DE29724852U1

DE29724852U1 - Pulsed laser beam system figuring all types of optical surfaces, especially the cornea

Info

Publication number: DE29724852U1
Application number: DE29724852U
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2007-10-23

Abstract

An optical assembly (14) in the excimer laser (3) beam path, varies beam cross-sectional intensity. This variation is expressed by a Gaussian distribution, in at least one direction passing transversely through the beam. An independent claim is included for the corresponding method. Preferred features: The optical element responsible (15), can be moved in and out of the beam. Its microstructure has suitable diffractive and/or refractive properties for the purpose. It is radially symmetrical, producing a roughly constant-intensity central region, with Gaussian fall-off towards the edges. A similar element produces a maximum at the center, with similar fall-off towards the edges. Various distributions may be produced in various cross sectional directions. In two mutually-perpendicular cross sections, the intensities have constant- and Gaussian distributions respectively. In this case the beam deflection is perpendicular to the uniform intensity distribution. There are several elements on a movable carrier, bringing the distribution moderator (15) into or out of the laser beam. The carrier is a gear, turning about an axis parallel to the beam direction, with the optical elements (15) arranged on a pitch circle. In the laser beam path, a variable-focus lens system (19) can change the spot area projected onto the object surface. Spot area is co-coordinated with beam deflection between successive pulses and pulse frequency, such that spot areas overlap by about 30% on the object surface. The focal system, gear wheels and deflection have actuators under electronic control, with inputs predetermining the working parameters. A unit measures curvatures produced, storing them in a memory. These are compared with stored desired values, the deviation being employed to vary the working parameters, to achieve the desired profile.

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 DE 42 20 705 , JP 07027993, EP 0 232 037 und EP 0 100 242 . Die hier dargestellten Anordnungen dienen dazu, die Strahlungsintensität über den gesamten Strahlungsquerschnitt möglichst gleichförmig zu verteilen. Eine über den gesamten Querschnitt gleichförmige Intensität bedeutet aber eine "topfartige" Intensitätsverteilung, also eine in den Randbereichen der Laserstrahlung sehr steil ansteigende bzw. steil abfallende Intensität. Wird eine derartige Laserstrahlung nach dem Spotscanning-Prinzip über die zu behandelnde Objektoberfläche geführt, hat die topfartige Intensitätsverteilung eine Stufenbildung des verbleibenden Materials in den Grenzbereichen von Spot zu Spot zur Folge. Solch stufenartige Unregelmäßigkeiten auf der Hornhaut führen zu störenden optischen Erscheinungen bei der Sinneswahrnehmung.Devices for homogenizing the radiation intensity, in particular in excimer laser radiation, are described for example in the publications DE 42 20 705 , JP 07027993, EP 0 232 037 and EP 0 100 242 , The arrangements shown here serve to distribute the radiation intensity as uniformly as possible over the entire radiation cross section. A uniform intensity over the entire cross section, however, means a "pot-like" intensity distribution, that is to say an intensity which increases very steeply or steeply in the edge regions of the laser radiation. If such laser radiation is guided over the object surface to be treated according to the spot scanning principle, the pot-type intensity distribution results in a step formation of the remaining material in the boundary regions from spot to spot. Such step-like irregularities on the cornea lead to disturbing visual phenomena in the sensory perception.

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:

1 eine prinzipielle Darstellung des optischen Systems der Vorrichtung 1 a schematic representation of the optical system of the device

2 ein Wechselrad für die optischen Elemente 2 a change wheel for the optical elements

3 ein Blockschaltbild mit der Verknüpfung der einzelnen Baugruppen 3 a block diagram with the link of the individual modules

4 gaußförmige Intensitätsverteilung im Strahlquerschnitt 4 Gaussian intensity distribution in the beam cross section

5 Intensitätsverteilung mit etwa gleicher Intensität in einer zentralen Querschnittsfläche und glocken- oder gaußförmig abfallende Intensität von der zentralen Querschnittsfläche zu den Randbereichen 5 Intensity distribution with approximately equal intensity in a central cross-sectional area and bell-shaped or Gaussian sloping intensity from the central cross-sectional area to the peripheral areas

6 gaußförmige Intensitätsverteilung im Strahlquerschnitt in Scannrichtung 6 Gaussian intensity distribution in the beam cross section in the scanning direction

7 etwa gleichförmige Intensität im Strahlquerschnitt senkrecht zur Scannrichtung 7 approximately uniform intensity in the beam cross-section perpendicular to the scanning direction

