DE29724852U1 - Pulsed laser beam system figuring all types of optical surfaces, especially the cornea - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Formgebung von Objekten durch Materialabtragung von deren Oberfläche mit einem gepulsten Laserstrahl und einer Ablenkeinrichtung, durch die der Laserstrahl über die Objektoberfläche geführt wird. Sie ist vorzugsweise zur Formgebung von natürlichen optischen Linsen aus biologischer Substanz oder von künstlichen optischen Linsen geeignet.The The invention relates to a device for shaping objects by removing material from their surface with a pulsed laser beam and a deflector, through which the laser beam passes over the object surface to be led. It is preferably for the shaping of natural optical lenses biological substance or artificial optical lenses suitable.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die zum Abtragen von Material von einer Objektoberfläche und damit zur Formung dieser Objekte mit Hilfe von Laserstrahlung geeignet sind, wie beispielsweise zur Ablation von Gewebe im Bereich der Hornhaut des Auges und somit zum ophthalmologischen Formen von Augenlinsen.in the In the prior art, various devices are known, which for Removal of material from an object surface and thus the formation of this Objects with the help of laser radiation are suitable, such as for ablation of tissue in the area of the cornea of the eye and thus for ophthalmological forms of ophthalmic lenses.
Die ersten Veröffentlichungen dazu, eine Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges durch Abflachung oder Aufsteilung der Hornhaut zu beeinflussen, stammen etwa aus den Jahren 1983 bis 1985. So ist mehr Hornhautgewebe im Zentrum der Augenlinse als vergleichsweise in den peripheren Bereichen zu entfernen, um als Resultat eine Abflachung und damit eine Korrektur der Kurzsichtigkeit des Auges zu erzielen. Wird dagegen mehr Hornhautgewebe an der Peripherie als im Zentrum abgetragen, wird die Krümmung der Hornhaut verstärkt und somit der Weitsichtigkeit des Auges entgegenwirkt.The first publications in addition, a defective vision of the human eye by flattening or to affect the division of the cornea, are approximately from the years 1983 to 1985. So more corneal tissue is in the center the eye lens as comparatively in the peripheral areas too remove, as a result, a flattening and thus a correction to achieve the myopia of the eye. Will be more corneal tissue at the periphery as in the center, the curvature of the Cornea reinforced and thus counteracts the farsightedness of the eye.
Daraus folgt, daß in Abhängigkeit von der Indikation von einzelnen Oberflächenabschnitten der Hornhaut bzw. der Cornea unterschiedliche Mengen an biologischer Substanz abzutragen sind. Dazu kommt, daß je nach Ausmaß der erforderlichen Korrektur und je nach Bearbeitungsfortschritt die Menge der je Zeiteinheit abzutragenden Substanz unterschiedlich sein kann; so ist beispielsweise im ersten Bearbeitungsstadium eine größere Menge abzutragen als im abschließenden Stadium der Feinbearbeitung, in dem es vor allem darauf ankommt, glatte Oberflächen auf der korrigierten Krümmung zu erzielen.from that follows that in dependence from the indication of single surface sections of the cornea or the cornea different amounts of biological substance be removed. In addition, that ever according to extent of necessary correction and depending on processing progress the Amount of substance to be ablated per unit time differently can be; For example, in the first processing stage, a bigger amount than in the final one Stage of finishing, which is all about smooth surfaces on the corrected curvature to achieve.
Ein wesentlicher Faktor für die Abtragungsmenge je Zeiteinheit und damit auch für eine veränderbare definierte Abtragungsrate ist einmal die Intensität der Laserstrahlung an sich, d.h. die mit der Strahlung in das abzutragende Material eingebrachte Energie, zum anderen aber auch die Intensitätsverteilung im Querschnitt der Laserstrahlung bzw. im Spot, der je Laserimpuls auf die Objektoberfläche gesetzt wird. Denn ist die Intensitätsverteilung im Strahlungsquerschnitt unterschiedlich, erfolgt auch ein unterschiedlicher Mengenabtrag über die Querschnittsfläche.One essential factor for the removal quantity per time unit and thus also for a changeable one defined erosion rate is once the intensity of the laser radiation in itself, i. the with the radiation in the ablated material introduced energy, on the other hand, the intensity distribution in the cross section of the laser radiation or in the spot, the per laser pulse on the object surface is set. Because is the intensity distribution in the radiation cross section different, there is also a different quantity removal on the Cross sectional area.
Ein unterschiedlicher Mengenabtrag über die Querschnittsfläche ist dann wünschenswert, wenn beispielsweise an den Rändern des Querschnittes bzw. Spots weniger Material abladiert werden soll als in einem zentralen Strahlungsbereich, weil so die Ausbildung steiler Randbereiche im verbleibenden Material vermieden werden kann.One different quantity removal over the cross-sectional area is then desirable if, for example, at the edges the cross section or spots less material to be ablated as in a central radiation area, because so is the training Steeper edge areas in the remaining material can be avoided can.
