DE4103493C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modellierung oder Korrektur von optischen Linsen, insbesondere der Hornhaut des Auges, mit einem Impulslaser, dessen Strahlungsimpulse über optische Abbildungsmittel und min­ destens eine Blende auf die zu modellierende Oberfläche der Linse gerichtet werden, wobei die Blende nacheinander schrittweise verschiedene Bereiche der Linsenoberfläche überstreicht und nach jeder Verschiebung der Blende der Laser mindestens einmal gezündet wird.

Bekannte Vorrichtungen zur Korrektur der Brechkraft von optischen Linsen, beispielsweise von Kontaktlinsen oder auch der Hornhaut des Auges, tragen das Linsenmaterial in konzentrischen Kreisringflächen unterschiedlich tief ab, so daß auf diese Weise eine gewünschte Querschnittsform der Linse erreicht werden kann. Dabei schließen sehr schmale Kreisringflächen unmittelbar aneinander an (US-PS- 47 18 418; DE 36 15 042 A1).

Um die Oberfläche der Linse in der beschriebenen Weise mit konzentrischen Kreisen modellieren zu können, ist auch vorgeschlagen worden, eine um die optische Achse drehbare Blende zu verwenden, die in unterschiedlichem radialem Ab­ stand von der Drehachse unterschiedlich lange Blendenöff­ nungen aufweist. Eine solche schrittweise verdrehte Blende wird nach jedem Drehschritt mit mindestens einem Laserim­ puls beaufschlagt, so daß auf diese Weise eine sehr genaue rotationssymmetrische Modellierung der Linsenoberfläche möglich ist (PCT/EP90/01 101).

Alle beschriebenen Vorrichtungen eignen sich jedoch nur zu einer Modellierung der Linsenoberfläche, bei der diese ro­ tationssymmetrisch zur optischen Achse in konzentrisch zu­ einander angeordneten Kreisbereichen abgetragen wird. Da­ mit lassen sich nur Korrekturen erreichen, die die Brech­ kraft der Linse in allen Richtungen in gleicher Weise ver­ ändern. Astigmatismuskorrekturen sind mit diesen bekannten Vorrichtungen nicht möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vor­ richtung so auszubilden, daß damit auch Astigmatismus­ korrekturen und -modellierungen möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blende senkrecht zur optischen Achse der Linse längs eines im wesentlichen geradlinigen Verschiebeweges schritt­ weise verschoben wird, daß die Blendenöffnung in Verschie­ berichtung in ihrer Mitte eine größere Ausdehnung aufweist als am Rand, daß die Schrittweite der Blendenverschiebung kleiner ist als die Ausdehnung der Blendenöffnung in Ver­ schieberichtung und daß die Projektion der Blendenöffnung (4) in Richtung der opti­ schen Achse der Linse (5) bei jeder Verschiebung der Blende stets innerhalb der Linsenoberfläche liegt.

Diese Vorrichtung ermöglicht es, die Linsenoberfläche in Form eines länglichen Troges abzutragen, der in der Mitte am tiefsten ist und zu allen vier Seiten von dieser tief­ sten Stelle aus gesehen ansteigt. Die Länge des Troges pa­ rallel zur Verschieberichtung ergibt sich aus dem Ver­ schiebeweg und kann damit variiert werden, die Breite des Troges quer zur Verschieberichtung wird durch die Ausdeh­ nung der Blendenöffnung quer zur Verschieberichtung be­ stimmt und kann entsprechend der Wahl der Blendenöffnung variiert werden. Dasselbe gilt hinsichtlich der Begren­ zungslinie des Troges an den beiden quer zur Verschiebe­ richtung verlaufenden Enden, die Begrenzungslinien an den parallel zur Verschieberichtung verlaufenden Enden ist eine Gerade, die sich parallel zur Verschieberichtung er­ streckt.

Die Verwendung einer solchen Blende, das schrittweise Vor­ schieben und das Beaufschlagen der Blende mit Laserimpul­ sen nach Beendigung der jeweiligen Verschiebung führt da­ zu, daß die durch die Blendenöffnung jeweils freigegebene Oberfläche der Linse bei jedem Impuls abgetragen wird. Diese freigegebenen Bereiche der Linsenoberfläche überlap­ pen sich, wobei die Überlappung im mittleren Bereich der Blendenöffnung stärker ist als in den Randbereichen, da die Ausdehnung der Blende im Mittelbereich größer ist als in den Randbereichen. Je stärker die Überlappung ist, de­ sto häufiger werden die zentralen Bereiche der behandelten Linsenoberfläche von Laserimpulsen beaufschlagt, d. h. de­ sto tiefer werden diese Bereiche abgetragen.