In 1 ist eine Vorrichtung zur Formung eines Objektes 1 mit Hilfe eines gepulsten Laserstrahles 2, der von einem Excimerlaser 3 ausgeht, vorgesehen. Der Laserstrahl 2 wird mittels einer Ablenkeinrichtung 4, in der ein X-Scannerspiegel 5 und ein Y-Scannerspiegel 6 vorgesehen sind, über die Oberfläche des Objektes 1 geführt. Mit dem Energieeintrag in die Oberfläche des Objektes 1 durch den Laserstrahl 2 wird eine Ablation des Materials bewirkt. Das Objekt 1 kann beispielhaft ein menschliches Auge sein, dessen Cornea durch ophthalmologisches Formen bearbeitet wird, um Fehlsichtigkeit auszugleichen. Es ist aber die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise auch zur Formung von künstlichen Linsen möglich, die zur Korrektur von Fehlsichtigkeit vorgesehen sind.In 1 is a device for forming an object 1 with the help of a pulsed laser beam 2 that of an excimer laser 3 goes out, provided. The laser beam 2 is by means of a deflector 4 in which an X-scanner level 5 and a Y-scanner mirror 6 are provided over the surface of the object 1 guided. With the energy input into the surface of the object 1 through the laser beam 2 an ablation of the material is effected. The object 1 may exemplify a human eye, the cornea is processed by ophthalmological forms to compensate for ametropia. However, it is the application of the device according to the invention, for example, also for the formation of artificial lenses possible, which are provided for the correction of ametropia.

Der vom Excimerlaser 3 ausgehende Laserstrahl 2 wird durch eine Containmentwand 7 mit Fenster 8 hindurchgeführt und erreicht über einen variablen Abschwächer 9, ein Umlenkprisma 10, einen optischen Teiler 11 und über die Ablenkeinrichtung 4 die Oberfläche des Objektes 1.The excimer laser 3 outgoing laser beam 2 is through a containment wall 7 with window 8th passed through and achieved via a variable attenuator 9 , a deflecting prism 10 , an optical divider 11 and over the deflector 4 the surface of the object 1 ,

Zum Zweck der visuellen Beobachtung des Zielgebietes auf der Oberfläche des Objektes 1 wird ein von einer Laserdiode 12 ausgehender Zielstrahl mit einer Wellenlänge 635 nm über einen Umlenkspiegel 13 und den optischen Teiler 11 in den Laserstrahl 2 eingekoppelt.For the purpose of visual observation of the target area on the surface of the object 1 becomes one of a laser diode 12 Outgoing aiming beam with a wavelength of 635 nm via a deflection mirror 13 and the optical divider 11 in the laser beam 2 coupled.

Der vom Excimerlaser 3 ausgehende Laserstrahl 2 besitzt einen rechteckigen Querschnitt. Typischerweise ist die Strahlungsintensität innerhalb dieses rechteckigen Querschnittes nicht homogen verteilt. Während das Intensitätsprofil in Richtung der längeren Seite des Rechteckes etwa trapezartig mit Intensitätsschwankungen ausgebildet ist, weist das Intensitätsprofil in Richtung der kurzen Rechteckseite eine etwa Gauß- bzw. Glockenform auf.The excimer laser 3 outgoing laser beam 2 has a rectangular cross-section. Typically, the radiation intensity within this rectangular cross-section is not homogeneously distributed. While the intensity profile in the direction of the longer side of the rectangle is approximately trapezoidal with intensity fluctuations, the intensity profile has an approximately Gaussian or bell shape in the direction of the short rectangle side.

Um die Verteilung der Strahlungsintensität innerhalb des Laserstrahles 2 nun so zu beeinflussen, daß eine optimale Abtragung von Material von der Objektoberfläche erfolgen kann, ist erfindungsgemäß im Laserstrahlengang eine optische Einrichtung 14 zur Beeinflussung der Intensitätsverteilung innerhalb des Strahlungsquerschnittes vorgesehen, und zwar in der Weise, daß die Intensität nach Durchgang durch die optische Einrichtung 14 nicht mehr nur in einer Schnittrichtung durch den Laserstrahl 2 eine glocken- oder gaußförmige oder glocken- oder gaußformähnliche Verteilung aufweist, sondern in mehreren Schnittrichtungen.To the distribution of the radiation intensity within the laser beam 2 Now, to influence so that an optimal removal of material from the object surface can be done according to the invention in the laser beam path is an optical device 14 provided for influencing the intensity distribution within the radiation cross section, in such a way that the intensity after passing through the optical device 14 not only in a cutting direction through the laser beam 2 a bell or Gaussian or bell or Gaußform similar distribution, but in several cutting directions.