Die von einem Excimerlaser ausgehende Strahlung weist einen rechteckigen Querschnitt auf, in welchem in Richtung der größeren Querschnittslänge eine, von Intensitätsschwankungen abgesehen, gleichmäßigere Intensitätsverteilung gegeben ist als in der senkrecht dazu orientierten Richtung der kürzeren Querschnittsseite, wo die Intensität von der Strahlungsmitte aus zu den Rändern hin glocken- bzw. gaußförmig abfällt. Soll die Strahlung in einer Querschnittsrichtung oder auch innerhalb des gesamten Querschnittes homogenisiert werden, sind aufwendige Maßnahmen erforderlich. Bekannt ist beispielsweise die Homogenisierung durch Streuplatten mit nachgeschalteten Blenden und durch die Verwendung abrasiver Blenden.The emitted by an excimer laser radiation has a rectangular Cross-section in which in the direction of the larger cross-sectional length a, of intensity fluctuations apart, more uniform intensity distribution is given as in the direction perpendicular to the direction of the shorter cross-sectional side, where the intensity from the center of radiation to the edges towards bell or gaussian drops. Should the radiation in a cross-sectional direction or within homogenized throughout the cross section, are complex activities required. For example, the homogenization is known Scatter plates with downstream panels and through the use abrasive diaphragms.
Vorrichtungen
zum Homogenisieren der Strahlungsintensität insbesondere in Excimer-Laserstrahlung sind
beispielsweise beschrieben in den Veröffentlichungen
In der OS-DE 44 29 193 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung einer querschnittshomogenisierten Laserstrahlung wie auch die Verwendung dieser Strahlung bei der Materialabtragung beschrieben. Hier wird eine von einem Festkörperlaser ausgehende gepulste Laserstrahlung durch eine optische Faser geführt und dabei modenhomogenisiert. Nachteiligerweise ist die hier beschriebene Anordnung nicht zum Spotscanning geeignet, d.h. es sind nur relativ große Oberflächenabschnitte (Spots) in ihrer Gesamtheit bearbeitbar.In OS-DE 44 29 193 A1 is a further device for generating a cross-section homogenized laser radiation as well as the use of these Radiation during material removal described. Here is one from a solid-state laser outgoing pulsed laser radiation passed through an optical fiber and doing fashion-homogenized. Disadvantageously, the one described here Arrangement not suitable for spot scanning, i. they are only relative size surface sections (Spots) in their entirety editable.
Hinweise auf die ganzflächige Ablation der Cornea mit einem Festkörperlaser bei gaußförmiger Intensitätsverteilung im Strahlungsquerschnitt enthält die Veröffentlichung "Fundamental mode photoablation of the cornea for myoptic correction", T. Sailer und J. Wollensack, Laser and Light in Ophthalmology vol.5 no.4 pp 199-203, 1993. Die dort beschriebenen Verfahrensweise geht davon aus, daß ein solcher Laser eine räumlich homogene Strahlung im Grundmode TEM00 abgibt. Allerdings steht im Grundmode TEM00 nur ein Teil der abgestrahlten Energie zur Verfügung, die beispielsweise für die Hornhautablation nicht ausreicht.References to the whole-area ablation of the cornea with a solid-state laser with Gaussian intensity distribution in the radiation cross section contains the publication "Fundamental mode photoabla tion of the cornea for myoptic correction ", T. Sailer and J. Wollensack, Laser and Light in Ophthalmology vol.5 no.4 pp 199-203, 1993. The procedure described there assumes that such a laser is spatially homogeneous Radiation in the fundamental mode TEM 00. However, only a part of the radiated energy is available in the basic mode TEM 00 , which is not sufficient for example for corneal ablation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbeschriebenen Art so weiterzubilden, daß die Formgebung schnell und effektiv ausführbar ist und das Verbleiben störender Mikrostrukturen auf der Objektoberfläche vermieden wird.Of the Invention is based on the object, a device of the above To develop a way that the Shaping is fast and effectively executable and staying disturbing Microstructures on the object surface is avoided.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine optische Einrichtung zur Änderung der Verteilung der Strahlungsintensität innerhalb des Laserstrahlquerschnittes vorgesehen ist und die Strahlungsintensität nach Durchgang des Laserstrahles durch diese optische Einrichtung in mindestens einer Querschnittsrichtung durch den Laserstrahl eine glocken- oder gaußförmige oder glocken- oder gaußformähnliche Verteilung aufweist.According to the invention Task solved by that one optical device for changing the Distribution of the radiation intensity within the laser beam cross section is provided and the radiation intensity after passage of the laser beam by this optical device in at least one cross-sectional direction a bell-shaped or gaussian or bell-shaped or gaussian-like shape by the laser beam Distribution.