Günstig ist es, wenn die Schrittweite nur einen geringen Bruchteil der größten Ausdehnung der Blendenöffnung parallel zur Verschieberichtung beträgt. Auf diese Weise wird der Abfall von der unbehandelten Linsenoberfläche zum tiefsten Bereich der trogförmigen Ausnehmung in viele Einzelstufen zerlegt, man erhält also einen sehr stetigen Übergang, und zwar sowohl an den quer zur Verschiebe­ richtung verlaufenden Enden als auch an den parallel zur Verschieberichtung verlaufenden Seiten, sofern die Aus­ dehnungsunterschiede der Blendenöffnung in Verschiebe­ richtung im mittleren Bereich und im Randbereich groß sind.

Vorzugsweise führt der Verschiebeweg der Blendenöffnungs­ mitte durch die optische Achse der Linse. Selbstverständ­ lich kann der Verschiebeweg um die optische Achse gedreht sein, falls dies aufgrund der zu modellierenden oder kor­ rigierenden Linsenoberfläche notwendig erscheint.

Die Ausdehnung der Blendenöffnung parallel zur Verschiebe­ richtung kann von der Mitte zum Rand stufig abnehmen, die­ se Stufen können aber auch geglättet sein, so daß sich ein kontinuierlicher Verlauf des Randes ergibt.

Günstig ist es, wenn die Schrittweite der Verschiebebe­ wegung gleich oder kleiner ist als die kleinste Ausdehnung der Blendenöffnung parallel zur Verschiebeöffnung. Dies stellt sicher, daß auch im Randbereich, an dem die Blen­ denöffnung in der Regel die kleinste Ausdehnung hat, keine "ausgefransten" Ränder entstehen, sondern ein klarer Über­ gang zwischen modellierter Oberfläche und nicht model­ lierter Oberfläche.

Insbesondere kann die Blendenöffnung durch zwei in entge­ gengesetzter Richtung ausgebauchte Bogenstücke begrenzt werden, die unter einem Winkel aufeinandertreffen; die Verschieberichtung verläuft dabei senkrecht zur Verbin­ dungslinie der beiden Auftreffpunkte der Bogenstücke.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Be­ handlungsvorrichtung zur Modellierung oder Korrektur einer Linsenoberfläche;

Fig. 2 bis Fig. 4 eine Draufsicht auf ein sehr vereinfachtes Beispiel einer Blendenöffnung in unter­ schiedlichen, aufeinanderfolgenden Posi­ tionen;

Fig. 5 eine Teilansicht einer mit einer trogför­ migen Ausnehmung versehenen Linsenober­ fläche und

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer Blen­ de mit einer durch bogenförmige Randlinien begrenzten Blendenöffnung.

Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur oder Modellierung einer Linse werden im folgenden am Beispiel der Korrektur der Augenhornhaut beschrieben; es versteht sich jedoch, daß dieses Verfahren und diese Vorrichtung auch zur Kor­ rektur andersgearteter Linsen eingesetzt werden können, beispielsweise bei Kontaktlinsen, die aus Material beste­ hen, das durch Laserstrahlung abgetragen werden kann.

In Fig. 1 ist die verwendete Vorrichtung sehr schematisch dargestellt. Ein Laser 1, beispielsweise ein Excimerlaser, erzeugt Strahlungsimpulse einer bestimmten Dauer, die in Fig. 1 durch einen Pfeil symbolisiert werden. Die Strah­ lung wird über einen Spiegel 2 auf die Hornhaut 5 des Aug­ apfels 6 gerichtet. Zwischen dem Spiegel 2 und der Horn­ haut 5 befindet sich eine maskenförmige Blende 3 mit einer Blendenöffnung 4, deren genauere Gestalt weiter unten nä­ her erläutert wird. Die Blende 3 ist über einen Halter 7 an einem Antrieb 8 gelagert, der die Blende 3 in einer senkrecht zur optischen Achse des Augapfels 6 angeordneten Richtung schrittweise längs eines im wesentlichen gerad­ linigen Verschiebeweges verschiebt. Der Antrieb 8 wird von einer Steuerung 9 betätigt, die gleichzeitig den Laser 1 nur dann zündet, wenn der Antrieb 8 sich in Ruhe befindet; dabei können für jede Stellung der Blende ein oder mehr Impulse abgegeben werden.

