０内の意図的な球面焦点ずれに対応する。Ｚ−11とＺ11に対応するこの具体例の項は、上記で検討したように、直接のビーム反射を除去するためにシステムに導入される先端と傾斜が原因で非ゼロであり、したがって最終的な比較では考慮されない。残りの係数は処理の各工程で作り出される信号とノイズを表わす。
【００５４】
図９と１０では、理論的な波面表面の昇降マップ３００、３１０が測定された矯正波面昇降表面マップ３０２、３１２の隣りにそれぞれ映像的に例示されている。測定された波面昇降表面マップ３０２、３１２の具体例は上述したように高次の項を選択的に含む。理論的波面昇降表面マップ３００と測定された波面昇降表面マップ３０２の外観はそれぞれ装飾用立像３０４と３０６の形である。これらの立像は嬉しそうな顔、特に動物の嬉しそうな顔、さらに特定すると「ハッピードッグ」としても知られているｃａｎｉｓｆａｍｉｌｉａｒｉｓ種の喜んでいる動物の形をしている。ゼルニケ多項級数の係数は波面昇降表面として表わされ、材料中に切削されるときにハッピードッグの立像を形成するように選択される。
【００５５】
他の実施形態では、比較は測定された波面昇降表面への理論的波面昇降表面の加算を含み、それにより波面昇降誤差の表面マップが作り出され、それが比較から判定される誤差を直接的に示し、誤差表面マップにわたる誤差の平均二乗平方根の値が算出されてシステムの操作者に報告される。
【００５６】
本発明の実施形態では、アラインメント誤差によって引き起こされる被測定切削光学表面の劣化がシミュレートされる。シミュレーションの結果は図１１に例示されている。閉ループのシステム３２０に入力された理論表面３２２を表わすデータ３２４についてゼルニケ項３２０がリストアップされている。シミュレーションは、理論表面２３２を変位させて回転させ、この変位および回転させた表面を測定された波面昇降表面として２４０で閉ループのシステム２２０に入力することによって達成される。出力される変位および回転させた昇降表面の係数３３０は、図１１で被測定切削光学表面１０２を例示する係数３３２の隣りに例示されている。
【００５７】
レーザ１０の下で切削された光学表面レンズ１０２の配置と波面測定装置３０の間の回転方向の位置ずれは、正弦項（Ｚ−15）の大きさのうちのいくつかが表面Ｓ１内で余弦項（Ｚ15）に移される原因となる。この効果を極形式のゼルニケ関数で示すことは容易であり、
Ａ×ｆ（ｒ）×ｃｏｓ（θ＋δ）＝Ａ×ｆ（ｒ）×（ｃｏｓ（δ）ｃｏｓ（θ）−ｓｉｎ（δ）ｓｉｎ（θ））
Ａ×ｆ（ｒ）×ｓｉｎ（θ＋δ）＝Ａ×ｆ（ｒ）×（ｃｏｓ（δ）ｓｉｎ（θ）＋ｓｉｎ（δ）ｃｏｓ（θ））
ここでδは回転方向の位置ずれであり、Ａは係数であり、ｒは半径座標であり、ｆ（ｒ）は半径の関数であり、θは角度座標である。
【００５８】
理論的ゼルニケ値と測定されたゼルニケ値の間の誤差の他の考え得る発生源はレーザの下のレンズの配置と波面測定装置の間の並進オフセットである。そのような位置ずれの影響は理論表面からはっきりと位置ずれの量（ｄｘ，ｄｙ）の関数として計算される。場合によっては、新たにゼルニケ係数が直接的に計算され、それらが位置ずれを生じた表面を特徴付けることも可能である。この計算は、初期ではゼロである係数が、測定された波面がずれているときに非ゼロの値を有することを立証する。具体的な範例として、図１１はｘ方向で０．０５ｍｍ、ｙ方向で−０．０５ｍｍの平行移動、および−２度の回転について表面Ｓ１の係数に対する変化を例示している。理論表面Ｓ１（３２２）のデータ入力３２４、測定された係数、および表面が平行移動されて回転させられた後に理論的入力表面Ｓ１（３２２）について算出された係数についてゼルニケ係数がリストアップされている。見てとれるように、算出された変位と回転を受けた表面については、実際の測定によって見出されたそれらと値が大きさで同様である。測定された表面３２２と、シミュレーションによって回転および変位を受けた表面３３０の両方について、６番目の次数のゼルニケ係数の振幅は、通常、理論的入力波面内でゼロの値を有する係数に関する入力信号の振幅よりも小さい程度の大きさである。このシミュレーションは、測定されるときに良好に位置合わせされる被測定切削光学表面を例示しており、かつ位置のわずかな変動の測定に与える効果を例示している。