Im Gegensatz zu dem nach dem Stand der Technik bekannten Aufbringen sich gegenseitig überlappender Spots mit topfartiger Verteilung der Strahlungsintensität auf die abzutragende Oberfläche besteht erfindungsgemäß der Vorteil, daß bei der Überlappung von Spots mit gaußähnlicher Intensitätsverteilung sehr schnell eine sehr glatte Gesamtoberfläche realisierbar ist. Auf der Oberfläche bleibt keine stufig steilen Struk tur, eine Nachbearbeitung der Oberfläche ist deshalb nicht oder nur in begrenztem Maße erforderlich. Das hat zur Folge, daß die Bearbeitungszeit insbesondere bei der Korrektur von Krümmungen der Hornhaut mit Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich verkürzt werden kann. Außerdem besteht gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil, daß der Abtrag nicht nur über die gesamte Oberfläche möglich ist, sondern aufgrund des Scanning-Prinzips lokal begrenzt auch auf kleinen Abschnitten der Oberfläche vorgenommen werden kann.in the Contrary to the known in the art application overlapping each other Spot with pot-like distribution of radiation intensity on the surface to be removed According to the invention, there is the advantage that at the overlap of spots with Gaussian intensity distribution very quickly a very smooth overall surface is feasible. On the surface does not remain a steeply graded structure, a reworking of the surface is therefore not or only to a limited extent necessary. That has to Consequence, that the Processing time especially when correcting bends the cornea with the use of the device according to the invention essential shortened can be. Furthermore exists opposite the prior art, the advantage that the removal not only on the entire surface possible is limited locally but also due to the scanning principle can be made on small sections of the surface.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die optische Einrichtung mindestens ein optisches Element umfaßt, das zum Zweck der Änderung der Intensitätsverteilung wahlweise in den Laserstrahlengang eingebracht oder aus dem Laserstrahl entfernt werden kann, wobei das mindestens ein optische Element mit einer diffraktiven und/oder refraktiven und/oder holographischen mikrooptisch wirksamen, zur Beeinflussung der Intensitätsverteilung im Laserstrahlungsquerschnitt geeigneten Struktur versehen ist.In An embodiment of the invention is provided that the optical Device comprises at least one optical element, the for the purpose of the change the intensity distribution optionally introduced into the laser beam path or from the laser beam can be removed, wherein the at least one optical element with a diffractive and / or refractive and / or holographic Micro-optically effective, for influencing the intensity distribution provided in the laser radiation cross section suitable structure.
Das in der optischen Einrichtung enthaltene optische Element oder auch mehrere in der optischen Einrichtung vorgesehene optische Elemente sind mit einer mikrooptisch wirksamen Struktur versehen, die zur Beeinflussung der Intensitätsverteilung innerhalb der Laserstrahlung geeignet ist. Dabei ist die Struktur beispielsweise mit Elektronenstrahl- oder Photolithographieverfahren auf das optische Element aufgebracht, wodurch das optische Element ein mikrooptisch wirksames Höhenprofil, eine über seine Querschnittsfläche sich erstreckende Variation des Brechungsindex und/oder eine Variation der Absorption aufweist. Mit der Wahl des Strukturverlaufes wird die Reflexion und/oder Transmission der Lichtwellen gezielt beeinflußt. Die Strukturen können beispielsweise als streifenförmige, kreuzförmige, trichterförmige oder anderweitig geformte Vertiefung und/oder Erhebung auf einer Fläche des Elementes ausgebildet sein.The in the optical device contained optical element or also a plurality of optical elements provided in the optical device are provided with a micro - optically active structure, the Influencing the intensity distribution is suitable within the laser radiation. The structure is for example by electron beam or photolithography on the optical Element applied, whereby the optical element is a micro-optical effective height profile, one over its cross-sectional area extending variation of the refractive index and / or a variation having absorption. With the choice of the structure course becomes the reflection and / or transmission of the light waves influenced. The Structures can for example as a strip-shaped, cruciform, funnel-shaped or otherwise shaped depression and / or elevation on a surface of the Element be formed.
Das optische Element bzw. die optischen Elemente sind in der Regel aus Silizium, Glas oder Kunststoff gefertigt. Die optisch wirksame Oberfläche kann sphärisch, asphärisch, zylindrisch oder elliptisch geformt sein. Optische Elemente mit derartigen Strukturen besitzen eine hohe Wirksamkeit bei der Umverteilung der Strahlungsintensität innerhalb des Laserstrahles.The optical element or the optical elements are usually off Silicon, glass or plastic. The optically effective surface can spherical, aspherical, be cylindrical or elliptical shaped. Optical elements with Such structures have a high efficiency in redistribution the radiation intensity within the laser beam.