Beispielhaft befindet sich in der optischen Einrichtung 14 ein optisches Element 15 im Strahlengang, auf dem eine optisch wirksame Fläche mit einer diffraktiven mikrooptischen Struktur ausgebildet ist, die beim Durchgang des Laserstrahles 2 eine Beeinflussung der Intensitätsverteilung im dargestellten Sinne bewirkt.Exemplary is in the optical device 14 an optical element 15 in the beam path, on which an optically effective surface is formed with a diffractive micro-optical structure, during the passage of the laser beam 2 causes an influence on the intensity distribution in the illustrated sense.

Je nach Gestaltung der mikrooptischen Struktur kann beispielsweise nach Durchgang durch das optisches Element 15 eine radialsymmetrische Intensitätsverteilung innerhalb des Strahlquerschnittes vorhanden sein, bei der lediglich im Zentrum des Strahlquerschnittes ein Intensitätsmaximum und vom Zentrum zu den Randbereichen hin eine glocken- oder gaußförmig abfallende Intensität vorhanden ist (vgl. 4). Der Querschnitt des Laserstrahles ist nun weitestgehend kreisrund. Alternativ hierzu kann beispielsweise ein optisches Element 15 mit einer Struktur vorgesehen sein, durch welche ebenfalls eine radialsymmetrische Intensitätsverteilung erreicht wird, bei der jedoch in einem flächig ausgedehnten zentralen Querschnittsbereich der Laserstrahlung eine etwa homogene Intensitätsverteilung und von diesem zentralen Bereich zu den Randbereichen der Laserstrahlung hin eine glocken- oder gaußförmig abfallende Intensität vorhanden ist (vgl. 5).Depending on the design of the micro-optical structure, for example, after passing through the optical element 15 a radially symmetrical intensity distribution within the beam cross-section may be present, in which only in the center of the beam cross-section an intensity maximum and from the center to the edge regions a bell-shaped or Gaussian falling intensity is present (cf. 4 ). The cross section of the laser beam is now largely circular. Alternatively, for example, an optical element 15 be provided with a structure by which also a radially symmetric intensity distribution is achieved, but in which a flat homogeneous cross-sectional area of the laser radiation about a homogeneous intensity distribution and from this central region to the edge regions of the laser radiation out a bell or gaussian falling intensity is present (see. 5 ).

In unterschiedlichen Bearbeitungsstadien der Oberfläche des Objektes 1 kann es, um eine optimale Materialabtragung zu gewährleisten, vor Weiterbearbeitung erforderlich sein, die Intensitätsverteilungen im Laserstrahl 2 zu verändern. Um das ermöglichen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die optische Einrichtung 14 mehrere verschiedene optische Elemente 15 umschließt, die wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden können.In different stages of the processing of the surface of the object 1 In order to ensure optimal material removal, the intensity distributions in the laser beam may be required before further processing 2 to change. To make this possible, the invention provides that the optical device 14 several different optical elements 15 encloses, which can be optionally introduced into the beam path.

Wie in 2 dargestellt, sind zu diesem Zweck zwei optische Elemente 15.1 und 15.2 auf einem Wechselrad 16 angeordnet. Das Wechselrad 16 ist um eine Drehachse 17, die parallel zur Strahlungsrichtung der Laserstrahlung 2 ausgerichtet ist, drehbar angeordnet und mit einem elektromechanischen Antrieb 18 gekoppelt. Beispielhaft kann das optische Element 15.1 mit einer mikrooptischen Struktur versehen sein, die wie oben beschrieben in einem Zentralbereich des Strahlenganges eine homogene Intensitätsverteilung und erst zu den Randbereichen hin eine glockenförmig abfallende Intensitätsverteilung erzeugt, während das optische Element 15.2 mit einer mikrooptischen Struktur versehen ist, die bereits unmittelbar vom Zentrum ausgehend zu den Randbereichen hin nach allen Richtungen eine gauß- bzw. glockenförmig abfallende Intensität erzeugt.As in 2 are shown for this purpose, two optical elements 15.1 and 15.2 on a change wheel 16 arranged. The change wheel 16 is about a rotation axis 17 , which are parallel to the radiation direction of the laser radiation 2 is aligned, rotatably mounted and with an electromechanical drive 18 coupled. By way of example, the optical element 15.1 be provided with a micro-optical structure, which as described above in a central region of the beam path produces a homogeneous intensity distribution and only to the edge regions toward a bell-shaped sloping intensity distribution, while the optical element 15.2 is provided with a micro-optical structure, which already directly from the center to the edge regions in all directions produces a gauss or bell-shaped falling intensity.

