测定激光束光斑特性的方法和设备技术

一种测定激光束光斑（２０）尺寸的方法，包括：使激光束（１８）沿扫过参考刀口（３０）的路径扫描，该参考刀口有一光电检测器（４０）位于其后；和测量光电检测器（４０）在扫描期间的输出信号，该输出信号与扫描期间入射光电检测器（４０）的激光束光斑（２０）面积对应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测定激光束特性的校准技术，特别是用于激光眼外科手术系统。更具体说，本专利技术提供测定激光束光斑在靶上的大小和/或位置的装置、系统、和方法，并为产生、验证、或调整烧蚀算法，提供输入，该算法供设计一再雕刻过程使用。在结合激光眼外科手术系统使用时，本专利技术能够帮助测定传送至病人角膜上的激光束光斑图形，还能够用于校准激光束传送系统。
技术介绍
当进行激光眼外科手术时，例如用折光的激光束系统，烧蚀病人角膜上的靶区时，能对入射角膜的激光束光斑尺寸，有精确的信息，是十分有利的。对需要的光斑大小和形状的偏差，例如因激光束光斑直径的增加或减小，或因光斑呈现椭圆形或不对称形状，可使每一激光脉冲在病人角膜不需要烧蚀的地方，把组织烧蚀，导致该再雕刻不理想。激光光斑位置的不精确，可能导致偏离中心的烧蚀。
技术实现思路
本专利技术提供测定激光束光斑特性的方法和设备，该特性通常包括激光束光斑的强度、大小、和/或位置。本专利技术的一个优点，是能与激光眼外科手术系统一起使用，能够在用该激光束光斑烧蚀病人角膜某一区域之前或同时，精确测定激光束光斑的大小(包括其直径、面积、和偏心率)。在本专利技术的优选方法中，令激光束沿扫过一参考刀口(最好包括刀口)的路径扫描，把光电检测器置于参考刀口后面，扫描期间，激光束最好基本上始终沿垂直于参考刀口平面的光路。激光束扫描期间在时间上的各瞬间，光电检测器产生的输出信号，与实际入射该光电检测器的激光束(就是没有被参考刀口阻挡)的百分比对应。对能量均匀分布的光束，入射光电检测器的激光束能量的百分比，与入射光电检测器的激光束光斑面积对应。通过扫描期间测量光电检测器输出信号的特性，本专利技术提供的系统能测定激光束光斑的大小和形状，以及激光束的强度。在某些优选方面，是用计算机根据光电检测器的输出信号，计算激光束的强度和形状曲线的。如上所述，光电检测器产生的输出信号，与入射其上的激光束光斑面积的大小对应。因此，当激光束全部入射参考刀口上时(即当激光束被参考刀口阻挡，不能到达光电检测器时)，该光电检测器将不产生输出信号，或产生只因噪声的最小输出信号。相反，当激光束光斑已经完全扫过参考刀口，全部入射光电检测器上时，光电检测器将产生最大的输出信号。入射光电检测器的激光束光斑面积越大，光电检测器产生的输出信号越强。因此，本专利技术的一个优选方面是，激光束的强度由测量光电检测器的最大输出信号测定，此时激光束光斑全部入射光电检测器上，且不被参考刀口阻挡。本专利技术的另一个优选方面，在于激光束光斑的总面积，是在该激光束在参考刀口上扫描期间，对代表光电检测器输出信号强度的曲线进行积分而测定的。本专利技术的再一个优选方面，在于激光束光斑的中心位置，是在扫描期间，用光电检测器的输出信号达到其最大输出信号的一半来测定的，因而指示激光束光斑正好定位在参考刀口上(激光束光斑一半入射光电检测器而另一入射光电检测器的激光束光斑面积越大，光电检测器产生的输出信号越强。因此，本专利技术的一个优选方面是，激光束的强度由测量光电检测器的最大输出信号测定，此时激光束光斑全部入射光电检测器上，且不被参考刀口阻挡。本专利技术的另一个优选方面，在于激光束光斑的总面积，是在该激光束在参考刀口上扫描期间，对代表光电检测器输出信号强度的曲线进行积分而测定的。本专利技术的再一个优选方面，在于激光束光斑的中心位置，是在扫描期间，用光电检测器的输出信号达到其最大输出信号的一半来测定的，因而指示激光束光斑正好定位在参考刀口上(激光束光斑一半入射光电检测器而另一半激光束光斑则入射参考刀口上)。本专利技术的另一个优选方面，在于激光束光斑沿扫描路径方向的宽度，是由激光束光斑的前沿和后沿位置的定位来测定，从而测定两者之间的间隔。