專利名稱：使用透明的接觸元件進行材料加工的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對裝置進行準備的方法，用于通過在物體內(nèi)或在物體 上產(chǎn)生光學(xué)穿透來進行材料加工，此裝置具有可變的、三維起作用的 焦點調(diào)節(jié)設(shè)備，用于把脈沖的加工激光輻射聚焦到在物體內(nèi)或在物體 上的不同位置上，其中，在此裝置上固定有對加工激光輻射透明的、 放到物體上的接觸元件，此接觸元件在它放到物體上的側(cè)上具有接觸 面，并具有與之相對的用于加工激光輻射的進入面，它們分別具有已 知的形狀，在對物體進行加工之前，進入面或接觸面關(guān)于焦點調(diào)節(jié)設(shè) 備的位置借助激光輻射照射到所述面上來確定，方法是測量激光輻射 借助可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備聚焦到所述面上或所述面附近，其中，聚焦 的測量激光輻射的能量密度對于產(chǎn)生光學(xué)穿透來說太低了，以及測量 激光輻射的焦點位置在測量面上進行調(diào)整，其與所述面的期望位置相 交。
本發(fā)明還涉及一種材料加工裝置，具有加工激光器，其提供脈 沖的加工激光輻射；光學(xué)設(shè)備，用來這樣把加工激光輻射聚焦到待加 工的物體中或物體上，即在焦點上產(chǎn)生光學(xué)穿透；焦點調(diào)節(jié)設(shè)備，用 來可變化地在物體中或物體上調(diào)節(jié)焦點位置；接觸元件，其可固定在 所述裝置中，用來安放到物體上，其具有安放到物體上的接觸面和與 之相對的、用于加工激光輻射的進入面，它們分別具有己知的形狀；
以及控制設(shè)備，其用來在固定接觸元件之后和在對物體進行加工之前 確定進入面或接觸面的位置，其控制加工激光器和焦點調(diào)節(jié)設(shè)備，其 中，設(shè)置有同樣由控制設(shè)備控制的測量激光輻射源，用來發(fā)出測量激 光輻射，其測量激光輻射穿過焦點調(diào)節(jié)設(shè)備和光學(xué)設(shè)備，并在焦點上
不會產(chǎn)生光學(xué)穿透，其中，控制設(shè)備為確定面的位置，在測量面上調(diào) 節(jié)測量激光輻射的焦點，其與所述面的期望位置相交。
背景技術(shù)：
在進行材料加工時，經(jīng)常使用激光加工裝置，用于利用加工激光 光束來對物體的待加工區(qū)域進行掃描。激光光束的定位精確性在此通 常決定了在加工時達到的準確度。如果要把激光光束聚焦成加工體積， 則需要精確的三維定位。因此，對于高精度的加工，通常一定要把物 體固定在相對于激光加工裝置的精準限定的位置上。前面所述的接觸 元件用于這種用途，因為借助它可固定待加工的物體，從而限定的直 到加工體積的關(guān)系都可達到。此接觸元件因此成為加工激光輻射的光 束路徑的一部分。
這特別在對材料進行微加工時是必要的，該材料在加工用激光輻 射的光譜范圍內(nèi)只有很少的線性光學(xué)吸收。對于這種材料，通常充分 利用激光輻射和材料之間非線性的相互作用，大多以在高能量的激光 輻射的焦點上產(chǎn)生的光學(xué)穿透的方式。隨后因為加工作用只在激光光 束焦點上發(fā)生，因此精確三維地定位焦點的位置，是絕對必要的。因 此除了激光光束的二維偏轉(zhuǎn)外，還需要精確地調(diào)整焦點位置的深度。 接觸元件的作用是，恒定地且也以一定精度確保到物體的光束路徑中 的己知光學(xué)關(guān)系，方法是它把物體和激光加工裝置機械地耦合在一起， 而且賦予物體表面帶有已知的光學(xué)作用的形狀。
這種接觸鏡的典型應(yīng)用是已知為飛秒-準分子激光原位角膜磨鑲
術(shù)(LASIK)的眼部外科手術(shù)方法，其中構(gòu)成為治療儀器的激光加工裝 置將激光光束聚焦到角膜中微米數(shù)量級的焦點上。然后在焦點上產(chǎn)生 等離子(Plasma)，其作用于角膜組織的局部分離。通過適當?shù)匾来闻?列以這種方式產(chǎn)生的局部分離區(qū)域，來實現(xiàn)顯微切割，例如分離一定 體積的角膜部分。
接觸元件的位置決定了這種方法的精確性，因此在文獻中多次涉
及到有關(guān)位置確定方面的內(nèi)容由US 6.373.571已知一種設(shè)置有參考標記的接觸透鏡。這種接觸透 鏡借助單獨的測量設(shè)備來調(diào)節(jié)，從而需要相對昂貴的構(gòu)造。在EP1 159 986 A2中描述了接觸元件的另一實施例。它與US 6.373.571的接觸透鏡 相似，但還額外具有支撐物方式的、帶短線標記的邊緣，其可使外科 醫(yī)生進行視覺定位。但這通常是不精確的。