Alternativ hierzu kann selbstverständlich vorgesehen sein, daß weitere optische Elemente 15.1 , 15.2 ... 15.n auf dem Wechselrad 16 angeordnet sind. So kann beispielsweise das optische Element 15.n eine Struktur aufweisen, durch die der Strahlquerschnitt der Laserstrahlung zwar seine Rechteckform behält, die Ausdehnung der Querschnittsfläche jedoch reduziert wird und dabei im Schnitt entlang der längeren Seite des Rechteckes die Intensitätsverteilung weiter homogenisiert wird, während im Schnitt entlang der kürzeren Seite dieses rechteckigen Querschnittes die Strahlungsintensität der gaußförmigen Verteilung weiter angenähert wird. In 6 und 7 sind die Inten sitätsverteilungen innerhalb eines Strahlenganges in zwei senkrecht zueinander angeordneten Schnittverläufen dargestellt. Demgemäß zeigt 6 die homogenisierte Intensitätsverteilung in einer ersten dieser beiden Querschnittsrichtungen, 7 die gaußförmige Verteilung der zweiten, senkrecht zur ersten orientierten Querschnittsrichtung. Die Querschnittsrichtung mit der gaußförmigen Verteilung gemäß 7 sollte vorteilhafterweise mit der Ablenkrichtung des Laserstrahles gleich gerichtet sein.Alternatively, it can of course be provided that further optical elements 15.1 . 15.2 ... 15.n on the change wheel 16 are arranged. For example, the optical element 15.n may have a structure by which the beam cross section of the laser radiation retains its rectangular shape, the extent of the cross-sectional area However, it is reduced while the intensity distribution is further homogenized on average along the longer side of the rectangle, while in the section along the shorter side of this rectangular cross-section, the radiation intensity of the Gaussian distribution is further approximated. In 6 and 7 the Inten sitätsverteilungen are shown within a beam path in two mutually perpendicular Schnittverläufen. Accordingly, shows 6 the homogenized intensity distribution in a first of these two cross-sectional directions, 7 the Gaussian distribution of the second, perpendicular to the first oriented cross-sectional direction. The cross-sectional direction with the Gaussian distribution according to 7 should advantageously be the same direction with the deflection of the laser beam.

Je nach Bedarf kann wahlweise eines dieser optischen Elemente 15.1, 15.2 ... 15.n in den Strahlengang eingebracht werden, indem an den Antrieb 18 ein Ansteuerimpuls ausgegeben und der Antrieb 18 dadurch veranlaßt wird, das Wechselrad 16 um einen Drehwinkel um die Drehachse 17 zu bewegen, der dem Bogenabstand zum gewünschten optischen Element auf dem Wechselrad 16 entspricht.Depending on requirements, either one of these optical elements 15.1 . 15.2 ... 15.n be introduced into the beam path by the drive 18 a drive pulse is output and the drive 18 caused by the change wheel 16 about an angle of rotation about the axis of rotation 17 to move the arc distance to the desired optical element on the change gear 16 equivalent.

Im Strahlengang des Laserstrahles 2 der hier beschriebenen Vorrichtung ist weiterhin ein Objektiv vorgesehen, das beispielhaft ein Varioobjektiv 19 sein kann. Mit dem Objektiv wird die Spotgröße vorgegeben. Bei Verwendung eines Varioobjektivs 19 ist es möglich ist, die Größe der auf die Objektoberfläche gerichteten Spots zu variieren. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß je nach Bearbeitungsstadium die Spotgröße so wählbar ist, daß entweder eine Feinbearbeitung über die gesamte zu bearbeitende Oberfläche, sofern der Spot auf diese Größe eingestellt wird, oder auch eine Intensivbearbeitung einzelner kleiner Oberflächenabschnitte vorgenommen werden kann, sofern die Spotgröße auf eine geringere Ausdehnung reduziert wird.In the beam path of the laser beam 2 The device described here is further provided a lens, the example of a zoom lens 19 can be. The objective specifies the spot size. When using a zoom lens 19 it is possible to vary the size of the spots directed at the object surface. Thus, it is advantageously achieved that, depending on the processing stage, the spot size is selectable, that either a fine machining over the entire surface to be machined, if the spot is set to this size, or intensive processing of individual small surface sections can be made, if the spot size a smaller extent is reduced.