【００５９】
閉ループのシステム２２０は回転および位置のアラインメントに加えて他の発生源によって引き起こされる誤差の評価を可能にする。例えば、図１１に例示されるようなＺ−46、Ｚ46およびＺ06項は平行移動後の入力表面Ｓ１（３２２）の回転と平行移動でゼロの値を示し、それでもなおこれらの項は被測定切削光学表面３３２については非ゼロの値を有する。これらの項の誤差の振幅は、波面システムの回転および並進の誤差に加えたシステムの他の構成成分の全体的なノイズ・レベルを具体的に示している。
【００６０】
図１２の本発明の実施形態では、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサのスポット・パターンの合成画像４００が波面測定システム３０と共に使用される。理論的波面表面についてコンピュータ・プログラムが合成スポット・パターンを作成する。例えば、合成画像４００は６ｍｍの開口部にわたって１μｍの最大表面昇降振幅を有するＺ−33項に対応する合成スポット・パターンを例示している。閉ループのシステム２２０のサブシステム、例えばゼルニケ分解プログラム２４２および波面測定システム３０のソフトウェアを検査するために画像４００と同様の合成画像が使用される。
【００６１】
本発明のシステムを使用する１つの方法が図１３に例示されている。本発明の実施形態５００ではレーザ眼球手術に先立って閉ループのシステム２２０が使用される。閉ループのシステム２２０に入力されたデータ２２２によって理論的な波面表面の昇降がゼルニケ係数２２１として表わされる。レーザ・システムが、収差を有する切削光学表面矯正レンズを作製し、その切削光学表面が上述したように波面システム内で測定される。切削光学表面の測定されたゼルニケ係数２４６がデータ２４７として出力され、係数の各々を加算することによって理論的波面表面のゼルニケ係数２２１と比較され、それにより対応する誤差係数５０２を各々の項について作り出す。もしも測定されたゼルニケ係数２４６が所望の値に充分に近似していれば、ゼルニケ級数の各々の項に関する誤差はほぼゼロであり、手術は５０８へと進む。もしも切削レンズの係数が第１の閾値の量５０４よりも大きいが第２の閾値の量５０６よりも小さい量で所望の係数と異なる場合、システム２２０の構成成分のうちの少なくとも１つで、システムが調整され、また別のレンズが切削される。もしも係数が第２の閾値の量５０６よりも大きい量で異なっている場合、システムは動作不能５１２である。システムに対する調整５１０は、レーザ・ビームのエネルギーの調整を含むレーザ・システムの調整、切削パターンの角度とオフセットの調整、および切削パターンの拡大規模の調整を含む可能性がある。場合によっては、波面測定システムが、例えば較正によって調整される可能性がある。いったんシステムに対する調整が為されると、測定されたゼルニケ係数２４６が所望の値に充分に近いかどうかを判定するために本方法が繰り返される可能性がある。
【００６２】
上述したように、オフセットのある切削の係数が、波面の表面昇降パターンの所定のオフセットと角度配向について算出される。上述したように、被測定切削パターンに対する劣化を測定することによって、波面表面昇降パターンの所与のオフセットと角度配向が算出される。このオフセットと配向がレーザにプログラムされ、レーザが切削パターンを調整する。同様に、もしも測定された切削の係数の大きさが意図されたものと異なる場合、変更された切削パターンを切削するようにレーザがプログラムされる。例えば、変更される切削パターンはレーザ・ビームのエネルギーを調整することによって為される可能性がある。場合によっては、変更される切削パターンは処理一覧表を計算するために使用される基礎データに対する変更を含む可能性がある。上述した回転と平行移動のアラインメント誤差と同様に、閉ループのシステムは中心位置からのレーザ・ビームのオフセットの規模設定の誤差を検出することが可能である。そのような誤差は、切削されたパターンを横切る寸法サイズが期待された値と異なる原因になる。この誤差は切削形状のサイズの規模設定の中で倍率誤差として現れる。閉ループのシステムはそのような誤差を検出し、中心位置の周りで走査されるレーザ・ビームのパターンに対する調整が為されることで意図された切削パターンとさらに良好に一致する切削パターンを作り出す。