因為接觸元件通常會與待加工的物體接觸，因此大多要求為每個 物體使用一個合適的新適配器。這在進行眼外科手術(shù)方法時在消毒方 面是特別適用的。由此，每次在加工之前或在例如構(gòu)成治療儀器的激 光加工裝置中進行外科手術(shù)之前，都必須先固定接觸元件。為實現(xiàn)固 定，從WO 03/002008 Al中已知，接觸鏡保持在鉗子狀的、卡鎖在激光 加工裝置上的設(shè)備上。通過在軌道中引導(dǎo)的輪緣來實現(xiàn)此卡鎖。此適 配器橫向于光軸被形狀配合地推入。在DE 19831674 Al中描述了機械 耦合機構(gòu)的使用，其中金屬棒借助磁鐵或電磁鐵保持在套筒中，此金 屬棒以斜角固定在接觸鏡的框架上。但這種固定不能足夠精確地固定 接觸元件的位置。
由WO 05/039462 Al還已知，在接觸鏡上設(shè)置位置標記，并且共焦 的探測單元擴展有激光處理裝置，其與照射的測量激光輻射一起作用
可獲知標記的位置，并從而測定接觸鏡的位置。因此，這種精度(利 用其已知接觸鏡的位置)優(yōu)于通過固定機構(gòu)和接觸鏡的制造公差給出 的精度，所述固定機構(gòu)例如與在DE 10354025 Al中描述的一樣。
WO 04/032810 A2同樣是追求這一目標，即精確地確定接觸鏡的位 置。它描述了前面所述類型的方法或裝置。為了精確地測定接觸鏡的 接觸面的位置，所述接觸鏡壓在眼睛上。此出版物建議，充分利用處 理激光器對接觸面的作用。這樣來控制處理激光器，即它聚焦在許多 點上，并發(fā)出處理激光輻射脈沖。這種聚焦到接觸鏡的界面上的激光 光束脈沖通過非線性作用產(chǎn)生光學(xué)穿透，其表現(xiàn)為相應(yīng)的等離子閃光。 因此閃光的探測可以說明，界面位于處理激光光束的當前焦點位置上。測定足夠數(shù)量這種點則可用來測定接觸鏡的位置，所述點設(shè)置在例如 在與處理激光光束的光軸垂直的平面上。此出版物在可替代的附加部 分中建議，充分利用在接觸鏡上的非線性效果，其在處理激光光束脈 沖的很小能量時出現(xiàn)，也就是在不會引起光學(xué)穿透的能量中出現(xiàn)。這 種處于用于光學(xué)穿透的能量界限以下的非線性效果當然只會在特定的 接觸元件材料時才出現(xiàn)。此出版物提到了以照射的處理激光輻射或白 光輻射的第二諧波方式的非線性效果。測量或獲知這種輻射有很高的 色彩要求，因為必須探測到例如照射頻率的雙倍的輻射。這種光學(xué)系 統(tǒng)因此是耗費很大的。
所述的出版物在第三個附加部分中建議，借助干涉裝置來獲知接 觸鏡的接觸面的位置。但這樣產(chǎn)生的干涉樣式通常對未訓(xùn)練過的使用 者來說，不適合進行調(diào)節(jié)或考慮。它們只能非常困難地被自動評估。 就使用適應(yīng)性而言，對比的理念要么需要發(fā)射高能量的激光輻射，其 在接觸鏡的界面上產(chǎn)生光學(xué)穿透，這在輻射保護方面上是不利的，要 么規(guī)定接觸鏡材料，該接觸鏡材料顯示出對于加工激光輻射的非線性 效果。
對于接觸元件，安放在物體上的接觸面通常要以很高的精度制成。
因此WO 04/032810 A2所述的方法和裝置測定接觸面的位置，接觸面例 如可以是平的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，從接觸鏡的位置確定這一角度來改進前面所述 類型的方法或裝置。
按本發(fā)明，此目的通過對材料加工裝置進行準備的方法得以實現(xiàn)， 其中從測量激光輻射的焦點回散射或反射的輻射被共焦地探測，從共 焦探測的輻射和可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備的所屬設(shè)定可以測定測量面和進 入面或接觸面之間交點的位置，其中在必要的情況下，以改變的、特別是移動的測量面來多次重復(fù)上述的步驟，直到探測到一定數(shù)量的， 優(yōu)選五個交點，從交點的位置和進入面或接觸面的已知形狀來確定其 位置。
此目的通過前述類型的裝置進一步得以實現(xiàn)，該裝置中設(shè)置有共 焦的探測設(shè)備，其共焦地探測從測量激光輻射的焦點回散射或反射的 輻射，并把測量信號提供給控制設(shè)備，以及控制設(shè)備從測量信號測定 測量面和進入面或接觸面之間交點的位置，其中如果沒有交點或出現(xiàn) 的交點太少，則控制設(shè)備在必要時會改變、特別是移動測量面，并且 控制設(shè)備從交點的位置和進入面或接觸面的已知形狀來確定其位置。
為確定位置，當然要考慮接觸面。如果接觸元件在進入面和接觸 面之間的幾何形狀預(yù)先規(guī)定得足夠精確，當然也可以考慮確定進入面 的位置。特別是對于平的或球殼狀的接觸元件來說，進入面和接觸面 之間的幾何形狀通常在制造時可以設(shè)定到如此精確，使對這種接觸元 件也可以測定進入面的位置。它的優(yōu)點是，在通常不接觸的進入面上 存在明顯的折射率躍變，與接觸元件是否已經(jīng)安放在物體上無關(guān)。