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 16 auch das Varioobjektiv 19 mit einem ansteuerbaren elektromechanischen Antrieb gekoppelt.So that a change of the deflection angle, the spot size or the intensity distribution can be made in a straightforward manner during processing or immediately after the processing of individual surface sections, as well as the change wheel 16 also the zoom lens 19 coupled with a controllable electromechanical drive.

Wie in 3 symbolisch dargestellt, sind in die von dem Excimerlaser 3 ausgehende Laserstrahl 2 das Wechselrad 16, das Varioobjektiv 19 und die Ablenkeinrichtung 4 eingeordnet. Dabei sind der Excimerlaser 3 über einen Ansteuereingang 20, das Wechselrad 16 über einen Ansteuereingang 21 , das Varioobjektiv 19 über einen Ansteuereingang 22 und die Ablenkeinrichtung 4 über einen Ansteuereingang 23 mit einer Ansteuereinheit 24 verbunden.As in 3 symbolically shown are in the of the excimer laser 3 outgoing laser beam 2 the change wheel 16 , the zoom lens 19 and the deflector 4 classified. Here are the excimer laser 3 via a control input 20 , the change wheel 16 via a control input 21 , the zoom lens 19 via a control input 22 and the deflector 4 via a control input 23 with a drive unit 24 connected.

Die Ansteuereinheit 24 ist mit einer Schnittstelle 25 versehen, über die Stellwerte für die Parameter Spotgröße, Ablenkwinkel und Intensitätsverteilung manuell eingegeben werden können. Beispielsweise wird je nach gewünschter Intensitätsverteilung ein Stellwert für die entsprechende Weiterschaltung des Wechselrades 16 eingegeben, um ein diesem Stellwert zugeordnetes optisches Elemente 15.1 bis 15.n in den Laserstrahlengang einbringen zu können. Analog werden Stellwerte für die Einstellung des Varioobjektivs eingegeben, die bestimmten Spotgrößen entsprechen.The drive unit 24 is with an interface 25 can be manually entered via the control values for the parameters spot size, deflection angle and intensity distribution. For example, depending on the desired intensity distribution, a control value for the corresponding indexing of the change gear 16 entered to an optical elements associated with this control value 15.1 to bring in 15.n into the laser beam path. Similarly, manipulated variables for the setting of the zoom lens, which correspond to specific spot sizes, are entered.

Außerdem ist, einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung entsprechend, nach 3 eine Einrichtung 26 zur Erfassung von Istwerten der Krümmung einzelner Oberflächenabschnitte oder auch der gesamten zu bearbeitenden Oberfläche des Objektes 1 vorgesehen. Die Einrichtung 26 ist dabei so ausgebildet, daß vor, während oder nach der Bearbeitung durch topographische Messungen Krümmungswerte der Oberfläche ermittelt werden. Die dazu erforderliche Meßstrahlung 29 wird auf dem Weg zum Objekt 1 über einen optischen Teiler 27 in den Laserstrahl 2 eingekoppelt, während das von der Objektoberfläche reflektierte Licht mit der Information über die Krümmung der Oberfläche ebenfalls mittels des optischen Teilers 27 wieder aus dem Laserstrahl 2 ausgekoppelt und beispielsweise auf eine Detektoreinrichtung innerhalb der Einrichtung 26 gerichtet wird.In addition, according to an embodiment variant of the invention, according to 3 An institution 26 for detecting actual values of the curvature of individual surface sections or also of the entire surface of the object to be machined 1 intended. The device 26 is designed so that before, during or after processing by topographic measurements curvature values of the surface are determined. The required measuring radiation 29 will be on the way to the object 1 via an optical divider 27 in the laser beam 2 coupled, while the light reflected from the object surface with the information about the curvature of the surface also by means of the optical divider 27 back out of the laser beam 2 decoupled and, for example, to a detector device within the device 26 is directed.