So kann ein optisches Element vorgesehen sein, das eine radialsymmetrische Intensitätsverteilung innerhalb des Laserstrahlquerschnittes erzeugt, bei der im Zentrum des Querschnittes ein Intensitätsmaximum und vom Zentrum zu den Randbereichen hin eine glocken- oder gaußförmig abfallende Intensität vorhanden ist.So may be provided an optical element having a radially symmetric intensity distribution generated within the laser beam cross-section, in the center of the cross section, an intensity maximum and from the center to the edge areas, a bell or Gaussian sloping intensity is available.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist anwendbar im Zusammenhang mit verschiedensten Lasersystemen bei Wellenlängen vom UV- bis in den IR-Bereich. Unabhängig von der vom Laser ausgehenden Strahlform und Intensitätsverteilung im Laserstrahl wird die für die Bearbeitung optimale Form und Verteilung erreicht. So wird durch das optische Element beispielsweise eine unrunde, etwa von einem Excimerlaser ausgehende Laserstrahlung mit inhomogener Intensitätsverteilung in eine runde Strahlung mit homogener Intensitätsverteilung transformiert, mit der schließlich eine optimale Abtragung von Material an der Objektoberfläche erfolgen kann.The inventive arrangement is applicable in connection with various laser systems at wavelengths from the UV to the IR range. Independent of the laser Beam shape and intensity distribution in the laser beam is the for the processing achieves optimum shape and distribution. This is how it works the optical element, for example, a non-round, about one Excimer laser outgoing laser radiation with inhomogeneous intensity distribution transformed into a round radiation with homogeneous intensity distribution, with the finally optimal removal of material on the object surface done can.
So hat beispielsweise der Laserstrahl, wie er für die photorefraktive Keratektomie (PRK) oder das LASIK-Verfahren verwendet wird, einen rechteckigen Querschnitt von etwa 10mm × 30mm. In einem Schnitt parallel zur längeren Seite dieses Rechteckes ist das Intensitätsprofil der Laserstrahlung etwa trapezförmig ausgebildet mit Intensitätsschwankungen, die als "hot spots" bezeichnet werden. In Richtung der kleineren Seitenlänge betrachtet weist das Intensitätsprofil etwa Glocken- oder Gaußform auf. Durch die erfindungsgemäße Einordnung eines der optischen Elemente in den Laserstrahlengang nimmt das Intensitätsprofil in jeder Schnittrichtung durch die Strahlungsachse glocken- oder gaußförmig Gestaltung an.For example, the laser beam used for photorefractive keratectomy (PRK) or LASIK has a rectangular cross-section of about 10mm x 30mm. In a section parallel to the longer side of this rectangle, the intensity profile of the laser radiation is approximately trapezoidal in shape with intensity fluctuations, which are referred to as "hot spots". Viewed in the direction of the smaller side length, the intensity profile has approximately bell or Gaussian shape. By the arrangement according to the invention of one of the optical elements in the laser beam path assumes the intensity profile in each cutting direction through the radiation axis of bell-shaped or Gaussian shape.
Im Rahmen der Erfindung liegt eine Ausgestaltung, bei der vorgesehen ist, daß das optische Element eine radialsymmetrische Intensitätsverteilung innerhalb des Laserstrahlquerschnittes erzeugt, bei der in einer kreisrunden zentralen Querschnittsfläche eine etwa gleiche Intensität und von der zentralen Querschnittsfläche zu den Randbereichen der Laserstrahlung hin eine glocken- oder gaußförmig abfallende Intensität vorhanden ist.in the The invention is an embodiment in which provided is that the optical element has a radially symmetric intensity distribution generated within the laser beam cross-section, in which in one circular central cross-sectional area of approximately equal intensity and of the central cross-sectional area towards the edge regions of the laser radiation towards a bell or Gaussian sloping intensity is available.
Durch diese im Kernbereich der Laserstrahlung weitestgehend konstante Intensität wird im Zentrum eine hohe Abtragungsrate erreicht, während der glocken- bzw. gaußförmige Abfall der Intensität zu den Randbereichen hin den Übergang zum nächsten Spot insofern vorteilhaft herstellt, als eine stufenförmige Struktur in der Übergangszone vermieden wird.By this largely constant in the core region of the laser radiation intensity a high removal rate is achieved in the center while the bell or gaussian waste the intensity towards the edge areas the transition to the next spot insofar as advantageous, as a step-shaped structure in the transition zone is avoided.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß die optische Einrichtung mindestens ein optisches Element beinhaltet, das zur Erzeugung unterschiedlicher Intensitätsverteilungen in unterschiedlichen Querschnittsrichtungen durch den Laserstrahl vorgesehen ist. So ist es denkbar, daß das optische Element so ausgebildet ist, daß in zwei aufeinander senkrecht stehenden Schnitten durch den Laserstrahl in einem Schnitt eine zumindest angenähert gaußförmige Intensitätsverteilung und im zweiten Schnitt eine zumindest angenähert homogene Intensitätsverteilung erzielt wird. Vorteilhaft sollten die Ablenkrichtung des Laserstrahles und der Querschnitt mit der homogenen Intensitätsverteilung senkrecht zueinander ausgerichtet sein.alternative For this purpose, it can be provided that the optical device includes at least one optical element, that for generating different intensity distributions in different cross-sectional directions is provided by the laser beam. So it is conceivable that the optical Element is designed so that in two mutually perpendicular cuts through the laser beam in a section an at least approximately Gaussian intensity distribution and in the second section an at least approximately homogeneous intensity distribution is achieved. The deflecting direction of the laser beam should be advantageous and the cross section with the homogeneous intensity distribution perpendicular to each other be aligned.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die optische Einrichtung mehrere optische Elemente umfaßt, die gleichzeitig oder zeitlich nacheinander in den Laserstrahl einbringbar sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Intensitätsverteilung innerhalb des Strahlenganges während der Behandlung, d.h. während des Materialabtrages von der Oberfläche oder auch in kurzen Behandlungspausen verändert werden kann, so daß die Strahlform und/oder die Intensitätsverteilung den jeweiligen Erfordernissen angeglichen werden kann, die sich während der Bearbeitung unterschiedlich ergeben.In a very advantageous embodiment of the invention can be provided be that the optical device comprises a plurality of optical elements, the same time or in succession in the laser beam can be introduced. This results in the advantage that the intensity distribution within the beam path during the treatment, i. while Material removal from the surface or in short treatment breaks changed can be, so that the Beam shape and / or the intensity distribution be adapted to the respective requirements while the processing result differently.