本發(fā)明用來探測測量輻射和待獲知面(即進入面或接觸面)之間 的線性相互作用。激光輻射既不必聚集成達到光學(xué)穿透的能量密度， 接觸鏡的材料也不必顯示出與在用于光學(xué)穿透的能量界限以下的測量 激光輻射的非線性相互作用。此外，使用的光學(xué)裝置(例如物鏡)必 須只接收與處理輻射相同波長的輻射，這不會提出新的(色彩)要求。 此構(gòu)造也不會由于此探測任務(wù)更復(fù)雜和花費更大，這與現(xiàn)有技術(shù)不同。
按本發(fā)明的附加部分用于，確定接觸元件(在此也稱為接觸鏡) 的精確位置。因為接觸鏡的界面一般是彎曲的，它的形狀通常在坐標 系統(tǒng)中描述，此坐標系統(tǒng)與接觸鏡有關(guān)，在彎曲的接觸面時例如與彎 曲的頂點或其它標出的點有關(guān)。相反，材料加工器或用于材料加工的 裝置與參照此裝置自身的坐標系統(tǒng)相關(guān)地描述。確定接觸鏡的接觸面或進入面的精確位置可允許，接觸鏡或其面彎曲的坐標系統(tǒng)與所述裝 置或材料加工方法的坐標系統(tǒng)相匹配或協(xié)調(diào)，或者測定或注意兩個坐 標系統(tǒng)之間存在的偏差。
測量面這樣選擇，使它與接觸元件的待獲知面的期望位置相交。 期望的位置是已知的，因為在確定位置之前把接觸鏡固定在加工裝置 上。由于由此已知的幾何關(guān)系，待獲知面的位置期望所在的范圍通過 在固定時的公差和可能的變化被預(yù)先規(guī)定，所述變化可能在制造接觸 鏡時或在接觸鏡的不同類型時出現(xiàn)。
通過調(diào)整測量激光輻射在測量面上的焦點位置，可找到測量面和 待獲知的面之間的交點。共焦的探測在此允許，清楚地探測折射率躍 變，其在優(yōu)選在此位置上不接觸的接觸鏡的面上出現(xiàn)。如果調(diào)節(jié)測量 面上的焦點，如果焦點位于待獲知面和測量面之間的交點上，則總是 會出現(xiàn)折射率躍變，其在共焦的探測時會導(dǎo)致相應(yīng)的信號。
有利的是，回散射或反射的測量激光輻射的共焦探測充分利用， 在透明介質(zhì)的界面上回散射的共焦探測的發(fā)送輻射的份額明顯比透明 介質(zhì)內(nèi)部要高。共焦探測通過在此出現(xiàn)的空間過濾提供足夠的信號， 其強度基本與在接觸面上相鄰的介質(zhì)的折射率差異有關(guān)。折射率差異 也是例如對于從玻璃到空氣的過渡比對于從空氣到淚液的過渡要大。 因此，在把接觸元件安放到待加工的物體例如眼角膜上之前，在確定 接觸面的位置時優(yōu)選要獲知位置。在眼外科手術(shù)也是用淚液弄濕的情 況下，在把接觸元件安放到物體上之后，因為測量激光輻射的能量不 會產(chǎn)生加工效果，因此當然也可以測定此面的位置。
當然測量面不必完全由焦點調(diào)節(jié)來覆蓋。如果有足夠多的圓點， 也就是在測量面上有(足夠)密的軌跡曲線，則也完全夠了。待滿足 的條件是，為確定位置要找到足夠多的交點。如果需要的話，則要提 高測量面上的點數(shù)量。此外任意二維流形(Mannigfaltigkeit)對于測量面來說都是足夠的，其廣度(Ausdeh皿ng)是這樣的，即它與已知待 獲知的面的期望位置相交。
因此優(yōu)選的是，焦點位置沿著位于測量面上的軌跡曲線進行調(diào)節(jié)。 軌跡曲線應(yīng)該這樣選擇，即它與接觸鏡的所尋找的面相交，也就是包 含在測量面和處于所述面的期望位置中的所述面之間的共同點。如果 在彎曲的待獲知面中，軌跡曲線提供了至少五個可區(qū)別的在測量面和 待獲知面之間的交點，則通常也是足夠的。
在考慮進入面或接觸面的已知形狀的情況下，由交點的位置可測 定這些面的位置。這在非球形面的情況下還可確定系統(tǒng)的主光軸的傾 斜。
對于旋轉(zhuǎn)對稱的面來說，更少的交點就足夠了。對于這種通常使 用在球形彎曲的接觸元件的面來說，優(yōu)選的是，測量面圍繞著加工激 光光束的主光軸呈柱對稱，優(yōu)選具有柱狀外表面或圓盤的形狀。柱狀 外表面是特別有利的，因為示出了， z-坐標，也就是沿著加工激光光束 的主光軸的坐標，在接觸元件的固定和其制造公差方面承受特別大的 波動。如果把測量面構(gòu)成為柱狀外表面，則會有這樣的優(yōu)點，即在z-方向(沿著測量激光輻射或加工激光輻射的主光軸)可覆蓋住特別大 的范圍。在該柱狀外表面上的軌跡曲線可例如構(gòu)成為螺旋線。如果此 螺旋線的螺旋間距(Steigung)選擇得足夠小，則可確保具有足夠數(shù)量 的交點和(旋轉(zhuǎn)對稱的)待獲知面。如果需要，也就是在沒有出現(xiàn)足 夠的(如上所述的)交點，則可反復(fù)改變軌跡曲線。
如果測量激光輻射的功率提高，則面的探測當然更簡單。已經(jīng)在 約20 nJ的脈沖能量時達到最佳信噪比。特別是脈沖發(fā)出的測量激光輻 射的強度是這樣選擇的，即在焦點上不會產(chǎn)生光學(xué)穿透。因此對于脈 沖的測量激光輻射，脈沖能量優(yōu)選為300 nJ以下。此數(shù)值是上限，其不
