DE-102022115566-B4 - Materialbearbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Vorbereiten einer Materialbearbeitungsvorrichtung

Abstract

Verfahren zum Vorbereiten einer Materialbearbeitungsvorrichtung (10) zur Materialbearbeitung durch Erzeugung optischer Durchbrüche in oder an einem Objekt, die eine variable, dreidimensional wirkende Fokusverstelleinrichtung (18) zur Fokussierung von Bearbeitungslaserstrahlung auf verschiedene Orte im oder auf dem Objekt aufweist, - wobei an der Materialbearbeitungsvorrichtung (10) ein für die Bearbeitungslaserstrahlung transparentes auf das Objekt aufzusetzendes Kontaktelement (20) befestigt wird, das auf seiner auf das Objekt aufzusetzenden Seite eine Kontaktfläche (22) und auf seiner der Materialbearbeitungsvorrichtung (10) zugewandten Seite eine Eintrittsfläche (24) für die Bearbeitungslaserstrahlung aufweist, - wobei vor der Bearbeitung des Objekts eine Form der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) mittels Einstrahlung von Messlaserstrahlung (14) auf die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) bestimmt wird, indem ◯ die Messlaserstrahlung (14) mittels der variablen Fokusverstelleinrichtung (18) nahe der oder auf die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) fokussiert wird, wobei eine Energiedichte der fokussierten Messlaserstrahlung (14) zur Erzeugung eines optischen Durchbruchs zu gering ist, ◯ aus dem Fokus der Messlaserstrahlung (14) rückgestreute oder rückreflektierte Strahlung konfokal detektiert wird, ◯ aus der konfokal detektierten Strahlung und der zugeordneten Einstellung der variablen Fokusverstelleinrichtung (18) eine Lage von Schnittpunkten auf der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) ermittelt wird, und ◯ ein dreidimensionales Flächenmodell an die ermittelte Lage der Schnittpunkte angepasst wird, wobei durch das Flächenmodell die 3-dimensionale Form der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) bereitgestellt wird.

Inventors

• Samuel Arba Mosquera
• Nico Triefenbach

Assignees

• SCHWIND EYE-TECH-SOLUTIONS GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20220622

Claims (16)