In diesem Zusammenhang kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die optischen Elemente gemeinsam auf einem beweglichen Träger angeordnet sind und mit der Bewegung des Trägers deren Einbringen in den Strahlengang bzw. deren Entfernen aus dem Strahlengang ausführbar ist. Damit ist ein unkompliziertes Austauschen möglich, wobei als gemeinsamer Träger ein drehbares Wechselrad vorgesehen sein kann, das um eine parallel zu Strahlungsrichtung ausgerichtete Drehachse drehbar gelagert ist und an dem die optischen Elemente auf einem Teilkreis angeordnet sind. Damit kann durch eine Verdrehung des Wechselrades um einen Drehwinkel, der dem Bogenabstand zweier optischer Elemente auf dem Teilkreis entspricht, leicht das Auswechseln zweier Elemente im Strahlengang bewerkstelligt werden.In This relationship can be advantageously provided that the optical Elements are arranged together on a movable support and with the movement of the wearer their introduction into the beam path or their removal from the Beam path executable is. This is a straightforward replacement possible, where as common carrier a rotatable change gear can be provided, which is a parallel Directed to the direction of radiation rotation axis is rotatably mounted and on which the optical elements are arranged on a pitch circle are. This can be achieved by a rotation of the change gear to a Angle of rotation, the arc distance between two optical elements on the Corresponds to pitch circle, easily replacing two elements in the Beam path be accomplished.
In der Regel ist im Strahlengang der Laserstrahlung ein Objektiv vorgesehen, mit dem die Größe der Spotfläche festgelegt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Strahlengang der Laserstrahlung ein optisches Variosystem zur Änderung der Größe der auf die Objektoberfläche gerichteten Spotfläche vorgesehen ist. Damit lassen sich Spots verschiedener Größe während der Bearbeitung realisieren, so daß beispielsweise zunächst eine Grobabrasterung der Oberfläche mit großen Spot und nach entsprechender Änderung der Einstellung des Variosystems eine Feinbearbeitung mit kleineren Spots erfolgen kann. Denkbar ist auch, eine abschließende Bearbeitung im Sinne einer Glättung der Gesamtoberfläche mit einem sehr großen, über die gesamte zu bearbeitende Fläche ausgedehnten Spot vorzunehmen.In As a rule, a lens is provided in the beam path of the laser radiation, which determines the size of the spot area becomes. In a preferred embodiment of the invention is provided that in the Beam path of the laser radiation is an optical variosystem for modification the size of the the object surface directed spot area is provided. This allows spots of different sizes during the Implement processing, so that, for example first a rough scanning of the surface with big Spot and after appropriate change the setting of the vario system a fine machining with smaller Spots can be made. It is also conceivable, a final processing in the sense of smoothing the total surface with a very big, over the entire area to be worked extended Make a spot.
Vorteilhaft sollten die Größe der auf die Objektoberfläche gerichteten Spotfläche, der Ablenkwinkel für den Laserstrahl zwischen zwei aufeinander folgenden Pulsen und die Pulsfrequenz der Laserstrahlung so aufeinander abgestimmt sein, daß die nebeneinander auf die Objektoberfläche gesetzten Spots sich um etwa 30% überdecken. Damit wird bereits eine verhältnismäßig glatte Oberfläche erzielt, die keine stufenförmigen Erhebungen aufweist.Advantageous should be the size of the the object surface directed spot surface, the deflection angle for the laser beam between two consecutive pulses and the Pulse frequency of the laser radiation to be coordinated so that the next to each other on the object surface set spots cover about 30%. This is already happening a relatively smooth surface scored that are not stepped Surveys.