應(yīng)該被超過，以便排除在接觸元件上的光學(xué)穿透或其它非線性加工效果。
通常還推薦使用盡可能低的測量激光輻射功率，以便使對使用者 或第三者的輻射負荷盡可能少。為此當然不僅僅是脈沖能量，還有相
關(guān)的脈沖頻率，因為二者共同確定用量。當脈沖頻率在50和500 kHz之 間時，10nJ、或甚至5 nJ的上限是有利的，因為在1.000nm和1.060nm
之間的普通波長時，由觀察者的晶狀體可聚焦到視網(wǎng)膜上的最大輻射 功率還處于非有害的范圍內(nèi)。
可通過光學(xué)穿透來實現(xiàn)在透明物體上的加工效果。但還可能的是， 這樣達到加工效果，即在一定緊湊的時間間隔內(nèi)，重復(fù)地將激光輻射 脈沖引入一定的體積單元中，該激光輻射脈沖處于用于光學(xué)穿透的界 限之下。此效果通常這樣來解釋，即激光輻射的脈沖能量EPULS在相 對較短的時伺內(nèi)可在體積中積聚并從而產(chǎn)生加工效果。為了避免這一 點，激光脈沖的數(shù)量在該體積的最大廣度內(nèi)應(yīng)該不超過一定的數(shù)量， 所述激光脈沖是作為測量激光輻射在少于20秒之內(nèi)發(fā)出的。如果用D來
表示軌跡曲線的最大廣度，用f來表示脈沖頻率，則由此得出不等式 f<20Hz*((D/EPULS)*(lnJ/lmm))4。如果觀察者可以察覺到(以相應(yīng)的 空間分辨率)測量激光輻射的光譜范圍，則最大廣度D在此是指軌跡曲 線的廣度，其中它對于觀察者來說是發(fā)光的物體。D應(yīng)該至少為lpm， 但不超過20mm。此大小是從所尋找的面的期望位置的可能偏差中產(chǎn)生 的。
所述的不等式還考慮到測量激光輻射不能超越的輻射負荷。因為 物體的最大廣度以四次冪進入這個不等式中，可通過適當?shù)剡x擇軌跡 曲線、特別是適當?shù)剡x擇它的橫向廣度來明顯降低。
為了提供對使用者或第三者的進一步的安全性，在確定位置時還 可應(yīng)用保護裝置，其盡可能地吸收透過接觸元件的測量激光輻射。例 如可在接觸元件上在與測量激光輻射的入射側(cè)相對的側(cè)上，安裝保護罩，其中為獲得接觸面上的折射率躍變，保護罩優(yōu)選不與接觸面相接 觸。這在消毒角度上也是有利的?？商娲蚋郊拥氖?，可使用覆蓋機 構(gòu)，其集成在加工裝置上并活動，例如擺入。
特別在激光外科手術(shù)中，經(jīng)常要使用不同的接觸元件，其在其進 入面和/或接觸面的幾何形狀方面是不同的。區(qū)分參數(shù)可例如是面的彎 曲或接觸元件的直徑。在加工材料或運行相應(yīng)的裝置時當然要注意， 實際具有哪種接觸元件，也就是哪種進入面或接觸面。在確定面的位 置時，沒有精確地已知其形狀。但知道，此面的形狀來自于一定的形 狀組，因為可能的接觸元件的庫存當然是有限的。相當重要是對于旋 轉(zhuǎn)對稱的接觸元件，但在任何情況下對于球形的面，面的頂點和面的 邊緣的相互位置可給出明確的下述結(jié)論，即實際固定在所述裝置中的 接觸元件具有來自有限的面組中的哪個面。因此優(yōu)選的是，測定彎曲 面的頂點的位置和面的邊緣的位置，和從這些結(jié)構(gòu)的間隔或相互位置 確定，存在哪個接觸元件或哪個接觸面。此確定還可包括測定彎曲半 徑。
如同已提到的一樣，前面所述的目的也通過相應(yīng)的裝置來實現(xiàn)。 就前述或后述的方法步驟而言，該方法步驟在對這樣的裝置進行準備 時實施，這種方法步驟在所述裝置中自動通過相應(yīng)的控制器來控制實 施。不需要進行處理的人員的參與作用。特別的是，此方法可完全自 動地通過調(diào)用此裝置的控制程序中的相應(yīng)程序來實施。這也以同樣的 方式適用于這樣的變動方案，其中待加工的物體還沒有緊貼在接觸元 件上，也適用于這樣的變動方案，其中接觸元件己經(jīng)安放到物體上。 因為測量激光輻射通常沒有加工作用(見上)，所以即使按本發(fā)明的 方法與眼科手術(shù)一起使用，按本發(fā)明的方法也不是治療或診斷性質(zhì)的。
當然，在此前面或后面描述的構(gòu)造和特征也可單獨地或以其它沒 有明確示出的組合被有利地使用。


下面還參照附圖示例性地詳細描述了本發(fā)明。其中 圖l用于材料加工的、以用于眼科手術(shù)的處理裝置形式的裝置的 示意視圖2接觸鏡的放大示意視圖，其使用在附圖l的裝置中；
圖3圖2的接觸鏡的另一放大視圖，其中還額外標上了測量面的位 置，借助它來確定接觸鏡的下側(cè)的位置；
圖4用來說明確定位置的示意視圖，其中此示意視圖相當于圖3從 下方看的部分視圖；和
圖5另一可能的測量面和位于其內(nèi)的軌跡曲線的示意視圖，用來 確定接觸鏡在圖l的裝置上的位置。
具體實施例方式