Die Blendenöffnung 4 ist immer so geformt, daß ihre Aus­ dehnung parallel zur Verschieberichtung in der Mitte größer ist als an den beiden Rändern. In den Fig. 2 bis 4 ist ein sehr vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer sol­ chen Blendenöffnung dargestellt, diese Blendenöffnung um­ faßt drei jeweils gleichbreite Bereiche, nämlich einen mittleren Bereich 10, einen Randbereich 12 und einen Zwi­ schenbereich 11, der sich jeweils zwischen den mittleren Bereich 10 und zwischen den beiden Randbereichen 12 befin­ det. Diese Bereiche sind durch quer zur Verschieberichtung verlaufende Randlinien 13 begrenzt, der mittlere Bereich ist fünfmal so lang wie der Randbereich, die Zwischenbe­ reiche sind dreimal so lang wie der Randbereich. Die ein­ zelnen Bereiche gehen stufig ineinander über, d. h. die Randlinien bilden Stufen aus. Bezüglich einer quer zur Verschieberichtung verlaufenden Mittellinie ist die Blen­ denöffnung spiegelsymmetrisch ausgebildet.

Die in Fig. 2, 3 und 4 dargestellte Blendenöffnung ist dort in verschiedenen Positionen während des Modelliervor­ ganges dargestellt. In Fig. 2 nimmt die Blendenöffnung eine unterste Position ein, in Fig. 3 ist sie um eine Strecke nach oben verschoben, die der Ausdehnung des Rand­ bereiches 12 parallel zur Verschieberichtung entspricht, in Fig. 4 ist sie noch einmal um eine solche Schrittweite weiter nach oben verschoben.

Bei der Modellierung der Linsenoberfläche wird in jeder der dargestellten Positionen Laserstrahlung auf die Lin­ senoberfläche gesandt.

Aus der Gegenüberstellung der Fig. 2 bis 4 erkennt man deutlich, daß bei der beschriebenen Ausbildung der Blen­ denöffnung die von den Randbereichen 12 der Blendenöffnung freigegebenen Linsenoberflächenteile sich unmittelbar an­ einander anschließen, während die von den Zwischenberei­ chen 11 und dem mittleren Bereich 10 freigegebenen Ober­ flächenteile der Linse sich bei den verschiedenen Posi­ tionen der Blendenöffnung teilweise überdecken. In den durch die Randbereiche 12 überstrichenen Linsenflächen­ teilen werden diese also jeweils nur bei einer Position der Blendenöffnung von Strahlung getroffen, die von dem mittleren Bereich und dem Randbereich überstrichenen Ober­ flächenteile dagegen mehrmals, und zwar desto häufiger, je länger die Ausdehnung der Blendenöffnung in Verschiebe­ richtung ist. Dies führt dazu, daß die Oberfläche der Lin­ se in dem von den Randbereichen 12 überstrichenen Seiten­ teilen wenig abgetragen wird und daß die Abtragung zur Mitte hin stärker wird. Es wird also in der Linsenober­ fläche ein parallel zur Verschieberichtung verlaufender Graben modelliert.

In der Ausgangsstellung befindet sich die Blendenöffnung vollständig über der zu behandelnden Linsenoberfläche, ebenso in der Endstellung. Dadurch ergibt sich an den bei­ den Enden des beschriebenen Grabens ebenfalls eine stetige Abnahme der Modelliertiefe. In der Ausgangsstellung (z. B. Fig. 2) werden die von der Blendenöffnung an ihrem unteren Rand freigegebenen Teile der Linsenoberfläche nur bei der ersten Beaufschlagung mit Laserstrahlen getroffen, bereits bei der ersten Verschiebung der Blende werden diese unter­ sten Teile abgedeckt. Eine Mehrfachbelichtung erfolgt auch im mittleren Bereich und im Zwischenbereich erst in den bei Beginn der Modellierung oben liegenden Teilen. Die volle Tiefe des Grabens wird erst in dem Teil der Linsen­ oberfläche erreicht, der bei Beginn der Modellierung an der oberen Kante der Blendenöffnung angeordnet ist. Über einen Bereich, der sich durch die Ausdehnung der Blenden­ öffnung in Verschieberichtung ergibt, erhält man also eine stetige Zunahme der Abtragungstiefe bzw. in der Nähe der Endstellung der Blende eine Abnahme der Abtragungstiefe. In vereinfacher Form ist ein solcher Graben in Fig. 5 dar­ gestellt, wobei durch die beschriebene Zunahme bzw. Abnah­ me der Modelliertiefe an den quer zur Verschieberichtung angeordneten Seiten eine trogförmige Ausnehmung in der so behandelten Linsenoberfläche erzeugt wird. Breite und Länge können verschieden und dem zu korrigierenden Astig­ matismus angepaßt sein.