Insofern besteht eine sehr bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß das Variosystem und/oder das Wechselrad mit elektronisch steuerbaren Stellantrieben versehen sind, deren Ansteuereingänge wie auch der Ansteuereingang der Ablenkeinrichtung für den Laserstrahl mit Ausgängen einer Ansteuereinheit verbunden sind, wobei an den Ausgängen der Ansteuereinheit Vorgabedaten für die Größe der Spotfläche und/oder für die Drehbewegung des Wechselrades und/oder für den Ablenkwinkel der Laserstrahlung zwischen zwei Pulsen bzw. dem Abstand zwischen zwei Spotflächen anliegen.insofar is a very preferred embodiment of the invention therein, that this Variosystem and / or the change wheel with electronically controllable Actuators are provided whose control inputs as well as the control input the deflection for the laser beam with outputs a drive unit are connected, wherein at the outputs of the Control unit default data for the size of the spot area and / or for the Rotational movement of the exchange wheel and / or for the deflection angle of the laser radiation between two pulses or the distance between two spot surfaces abut.
Damit ist es vorteilhaft möglich, jeweils von der Ansteuereinheit aus die einzelnen für die Abtragungsgeschwindigkeit bzw. für die Qualität der zu erzielenden Oberfläche bedeutsamen Vorgaben während der Bearbeitung oder innerhalb kurzer Bearbeitungspausen unkompliziert verändern zu können. Die Änderung der Vorgaben kann dabei in Abhängigkeit von der erreichten Qualität der Oberfläche vorgenommen werden.Thus, it is advantageously possible to be able to change each of the control unit from the individual for the removal rate or for the quality of the surface to be achieved important specifications during processing or within a short processing breaks uncomplicated. The change of the specifications can be dependent on be made of the achieved quality of the surface.
Insbesondere zur Bearbeitung der Hornhaut des Auges kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Einrichtung zur Erfassung von Istwerten der Krümmung einzelner Oberflächenabschnitte und/oder der gesamten zu bearbeitenden Oberfläche ausgestattet sein, die mit einem Istwertspeicher gekoppelt ist. Damit ist es möglich, Zwischenergebnisse qualitativ genau zu erfassen und daraus Schlußfolgerungen für die weitere Bearbeitung zu ziehen. Weiterhin kann die Ansteuereinheit eingangsseitig mit dem Istwertspeicher verbunden und in der Ansteuereinheit eine Rechenschaltung vorgesehen sein, zur Ermittlung von Vorgabedaten für die Größe der Spotfläche und/oder für die Drehbewegung des Wechselrades und/oder für den Ablenkwinkel des Laser strahles aus dem Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten dient, die beispielsweise über eine separate Schnittstelle eingegeben werden.Especially for processing the cornea of the eye, the inventive device with a device for detecting actual values of the curvature of individual Surface sections and / or the entire surface to be machined, the is coupled with an actual value memory. This makes it possible to intermediate results qualitatively accurate and from there conclusions for the further To pull processing. Furthermore, the drive unit with the input side connected to the actual value memory and in the drive unit an arithmetic circuit be provided for determining default data for the size of the spot area and / or for the Rotary movement of the change gear and / or for the deflection angle of the laser beam from the comparison of the actual values with the setpoints is used, for example, via a separate interface can be entered.
Zur Formgebung von Objekten mit dieser Vorrichtung wird ein gepulster Laserstrahl, bei dem während der Formgebung die Verteilung der Strahlungsintensität innerhalb des Laserstrahles und/oder die Größe der Spotfläche, mit welcher der Laserstrahl auf die Objektoberfläche trifft und/oder der Ablenkwinkel verändert werden, über die Objektoberfläche geführt.to Shaping objects with this device becomes a pulsed one Laser beam, during which shaping the distribution of radiation intensity within of the laser beam and / or the size of the spot area, with which the laser beam hits the object surface and / or the deflection angle changed be over guided the object surface.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß zu Beginn der Formgebung der Materialabtrag mit kleiner Spotfläche und zum Ende der Formgebung der Materialabtrag mit zunehmend größerer Spotfläche erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, daß in der Schlußphase der Formgebung der Materialabtrag mit einer Spotfläche erfolgt, deren Größe der Gesamtgröße der zu bearbeitenden Objektoberfläche entspricht.A advantageous embodiment provides that at the beginning of the shaping the material removal with a small spot area and at the end of the shaping the material removal takes place with increasingly larger spot area. It can be provided that in the final phase the shaping of the material removal takes place with a spot area, whose size is the total size of the processing object surface corresponds.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zu Beginn der Formgebung der Materialabtrag mit topfförmig verteilter Intensität und zum Ende der Formgebung der Materialabtrag mit zunehmend gaußförmig verteilter Intensität erfolgt.Farther it is advantageous if at the beginning of shaping the material removal with cup-shaped distributed intensity and at the end of molding material removal with increasingly Gaussian distributed intensity he follows.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch die Vorrichtung so zu nutzen, daß vor, während und/oder unmittelbar nach einem Materialabtrag eine Krümmungsmessung einzelner Oberflächenabschnitte und/oder der gesamten zu bearbeitenden Oberfläche vorgenommen wird. Damit ist es vorteilhaft möglich, das Ergebnis der Materialabtragung von einer Objektoberfläche zu bewerten. Das ist insbesondere vorteilhaft bei der Anwendung dieser Vorrichtung und ihrer Ausgestaltungen zum Zweck der Bearbeitung der Cornea des menschlichen Auges.in the The invention also makes use of the device that before, while and / or immediately after a material removal a curvature measurement individual surface sections and / or the entire surface to be machined is made. In order to it is advantageously possible that Evaluate the result of material removal from an object surface. This is particularly advantageous in the application of this device and its embodiments for the purpose of processing the cornea of the human eye.