圖l示出了一種用于眼科手術(shù)方法的處理裝置，其與EP 1159986 A1或US 5549632所描述的方法相似。處理裝置l用于，按已知的LASIK 方法或類似的方法在病人的眼睛2上實施視力缺陷矯正術(shù)。為此處理裝 置1具有處理激光器3，其發(fā)出脈沖的激光輻射。在此脈沖持續(xù)時間例 如在飛秒范圍內(nèi)，并且激光輻射借助非線性的光學(xué)效果以開頭所述的 方式和方法在角膜中起作用，方法是例如在角膜中產(chǎn)生光學(xué)穿透。
在此由激光器3發(fā)出的激光光束4落到掃描儀6上，其在所述的示意 實施例中通過兩個掃描鏡來實現(xiàn)，它們可圍繞著相互垂直的軸線來旋 轉(zhuǎn)。掃描儀6使激光光束二維偏轉(zhuǎn)。也就是在掃描儀6以及設(shè)置在其后 的掃描光學(xué)裝置7后存在光束扇(Stahlfacher) 8，其相對于入射方向的 主光軸依賴掃描儀6的位置以一定的角度偏移。在通過給使用者創(chuàng)造了 光學(xué)取景的分光器9轉(zhuǎn)向后，光束扇通過鏡筒透鏡10以及可調(diào)節(jié)的鏡頭 ll集束到一個焦點，該焦點位于眼睛2的前節(jié)段例如角膜18中。對于光 束扇的每個光束，也就是對于掃描儀6的每個位置，可實現(xiàn)焦點相對于 不偏移的掃描儀上存在的主光軸的相應(yīng)側(cè)向移動?？烧{(diào)節(jié)的鏡頭11與鏡筒透鏡10 —起實現(xiàn)了投影光學(xué)裝置，其可實 現(xiàn)焦點沿著主光軸，也就是在所謂的Z-方向上的移動。鏡頭ll和掃描儀 6的結(jié)合因此是指在三維上起作用的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備。此焦點調(diào)節(jié)設(shè)備由
控制設(shè)備17來控制，從而由此可利用裝置1來實施例如已知的LASIK方法。
如前面已提到的一樣，為了達到到角膜18上的必要恒定的入射關(guān) 系，并還在空間上對它進行固定，接觸鏡19安放到角膜18上，對此隨 后還會提到。
此處理裝置l如在WO 2004/032810 A2中對其描述的那樣與已知的
構(gòu)造方式相一致。但相對于在那里所描述的設(shè)備，處理裝置l擴展有共 焦的探測器12。共焦的探測器12在入射的激光光束4通過掃描儀6偏轉(zhuǎn) 之前，通過分光器13接入到入射的激光光束4的光束路徑中。分光器13 也位于靜止(ruhend)的光束路徑中并具有從激光掃描顯微技術(shù)中已知 的分色器的作用，其中，在此還可能有非光譜的分離器作用。
共焦的探測器12探測輻射(在角膜18中也就是在焦點上回散射或 反射的輻射)，并在分光器13上將它們拆分開來，所述焦點是由三維 起作用的焦點調(diào)節(jié)裝置選出的。待探測的輻射在相反的方向上，穿過 激光光束4從焦點一直到分光器13的光束路徑。
針孔光學(xué)裝置14和設(shè)置在后面的針孔15起到期望的關(guān)于在角膜18 中焦點的共焦過濾的作用，從而只有從焦點中回散射或反射的輻射來 到另外的設(shè)置在后面的探測器16中。它同樣通過(未示出)的導(dǎo)線與 控制設(shè)備17相連，借助三維焦點調(diào)節(jié)裝置(掃描儀6和鏡頭11)的相應(yīng) 控制，此控制設(shè)備把探測器16的信號分配給各個焦點位置，并因此可 產(chǎn)生圖像。
作為剖視2示意放大地示出了在圖1的裝置1中使用的接觸鏡
1619。如同可看到的一樣，它具有平的進入面30和接觸面20，接觸面20 在實施例中是旋轉(zhuǎn)對稱的，但通常是平坦的或彎曲的。如同從WO 2004/032810 A2中已知的一樣，也可以使用平坦的接觸鏡。進入面30 也可以是彎曲的。在圖2中示出的旋轉(zhuǎn)對稱的接觸鏡19具有用于接觸面 20的頂點21，其在旋轉(zhuǎn)對稱的接觸面20中定義為接觸鏡19的光軸穿過 接觸面20的穿透點。當然在具有彎曲的進入面30的接觸鏡19中，這里 (也)可以有頂點。但下面以圖2的構(gòu)造方式進行示范。
如圖3所示，通常在坐標系統(tǒng)(例如柱坐標或球坐標)中描述接觸 面20的彎曲，坐標系統(tǒng)與頂點21有關(guān)。在圖3中示意標出了此坐標系統(tǒng)， 并具有附圖標記25。
例如借助如在WO 05/048895 Al中描述的機械裝置，把接觸鏡19 固定在處理裝置l上后，接觸鏡19 (并且進而它的接觸面20)具有相對 于處理裝置l固定的空間位置，其當然具有公差。
在處理裝置l中，焦點的三維調(diào)節(jié)是在坐標系統(tǒng)24中進行的，坐標 系統(tǒng)24與處理裝置1的在工作對存在的要素中的一個有關(guān)，通常與掃描 儀6或接觸鏡的接觸面有關(guān)。在圖3中示意示出了這種坐標系統(tǒng)24。它 通常不與坐標系統(tǒng)25重合，在坐標系統(tǒng)25中描述接觸鏡彎曲。這在于，