Die in den Fig. 2 bis 4 beschriebene Blendenöffnung be­ steht nur aus drei Bereichen unterschiedlicher Ausdehnung in Verschieberichtung, so daß sich auch die erzeugte trog­ förmige Ausnehmung (Fig. 5) nur aus drei Lagen mit unter­ schiedlicher Tiefe zusammensetzen muß. Dabei ergeben sich sehr grobe Abstufungen. In der Praxis wird die Zahl der Stufen wesentlich erhöht, d. h. es wird eine sehr viel feinere Stufung vorgenommen werden, gegebenenfalls kann die Stufung auch so fein gewählt werden, daß eine konti­ nuierliche Randlinie der Blendenöffnung verwendet wird.

Ein Beispiel einer solchen Blendenöffnung ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Blendenöffnung hat an ihrer vorderen Kante und an ihrer hinteren Kante eine bogenförmige Be­ grenzungslinie 14 bzw. 15, die sich unter einem Winkel in zwei Auftreffpunkten 16 bzw. 17 treffen. Eine durch die beiden Auftreffpunkte hindurchgehende Gerade ist senkrecht zur Verschieberichtung angeordnet, die Verschieberichtung wird in Fig. 6 durch den Pfeil A gekennzeichnet.

Die in Fig. 6 dargestellte Blende wird in derselben Weise verwendet, wie dies anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert wor­ den ist. Die Schrittweite des Vorschubes kann dabei sehr gering gewählt werden, beispielsweise kann sie 1/100 der längsten Ausdehnung der Blendenöffnung in Verschiebe­ richtung betragen, so daß in der in der Linsenoberfläche erzeugten trogförmigen Ausnehmung die Stufen benachbarter Abtragungsschichten sehr dicht beieinander liegen und die Höhenunterschiede gering bleiben. Man erhält auf diese Weise einen fast stetigen Abfall von der unbehandelten Linsenoberfläche zum tiefsten Bereich der trogförmigen Ausnehmung.

Die Schrittweite beim Vorschub der Blendenöffnung muß auch bei einer stufig ausgebildeten Blendenöffnung nicht unbe­ dingt einer Stufe entsprechen, tatsächlich ist der Ver­ schiebeweg um eine ganze Stufe benachbarter Bereiche nor­ malerweise der größtmögliche Verschiebeweg zwischen zwei Bestrahlungen. In der Praxis wird die Schrittweite kleiner gewählt werden, so daß auch bei einer stufigen Blendenöff­ nung ein möglichst stetiger Übergang zwischen der unbehan­ delten Linsenoberfläche und dem Boden der trogförmigen Ausnehmung möglich ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Modellierung oder Korrektur von op­ tischen Linsen, insbesondere der Hornhaut des Auges, mit einem Impulslaser, dessen Strahlungsimpulse über optische Abbildungsmittel und mindestens eine Blende auf die zu modellierende Oberfläche der Linse ge­ richtet werden, wobei die Blende nacheinander schrittweise verschiedene Bereiche der Linsenober­ fläche überstreicht und nach jeder Verschiebung der Blende der Laser mindestens einmal gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (3) senkrecht zur optischen Achse der Linse (5) längs eines im wesentlichen geradlinigen Verschiebeweges schritt­ weise verschoben wird, daß die Blendenöffnung (4) in Verschieberichtung in ihrer Mitte (10) eine größere Ausdehnung aufweist als am Rand, daß die Schritt­ weite der Blendenverschiebung kleiner ist als die Ausdehnung der Blendenöffnung (4) in Verschiebe­ richtung und daß die Projektion der Blendenöffnung (4) in Richtung der opti­ schen Achse der Linse (5) bei jeder Verschiebung der Blende stets innerhalb der Linsenoberfläche liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittweite nur einen geringen Bruchteil der größten Ausdehnung der Blendenöffnung (4) parallel zur Verschieberichtung beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verschiebeweg der Blendenöffnungs­ mitte durch die optische Achse der Linse (5) führt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Blen­ denöffnung (4) parallel zur Verschieberichtung von der Mitte (10) zum Rand (12) stufig abnimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schrittweite gleich oder kleiner ist als die kleinste Ausdehnung der Blendenöffnung (4) parallel zur Verschieberichtung.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (4) durch zwei in entgegengesetzter Richtung ausgebauch­ te Bogenstücke (14, 15) begrenzt wird, die unter einem Winkel aufeinandertreffen, und daß die Ver­ schieberichtung senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Auftreffpunkte (16, 17) der Bogenstücke (14, 15) verläuft.