Die ermittelten Krümmungswerte werden über einen Signalweg 28 an die Ansteuereinheit 24 übergeben, in der eine Rechenschaltung (nicht separat dargestellt) enthalten ist, die aus einem Vergleich mit den über die Schnittstelle 25 eingegebenen Sollwerten für die einzelnen Parameter (Ablenkwinkel, Spotgröße, Intensitätsverteilung) und den ermittelten Istwerten für die Oberflächenkrümmungen Vorgabedaten für die weitere Bearbeitung der Oberfläche des Objektes 1 ermittelt und über die Ansteuereingänge 20 bis 23 ausgibt.The determined curvature values are transmitted via a signal path 28 to the drive unit 24 in which an arithmetic circuit (not shown separately) is included, which consists of a comparison with those over the interface 25 entered setpoint values for the individual parameters (deflection angle, spot size, intensity distribution) and the determined actual values for the surface curvatures are default data for the further processing of the surface of the object 1 determined and via the control inputs 20 to 23 outputs.

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 2 gewählt werden sollte. In einem nächsten Schritt sollte die Ablation der zu behandelnden Oberfläche mit Spots erfolgen, deren Größe im Bereich der Größe der zu bearbeitenden Oberfläche liegt und deren Zentren auf das Zentrum der zu bearbeitenden Oberfläche gerichtet sind, wobei eine Intensitätsverteilung innerhalb der Strahlung zu wählen ist, bei der in einem Zentralbereich des Strahlenganges eine homogene Intensität, zu den Randbereichen hin allseitig eine gaußförmig abfallende Intensität vorhanden ist.When using the device according to the invention, it is recommended to first perform a planar ablation according to the Spotscanning principle with spots whose dimensions are smaller than the entire surface to be machined, with a bell or Gaussian intensity distribution in the laser beam 2 should be chosen. In a next step, the ablation of the surface to be treated should be carried out with spots whose size is in the range of the size of the surface to be processed and whose centers are directed to the center of the surface to be processed, wherein an intensity distribution within the radiation is to be selected in a central region of the beam path, a homogeneous intensity, to the edge regions on all sides a Gaussian sloping intensity is present.

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 26 zur Ermittlung von Krümmungswerten zu benutzen ist. In einem weiteren Schritt werden mittels der Recheneinheit innerhalb der Ansteuereinheit 24 in Abhängigkeit von den ermittelten Krümmungswerten Intensitätsverteilungen, Ablenkwinkel und Spotgrößen für den nächstfolgenden Bearbeitungsschritt festgelegt, über die Ansteuereingänge 20 bis 23 an die betreffenden Baugruppen ausgegeben, mit Hilfe des von der Laserdiode 12 ausgehenden Zielstrahles unter visueller Kontrolle die Zielposition angefahren und schließ lich der Excimerlaser 3 in Betrieb genommen. Nach einer zeitlich begrenzten Bearbeitungsdauer kann dann wiederum im Sinne des ersten Schrittes die Änderung der zu bearbeitenden Oberfläche bestimmt werden und daraus Schlußfolgerungen für die weitere Bearbeitungsweise abgeleitet werden.Alternatively, in a first step, the change of the surface to be machined or of the surface section to be processed after a previous processing cycle can be determined, including the device 26 to use for the determination of curvature values. In a further step, by means of the arithmetic unit within the drive unit 24 as a function of the determined curvature values, intensity distributions, deflection angles and spot sizes are determined for the next processing step, via the control inputs 20 to 23 output to the relevant modules, with the help of the laser diode 12 outgoing target beam under visual control approached the target position and closing Lich the excimer laser 3 put into operation. After a time-limited processing time, the change of the surface to be processed can then be determined again in the sense of the first step, and conclusions for the further processing can be derived therefrom.