由于在固定接觸鏡l卯寸不可避免的公差，以及由于接觸鏡的制造公差， 入射的激光輻射的主光軸22可以規(guī)律地在側(cè)向上相對于接觸鏡19的光 軸或接觸鏡19的頂點21移動和/或傾斜。關(guān)于頂點21在z-方向上的，也 就是沿著主光軸22的位置方面，規(guī)律地存在著一定的不確定性，因為 特別是在制造技術(shù)上給接觸鏡19的中心厚度提供很小的公差非常費 力。
為了確定(處理裝置l的)坐標系統(tǒng)24和(接觸鏡19的)坐標系統(tǒng) 25之間的偏差，發(fā)射測量激光輻射通過處理裝置l的光束路徑。在此符 合目的的是，處理激光器3作為用于測量激光輻射的輻射源，因為處理激光器3在前面的實施例中可在工作狀態(tài)下被控制，在該工作狀態(tài)中它 可發(fā)出具有脈沖能量的脈沖激光輻射，其在焦點上，也就是在穿過處 理裝置l的光學(xué)裝置后，不會在焦點上產(chǎn)生非線性的相互作用、特別是 沒有光學(xué)穿透。合適的減弱器同樣可能。當然也可以為測量激光輻射 使用獨立的輻射源。當然重要的是，測量激光輻射具有足夠精確的相 對于坐標系統(tǒng)24的關(guān)系。如果測量激光輻射同樣穿過焦點調(diào)節(jié)裝置，
也就是掃描儀6、鏡筒透鏡10和鏡頭11，也就是在所述裝置的坐標系統(tǒng) 24中被調(diào)節(jié)，則可以特別簡單地確保這一點。只有這樣才可以足夠精 確地確定兩個坐標系統(tǒng)之間的偏差。
現(xiàn)在沿著位于測量面23中的軌跡曲線來調(diào)節(jié)以低能量的激光光束 4形式的測量激光輻射。測量面23的位置在此這樣選擇，即它與接觸面 20的期望位置相交。在圖3中示出的實施例中，選出了測量面23，其以 坐標系統(tǒng)24的柱坐標來描述位于恒定的z-坐標上。測量面23也是與主光 軸22垂直的面。這個實施例的測量面23中的軌跡曲線的坐標在其徑向 或者說角度坐標方面是不同的，但具有恒定的z-坐標。測量面23和接觸 面20之間的相交量是閉合的軌跡曲線，其在這里存在的球狀彎曲的接 觸面20的情況下是圓形的，因為未包含中心點的球形相交處規(guī)律地形 成小圓。這個小圓現(xiàn)在相對于主光軸22移動。
在圖4中可以很好地識別所述移動，圖3從下方看的視圖示出了所 述移動。從所述移動以及小圓的半徑，其在圖4中以相交線26的形式標 出，可輕易地計算出坐標系統(tǒng)25的移動。這不僅適用于球形的接觸面， 而且還完全普遍地適用于旋轉(zhuǎn)對稱的接觸面，只要接觸面的形狀是已 知的。在球形的接觸面20的情況下，小圓的中心的徑向和角度坐標自 動是頂點21相應(yīng)的側(cè)向坐標，交點26位于所述小圓上。由測量面23的2-坐標Zk、以及由接觸面23的彎曲半徑R和提到的小圓的半徑r，通過等 式Za = Zk+R-(R2-r2)"2來得出z-坐標Za。
在圖3和4中，對于已提到的參數(shù)/結(jié)構(gòu)附加地還標出了接觸面20的邊緣27。在沿著主光軸22來適當移動測量面23時，同樣也可探測到此 邊緣27。為此只須使用一群測量面23,以找到邊緣27。也可以在接觸 面20是從一組可能的接觸面中選出來的情況下，例如由頂點21和邊緣 27的徑向坐標來確定當前存在的那個接觸面20。專業(yè)人員為此例如可 利用頂點21和邊緣27之間徑向坐標上的區(qū)別。確定來自已知的組的哪 個接觸面存在后，可高精度地進行已提及的坐標系統(tǒng)25和24之間的平 衡，而不必事先準確地知道，來自一組可能的接觸鏡的接觸鏡19中的 哪一個實際固定在裝置l上。
圖5示出了另一實施例，其中使用了另一測量面23。半徑在坐標 系統(tǒng)24的柱坐標中是恒定的，這對于測量面23的所有點都適用。測 量面23是柱狀外表面。位于此外表面上的軌跡曲線可例如構(gòu)成為螺旋 線29。界面20具有與測量面23的交點26 (為更簡單地描述圖5而沒 有示出交點26)，交點26又位于閉合的軌跡曲線上。在此對于專業(yè)人 員來說，確定接觸面20的位置是簡單的，特別是可以在球形接觸面時 應(yīng)用簡單的解析解。
權(quán)利要求
1. 用于對裝置(1)進行準備的方法，用于通過在物體(18)內(nèi)或在物體(18)上產(chǎn)生光學(xué)穿透來進行材料加工，所述裝置具有可變的、三維起作用的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)，用于把脈沖的加工激光輻射(4)聚焦到在所述物體(18)內(nèi)或上的不同位置上，其中-在所述裝置上固定有對所述加工激光輻射(4)透明的、待放到所述物體(18)上的接觸元件(19)，所述接觸元件在其放到所述物體(2)上的側(cè)上具有面(20)，并具有與所述面相對的用于所述加工激光輻射的進入面，所述面和所述進入面分別具有已知的形狀，-在對所述物體(18)進行加工之前，所述進入面或所述接觸面(20、30)關(guān)于所述焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)的位置借助所述激光輻射(4)照射到所述面上來確定，方法是通過測量激光輻射(