1. Verfahren zum Vorbereiten einer Materialbearbeitungsvorrichtung (10) zur Materialbearbeitung durch Erzeugung optischer Durchbrüche in oder an einem Objekt, die eine variable, dreidimensional wirkende Fokusverstelleinrichtung (18) zur Fokussierung von Bearbeitungslaserstrahlung auf verschiedene Orte im oder auf dem Objekt aufweist, - wobei an der Materialbearbeitungsvorrichtung (10) ein für die Bearbeitungslaserstrahlung transparentes auf das Objekt aufzusetzendes Kontaktelement (20) befestigt wird, das auf seiner auf das Objekt aufzusetzenden Seite eine Kontaktfläche (22) und auf seiner der Materialbearbeitungsvorrichtung (10) zugewandten Seite eine Eintrittsfläche (24) für die Bearbeitungslaserstrahlung aufweist, - wobei vor der Bearbeitung des Objekts eine Form der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) mittels Einstrahlung von Messlaserstrahlung (14) auf die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) bestimmt wird, indem ◯ die Messlaserstrahlung (14) mittels der variablen Fokusverstelleinrichtung (18) nahe der oder auf die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) fokussiert wird, wobei eine Energiedichte der fokussierten Messlaserstrahlung (14) zur Erzeugung eines optischen Durchbruchs zu gering ist, ◯ aus dem Fokus der Messlaserstrahlung (14) rückgestreute oder rückreflektierte Strahlung konfokal detektiert wird, ◯ aus der konfokal detektierten Strahlung und der zugeordneten Einstellung der variablen Fokusverstelleinrichtung (18) eine Lage von Schnittpunkten auf der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) ermittelt wird, und ◯ ein dreidimensionales Flächenmodell an die ermittelte Lage der Schnittpunkte angepasst wird, wobei durch das Flächenmodell die 3-dimensionale Form der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei durch die Lage der Schnittpunkte auf der Kontaktfläche (22) und/oder der Eintrittsfläche (24) eine Gitterstruktur bereitgestellt wird, wobei als das dreidimensionale Flächenmodell Polygone an die Gitterstruktur angepasst werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Polynome, insbesondere ein Polynomzug, an die Schnittpunkte auf der Kontaktfläche (22) und/oder der Eintrittsfläche (24) angepasst werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als dreidimensionales Flächenmodell Zernike-Polynome oder eine Fourierreihe an die Schnittpunkte auf der Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) angepasst werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messlaserstrahlung (14) gemäß einer vorgegebenen Abtaststrategie nahe oder auf die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) fokussiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , wobei Fokuspunkte der Messlaserstrahlung (14) gemäß der Abtaststrategie gleichmäßig in einem Raumbereich, in der die Kontaktfläche (22) und/oder Eintrittsfläche (24) erwartet wird, verteilt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , wobei gemäß der Abtaststrategie die Fokusverstelleinrichtung (18) zur Fokussierung der Messlaserstrahlung (14) auf eine x-y-Position, die in einer senkrecht zur Abstrahlrichtung der Fokusverstelleinrichtung (18) liegenden Fläche liegt, eingestellt wird und in dieser x-y-Position mehrere Fokuspunkte entlang einer z-Achse, die bezüglich der Fokusverstelleinrichtung (18) auf einer Tiefenachse liegt, abgetastet werden, wobei gemäß dieser Abtaststrategie iterativ mehrere unterschiedliche x-y-Positionen mit jeweils anschließender Abtastung entlang der z-Achse gemessen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 , wobei gemäß der Abtaststrategie die Fokusverstelleinrichtung (18) zur Fokussierung der Messlaserstrahlung (14) auf eine z-Position, die in einer parallel zur Abstrahlrichtung der Fokusverstelleinrichtung (18) liegenden Tiefenachse liegt, eingestellt wird und in dieser z-Position mehrere unterschiedliche x-y-Positionen, die in einer senkrecht zur Abstrahlrichtung der Fokusverstelleinrichtung (18) liegender x-y-Fläche liegen, gemäß einem Raster, einer Spirale und/oder konzentrischen Kreisen abgetastet werden, wobei gemäß dieser Abtaststrategie iterativ mehrere unterschiedliche z-Positionen mit jeweils anschließender Abtastung der x-y-Fläche gemessen werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 , wobei gemäß der Abtaststrategie eine oder mehrere Helix-Kurven abgetastet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 , wobei gemäß der Abtaststrategie eine oder mehrere bezüglich der Fokusverstelleinrichtung (18) schräg liegende Ebenen abgetastet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 , wobei nach Auffinden eines Schnittpunkts eine Dichte von Abtastpunkten in der Umgebung des Schnittpunkts erhöht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messlaserstrahlung (14) aus einer auch für die Erzeugung der Bearbeitungslaserstrahlung vorgesehenen Laserstrahlungsquelle (12) bereitgestellt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialbearbeitungsvorrichtung (10) für eine Augenlaserbehandlung vorbereitet wird.
14. Materialbearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere mit mindestens einem augenchirurgischen Laser (12) zur Behandlung eines menschlichen oder tierischen Auges, und einem daran fixierbaren Kontaktelement (20), wobei die Materialbearbeitungsvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
15. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Materialbearbeitungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 14 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführt.
16. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 15 gespeichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten einer Materialbearbeitungsvorrichtung zur Materialbearbeitung durch Erzeugung optischer Durchbrüche in oder an einem Objekt, sowie eine Materialbearbeitungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Materialbearbeitungsvorrichtung das Verfahren durchführt, sowie ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Bei der Materialbearbeitung wird oft ein Laser auf zu bearbeitende Gebiete eines Objekts fokussiert, wobei hierfür Bearbeitungslaserstrahlung eingesetzt wird, dessen Intensität hoch genug ist, um optische Durchbrüche zu erzeugen. Damit die Bearbeitungslaserstrahlung auf vorher festgelegte Positionen fokussiert werden kann, ist es in der Regel unerlässlich, dass das Objekt in exakt definierter Lage zur Bearbeitungslaserstrahlung ausgerichtet und gehalten wird. Zum Halten des Objekts in exakt definierter Lage wird üblicherweise ein Kontaktelement verwendet, mit dem das zu bearbeitende Objekt an einer Position fixiert werden kann, wodurch definierte Verhältnisse erreichbar sind. Das Kontaktelement wird damit Teil des Strahlengangs der Bearbeitungslaserstrahlung. Dies ist insbesondere bei der Mikrobearbeitung von Materialien notwendig, die nur eine geringe lineare optische Absorption im Spektralbereich der bearbeitenden Laserstrahlung aufweisen, oder bei der Erzeugung von Strukturen innerhalb des Objekts, insbesondere bei der laserinduzierten Brechungsindexänderung (LIRIC). Bei solchen Materialien werden üblicherweise nicht lineare Wechselwirkungen zwischen Laserstrahlung und Material ausgenutzt, meist in Form eines optischen Durchbruchs, der im Fokus hochenergetischer Laserstrahlung erzeugt wird. Da die bearbeitende Wirkung dann nur im Laserstrahlfokus stattfindet, ist es wichtig, die Lage des Fokus exakt dreidimensional auszurichten. Zusätzlich zu einer zweidimensionalen Ablenkung des Laserstrahls ist somit eine exakte Tiefeneinstellung der Fokuslage erforderlich. Das Kontaktelement dient dazu, konstante und auch mit einer gewissen Genauigkeit bekannte optische Verhältnisse im Strahlengang zum Objekt sicherzustellen, indem durch das Kontaktelement das Objekt und die Laserbearbeitungsvorrichtung mechanisch gekoppelt wird und zudem der Objektoberfläche eine Form mit bekannter optischer Wirkung bereitgestellt wird. Eine typische Anwendung für ein solches Kontaktelement ist bei ophthalmologischen Verfahren, insbesondere bei einer Ablation und/oder Photodisruption und/oder laserinduzierten Brechungsindexänderung (laser-induced refractive index change; LIRIC), wobei das Kontaktelement, das beispielsweise Glas, Plastik, PMMA und/oder Polymere umfassen kann, zumindest für eine Bearbeitungslaserstrahlung transparent wirken soll. Dabei ist die Materialbearbeitungsvorrichtung mit einem ophthalmologischen Laser ausgebildet, der eine Laserstrahlung in die Hornhaut fokussiert. Im Fokus kann ein optischer Durchbruch entstehen, der eine lokale Trennung des Hornhautgewebes bewirkt. Durch geeignete Aneinanderreihung dieser optischen Durchbrüche können dann Hornhautschichten abgetragen oder ein Hornhautvolumen isoliert und entfernt werden. Eine Form und Lage des Kontaktelements ist bei einer solchen Materialbearbeitung genauigkeitsbestimmend, wobei die Lage des Kontaktelements zu der Materialbearbeitungsvorrichtung nach Kopplung mit dieser und vor der Materialbearbeitung im Rahmen der Vorbereitung der Materialbearbeitungsvorrichtung bestimmt wird. Die grundlegende Form des Kontaktelements ist dabei üblicherweise bekannt, wobei diese unter Umständen leicht von einer angegebenen Form abweichen kann. Aus der Druckschrift DE 10 2006 046 370 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Materialverarbeitung unter Verwendung eines transparenten Kontaktelements bekannt, aus der Druckschrift DE 10 2006 036 800 A1 ist Vorrichtung zur individuellen Therapieplanung und positionsgenauen Modifikation eines optischen Elements bekannt und aus der Druckschrift EP 2 349 149 B1 ist ein ophthalmologisches Lasersystem bekannt. Ferner sind aus der WO 2008/ 040 436 A1 eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorbereiten der Vorrichtung zur Materialbearbeitung durch Erzeugung optischer Durchbrüche in oder an einem Objekt bekannt. Die Vorrichtung weist eine variable, dreidimensional wirkende Fokusverstelleinrichtung zur Fokussierung gepulster Bearbeitungslaserstrahlung auf verschiedene Orte im oder auf dem Objekt auf, wobei an der Vorrichtung ein für die Bearbeitungslaserstrahlung transparentes auf das Objekt aufzusetzendes Kontaktelement befestigt wird, das auf seiner auf das Objekt aufzusetzenden Seite eine gekrümmte Kontaktfläche vorbekannter Form aufweist, wobei vor der Bearbeitung des Objekts die Lage der Kontaktfläche bezüglich der Fokusverstelleinrichtung mittels Einstrahlung von Messlaserstrahlung auf die Kontaktfläche besti