使用透明的接触元件进行材料加工的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了对装置进行准备的方法及材料加工装置，以通过在物体内或之上产生光学穿透来加工材料。装置具有可变、三维起作用的焦点调节设备，以把脉冲的加工激光辐射聚焦到物体内或之上的不同位置。装置上固定有对加工激光辐射透明的、物体上的接触元件，其在放到物体上的侧具有已知形状的弯曲接触面。在加工物体之前，借助激光辐射照射到接触面上确定接触面关于焦点调节设备的位置，即测量激光辐射借助焦点调节设备聚焦到接触面上或附近，且在测量面上调整测量激光辐射的焦点位置，测量面与接触面的期望位置相交，从交点的位置和接触面的已知形状来确定接触面的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对装置进行准备的方法，用于通过在物体内或在物体上产生光学穿透来进行材料加工，此装置具有可变的、三维起作用的焦点调节设备，用于把脉冲的加工激光辐射聚焦到在物体内或在物体上的不同位置上，其中，在此装置上固定有对加工激光辐射透明的、放到物体上的接触元件，此接触元件在它放到物体上的侧上具有接触面，并具有与之相对的用于加工激光辐射的进入面，它们分别具有已知的形状，在对物体进行加工之前，进入面或接触面关于焦点调节设备的位置借助激光辐射照射到所述面上来确定，方法是测量激光辐射借助可变的焦点调节设备聚焦到所述面上或所述面附近，其中，聚焦的测量激光辐射的能量密度对于产生光学穿透来说太低了，以及测量激光辐射的焦点位置在测量面上进行调整，其与所述面的期望位置相交。 本专利技术还涉及一种材料加工装置，具有加工激光器，其提供脉冲的加工激光辐射；光学设备，用来这样把加工激光辐射聚焦到待加工的物体中或物体上，即在焦点上产生光学穿透；焦点调节设备，用来可变化地在物体中或物体上调节焦点位置；接触元件，其可固定在所述装置中，用来安放到物体上，其具有安放到物体上的接触面和与之相对的、用于加工激光辐射的进入面，它们分别具有已知的形状；以及控制设备，其用来在固定接触元件之后和在对物体进行加工之前确定进入面或接触面的位置，其控制加工激光器和焦点调节设备，其中，设置有同样由控制设备控制的测量激光辐射源，用来发出测量激光辐射，其测量激光辐射穿过焦点调节设备和光学设备，并在焦点上不会产生光学穿透，其中，控制设备为确定面的位置，在测量面上调节测量激光辐射的焦点，其与所述面的期望位置相交。
技术介绍
在进行材料加工时，经常使用激光加工装置，用于利用加工激光光束来对物体的待加工区域进行扫描。激光光束的定位精确性在此通常决定了在加工时达到的准确度。如果要把激光光束聚焦成加工体积，则需要精确的三维定位。因此，对于高精度的加工，通常一定要把物体固定在相对于激光加工装置的精准限定的位置上。前面所述的接触元件用于这种用途，因为借助它可固定待加工的物体，从而限定的直到加工体积的关系都可达到。此接触元件因此成为加工激光辐射的光束路径的一部分。这特别在对材料进行微加工时是必要的，该材料在加工用激光辐射的光谱范围内只有很少的线性光学吸收。对于这种材料，通常充分利用激光辐射和材料之间非线性的相互作用，大多以在高能量的激光辐射的焦点上产生的光学穿透的方式。随后因为加工作用只在激光光束焦点上发生，因此精确三维地定位焦点的位置，是绝对必要的。因此除了激光光束的二维偏转外，还需要精确地调整焦点位置的深度。接触元件的作用是，恒定地且也以一定精度确保到物体的光束路径中的已知光学关系，方法是它把物体和激光加工装置机械地耦合在一起，而且赋予物体表面带有已知的光学作用的形状。这种接触镜的典型应用是已知为飞秒-准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)的眼部外科手术方法，其中构成为治疗仪器的激光加工装置将激光光束聚焦到角膜中微米数量级的焦点上。然后在焦点上产生等离子(Plasma)，其作用于角膜组织的局部分离。通过适当地依次排列以这种方式产生的局部分离区域，来实现显微切割，例如分离一定体积的角膜部分。