4)借助所述可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)聚焦到所述面(20、30)上或所述面(20、30)附近，其中，聚焦的所述測量激光輻射(3)的能量密度對于產(chǎn)生光學(xué)穿透來說太低了，以及所述測量激光輻射(4)的焦點在測量面(23)上進行調(diào)整，所述測量面(23)與所述面(20、30)的期望位置相交，其特征在于，a)從所述測量激光輻射(4)的所述焦點回散射或反射的輻射被共焦探測；b)從所述被共焦探測的輻射和所述可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)的所屬設(shè)定，來測定所述測量面(23)和所述面(20、30)之間交點(26)的位置，其中，必要時以改變的、特別是移動的測量面(23)來多次重復(fù)步驟a)，直到探測到一定數(shù)量的，優(yōu)選五個交點(26)；c)從所述交點(26)的所述位置和所述面(20、30)的已知形狀來確定所述面的位置。
2. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述面(20、 30)是 非球形的，并且還考慮所述面(20)相對于光軸的傾斜地來確定所述位置。
3. 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，沿著位于所述測量面(23)上的軌跡曲線(28)來調(diào)節(jié)焦點位置。
4. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，所述測量 面(23)是相對于所述加工激光光束(4)的主光軸(22)柱對稱的， 優(yōu)選具有柱狀外表面或圓盤的形狀。
5. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，所述測量 激光輻射(4)以脈沖能量EPULS《300 nJ來脈沖。
6. 按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，使用位于所述測量面 (23)上的軌跡曲線(28)，所述軌跡曲線具有最大的廣度D，對其脈沖頻率f適用的是f < 20Hz *((D/EPULS) * (lnJ/lmm))4。
7. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，使用位于 所述測量面(23)上的軌跡曲線(28),所述軌跡曲線具有最大的廣 度D，所述最大的廣度D位于liim和15mm之間。
8. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，由也為產(chǎn) 生所述加工激光輻射而設(shè)置的、脈沖的激光輻射源(3)提供所述測量 激光輻射(4)，方法是將所述光束源(3)控制到具有降低的脈沖 能量的工作中，或在所述加工激光輻射(4)的光束路徑中啟動或應(yīng)用 減能器。
9. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，在把所述 接觸元件(19)相對于所述焦點調(diào)節(jié)設(shè)備固定后，但在把所述接觸元 件(19)安放到所述物體(18)上之前，實施權(quán)利要求l的所述步驟a)<formula>formula see original document page 4</formula>
10. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，在所述測量激光輻射(4)照射時，覆蓋所述接觸面(20)，優(yōu)選不接觸地覆 蓋所述接觸面(20)。
11. 按上面的權(quán)利要求之任一所述的方法，其特征在于，對于彎 曲的面(20、 30)，所述面(20、 30)的頂點(21)的位置被測定， 并作為參照點準備好用于隨后的材料加工。
12. 按權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，所述面(20、 30) 的所述形狀由此已知，即確定一組多個不同的、分別以其精確幾何 形狀已知的形狀，所述面(20、 30)的所述形狀來自所述組中，測定 面邊緣(27)的位置，并從邊緣和頂點(21)的相對位置測定所述組 中的、所述面(20、 30)具有的那個形狀。