在本专利技术的本方面，激光束光斑前沿的定位，由光电检测器开始发送输出信号而测定(指示激光束光斑前沿首先越过参考刀口，入射光电检测器上)。激光束光斑后沿的定位，由光电检测器的输出信号达到最大来测定(指示激光束光斑不被参考刀口阻挡，从而全部入射光电检测器上)。在时间上测定激光束光斑前沿和后沿如上述扫过参考刀口的瞬间之后，可以根据激光束扫过参考刀口的速度，计算激光束光斑沿扫描方向的宽度。本专利技术的另一个优选方面，在于激光束光斑沿扫描路径方向的宽度，是由激光束光斑的前沿和后沿位置的定位来测定，从而测定两者之间的间隔。在本专利技术的本方面，激光束光斑前沿的定位，由光电检测器开始发送输出信号而测定(指示激光束光斑前沿首先越过参考刀口，入射光电检测器上)。激光束光斑后沿的定位，由光电检测器的输出信号达到最大来测定(指示激光束光斑不被参考刀口阻挡，从而全部入射光电检测器上)。在时间上测定激光束光斑前沿和后沿如上述扫过参考刀口的瞬间之后，可以根据激光束扫过参考刀口的速度，计算激光束光斑沿扫描方向的宽度。在本专利技术的其他方面，通过扫描期间测量伸出信号变化率或变化率的对称性，可以发现激光束光斑的非对称性和偏心率。本专利技术的又一其他方面，是测定激光束光斑在两个彼此垂直方向上的大小、形状、和位置。在本专利技术的本方面中，扫描最好沿两条垂直的路径进行，首先沿垂直于参考刀口的方向，其次沿参考刀口方向。在本专利技术的本方面中，或者用单个光电检测器，或者用两个分开的光电检测器，放在参考刀口后面，通过测量光电检测器的输出信号，测定激光束光斑沿两个垂直方向的的大小、形状、和位置。本专利技术本方面的优点，是能够检测光束光斑的非对称性(即光束光斑的不规则形状)以及光束光斑的偏心率(即光束光斑伸长成椭圆形)。在本专利技术各优选方面中，该光电检测器是一种体效应装置。因此，本专利技术的优点是不需要更复杂和更昂贵的成像检测器。本专利技术还提供校准扫描激光束传送系统的方法。这些方法包括把校准工具在靶位置上定位；把激光束引导至该工具；用该工具探测激光束；和响应探测的激光束而调整该系统。在各个不同方面中，激光束都能够在该工具与病人角膜之间反复地再定向(例如，通过检流计反射镜)。于是，在测定光束的大小、形状、和/或位置之后，能把激光束照在角膜上的已知位置。或者，把该工具反复地插入和移出激光束光源与病人角膜之间的光束光路。于是，能够反复地把该对准工具移出靶位置，对病人角膜进行再雕刻，然后在对角膜再雕刻后，放回靶位置。不论用该两种方式中哪一种，都可以对激光束的强度和形状特性进行反复测量，以及对激光束的瞄准进行反复的再校准，因而在烧蚀病人角膜时能确保精确的位置精度。本专利技术的更进一步方面，在于激光束可以分束，把光束的第一部分引导至测量/对准工具，而把第二部分引导至病人的角膜，于是能够获得激光束光斑的形状和强度特性的实时测量和/或激光束传送系统的实时对准。不论该工具的定位，该校准工具经常提供指示光束光斑大小、能量分布、和/或位置的信号。可以用这些信号来调整光束传送系统设计的烧蚀方案。具体说，使用探测的信息，能够修订计算位置和发射数的算法，从而增加再雕刻过程的精度。在每一烧蚀过程之前和/或之中，可以立刻用该校准信息来调整烧蚀算法。在本专利技术的其他方面，测量/对准工具包括一靶，该靶响应入射其上的激光而发出荧光。在本专利技术的第二实施例中，操作员观察靶屏上该荧光光斑位置的同时，引导靶屏上的激光。该种观察最好通过系统显微镜完成。光束传送系统利用瞄准光学装置来对准，该瞄准光学装置可以包括十字线分划板，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定激光束特性的方法，包括： 使激光束沿扫过参考刀口的路径扫描，该参考刀口后面有一光电检测器；和 测量光电检测器在扫描期间的输出信号，该输出信号与扫描期间入射光电检测器的激光束面积对应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金曼伊，特兰斯N克拉彭，
申请(专利权)人：维思克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]