接触元件的位置决定了这种方法的精确性，因此在文献中多次涉及到有关位置确定方面的内容由US 6.373.571已知一种设置有参考标记的接触透镜。这种接触透镜借助单独的测量设备来调节，从而需要相对昂贵的构造。在EP I 159986 A2中描述了接触元件的另 一实施例。它与US 6. 373. 571的接触透镜相似，但还额外具有支撑物方式的、带短线标记的边缘，其可使外科医生进行视觉定位。但这通常是不精确的。因为接触元件通常会与待加工的物体接触，因此大多要求为每个物体使用一个合适的新适配器。这在进行眼外科手术方法时在消毒方面是特别适用的。由此，每次在加工之前或在例如构成治疗仪器的激光加工装置中进行外科手术之前，都必须先固定接触元件。为实现固定，从WO 03/002008 Al中已知，接触镜保持在钳子状的、卡锁在激光加工装置上的设备上。通过在轨道中引导的轮缘来实现此卡锁。此适配器横向于光轴被形状配合地推入。在DE 19831674 Al中描述了机械稱合机构的使用,其中金属棒借助磁铁或电磁铁保持在套筒中，此金属棒以斜角固定在接触镜的框架上。但这种固定不能足够精确地固定接触元件的位置。由WO 05/039462 Al还已知，在接触镜上设置位置标记，并且共焦的探测单元扩展有激光处理装置，其与照射的测量激光辐射一起作用可获知标记的位置，并从而测定接触镜的位置。因此，这种精度(利用其已知接触镜的位置)优于通过固定机构和接触镜的制造公差给出的精度，所述固定机构例如与在DE 10354025 Al中描述的一样。WO 04/032810 A2同样是追求这一目标，即精确地确定接触镜的位置。它描述了前面所述类型的方法或装置。为了精确地测定接触镜的接触面的位置，所述接触镜压在眼睛上。此出版物建议，充分利用处理激光器对接触面的作用。这样来控制处理激光器，即它聚焦在许多点上，并发出处理激光辐射脉冲。这种聚焦到接触镜的界面上的激光光束脉冲通过非线性作用产生光学穿透，其表现为相应的等离子闪光。因此闪光的探测可以说明，界面位于处理激光光束的当前焦点位置上。测定足够数量这种点则可用来测定接触镜的位置，所述点设置在例如在与处理激光光束的光轴垂直的平面上。此出版物在可替代的附加部分中建议，充分利用在接触镜上的非线性效果，其在处理激光光束脉冲的很小能量时出现，也就是在不会引起光学穿透的能量中出现。这种处于用于光学穿透的能量界限以下的非线性效果当然只会在特定的接触元件材料时才出现。此出版物提到了以照射的处理激光辐射或白光辐射的第二谐波方式的非线性效果。测量或获知这种辐射有很高的色彩要求，因为必须探测到例如照射频率的双倍的辐射。这种光学系统因此是耗费很大的。所述的出版物在第三个附加部分中建议，借助干涉装置来获知接触镜的接触面的位置。但这样产生的干涉样式通常对未训练过的使用者来说，不适合进行调节或考虑。它们只能非常困难地被自动评估。就使用适应性而言，对比的理念要么需要发射高能量的激光辐射，其在接触镜的界面上产生光学穿透，这在辐射保护方面上是不利的，要么规定接触镜材料，该接触镜材料显示出对于加工激光辐射的非线性效果。对于接触元件，安放在物体上的接触面通常要以很高的精度制成。因此WO04/032810A2所述的方法和装置测定接触面的位置，接触面例如可以是平的。
技术实现思路
本专利技术的目的是，从接触镜的位置确定这一角度来改进前面所述类型的方法或装置。按本专利技术，此目的通过对材料加工装置进行准备的方法得以 实现，其中从测量激光辐射的焦点回散射或反射的辐射被共焦地探测，从共焦探测的辐射和可变的焦点调节设备的所属设定可以测定测量面和进入面或接触面之间交点的位置，其中在必要的情况下，以改变的、特别是移动的测量面来多次重复上述的步骤，直到探测到一定数量的，优选五个交点，从交点的位置和进入面或接触面的已知形状来确定其位置。此目的通过前述类型的装置进一步得以实现，该装置中设置有共焦的探测设备，其共焦地探测从测量激光辐射的焦点回散射或反射的辐射，并把测量信号提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2006.09.29 DE 102006046370.61.