【００６３】
範例の方式で、かつ理解を明瞭化するために特定の実施形態がある程度詳細に説明されてきたが、様々な脚色、変更および改造は当業者にとって明らかであろう。本発明から恩恵を受ける処理にはレーザに加えて眼内レンズ、コンタクトレンズ、眼鏡およびその他の手術法が含まれる。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を組み入れるためのレーザ切削システムの透視図である。
【図２】本発明の実施形態の態様で波面昇降表面を測定するためのシステムを概略的に例示する図である。
【図２Ａ】本発明の方法で使用することに適したまた別の波面センサ・システムを概略的に例示する図である。
【図３】本発明の実施形態の態様による、切削表面を測定するための検査器具を概略的に例示する図である。
【図３Ａ】配向に関するマークを有するプラスチック・レンズ上の切削光学表面を概略的に例示する図である。
【図４】本発明の実施形態の態様による、切削表面を測定するためのＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサ・パターンを概略的に例示する図である。
【図５】標準的な二重記法で極形式とデカルト形式の両方で非正規化ゼルニケ多項基底関数を６番目の半径次数までリストアップする図である。
【図６】理論的収差を切削形状から得られる測定された収差と比較して理論的収差を矯正するための閉ループの方法とシステムの実施形態を概略的に例示する図である。
【図７】本発明の実施形態による、理論表面の収差を矯正するように意図される測定された切削から由来する他の波面昇降表面の係数に対する理論的波面昇降表面のゼルニケ係数の比較を概略的に例示する図である。
【図８】本発明の実施形態による、理論表面の収差を矯正するように意図される測定された切削から由来する他の波面昇降表面のゼルニケ係数に対するまた別の理論的波面昇降表面のゼルニケ係数の比較を概略的に例示する図である。
【図９】本発明の実施形態による、理論的波面昇降表面マップと、理論的波面昇降表面の収差を矯正するように意図される測定された波面昇降表面マップの比較を映像で例示する図である。
【図１０】本発明の実施形態による、また別の理論的波面昇降表面マップと、理論的波面昇降表面の収差を矯正するように意図されるまた別の測定された波面昇降表面マップの比較を映像で例示する図である。
【図１１】本発明の実施形態による、理論表面のゼルニケ係数、シミュレーションの中で平行移動と回転処理を受ける表面の係数、および矯正のための切削から実際に測定された係数をリストアップすることによって理論的波面昇降表面を矯正するように意図される測定された波面昇降表面の平行移動と回転の位置ずれのシミュレーションを例示する図である。
【図１２】本発明の実施形態による閉ループのシステムを検査するために使用される合成スポット・パターンを例示する図である。
【図１３】理論的波面昇降表面と測定された波面昇降表面の閉ループの比較に応じて患者の治療を決定するために使用される、本発明の実施形態によるフローチャートを例示する図である。
【図１】
2005516729.tif 000003
【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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