13. 材料加工裝置，具有-加工激光器(3)，其提供脈沖的加工激光輻射(4);.-光學(xué)設(shè)備(5、 10)，用于這樣把所述加工激光輻射(4)聚焦 到待加工的物體(18)中或上，即在焦點上產(chǎn)生光學(xué)穿透；-焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、 11)，用于在所述物體(18)中或上可變地 調(diào)節(jié)焦點位置；-接觸元件(19)，能固定在所述裝置(1)中，用于安放到所述 物體(18)上，所述接觸元件具有待安放到所述物體(18)上的面(20) 和與所述面對置的、用于所述加工激光輻射的進入面，所述面和所述 進入面分別具有已知的形狀；以及-控制設(shè)備(17)，用于在固定所述接觸元件(19)之后且在對 所述物體(18)進行加工之前確定所述進入面或接觸面(20、 30)的 位置，所述控制設(shè)備控制所述加工激光器(3)和所述焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、 11)，其中-設(shè)置有同樣由所述控制設(shè)備(17)控制的測量激光輻射源(3)， 用于發(fā)出測量激光輻射(4)，所述測量激光輻射源的測量激光輻射(4) 穿過所述焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、 11)和所述光學(xué)設(shè)備(5、 10)，并在所 述焦點上不產(chǎn)生光學(xué)穿透，其中，所述控制設(shè)備(17)為確定所述面 (20、 30)的所述位置，在測量面(23)上調(diào)節(jié)所述測量激光輻射(4) 的焦點，所述測量面與所述面(20、 30)的期望位置相交，其特征在于，-設(shè)置有共焦的探測設(shè)備(12)，所述探測設(shè)備共焦地探測從所 述測量激光輻射(4)的所述焦點回散射或反射的輻射，并把測量信號 提供給所述控制設(shè)備(17);以及-所述控制設(shè)備(17)由所述測量信號測定測量面(23)和面(20、 30)之間的交點(26)的位置，其中，如果交點沒有出現(xiàn)或出現(xiàn)得太 少，則所述控制設(shè)備(17)在必要時改變所述測量面，特別是移動所 述測量面，以及所述控制設(shè)備(17)由所述交點(26)的所述位置和 所述面(20、 30)的所述已知形狀確定所述面的位置(19)。
14. 按權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述控制設(shè)備(17) 控制所述裝置(1)，用于實施按上面方法權(quán)利要求中的一個或多個所 述的方法中的一個。
15. 按上面的裝置權(quán)利要求之任一所述的裝置，其特征在于在所 述接觸面(20)上覆蓋所述接觸元件(19)的覆蓋機構(gòu)，用于吸收透 過的測量激光輻射(4)。
16. 按上面的裝置權(quán)利要求之任一所述的裝置，其特征在于，所 述測量激光輻射(4)是脈沖的且脈沖能量位于2nJ和300nJ之間。
17. 按上面的裝置權(quán)利要求之任一所述的裝置，其特征在于，所 述測量激光輻射源通過被控制到發(fā)出低能量的激光輻射脈沖的工作模 式下的加工激光輻射源(3)來實現(xiàn)。
全文摘要
描述了對裝置(1)進行準備的方法，用于通過在物體(18)內(nèi)或在物體上產(chǎn)生光學(xué)穿透來進行材料加工，裝置具有可變的、三維起作用的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)，用于把脈沖的加工激光輻射(4)聚焦到在物體(18)內(nèi)或在物體上的不同位置上，其中，在裝置上固定有對加工激光輻射(4)透明的、放到物體(18)上的接觸元件(19)，接觸元件在其待放到物體(2)上的側(cè)上具有已知形狀的彎曲的接觸面(20)，在對物體(18)進行加工之前，借助激光輻射(4)照射到接觸面上來確定接觸面(20)關(guān)于焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)的位置，方法是測量激光輻射(4)借助可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)聚焦到接觸面(20)上或接觸面附近，其中，聚焦的測量激光輻射(3)的能量密度對于產(chǎn)生光學(xué)穿透來說太低了，以及測量激光輻射(4)的焦點位置在測量面(23)上進行調(diào)整，測量面(23)與接觸面(20)的期望位置相交，其中，從測量激光輻射(4)的焦點回散射或反射的輻射被共焦地探測，從共焦探測的輻射和可變的焦點調(diào)節(jié)設(shè)備(6、11)的所屬設(shè)定測定測量面(23)和接觸面(20)之間交點(26)的位置，其中，必要時以改變的、特別是移動的測量面(23)來多次重復(fù)上面的步驟，直到探測到一定數(shù)量的，優(yōu)選五個交點(26)，從交點(26)的位置和接觸面(20)的已知形狀來確定接觸面(20)的位置。
文檔編號A61F9/01GK101511523SQ200780032819
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者格雷戈爾·施托布拉瓦, 馬克·比朔夫 申請人:卡爾蔡司醫(yī)療技術(shù)股份公司