Zum Zweck der Krümmungsmessung kann ein Meßstrahlengang oder können mehrere Meßstrahlengänge auf die Oberfläche des Objektes gerichtet, die Reflexionen dieser Meßstrahlengänge mittels einer Detektoreinrichtung erfaßt und daraus mittels einer Auswerteeinrichtung Krümmungswerte ermittelt werden. Die Meßstrahlengänge sollten dabei eine Intensität und eine Wellenlänge aufweisen, die im Gegensatz zum Bearbeitungsstrahlengang keine Veränderungen an der Oberfläche des Objektes bewirken. Derartige Ausgestaltungen, oftmals auch als Topographiesysteme bezeichnet, sind bekannt und sollen deshalb hier nicht weiter ausgeführt werden.To the Purpose of curvature measurement can a Meßstrahlengang or can several Meßstrahlengänge on the surface directed the object, the reflections of these Meßstrahlengänge means a detector device detected and from this, curvature values are determined by means of an evaluation device. The measuring beam paths should doing an intensity and a wavelength have, in contrast to the processing beam path no changes on the surface effect of the object. Such embodiments, often as Topographiesysteme called, are known and should therefore here not be carried out further.
Weiterhin können die ermittelten Krümmungswerte für die gesamte Oberfläche oder für einzelne Oberflächenabschnitte als Istwerte einem Vergleich mit Sollwerten zugrundegelegt werden. Damit ist es möglich, ausgehend vom aktuellen Bearbeitungsstand beim Materialabtrag unmittelbare Schlußfolgerungen für die Erreichung des Bearbeitungszieles zu ziehen. Diesbezüglich können aus dem Vergleich der Istwerte mit Sollwerten der Oberflächengestalt Vorgabedaten für einen nachfolgenden, zeitlich begrenzten Materialabtrag gewonnen werden, wobei mit den Vorgabedaten der Ablenkwinkel der Laserstrahlung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen und/oder die Größe der Spotfläche auf der Objektoberfläche und/oder der Austausch eines optischen Elementes im Strahlengang durch Drehbewegung des Wechselrades vorgegeben wird.Farther can the determined curvature values for the entire surface or for individual surface sections Actual values are based on a comparison with setpoints. This makes it possible Based on the current processing status during material removal immediate Conclusions for the Achieve achievement of the processing goal. In this regard, can the comparison of the actual values with nominal values of the surface shape Default data for gained a subsequent, temporary material removal be, with the default data of the deflection angle of the laser radiation between two consecutive pulses and / or the size of the spot area the object surface and / or the replacement of an optical element in the beam path is predetermined by rotational movement of the change gear.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The inventive device will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the associated Drawings show:
In
Der
vom Excimerlaser
Zum
Zweck der visuellen Beobachtung des Zielgebietes auf der Oberfläche des
Objektes
Der
vom Excimerlaser
Um
die Verteilung der Strahlungsintensität innerhalb des Laserstrahles
Beispielhaft
befindet sich in der optischen Einrichtung
Je
nach Gestaltung der mikrooptischen Struktur kann beispielsweise
nach Durchgang durch das optisches Element
In
unterschiedlichen Bearbeitungsstadien der Oberfläche des Objektes
Wie
in
Alternativ
hierzu kann selbstverständlich
vorgesehen sein, daß weitere
optische Elemente
Je
nach Bedarf kann wahlweise eines dieser optischen Elemente
Im
Strahlengang des Laserstrahles
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nunmehr möglich, sowohl das Intensitätsprofil innerhalb des Strahlungsquerschnittes, die Größe des Laserspots auf der zu bearbeitenden Fläche und auch den Ablenkwinkel zu variieren. Durch Abstimmung dieser drei Parameter aufeinander ist im weitestgehenden Sinne eine effektive Bearbeitung der Objektoberfläche in allen denkbaren Bearbeitungsstadien möglich.With the device according to the invention is it now possible both the intensity profile within the beam cross section, the size of the laser spot on the too working surface and also to vary the deflection angle. By voting this three parameters on each other is effective in the broadest sense Processing of the object surface possible in all conceivable stages of processing.