So kann vorteilhaft das Vorhandensein von ausgeprägten Auswölbungen auf der Oberfläche des Objektes 1 festgestellt und zu deren effektiver Korrektur eine andere Intensitätsverteilung innerhalb des Strahlenganges für den nächsten Bearbeitungsgang gewählt werden als bei einer normalen Korrektur einer Myopie. Die Einsatzmöglichkeit von großen und kleinen Spots, bei denen in der Laserstrahlung gaußförmig oder auch topfartig ausgebildete Intensitätsverteilungen gewählt werden können, oder bei denen in einem Zentralbereich eine konstante Intensitätsverteilung zu verzeichnen ist, eröffnet Kombinationsvarianten, mit denen selbst extreme Oberflächenstrukturen optimal korrigiert bzw. neu aufgebaut werden können, ohne daß visuell wahrnehmbare und dadurch störende Unebenheiten auf der Objektoberfläche zurückbleiben.Thus, the presence of pronounced bulges on the surface of the object can be beneficial 1 and for the effective correction of which a different intensity distribution within the beam path is selected for the next processing step than with a normal correction of a myopia. The possibility of using large and small spots in which Gaussian or pot-shaped intensity distributions can be selected in the laser radiation, or in which a constant intensity distribution is recorded in a central region, opens up combination variants with which even extreme surface structures can be optimally corrected or reconstructed can be without leaving visually perceptible and thus disturbing bumps on the object surface.

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

Device for shaping optical lenses by ablation of material, with a pulsed laser beam which is directed onto the lens surface and forms a spot there, and with a beam deflection device, by means of which the laser beam scans across the lens surface and scans it spot by spot , characterized in that An optical device ( 14 ) is provided, the at least one optical element ( 15 ) with a micro-optically active structure in the laser beam ( 2 ), wherein after passage of the laser beam ( 2 ) by this structure, the intensity in the laser beam cross-section in at least one cross-sectional direction and thus over the by the laser beam ( 2 ) Spot surface is distributed bell-shaped in at least one direction.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one optical element ( 15 ) is provided with a diffractive and / or refractive micro-optically active, suitable for influencing the intensity distribution in the laser radiation cross-section structure and optionally introduced for the purpose of changing the intensity distribution in the laser beam path or removed from the laser beam path.

Device according to claim 2, characterized in that an optical element ( 15 ) is provided, which generates a radially symmetrical intensity distribution within the laser beam cross section, in a circular central cross-sectional area an approximately equal intensity and from the central cross-sectional area to the edge regions of the laser radiation out a bell, preferably Gaussian falling intensity is present.

Device according to claim 2, characterized in that an optical element ( 15 ) is provided, which generates a radially symmetric intensity distribution within the laser beam cross section, in the center of the cross section, an intensity maximum and from the center to the edge regions towards a bell, preferably Gaußförmig sloping intensity is present.

Device according to claim 2, characterized in that an optical element ( 15 ) is provided, which is provided for generating different intensity distributions in different cross-sectional directions through the laser beam.

Device according to Claim 5, characterized in that the optical element ( 15 ) is formed so that in two mutually perpendicular sections by the laser beam ( 2 ) an at least approximately Gaussian intensity distribution is achieved in one section and an at least approximately homogeneous intensity distribution is achieved in the second section, wherein the deflection direction of the laser beam is oriented perpendicular to the homogeneous intensity distribution.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device ( 14 ) several optical elements arranged on a movable support ( 15 ), wherein with the movement of the carrier, the introduction of the optical elements ( 15 ) in the laser beam ( 2 ) or their removal from the laser beam ( 2 ) is executable.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the movable carrier as a rotatable change wheel ( 16 ) is formed, which is aligned about an aligned parallel to the radiation direction axis of rotation ( 17 ) is rotatably mounted and on which the optical elements ( 15 ) are arranged on a pitch circle.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Laser beam path is an optical variosystem for influencing the Size of up the lens surface directed spot area is provided.

Device according to claim 9, characterized in that that the Size of the spot area in relation on the deflection angle of the laser radiation between two successive following pulses and on the pulse frequency of the laser radiation so It is true that the individual spot areas on the lens surface cover by about 30%.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the Variosystem and / or the change wheel ( 16 ) are provided with electronically controllable actuators whose control inputs ( 21 . 22 ) as well as a control input ( 23 ) of the deflection device ( 4 ) with the outputs of a control unit ( 24 ) are connected, wherein at the outputs of the drive unit ( 24 ) Default data for the size of the spot area and / or for the rotational movement of the change gear ( 16 ) and / or abut for the deflection angle.

Device according to claim 1 1, characterized that one Device for detecting actual values of the curvature of individual surface sections and / or the entire surface to be machined and provided with a Actual value memory is connected.

Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the drive unit ( 24 ) is connected on the input side to the actual value memory and a setpoint memory and in the control unit ( 24 ) an arithmetic circuit for determining default data for the size of the spot area and / or for the rotational movement of the change gear ( 16 ) and / or for the deflection angle of the laser beam ( 2 ) is provided from the comparison of the actual values with the desired values.