用于对装置(I)进行准备的方法，用于通过在物体(18)内或在物体(18)上产生光学穿透来进行材料加工，所述装置具有可变的、三维起作用的焦点调节设备(6、11 )，用于把脉冲的加工激光辐射(4)聚焦到在所述物体(18)内或上的不同位置上，其中 -在所述装置上固定有对所述加工激光辐射(4)透明的、待放到所述物体(18)上的接触元件(19),所述接触元件在其放到所述物体(2)上的侧上具有接触面(20),并具有与所述接触面相对的用于所述加工激光辐射的进入面，所述接触面和所述进入面分别具有已知的形状， -在对所述物体(18)进行加工之前，所述进入面或所述接触面(20、30)关于所述焦点调节设备(6、11)的位置借助测量激光辐射(4)照射到所述进入面或所述接触面上来确定，方法是通过测量激光辐射(4)借助所述可变的焦点调节设备(6、11)聚焦到所述接触面或所述进入面(20、30)上或所述接触面或所述进入面(20、30)附近，其中，聚焦的所述测量激光辐射(4)的能量密度太低而不能产生光学穿透，以及所述测量激光辐射(4)的焦点在测量面(23 )上进行调整，所述测量面(23 )与所述接触面或所述进入面(20、30 )的期望位置相交， 其特征在于， a)从所述测量激光辐射(4)的所述焦点回散射或反射的辐射被探测； b)从所述被探测的辐射和所述可变的焦点调节设备(6、11)的所属设定，来测定所述测量面(23)和所述接触面或所述进入面(20、30)之间交点(26)的位置； c)从所述交点(26)的所述位置和所述接触面或所述进入面(20、30)的形状来确定所述接触面或所述进入面的位置。2.按权利要求I所述的方法，其特征在于，必要时以移动的测量面(23)来多次重复步骤a)，直到探测到一定数量的交点(26)。3.按权利要求I所述的方法，其特征在于，必要时以改变的测量面(23)来多次重复步骤a)，直到探测到五个交点(26)。4.按权利要求I所述的方法，其特征在于，必要时以移动的测量面(23)来多次重复步骤a)，直到探测到五个交点(26)。5.按权利要求I所述的方法，其特征在于，所述接触面或所述进入面(20、30)是非球形的，并且还考虑所述接触面(20)相对于光轴的倾斜来确定所述位置。6.按权利要求I所述的方法，其特征在于，沿着位于所述测量面(23)上的轨迹曲线(28)来调节焦点位置。7.按上面的权利要求之任一所述的方法，其特征在于，所述测量面(23)是相对于所述加工激光辐射(4)的主光轴(22)柱对称的。8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量面(23)具有柱状外表面或圆盘的形状。9.按权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测量激光辐射(4)以脉冲能量EPULS ≤ 300nJ 来脉冲。10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，使用位于所述测量面(23)上的轨迹曲线(28)，所述轨迹曲线具有最大的广度D，对其脉冲频率f 适用的是f〈20Hz*((D/EPULS)*(Iy J/lmm))4。11.按权利要求6所述的方法，其特征在于，所述轨迹曲线(28)位于所述测量面(23)上，且所述轨迹曲线具有最大的广度D，所述最大的广度D位于I y m和15mm之间。12.按权利要求I至6之任一所述的方法，其特征在于，由也为产生所述加工激光辐射而设置的、脉冲的激光辐射源(3)提供所述测量激光辐射(4)，方法是将所述激光辐射源(3)控制到具有降低的脉冲能量的工作中，或在所述加工激光福射(4)的光束路径中启动或应用减能器。13.按权利要求I至6之任一所述的方法，其特征在于，在把所述接触元件(19)相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·比朔夫，格雷戈尔·施托布拉瓦，
申请(专利权)人：卡尔蔡司医疗技术股份公司，
类型：发明
国别省市：