Damit
während
der Bearbeitung oder unmittelbar nach der Bearbeitung einzelner
Oberflächenabschnitte
eine Veränderung
des Ablenkwinkels, der Spotgröße oder
auch der Intensitätsverteilung
auf unkomplizierte Weise vorgenommen werden kann, ist ebenso wie
die das Wechselrad
Wie
in
Die
Ansteuereinheit
Außerdem ist,
einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung entsprechend, nach
Die
ermittelten Krümmungswerte
werden über
einen Signalweg
Mit der hier beispielhaft beschriebenen Vorrichtung ist vorteilhaft die Formgebung von Objekten durch Materialabtrag von der Objektoberfläche mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahles wie die Ermittlung von geometrischen Veränderungen an der Oberfläche von Objekten bei Betreiben dieser Vorrichtung möglich.With the device described here by way of example, the shaping of objects by removing material from the object surface with the aid of a pulsed laser beam such as the Ermitt is advantageous tion of geometric changes on the surface of objects in operation of this device possible.
Ein wesentlicher Vorteil besteht wie bereits dargestellt darin, daß nach der Bearbeitung einzelner Oberflächenabschnitte durch entsprechende Vorgabe der Spotgröße und der Intensitätsverteilung innerhalb der Laserstrahlung eine weitere Glättung der Hornhautwölbung möglich ist. Auch läßt sich durch die Möglichkeit dieser ganzflächigen Ablation eine Verkürzung der Bearbeitungszeit erreichen. So lassen sich neben der Korrektur von Myopie und Hyperopie am menschlichen Auge vorzugsweise auch Unregelmäßigkeiten, wie zum Beispiel irregulärer Astigmatismus, korrigieren.One As already stated, it is an essential advantage that after the Processing of individual surface sections by appropriate specification of the spot size and the intensity distribution within the laser radiation, a further smoothing of the corneal curvature is possible. Also can be by the possibility this whole area Ablation a shortening reach the processing time. So, next to the correction preferably also of myopia and hyperopia on the human eye Irregularities, like, for example, more irregular Astigmatism, correct.
Es hat sich auch gezeigt, daß auf diese Weise die Ausbildung so genannter Central Islands vermieden werden kann, die bisher störend aufgetreten sind.It has also been shown on this way avoiding the training of so-called Central Islands can be that disturbing so far appeared.
Bei
der Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
empfiehlt es sich, zunächst
eine flächenhafte
Ablation nach dem Spotscanning-Prinzip mit Spots vorzunehmen, deren
Ausdehnungen kleiner als die gesamte zu bearbeitende Oberfläche sind, wobei
eine glocken- bzw. gaußförmige Intensitätsverteilung
im Laserstrahl
Alternativ
kann in einem ersten Schritt die Änderung der zu bearbeitenden
Oberfläche
bzw. des zu bearbeitenden Oberflächenabschnittes
nach einem vorangegangenen Bearbeitungszyklus bestimmt werden, wozu
die Einrichtung
So
kann vorteilhaft das Vorhandensein von ausgeprägten Auswölbungen auf der Oberfläche des Objektes
- 11
- Objekteobjects
- 22
- Laserstrahllaser beam
- 33
- Excimerlaserexcimer
- 44
- AblenkeinrichtungDeflector
- 55
- X-ScannerspiegelX-scanner mirror
- 66
- Y-ScannerspiegelY-scanner mirror
- 77
- ContainmentwandContainment wall
- 88th
- Fensterwindow
- 99
- variabler Abschwächervariable attenuator
- 1010
- Umlenkprismadeflecting prism
- 1111
- optischer Teileroptical divider
- 1212
- Laserdiodelaser diode
- 1313
- Umlenkspiegeldeflecting
- 1414
- optische Einrichtungoptical Facility
- 15 (15.1,15.2)15 (15.1,15.2)
- optische Elementeoptical elements
- 1616
- Wechselradchange gear
- 1717
- Drehachseaxis of rotation
- 1818
- Antriebdrive
- 1919
- Varioobjektivzoom lens
- 20,21,22,2320,21,22,23
- Ansteuereingängedrive inputs
- 2424
- Ansteuereinheitcontrol unit
- 2525
- Schnittstelleinterface
- 2626
- Einrichtung zur ErmittlungFacility for investigation
- 2727
- optischer Teileroptical divider
- 2828
- Signalwegpathway
- 2929
- Meßstrahlungmeasuring radiation
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29724852U DE29724852U1 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Pulsed laser beam system figuring all types of optical surfaces, especially the cornea |
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DE19746483A DE19746483C5 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Device for shaping optical lenses by material removal |
DE29724852U DE29724852U1 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Pulsed laser beam system figuring all types of optical surfaces, especially the cornea |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=34081681
Family Applications (1)
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DE29724852U Expired - Lifetime DE29724852U1 (en) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | Pulsed laser beam system figuring all types of optical surfaces, especially the cornea |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20050217 |
|
R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20050127 |
|
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20051107 |
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R071 | Expiry of right |